專利名稱：用于渦輪發動機的中空葉片的制造方法
技術領域：
本發明一般涉及用于渦輪發動機的葉片的制造方法領域，例如中空風機葉片，或者用于渦輪發動機的任何其它類型的轉子或定子葉片。
背景技術：
通常，用于渦輪發動機的中空風機葉片包括相對較厚的根部，以將該葉片連接到轉盤上，該根部通過被稱之為轉子葉片的薄流線型部件沿徑向向外延伸。
從現有技術可知，該中空葉片的已知制造方法主要是基于擴散粘結技術的使用，并且結合超塑性成型技術。
實際上，在該現有技術中，首先是確定出兩個或三個葉片的組合部件，然后在進行堆疊且通過擴散粘結技術將其彼此進行組裝之前分別進行制造，其目的是獲得所需要葉片的預制件。
接著，對已制成的預制件進行翼型加工(airfoil profiling)，然后，對預制件通過氣壓進行膨脹加工，并進行超塑型成型加工，以得到基本具有成品形狀的葉片。
如上所述，葉片預制件制造需要制造兩個外部部件，并有可能需要用來置入這兩個外部部件之間并在后來用作桁條的中間部。
外部部件的制造通常是通過對所提供的必須具有較大初始尺寸的元件進行機械加工來實現的，由于機械加工后的這兩個外部部件中的每一個都必須具有兩個厚度明顯不同的沿徑向相對的部分，所以分別將外部部件的這兩個組成部分稱之為根部部件和轉子葉片部件。
這樣，用于至少部分構成葉片預制件的外部部件的制造，例如通過層壓獲得，會產生很高的原料成本和機械加工成本，因此這種中空葉片的制造方法并非是最佳的。
面對這種麻煩，如文獻GB-A-2 306 353中所披露的，人們提出了通過沿長度和沿斜面方向切割矩形棱柱以制造葉片預制件的這兩個外部部件的方案，從而在切割操作中獲得的兩個表面能夠形成兩個外部部件，用于在隨后形成中空葉片的上表面和下表面。
此外，還提出了葉片預制件的這兩個外部部件的制造還要經過鍛造，如在文獻US-A-5 636 440所披露的那樣提出。然而，這種通過鍛造的制造方法實現起來仍然相對成本較高，這是因為每個所得到的部件始終都需要具有不均勻的厚度。

發明內容
因此，本發明的目的在于提供一種用于渦輪發動機的中空葉片的制造方法，與現有技術實例相比，至少部分解決前述諸多麻煩。
更確切地，本發明的目的在于提供一種中空葉片的制造方法，與現有技術相比，其預制件的兩個外部部件的制造步驟明顯減少了制造成本。
為實現該目的，本發明提出了一種用于渦輪發動機的中空葉片的制造方法，該中空葉片包括根部和轉子葉片，該方法包括兩個外部部件的制造步驟，每個外部部件具有轉子葉片部件和根部部件，并且用于形成至少部分葉片預制件，該方法還包括通過兩個外部部件的擴散粘結以獲得葉片預制件的組裝步驟，根據本發明，對于每個外部部件，兩個外部部件的制造步驟都包括以下操作通過鍛造，優選通過第一元件的層壓，制造第一元件，構成至少外部部件的轉子葉片部件；通過鍛造，優選通過擠壓成型，制造至少一個第二元件，用于至少部分形成外部部件的根部部件；以及將每個第二元件組裝到第一元件上，從而得到外部部件。
有利地，在根據本發明的制造方法中，葉片預制件的制造不必再進行分別為單一結構件的兩個外部部件的費用高昂的制造過程，而是使該外部部件包括兩個厚度明顯不同的部件，該兩個部件分別用于形成外部部件的根部部件和轉子葉片部件。
相反，每個外部部件都用一個第一元件以及至少一個第二元件制成，第一元件在整體上構成多于或少于外部部件的根部部件，第二元件僅形成并且至少部分形成外部部件的根部部件。隨后，以這種方式，可以明確地形成葉片預制件的外部部件的第一元件，使每個第一元件具有相對均勻的厚度，這樣，自然使制造成本，特別是是在材料成本和加工成本方面顯著降低。
而且，每個第二元件并非用于作為相關外部部件的轉子葉片部件的結構的一部分，而是僅僅用于至少部分形成部件的根部部件，顯然，由于必須具有較小的徑向長度，所以也可以使該制造成本最小化。
換而言之，根據本發明的這種方法將葉片預制件的每個外部部件都采用多個元件，其中的一個或多個元件不沿外部部件的全部徑向長度延伸，因而這允許很容易克服外部部件在其徑向上顯著厚度變化直接引起的不便。
優選地，將每個第二元件組裝到第一元件上的操作是采用由線性摩擦焊接和攪拌摩擦焊接組成的組中的技術類型中的一種技術來實現的，這些技術以其相對易于實現、可靠、費用低廉、以及在冶金學方面幾乎沒有破壞性而優選采用。
優選地，兩個外部部件通過擴散粘結從而得到葉片預制件的組裝步驟之后進行以下步驟對預制件進行翼型加工；以及對經翼型加工的預制件通過氣壓進行膨脹加工并進行超塑性鍛造(成型加工)。
可以設想，每個第二元件都是通過擠壓成型形成，用于至少部分形成兩個外部部件中的每一個的根部部件。有利地，這種低成本的技術實施包括，利用料坯，通過一種適當的模具，制成帶有所需要幾何形狀的第二元件的輪廓。
在根據本發明的制造方法的第一優選實施例中，對于兩個外部部件中的每一個，實施該方法，從而制造出第一元件，以僅用于形成外部部件的轉子葉片部件，并且制造出單個的第二元件，以整體形成預制件的根部部件。
在根據本發明的制造方法的第二和第三優選實施例中，對于兩個外部部件中的每一個，實施該方法，制出第一元件，從而僅用于形成外部部件的轉子葉片部件，以及外部部件的根部部件的中間部分，并且制造出至少一個第二元件，以形成外部部件的根部部件的一部分，此時將其組裝到第一元件上。
關于這一點，可以設想，對于兩個外部部件中的每一個，均在第一元件上制造出外表面，并將第二元件組裝到該所述外表面上。
本發明的其它優點和特征將會在以下非限制性的詳細描述中顯而易見。


以下將參照附圖進行描述，其中圖1為用于渦輪發動機的標準中空葉片的立體圖；圖2為葉片預制件的外部部件的示意性立體圖，其在根據本發明的制造方法的兩個外部部件的制造步驟的實施過程中獲得；圖3a到3e示意性地示出根據本發明的制造方法的第一優選實施例的步驟；以及圖4和圖5為葉片預制件的外部部件，分別在根據本發明的第二和第三優選實施例的制造方法的兩個外部部件的制造步驟的實施過程中獲得。
具體實施例方式
參照圖1，我們可以看到用于渦輪發動機(未示出)的標準中空葉片1，例如，這種中空葉片可以用鈦或其合金之一制成。
該中空葉片1屬于具有大弦的風機轉子葉片類型，包括根部2，其通過轉子葉片4沿徑向延伸。
該轉子葉片4，用于放置在渦輪發動機的氣流循環通道中，具有兩個外表面6和8，分別稱為上表面6和下表面8，通過前緣10和后緣12連接。
圖2表示葉片預制件的外部部件14，即在根據本發明的制造方法實施過程中，在按照所述的兩個外部部件14的制造方法所要得到的外部部件。
外部部件14包括具有可變且較大厚度的根部部件16，通過轉子葉片部件18沿徑向延伸。從圖2中可以看到，根部部件16具有內側徑向部分20，其具有很均勻的厚度E，該部分20通過外部徑向部分22沿徑向外延伸，外部徑向部分位置的平均厚度e低于平均厚度E。為說明問題，應注意內側徑向部分20隨后用于確保將葉片固定在渦輪發動機的轉子盤上，尤其是由于突起部23a，其與中間部23b一體與根部部件16的外部徑向部分22的延伸部固定。
而且，外部部件14的轉子葉片部件18具有徑向內側端部24，其厚度e′基本上等于平均厚度e，并具有徑向外側端部26，其厚度e″低于厚度e′。然而，部件14的轉子葉片部件18具有基本均勻的厚度。
而且，需要指出徑向內側端部24確保轉子葉片部件18與外部部件14的根部部件16的外側徑向部分22之間的連接，如圖2中顯示的假想連接平面P示意性地示出的那樣。
在根據本發明的制造方法的第一優選實施例中，葉片預制件的兩個外部部件14的制造步驟是按前述方式實現的，參見圖3a至3c，關于這一點，可以注意到兩個外部部件14通常以同樣方式制造，以下僅對這兩個部件14之一進行說明。
因此，為制造葉片預制件的外部部件14，首先制造具有內表面28a和外表面28b的第一元件28。在本發明的該第一優選實施例中，第一元件28制造時僅形成外部部件14的轉子葉片18部分。因此，第一元件28的厚度基本上是均勻的，因此隨后通過鍛造，通過層壓鍛造尤為合適，并在材料成本和加工成本方面整體得到優化。這說明，由于供給元件需要制造，因此可以很容易具有與所述元件28必須具備的最終尺寸相似的尺寸。
同時，由于第一元件28的制造僅形成轉子葉片部件18并且整個形成該轉子葉片部件，所以還要制造單個的第二元件34，用于在第一實施例中整體形成所述部件14的根部部件16。因此，當然需要指明第一元件28和第二元件34分別具有相應的幾何形狀，該形狀基本上與圖2中所示的外部部件14的轉子葉片部件18和根部部件16的幾何形狀一致。
如圖3b所示，第二元件34因此包括部件36，具有明顯與圖2所示的內側徑向部分20相似的厚度，以及部件38，具有與圖2所示的外側徑向部分22相似的較薄的厚度。元件34因此能夠很容易通過擠壓成型或任何其它鍛造技術制造，該優選的已被證實具有較低成本的擠壓成型技術包括，采用料坯，通過適當的模具使第二元件34外形具有所需要的幾何形狀。以這種方式，利用該技術，有可能通過使很長的部件單獨脫模，從而相繼地制造第二元件34。
一旦第一元件28和第二元件34同時制成，優選用鈦合金制成，那么就將它們組裝在一起，以基本上得到如圖3c示出的外部部件14的幾何形狀。
因此，通過將第一元件28的內側徑向表面40放置與第二元件34的外側徑向表面42接觸，就可以通過焊接實現這種組裝。與外部部件14的根部部件16和轉子葉片部件18相比，這些表面40和42基本上是平坦的并共同確定平面接觸區44，并近似處于與圖2中所示的假想連接平面P一致的位置。
為了說明起見，將第二元件34組裝到第一元件28上的操作優選通過線性摩擦焊接進行，或者通過攪拌摩擦焊接進行。這些已知的焊接技術有效地使焊接區保持與擴散粘結和超塑性成型技術相兼容的冶金特性，并確保機械性能與最終外部部件的規格一致。
當然，這種焊接操作可以在焊接區幾何形狀修整操作之后進行，其目的在于使其外部部件14獲得具有所需要幾何形狀的內表面14a和外表面14b。
一旦兩個外部部件14已經按照剛剛描述的方式制成，例如同時制成從而基本相同，那么就通過擴散粘結將該兩個部件14組裝在一起，以獲得所需要的葉片預制件30，如圖3d中示意性描繪的那樣。
就這一點而言，應該指出預制件30通常可以使用具有帶槽的內表面14a的兩個同樣的外部部件14制造。或者，甚至可以使用其三個部件制造，兩個具有基本平滑的內表面14a的相同的外部部件14與用于隨后在其上構成桁條的第三中間部件(未示出)接觸。
因此，在這種情況下，當預制件30僅由兩個相同的外部部件14構成時，一旦這些已經如上所述制成，那么就可將它們擴散粘結在一起，按照與現有技術中的方式相似的方式來實現預制件的不同組成部件的組裝。就這一點而言且以連續方式，應該注意，通過沉積產生與規定圖案一致的燃料棒涂層(未示出)進行擴散粘結操作，將這種涂層涂布到與外部部件14接觸的內表面14a上。
而且，當預制件30的型式為包括三個堆疊部件(其中包括一個中間部)時，通過兩個部件14的擴散粘結來完成的組裝步驟是以標準和相似的方式，通過將該中間部插入到兩個外部部件14之間，從而使每一個外部部件都通過擴散粘結固定到中間部上而實現的。
在剛剛描述過的葉片預制件30的制造步驟之后，然后可以進行標準步驟(standard stage)，首先針對預制件30進行翼型(葉片輪廓)的加工，從而使其基本上已經呈圖3e所示的扭曲形狀(螺旋形)。然后，仍然以連續方式，通過氣壓進行膨脹加工，并進行超塑性成型加工步驟，從而可以得到如圖1所示葉片1，該步驟通常跟在最終的機械加工之后，用于使葉片1精確地具有所需要的翼型(葉片輪廓)。
圖4為根據本發明的第二優選實施例的制造方法實施過程中，在完成兩個外部部件14的加工步驟之后得到的一個外部部件14。
在該第二優選實施例中，與實施根據前述第一優選實施例的方法相比，只有兩個外部部件14的制造步驟稍有不同，其它步驟基本一致。
實際上，第一元件128以與制造第一元件28中所用相同的方式制造，不同之處在于第一元件128用于形成外部部件14的轉子葉片部件18，以及所述部件14的根部部件16的中間部分。就這一點而言，可以注意到根部部件16的中間部(圖2中未示出)，必須理解成基本構成整個外部徑向部分22以及內部徑向部分20的中間部23b。
以這種方式，如圖4中所示，第一元件128因此可以沿部件14的整個徑向長度延伸，同時保持均勻的厚度。因此，此處同樣地，由于制造這些外部部件128的必要供給元件可以很容易地具有與這些所述部件128必須具備的最終尺寸相似的尺寸，所以，通過層壓獲得部件128的技術尤為合適，并且在材料成本和機械加工成本方面完全得以優化。
而且，在本發明的第二優選實施例中，可以制造單個的第二元件134，當其組裝在第一元件128上時，其形成部件14的根部部件16的一部分。
從圖4中可以看到，在第二優選實施例中，第二元件134制造和組裝于第一元件128的外表面128b上，后者具有基本平行六面體形狀并且用于構成根部部件16的中間徑向部分20的突起部23a，如圖2中所示。值得注意的是與第二元件34相比，第二元件134的簡單幾何形狀使得該元件更容易制造，優選地，仍然采用上述的擠壓成型技術。
然后，一旦同時制造出第一元件128和第二元件134，優選用鈦合金制造，那么就將它們組裝在一起，以基本上得到如圖4示出外部部件14的幾何形狀。另外，仍然通過圖示，將第二元件134組裝到第一元件128上的操作優選通過線性摩擦焊接來實現，或者通過攪拌摩擦焊接來實現。
按照上面所指出的方式制造出兩個外部部件14，然后以典型方式通過擴散粘結將其組裝在一起，從而獲得所需要的預制件30。
圖5為在根據本發明的第三優選實施例的制造方法實施過程中，在實施兩個外部部件14的制造步驟后得到的一個外部部件14。
在第三優選實施例中，與根據前述第一優選實施例所實施的方法相比，只有兩個外部部件14的制造步驟稍有不同，其它步驟基本一致。
實際上，第一元件128以與第二優選實施例中所用相似的方式制造，從而，該第一元件容易形成外部部件14的轉子葉片部件18，以及所述外部部件14的根部部件16的中間部分。
因此，以這種方式，如圖5中所示，第一元件128也沿部件14的整個徑向長度延伸，同時保持均勻的厚度。
然而，在根據本發明的方法的第二優選實施例中，單個的第二元件134正對著設在第一元件128的外表面128b上，與此相反，同樣是為了得到形狀基本與根部部件16的內側徑向部分20的突起部23a一致，但在該第三優選實施例中在該表面128b上形成和組裝有兩個第二元件234。
因此，將突起部23a分割成兩個第二元件234使得便于將這些元件234通過線性摩擦焊接到第一元件128上，因此工業焊接設備的所需效率要求比根據本發明的方法的第二優選實施例更低。
就此而言，應該說明的是雖然突起部23a描述為能夠用兩個第二元件234制造，但當然其也能夠用更多數量的部件來制造而不會脫離本發明的范圍。
當然，對于本領域的普通技術人員來說，可以對剛才已經描述的中空葉片1的制造方法進行各種修改，在此只做非限制的描述。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，并不用于限制本發明，對于本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種用于渦輪發動機的中空葉片(1)的制造方法，所述中空葉片包括根部(2)和轉子葉片(4)，所述方法包括兩個外部部件(14)的制造步驟，每個所述外部部件具有轉子葉片部件(18)和根部部件(16)，并且用于形成至少部分葉片預制件(30)，所述方法還包括通過所述兩個外部部件(14)的擴散粘結以獲得所述葉片預制件(30)的組裝步驟，其特征在于，就每個所述外部部件(14)而言，所述兩個外部部件(14)的制造步驟都包括以下操作通過鍛造制造第一元件(28，128)，其構成至少所述外部部件(14)的所述轉子葉片部件(18)；通過鍛造制造至少一個第二元件(34，134，234)，用于至少部分形成所述外部部件(14)的所述根部部件(16)；以及將每個所述第二元件(34，134，234)組裝到所述第一元件(28，128)上，從而得到所述外部部件(14)。
2.根據權利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述將每個所述第二元件(34，134，234)組裝到所述第一元件(28，128)上的操作是利用選自由線性摩擦焊接和攪拌摩擦焊接組成的組的技術來實現的。
3.根據權利要求1或2所述的制造方法，其特征在于，通過所述兩個外部部件(14)的擴散粘結來獲得所述葉片預制件(30)的組裝步驟之后進行以下步驟對所述預制件(30)進行翼型加工；以及對經翼型加工的預制件通過氣壓進行膨脹加工并進行超塑性鍛造。
4.根據前述任一權利要求所述的制造方法，其特征在于，每個所述第二元件(34，134，234)通過擠壓成型形成，以至少部分形成所述兩個外部部件(14)中的每一個的所述根部部件(16)。
5.根據前述任一權利要求所述的制造方法，其特征在于，對于所述兩個外部部件(14)中的每一個，實施所述方法，從而制造出所述第一元件(28)，以僅形成所述外部部件(14)的所述轉子葉片部件(18)，并且制造出單個的第二元件(34)，以整體形成所述外部部件(14)的所述根部部件(16)。
6.根據前述權利要求1-4中任一權利要求所述的制造方法，其特征在于，對于所述兩個外部部件(14)中的每一個，實施所述方法，從而制出所述第一元件(128)，以形成所述外部部件(14)的所述轉子葉片部件(18)，以及所述外部部件(14)的所述根部部件(16)的中間部分，并且制造出至少一個所述第二元件(134，234)，以形成所述外部部件(14)的所述根部部件(16)的一部分，此時將其組裝到所述第一元件(128)上。
7.根據權利要求6所述的制造方法，其特征在于，對于兩個所述外部部件(14)中的每一個，均在所述第一元件(128)制造出外表面(128b)，并且將所述第二元件(134，234)組裝到所述第一元件(128)的所述外表面(128b)上。
全文摘要
本發明涉及一種用于渦輪發動機的中空葉片的制造方法，該葉片包括根部和轉子葉片，該方法包括兩個外部部件(14)的制造步驟，以及通過這兩個外部部件的擴散粘結以獲得葉片預制件的組裝步驟。根據本發明，就這些部件中的每個部件而言，兩個外部部件的制造步驟都包括以下操作通過鍛造制造第一元件(28)，其構成外部部件的至少一個轉子葉片部件；通過鍛造制造至少一個第二元件(34)，用于至少部分形成外部部件的根部部件；以及將每個第二元件(34)組裝到第一元件上以獲得外部部件。
文檔編號F01D5/18GK1587649SQ20041007107
公開日2005年3月2日 申請日期2004年7月28日 優先權日2004年7月28日
發明者讓-皮埃爾·費爾泰, 讓-米歇爾·帕特里克·莫里斯·弗朗謝, 達尼埃爾·加斯東·洛姆, 阿蘭·洛里厄 申請人:斯奈克瑪馬達公司