用于通过在铣削步骤之前去除的临时保持叶片的环制造整 体式叶片盘的改进方法 【技术领域】
本发明通常涉及优选地用于飞行器涡轮发动机的整体式叶片盘的制造领域。背景技术 为制造整体式叶片盘 ( 也称 “DAM” 或 “整体叶盘” )， 可使用通过磨料水射流 (jet d’ eau abrasif) 切割材料块的步骤， 之后进行一个或多个铣削步骤。
相对于仅进行铣削的方法， 铣削前使用通过磨料水射流切割的步骤允许大幅减少 制造时间和成本。这一点可特别根据该制造方法要求约移除 75％的初始块材料以获得 DAM 这一事实解释。通过磨料射流切割移除大部分材料允许减少制造时间， 且减少了铣床的磨 损。
然而， 不认为该方法是完全优化的。 实际上， 一缺点在于在该制造方法过程中存在 叶片变形和振动， 且叶片越长， 该缺点越大。为限制对所制造 DAM 质量的影响， 该变形和振 动要求降低前进速度不同类型加工， 这不利于制造时间。振动及制造时间延长也造成工具 高度磨损， 对制造成本不利。
发明内容
因此， 本发明的目的是至少部分地消除与现有技术的实施方式相关的上述缺点。
为此， 本发明的目的是提供一种用于制造整体式叶片盘的方法， 包括 ：
- 使用磨料水射流来切割材料块的步骤， 执行该步骤以产生从圆盘径向延伸的叶 片预型件， 同时保留在至少两个直接连续的叶片预型件之间形成连接装置的材料， 所述连 接装置与所述圆盘径向隔开 ； 然后
- 去除连接装置的步骤 ； 然后
- 叶片预型件的铣削步骤。
因此， 本发明的值得注意之处在于， 在通过磨料水射流切割的步骤中， 在至少两个 叶片预型件间且优选地在所有叶片预型件间形成连接装置。 这大幅限制了或者甚至消除了 在制造期间叶片的变形和振动， 这是因为叶片仍然是通过初始块材料保持相互机械连接。
有利地， 该特征允许对不同类型加工施加高前进速度， 减少制造时间， 且不影响制 造的 DAM 的质量。另外， 制造时间的减少及制造过程中叶片振动的减少使得工具的磨损程 度降低， 这有利地限制了制造成本。
优选地， 执行通过磨料水射流进行切割的步骤， 使得所述连接装置优选地将直接 连续的多个叶片预型件彼此连接， 所述多个叶片预型件的数量严格地大于 3。但也可考虑 具有相互连接的直接连续的预型件的多个组， 但各组间不相互连接。 尽管如此， 根据所遇到 的要求， 通过连接装置相互保持的叶片预型件的数量和预型件上的连接装置的布置是适当 的。
根据优选实施例， 执行通过磨料水射流进行切割的步骤， 使得所述连接装置基本形成环， 该环优选地定中心于圆盘的轴线处。该环优选地延展 360°， 仅由其连接的叶片预 型件中断。但如上所述， 该环可不完全闭合， 即不连接特定的直接连续预型件。
然而， 执行通过磨料水射流进行切割的步骤， 使得所述环将所有叶片预型件彼此 连接， 且其后每个叶片预型件构成 DAM 的叶片。在此情况下， 优选地， 执行通过磨料水射流 进行切割的步骤， 使得所述环将叶片预型件的叶尖彼此连接。之后环形成切块的外周环状 部分， 叶片预型件朝圆盘方向从该环径向向内延伸。
然而， 一可替换的解决方案可包括执行通过磨料水射流进行切割的步骤， 使得所 述环在距叶片预型件的叶尖径向向内的一定距离处将所述叶片预型件彼此连接。 在此情况 下， 例如， 可认为该环大致在预型件长度中点处将预型件彼此连接。
确定地， 可结合上述两种解决方案， 即同时设置外周保持环及相对外周环径向向 内定位的内保持环。更一般地， 在不超出本发明的范围的情况下， 当设置外周保持环时， 在 叶片预型件之间可设置附加连接装置， 不必为环形。
因此， 保留制造连接装置的材料， 直到通过磨料水射流进行切割的步骤结束为止。 该材料仅在 DAM 的制造方法的随后步骤中去除。
为此， 应当注意， 执行叶片预型件的铣削步骤， 以便获得定型的叶片毛坯， 该铣削 步骤之后优选地是对叶片毛坯的铣削精加工步骤， 以便获得最终成型的叶片。 当然， 在根据本发明的方法中可执行其它传统的步骤， 例如 ：
- 在通过磨料水射流进行切割的步骤之前， 车削材料块 ；
- 在精加工步骤之后， 抛光和 / 或喷砂处理叶片 ；
- 将叶片切割至一定长度 ；
- 以及平衡 DAM。
优选地， 所述整体式叶片盘的直径大于或等于 800mm。 因此， 确定地， 制造期间相互 保持叶片的连接装置的存在， 允许考虑制造具较长叶片的较大直径 DAM， 因为减小或甚至消 除了叶片的变形和振动。优选地， 叶片的最小长度为 150mm。
优选地， 所述整体式叶片盘具有厚度大于或等于 100mm 的圆盘。然而， 因磨料水射 流切割技术可获得的性能规格较高， 厚度可为约 160mm 或更大。该厚度也大致对应于各叶 片在前缘和尾缘间相对 DAM 轴线延伸的距离。
优选地， 整体式叶片盘的叶片是扭曲的， 扭曲角可达 45°或甚至更大。
优选地， 所使用的所述材料块由钛或其合金之一制成。
优选地， 所述整体式叶片盘为用于飞行器涡轮发动机的整体式叶片盘。
更优选地， 所述整体式叶片盘为飞行器涡轮发动机中的涡轮机或压缩机的转子的 整体式叶片盘。
在阅读以下详细的非限制性描述之后， 本发明的其它优点和特征将变得显而易 见。
附图说明
将参照附图进行此描述， 在附图中 ：
- 图 1 示出了用于涡轮发动机的整体式叶片盘的局部透视图， 其可通过实施根据 本发明的制造方法来获得 ； 以及- 图 2a 至图 2e 示意性示出了当采用一个优选实施方式的制造方法时， 整体式叶片 盘在其制造过程中的不同步骤的视图。 具体实施方式
首先参照图 1， 可以看到通过使用根据本发明的制造方法获得的整体式叶片盘 1。 其优选用于组成飞行器的涡轮机的压缩机或涡轮的转子。
通过本发明的方法获得的整体式叶片盘 ( 下文简称 DAM) 具有较大尺寸， 即其直径 大于或等于 800mm， 叶片 2 的长度至少等于 150mm， 且圆盘 4 厚度 “e” 大于或等于 130mm。另 外， 具有中心轴 5 的圆盘 4 所携带的叶片强烈扭曲， 扭曲角可达 45°或更大。作为说明， 已 知地， 该角度相当于给定叶片 2 的叶根 6 和叶尖 8 之间的虚拟角度。
现在将参照图 2a 至图 2e 描述用于制造 DAM1 的方法的优选实施方式。
首先， 对钛合金制成的且优选预加工的材料块 ( 也称为 “单块毛坯” ) 执行第一车 削步骤， 其目的是例如加工该材料块至距最终尺寸 1mm。
下一步骤包括通过磨料水射流切割实心块， 以形成叶片预型件。
为此， 使用超高压 ( 如 3000 巴压力 ) 和超高精度 ( 如六轴 ) 水射流切割机执行。 超高水压使得磨料传输， 优化其材料切割效果。 已知方式中， 使用金刚石或蓝宝石喷嘴产生 水射流。 另外， 混合室允许添加诸如砂粒等磨料。 因此， 聚焦喷枪 (canon de focalisation) 使水和砂粒均匀， 并使水和砂粒混合物聚焦于切割区。
磨料水射流切割技术允许获得较高的材料移除率及满意的重复精度。因此， 非常 适合移除材料以形成沿轴线 5 穿过材料块整个深度 “e” 的内叶片空间 (inter-aubes)。
因此， 图 2a 示出了磨料水射流切割步骤完成时材料块 100 的上部。因此该材料块 具有从圆盘 4 径向延伸 ( 即垂直于中心轴线 5) 的叶片预型件 102。通常， 在材料块 100 的 厚度中实现切割以在外周直接连续的叶片预型件 102 之间形成内叶片空间 110。
另外， 执行该步骤以在预型件 102 间形成连接装置， 连接装置此处采用环 112 的形 式， 该环定中心于轴线 5， 且优选连接叶片预型件 102 的所有叶尖 108。因此， 环 112 组成被 切割的材料块 100 的外周环状部分， 并因此创建内叶片空间 110 的外部径向界限， 这个空间 一直被保留直到切割步骤完成。
磨料水射流切割步骤可通过执行以下操作实现 ： 移除以大致扭曲或螺旋方式从圆 盘径向延伸的第一部分材料的第一切割操作、 且随后移除也以大致扭曲或螺旋方式径向延 伸的体积较小的第二部分材料的第二切割操作实施。
参照图 2b 示意性所示， 更具体地， 在图 2b 左侧可以看出， 第一切割操作的目的是 切割沿轴线 5 在材料块 100 整个厚度延伸的第一部分材料 114。为此， 沿图 2a 下部所示闭 合线 118， 从叶根 4 开始移动聚焦喷枪 116 的轴， 径向延伸至块外部径向端附近， 未达到外部 径向端， 以形成环， 其中线 118 沿环的圆周延伸， 在再次径向向内延伸至叶根 4 之前， 接着延 伸直至返回初始点。
沿上述线 118 的路径移动时， 喷枪 116 的轴相对于优选保持固定的轴线 5 执行适 当的附加移动， 其中该附加移动基本采用径向枢转喷枪轴的形式， 并且确保形成径向形状 大致扭曲的第一部分 114。更一般地， 应当注意， 喷枪 116 相对于轴线 5 移动的轨迹是称为 “五轴” 轨迹的轨迹， 其由同时进行两种旋转获得。第一部分 114 优选由操作人员手动移除，如图 2b 中心部分示意性所示。如该图所示， 该方法完成时， 在垂直径向的任何剖面内， 第一 部分 114 为四边形， 其相对的两侧沿着材料块的厚度延伸， 各自尽可能在获得的两个直接 连续叶片 2 附近通过。
如以上进行的切割， 第一部分 114 的每次移除形成两个直接连续叶片预型件 102 的表面。 优选地， 首先切割所有第一部分 114， 其数量取决于 DAM 所需叶片数量， 接着手动移 除该部分 114， 之后执行第二切割操作。
第二操作的执行使得所得叶片预型件尽可能接近最终叶片的反向曲线扭曲形状， 与叶片剖面的曲形不同， 考虑到磨料水射流以大致直线方式横穿块， 这很难通过单次简单 切割来接近。
参照图 2b 示意性所示， 在右侧部分可以看出， 第二切割操作的目的实际是切割仅 沿材料块 100 的一部分厚度延伸的第二部分材料 120， 即仅穿过通过移除第一部分 114 形成 的径向构件 122 的部分厚度。另外， 部分 120 也仅在相关构件 122 的径向部分上延伸， 即从 叶根延伸， 未达到环， 如图 2a 所示。
为此， 聚焦喷枪 116 的轴沿径向线 124 移动， 其一部分如图 2a 所示。该线从叶根 4 开始， 大致径向延伸， 未达到移除第一部分 114 时出现的环 112。例如， 磨料水射流横穿的 线 124 大约位于径向构件 122 中间厚度处， 且超过径向构件的径向中间高度停止。 沿上述线 124 的路径移动时， 喷枪 116 的轴相对于优选保持固定的轴线 5 执行适 当的附加移动， 其中该附加移动基本采用径向枢转喷枪轴的形式， 并且确保形成径向形状 大致扭曲的第二部分 120。更一般地， 应当注意， 喷枪 116 相对于轴线 5 移动的轨迹是称为 “五轴” 轨迹的轨迹， 其通过同时进行两种旋转获得。第二部分 120 通过使用磨料水射流从 叶根 4 整体移除时， 优选在自身重量作用下分离， 无需操作人员任何动作， 如图 2b 右侧部分 示意性所示。
为此， 应注意， 喷枪 116 不仅沿大致径向的线 124 移动， 也沿从线 124 内径向端沿 叶根 4 延伸的圆形部分形状的线 ( 未示出 ) 移动， 以使部分 120 从叶根完全分离。
如图 2b 所示， 该方法完成后， 在垂直于径向的任何剖面内， 部分 120 为三角形形 状， 其一侧尽可能在由相关径向构件 122 获得的叶片 2 附近通过。
所有第二部分 120 已移除后， 块仅示出叶尖 108 处通过环 112 彼此连接的叶片预 型件 102。磨料水射流步骤完成。
在此优选实施例中， 该方法之后进行移除连接预型件 102 的环 112 的步骤。 该步骤 以本领域技术人员认为合适的任何方法实现， 如线切割或铣削。为此， 图 2c 示意性示出了 通过环 112 与预型件叶尖 108 间连接的断裂， 从块 100 剩余部分分离环 112。获得所有圆周 基本断裂 128 后， 环可通过沿轴线 5 相对于块移动与块实际分离。环 112 视为已移除。可 替代地， 环 112 可仅通过移除预型件 102 间的环部分移除， 预型件径向端的其它部分保留， 例如之后组成叶片叶尖的一部分。所得断裂不再是图 2c 所示断裂 128 的大致圆周形断裂， 而是大致径向断裂， 且断裂深度始终为块厚度。
然后， 执行叶片预型件 102 的铣削步骤， 以便获得定型叶片毛坯 202。 换句话说， 例 如使用五轴铣削工具执行该步骤， 移除叶片预型件 102 上的剩余材料， 以尽可能接近最终 尺寸， 如至 0.6mm。
在此情况中， 优选逐一地加工这些预型件 102， 并且每个均形成定型叶片毛坯
202， 如图 2d 所示。
然后， 该方法执行另一铣削步骤， 该步骤称为精加工步骤， 其目的是通过铣削从毛 坯 202 获得最终成型叶片 2。所使用的工具能够更精确的加工， 以达到最终尺寸， 并由此获 得如图 2e 的右部中所示的叶片 2。
在该方法的此阶段， 材料的剩余体积小于磨料水射流切割步骤开始之前 ( 即， 就 在上述车削步骤之后 ) 此块体积的 25％。
然后， 该工序后可继续一个或多个传统步骤， 包括例如通过手工调整或通过摩擦 精加工的抛光步骤、 喷砂步骤、 切割至叶片长度的步骤和 / 或平衡 DAM 的步骤。
虽然将上述实施方式描述为具有形成于叶片叶尖的保持环 112， 但是可替代地， 该 保持环可以形成于这些叶片的从叶尖径向向内的更中心部分处。
显而易见地， 本领域技术人员可以对如上所述的仅作为非限制性实例的本发明进 行各种修改。