專利名稱：利用磨料水射流切割來(lái)制造整體式葉片盤的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及優(yōu)選地用于飛行器渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的整體式葉片盤的制造領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
整體式葉片盤(也叫做DAM或整體葉盤)，通常通過(guò)銑削材料塊制成，該材料塊通 常由鈦制成。不過(guò)，雖然該技術(shù)已被掌握，但也不能就認(rèn)為是最佳的，這是因?yàn)橹圃鞎r(shí)間非常 長(zhǎng)，這很大程度上是由于要去除大量的材料，也就是要去除高達(dá)初始材料塊的75%的重量， 甚至更多。生產(chǎn)成本也會(huì)由于這種長(zhǎng)的制造時(shí)間而增加，這首先意味著操作者要長(zhǎng)久地呆在 銑床邊，并且其次造成工具的快速磨損，并且尤其是銑床的相對(duì)昂貴的銑頭(tStes )的磨 損。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是至少部分地克服與現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施例相關(guān)的上述缺點(diǎn)。為此，本發(fā)明的目的是提供一種用于制造整體式葉片盤的方法，包括-使用磨料水射流來(lái)切割材料塊的步驟，執(zhí)行該步驟以產(chǎn)生從圓盤徑向延伸的葉 片預(yù)型件；然后-該葉片預(yù)型件的銑削步驟。因此，本發(fā)明的原理是基于在對(duì)材料塊實(shí)施一個(gè)或若干個(gè)銑削步驟之前，先實(shí)施 通過(guò)磨料水射流切割材料塊的預(yù)備步驟。鑒于磨料水射流切割技術(shù)能夠在相對(duì)短的時(shí)間內(nèi)去除大量材料，因而與單靠銑削 實(shí)心塊的方法相比，這大大減少了制造時(shí)間和成本。作為說(shuō)明，使用現(xiàn)有技術(shù)獲得DAM所需 的310小時(shí)的加工時(shí)間將被縮短至僅約140小時(shí)，再加上用磨料水射流進(jìn)行切割的非常少 的小時(shí)數(shù)。銑削時(shí)間的減少意味著由操作者在銑床上工作來(lái)完成的工作大幅減少，使得他們 可以操作多臺(tái)銑床和/或還控制確保通過(guò)磨料水射流進(jìn)行切割的工具。最后，銑削時(shí)間的減少還有利地顯著減少了工具磨損，尤其是銑床銑頭的磨損，這 更進(jìn)一步降低了生產(chǎn)成本。因此，該方法的使用尤其適用于初始料塊的75%或更多的材料被去除的情況，因 為這種去除的大部分都可以利用磨料水射流進(jìn)行切割來(lái)快速完成。為此，優(yōu)選地，使得所述 磨料水射流切割步驟導(dǎo)致去除所述材料塊重量的至少50%。換句話說(shuō)，優(yōu)選地，在磨料水射 流切割步驟時(shí)的料塊的重量與該步驟結(jié)束且形成葉片預(yù)型件時(shí)的同一料塊的重量之間的 比率大于2。為此，應(yīng)當(dāng)注意，磨料水射流切割步驟后面跟隨的是銑削葉片預(yù)型件的步驟，優(yōu)選 地，執(zhí)行該銑削步驟以便獲得定型的葉片毛坯，優(yōu)選地，該銑削步驟后面跟隨對(duì)葉片毛坯銑削的精加工步驟，以獲得最終成型的葉片。優(yōu)選地，所述整體式葉片盤的直徑大于或等于800mm。優(yōu)選地，葉片的最小長(zhǎng)度是 150mmo優(yōu)選地，所述整體式葉片盤具有厚度大于或等于IOOmm的圓盤。然而，因磨料水射 流切割技術(shù)可獲得的性能規(guī)格較高，厚度可為約160mm或更大。該厚度也大致對(duì)應(yīng)于各葉 片在前緣和尾緣間相對(duì)DAM軸線延伸的距離。優(yōu)選地，整體式葉片盤的葉片是扭曲的，扭曲角可達(dá)45°或甚至更大。優(yōu)選地，所使用的所述材料塊由鈦或鈦的一種合金制成。優(yōu)選地，所述整體式葉片盤為用于飛行器渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的整體式葉片盤。更優(yōu)選地，所述整體式葉片盤為飛行器渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪機(jī)或壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子的 整體式葉片盤。在閱讀以下詳細(xì)的非限制性描述之后，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征將變得顯而易 見(jiàn)。


將參照附圖進(jìn)行此描述，在附圖中-圖1示出了用于渦輪發(fā)動(dòng)機(jī)的整體式葉片盤的局部透視圖，其可通過(guò)實(shí)施根據(jù) 本發(fā)明的制造方法來(lái)獲得；以及-圖2a至圖2d示意性示出了當(dāng)采用一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方式的制造方法時(shí)，整體式葉片 盤在其制造過(guò)程中的不同步驟的視圖。
具體實(shí)施例方式首先參照?qǐng)D1，可以看到通過(guò)使用根據(jù)本發(fā)明的制造方法獲得的整體式葉片盤1。 其優(yōu)選用于組成飛行器的渦輪機(jī)的壓縮機(jī)或渦輪的轉(zhuǎn)子。通過(guò)本發(fā)明的方法獲得的整體式葉片盤(下文簡(jiǎn)稱DAM)具有較大尺寸，即其直徑 大于或等于800mm，葉片2的長(zhǎng)度至少等于150mm，且圓盤4厚度“e”大于或等于130mm。另 外，具有中心軸5的圓盤4所攜帶的葉片強(qiáng)烈扭曲，扭曲角可達(dá)45°或更大。作為說(shuō)明，已 知地，該角度相當(dāng)于給定葉片2的葉根6和葉尖8之間的虛擬角度?，F(xiàn)在將參照?qǐng)D2a至圖2d描述用于制造DAMl的方法的優(yōu)選實(shí)施方式。首先，對(duì)鈦合金制成的且優(yōu)選預(yù)加工的材料塊(也稱為“單塊毛坯”)執(zhí)行第一車 削步驟，其目的是例如加工該材料塊至距最終尺寸1mm。下一步驟包括通過(guò)磨料水射流切割實(shí)心塊，以形成葉片預(yù)型件。為此，使用超高壓(如3000巴壓力)和超高精度(如六軸)水射流切割機(jī)執(zhí)行。 超高水壓使得磨料傳輸，優(yōu)化其材料切割效果。已知方式中，使用金剛石或藍(lán)寶石噴嘴產(chǎn)生 水射流。另外，混合室允許添加諸如砂粒等磨料。因此，聚焦噴槍(canon de focalisation) 使水和砂粒均勻，并使水和砂?；旌衔锞劢褂谇懈顓^(qū)。磨料水射流切割技術(shù)允許獲得較高的材料移除率及滿意的重復(fù)精度。因此，非常 適合移除材料以形成沿軸線5穿過(guò)材料塊整個(gè)深度“e”的內(nèi)葉片空間(inter-aubes)。因此，圖2a示出了磨料水射流切割步驟完成時(shí)材料塊100的上部。因此該材料塊具有從圓盤4徑向延伸(即垂直于中心軸線5)的葉片預(yù)型件102。通常，在材料塊100的 厚度中實(shí)現(xiàn)切割以在外周直接連續(xù)的葉片預(yù)型件102之間形成內(nèi)葉片空間110。磨料水射流切割步驟可通過(guò)執(zhí)行以下操作實(shí)現(xiàn)移除以大致扭曲或螺旋方式從圓 盤徑向延伸的第一部分材料的第一切割操作、且隨后移除也以大致扭曲或螺旋方式徑向延 伸的體積較小的第二部分材料的第二切割操作實(shí)施。參照?qǐng)D2b示意性所示，更具體地，在圖2b左側(cè)可以看出，第一切割操作的目的是 切割沿軸線5在材料塊100整個(gè)厚度延伸的第一部分材料114。為此，沿圖2a下部所示的 總體U形的線118，從材料塊100的徑向端開(kāi)始移動(dòng)聚焦噴槍116的軸，向內(nèi)徑向延伸至圓 盤4，其中線118在再次徑向向外延伸至材料塊100的另一徑向端之前沿圓盤的圓周延伸。沿上述線118的路徑移動(dòng)時(shí)，噴槍116的軸相對(duì)于優(yōu)選保持固定的軸線5執(zhí)行適 當(dāng)?shù)母郊右苿?dòng)，其中該附加移動(dòng)基本采用徑向樞轉(zhuǎn)噴槍軸的形式，并且確保形成徑向形狀 大致扭曲的第一部分114。更一般地，應(yīng)當(dāng)注意，噴槍116相對(duì)于軸線5移動(dòng)的軌跡是稱為 “五軸”軌跡的軌跡，其由同時(shí)進(jìn)行兩種旋轉(zhuǎn)獲得。第一部分114優(yōu)選由操作人員手動(dòng)移除， 如圖2b中心部分示意性所示。如該圖所示，該方法完成時(shí)，在垂直徑向的任何剖面內(nèi)，第一 部分114為四邊形，其相對(duì)的兩側(cè)沿著材料塊的厚度延伸，各自盡可能在獲得的兩個(gè)直接 連續(xù)葉片2附近通過(guò)。如以上進(jìn)行的切割，第一部分114的每次移除形成兩個(gè)直接連續(xù)葉片預(yù)型件102 的表面。優(yōu)選地，首先切割所有第一部分114，其數(shù)量取決于DAM所需葉片數(shù)量，接著手動(dòng)移 除該部分114，之后執(zhí)行第二切割操作。第二操作的執(zhí)行使得所得葉片預(yù)型件盡可能接近最終葉片的反向曲線扭曲形狀， 與葉片剖面的曲形不同，考慮到磨料水射流以大致直線方式橫穿塊，這很難通過(guò)單次簡(jiǎn)單 切割來(lái)接近。參照?qǐng)D2b示意性所示，在右側(cè)部分可以看出，第二切割操作的目的實(shí)際是切割僅 沿材料塊100的一部分厚度延伸的第二部分材料120，即僅穿過(guò)通過(guò)移除第一部分114形成 的徑向構(gòu)件122的部分厚度。另外，部分120也僅在相關(guān)構(gòu)件122的徑向部分上延伸，即從 葉根延伸，未達(dá)到葉尖，如圖2a所示。為此，聚焦噴槍116的軸沿徑向線124移動(dòng)，其一部分如圖2a所示。該線從葉根 4開(kāi)始，大致徑向延伸，未達(dá)到移除第一部分114時(shí)出現(xiàn)的環(huán)112。例如，磨料水射流橫穿的 線124大約位于徑向構(gòu)件122中間厚度處，且超過(guò)徑向構(gòu)件的徑向中間高度停止。沿上述線124的路徑移動(dòng)時(shí)，噴槍116的軸相對(duì)于優(yōu)選保持固定的軸線5執(zhí)行適 當(dāng)?shù)母郊右苿?dòng)，其中該附加移動(dòng)基本采用徑向樞轉(zhuǎn)噴槍軸的形式，并且確保形成徑向形狀 大致扭曲的第二部分120。更一般地，應(yīng)當(dāng)注意，噴槍116相對(duì)于軸線5移動(dòng)的軌跡是稱為 “五軸”軌跡的軌跡，其通過(guò)同時(shí)進(jìn)行兩種旋轉(zhuǎn)獲得。第二部分120通過(guò)使用磨料水射流從 葉根4整體移除時(shí)，優(yōu)選在自身重量作用下分離，無(wú)需操作人員任何動(dòng)作，如圖2b右側(cè)部分 示意性所示。為此，應(yīng)注意，噴槍116不僅沿大致徑向的線124移動(dòng)，也沿從線124內(nèi)徑向端沿 葉根4延伸的圓形部分形狀的線(未示出)移動(dòng)，以使部分120從葉根完全分離。如圖2b所示，該方法完成后，在垂直于徑向的任何剖面內(nèi)，部分120為三角形形 狀，其一側(cè)盡可能在由相關(guān)徑向構(gòu)件122獲得的葉片2附近通過(guò)。
所有第二部分120已移除后，塊僅具有由圓盤4產(chǎn)生的葉片預(yù)型件102并通過(guò)內(nèi) 葉片空間110彼此間隔。在將材料塊的至少50%的重量去除后，磨料水射流切割步驟就隨之完成了。然后，執(zhí)行葉片預(yù)型件102的銑削步驟，以便獲得定型葉片毛坯202。換句話說(shuō)，例 如使用五軸銑削工具執(zhí)行該步驟，移除葉片預(yù)型件102上的剩余材料，以盡可能接近最終 尺寸,如至0. 6mm。在此情況中，優(yōu)選逐一地加工這些預(yù)型件102，并且每個(gè)均形成定型葉片毛坯 202，如圖2c所示。然后，該方法執(zhí)行另一銑削步驟，該步驟稱為精加工步驟，其目的是通過(guò)銑削從毛 坯202獲得最終成型葉片2。所使用的工具能夠更精確的加工，以達(dá)到最終尺寸，并由此獲 得如圖2d的右部中所示的葉片2。在該方法的此階段，材料的剩余體積小于磨料水射流切割步驟開(kāi)始之前(即，就 在上述車削步驟之后)此塊體積的25%。然后，該工序后可繼續(xù)一個(gè)或多個(gè)傳統(tǒng)步驟，包括例如通過(guò)手工調(diào)整或通過(guò)摩擦 精加工的拋光步驟、噴砂步驟、切割至葉片長(zhǎng)度的步驟和/或平衡DAM的步驟。顯而易見(jiàn)地，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)如上所述的僅作為非限制性實(shí)例的本發(fā)明進(jìn) 行各種修改。
權(quán)利要求
一種用于制造整體式葉片盤(1)的方法，包括 使用磨料水射流來(lái)切割材料塊(100)的步驟，執(zhí)行該步驟以產(chǎn)生從圓盤(4)徑向延伸的葉片預(yù)型件(102)，然后 所述葉片預(yù)型件(102)的銑削步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，執(zhí)行所述通過(guò)磨料水射流進(jìn)行切割的步驟，以便 去除所述材料塊(100)的重量的至少50%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中，執(zhí)行所述葉片預(yù)型件(102)的銑削步驟，以 便獲得定型的葉片毛坯(202)，該銑削步驟之后是對(duì)所述葉片毛坯(202)銑削精加工的步 驟，以便獲得最終成型的葉片(2)。
4.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述整體式葉片盤的直徑大于或等 于 800mm。
5.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述整體式葉片盤具有厚度(e)大 于或等于IOOmm的圓盤(4)。
6.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述整體式葉片盤的葉片(2)是扭 曲的。
7.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所使用的所述材料塊(100)由鈦或 鈦的一種合金制成。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述整體式葉片盤是用于飛行器渦 輪發(fā)動(dòng)機(jī)的整體式葉片盤。
9.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述整體式葉片盤是用于飛行器渦 輪發(fā)動(dòng)機(jī)中的渦輪機(jī)或壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子的整體式葉片盤。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于制造整體式葉片盤的方法，包括使用磨料水射流來(lái)切割材料塊(100)的步驟，以產(chǎn)生從圓盤(4)徑向延伸的葉片預(yù)型件(102)；然后-葉片預(yù)型件(102)的銑削步驟。
文檔編號(hào)F01D5/34GK101980823SQ200980111231
公開(kāi)日2011年2月23日 申請(qǐng)日期2009年3月25日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月31日
發(fā)明者克里斯托弗·查爾斯·莫里斯·羅卡, 塞巴斯蒂安·博爾迪, 澤格·貝蘭格, 蒂埃里·讓·馬勒維爾 申請(qǐng)人:斯奈克瑪公司