航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片的制作方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的目的在于提供一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片，其能很好地在防撞性能和輕量化要求。為實(shí)現(xiàn)所述目的的航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片，包括葉片殼體和葉片殼體圍成的空腔內(nèi)的肋骨結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是，該葉片通過(guò)選擇性激光熔化設(shè)備一體成型，所述肋骨結(jié)構(gòu)是瓦倫結(jié)構(gòu)和工字型槽梁的組合。
【專利說(shuō)明】航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本實(shí)用新型涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片。

【背景技術(shù)】
[0002]空心風(fēng)扇葉片作為商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)的關(guān)鍵部件之一，有效地降低了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，滿足了新一代商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)“低噪聲、低污染、低成本”的要求，提高了發(fā)動(dòng)機(jī)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
[0003]一種鈦合金空心風(fēng)扇葉片，其包括葉片殼體和葉片殼體圍成的空腔內(nèi)的肋骨結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造過(guò)程為:先在中間芯板上以一定圖形噴涂止焊劑，然后將芯板與兩層面板一起用氬弧焊焊接封邊并留有進(jìn)氣口 ；將焊好的層板放入與葉片型面相同的模具內(nèi)，并一起放進(jìn)帶有加熱系統(tǒng)的壓機(jī)內(nèi)，加熱升溫至SPF/DB (超塑成型/擴(kuò)散連接)溫度；先向模腔內(nèi)吹入一定的氬氣，然后保溫使三層鈦板內(nèi)部預(yù)訂部位和周邊進(jìn)行擴(kuò)散連接；連接完成后再向三層板內(nèi)吹入一定壓力的氬氣進(jìn)行SPF，兩層面板在SPF狀體下進(jìn)行拉伸和扭曲變形，同時(shí)中間芯板延展變形形成桁架結(jié)構(gòu)；板材完全貼模成形后隨爐冷卻，取出零件進(jìn)行表面化銑；最后數(shù)控加工出葉根和葉型邊緣。該葉片的肋骨結(jié)構(gòu)為瓦倫形(Z字形)。
[0004]另一種鈦合金空心風(fēng)扇葉片，其包括葉片殼體和葉片殼體圍成的空腔內(nèi)的肋骨結(jié)構(gòu)，其構(gòu)造過(guò)程為:葉片壞料為鈦合金，由機(jī)械加工銑削成帶肋但沒有芯部的兩半對(duì)稱的扁平葉身，而后先采用擴(kuò)散連接工藝進(jìn)行連接，將兩半扁平葉身面對(duì)面放入模具內(nèi)，送入真空爐中施加高溫高壓，得到擴(kuò)散焊質(zhì)量均勻無(wú)缺陷的葉片毛坯，再應(yīng)用超塑成形工藝使葉片成形。其工序是將已經(jīng)連接好的扁平葉坯放入與葉片最終形狀相同的模具內(nèi)，加熱至超塑成形狀態(tài)，此時(shí)由于重力的作用葉片基本貼模(這一過(guò)程可使葉片的彎曲和扭度達(dá)到要求值的90%)，然后再向葉片內(nèi)部吹入氬氣，利用材料的超塑特性使葉片完全貼模，成形出所需氣動(dòng)外形的葉片毛坯，最后數(shù)控加工出葉根和葉型。該葉片的肋骨結(jié)構(gòu)為工字槽型。
[0005]專利文獻(xiàn)CN101649844A還公開一種風(fēng)扇葉片，其中的肋骨結(jié)構(gòu)為金剛石結(jié)構(gòu)、四面體單元結(jié)構(gòu)、六面體單元結(jié)構(gòu)或蜂窩結(jié)構(gòu)等中的一種或者多種組合形成的空間結(jié)構(gòu)。
[0006]本申請(qǐng)發(fā)明人在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，無(wú)論哪種葉片的結(jié)構(gòu)在防撞性能以及輕量化方面的平衡都有待于改進(jìn)。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0007]本實(shí)用新型的目的在于提供一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片，其能很好地在防撞性能和輕量化要求。
[0008]為實(shí)現(xiàn)所述目的的航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片，包括葉片殼體和葉片殼體圍成的空腔內(nèi)的肋骨結(jié)構(gòu)，其特點(diǎn)是，該葉片通過(guò)選擇性激光熔化設(shè)備一體成型，所述肋骨結(jié)構(gòu)是瓦倫結(jié)構(gòu)和工字型槽梁的組合。
[0009]所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，所述葉片包括連通所述空腔的位于葉片頂部的頂部氣孔和位于葉片底部的底部氣孔。
[0010]所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，所述頂部氣孔和所述空腔之間還設(shè)置有弦向氣槽。
[0011]所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，所述底部氣孔和所述空腔之間還設(shè)置有弦向氣槽。
[0012]所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，所述頂部氣孔和所述底部氣孔被焊封。
[0013]所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片，其進(jìn)一步的特點(diǎn)是，所述葉片為鈦合金空心風(fēng)扇葉片。
[0014]以往的空心葉片只使用單純的“瓦倫”結(jié)構(gòu)，或者只使用“工字槽型”結(jié)構(gòu)。但不管是那種結(jié)構(gòu)，其主要目的是為了減輕葉片的重量同時(shí)，保證葉片的整體剛性，從而提高或保證葉片的抗鳥撞沖擊能力。但是，其單純的內(nèi)部空腔結(jié)構(gòu)導(dǎo)致葉片空心率無(wú)法提高，從而導(dǎo)致葉片的重量無(wú)法進(jìn)一步減輕。根據(jù)本實(shí)用新型的發(fā)明人的實(shí)踐中，由于將瓦倫結(jié)構(gòu)和工字槽型結(jié)構(gòu)有機(jī)的融合，既利用了“瓦倫”結(jié)構(gòu)的剛性強(qiáng)，抗沖擊綜合效果好，又利用了“工字槽型”結(jié)構(gòu)空心率高的特點(diǎn)，在保證葉片整體剛性條狀下，確保葉片鳥撞沖擊性能滿足要求，同時(shí)可以獲得以往葉片更高的空心率(可達(dá)到40%以上)，有效地實(shí)現(xiàn)了葉片的減重。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0015]本實(shí)用新型的上述的以及其他的特征、性質(zhì)和優(yōu)勢(shì)將通過(guò)下面結(jié)合附圖和實(shí)施例的描述而變得更加明顯，其中:
[0016]圖1為本實(shí)用新型的一實(shí)施例中航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片的主視圖。
[0017]圖2為沿圖1中A — A線的剖面圖。
[0018]圖3為圖1中未拋光前的葉片的主視圖。
[0019]圖4為圖3中葉片的俯視圖。
[0020]圖5為圖3中葉片的仰視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]下面結(jié)合具體實(shí)施例和附圖對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明，在以下的描述中闡述了更多的細(xì)節(jié)以便于充分理解本實(shí)用新型，但是本實(shí)用新型顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來(lái)實(shí)施，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不違背本實(shí)用新型內(nèi)涵的情況下根據(jù)實(shí)際應(yīng)用情況作類似推廣、演繹，因此不應(yīng)以此具體實(shí)施例的內(nèi)容限制本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0022]需要注意的是，附圖均僅作為示例，其并非是按照等比例的條件繪制的，并且不應(yīng)該以此作為對(duì)本實(shí)用新型實(shí)際要求的保護(hù)范圍構(gòu)成限制。
[0023]如圖1和圖2所示，風(fēng)扇葉片I具有葉片殼體10和葉片殼體10圍成的空腔100內(nèi)的肋骨結(jié)構(gòu)，肋骨結(jié)構(gòu)是瓦倫結(jié)構(gòu)11和工字型槽梁12的組合。瓦倫結(jié)構(gòu)11是連續(xù)的多個(gè)Z字型結(jié)構(gòu)，工字型槽梁12是橫截面呈工字型的梁。葉片殼體10的表面構(gòu)成葉片的空氣動(dòng)力表面，根據(jù)設(shè)計(jì)產(chǎn)生軸向或徑向或者其他方向的氣體流動(dòng)方向。葉片殼體10的上部IB為葉片的末端，下部IA為葉片的基端，用于安裝葉片I。
[0024]瓦倫結(jié)構(gòu)11和工字型槽梁12的組合除了如圖2所示的各自占據(jù)一半空腔100外，還可以是其他組合，這種組合與葉片的大小有關(guān)系，若為中型葉片，可以采用圖2所示的組合比例，若為大型葉片，瓦倫結(jié)構(gòu)11占據(jù)空間要多于工字型槽梁12，若為小型葉片，瓦倫結(jié)構(gòu)11可以少于工字型槽梁12。這種組合還與葉片的防撞部位有關(guān)，對(duì)于特定的防撞部位，即要求防撞性能較高的部位，瓦倫結(jié)構(gòu)11就占據(jù)空間而言要多于工字型槽梁12。
[0025]圖1和圖2所示的葉片結(jié)構(gòu)還與其成型工藝有關(guān)。葉片I是通過(guò)選擇性激光熔化(Select Laser Melting, SLM)設(shè)備一體成型。選擇性激光熔化設(shè)備可以是市售設(shè)備，其構(gòu)造再次就不多說(shuō)了，其通常的執(zhí)行工藝如下:
[0026]I)以三維模型為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)激光快速成型工藝孔；
[0027]2)利用激光快速成型工藝實(shí)現(xiàn)帶余量的零件增材制造；
[0028]3)利用磨粒流實(shí)現(xiàn)零件內(nèi)部的去除或拋光；
[0029]4)利用傳統(tǒng)機(jī)械加工方法實(shí)現(xiàn)零件外表面機(jī)加工。
[0030]相應(yīng)地，對(duì)于前述實(shí)施例的葉片結(jié)構(gòu)利用3D計(jì)算機(jī)輔助軟件等沿葉高方向?qū)饘偌訌?qiáng)邊模型進(jìn)行切片處理，厚度為10微米?500微米，對(duì)模型進(jìn)行離散化處理；然后，設(shè)置激光快速成型速度，為5米/分鐘?200米/分鐘，激光頭功率100W?10000W ;其次將粉末金屬粉末放置于激光快速成型設(shè)備里；接著，關(guān)閉設(shè)備門，并用真空泵將設(shè)備工作腔成真空，并通入保護(hù)氣體，如氬氣。最后，運(yùn)行激光快速成型設(shè)備開始“打印”金屬加強(qiáng)邊直至結(jié)束。
[0031]為了便于內(nèi)部表面的處理，如圖3至圖5所示，風(fēng)扇I包括頂部氣孔21、弦向氣槽22、底部氣孔23。弦向氣槽22可根據(jù)后期清粉的難易程度，進(jìn)行選擇性設(shè)計(jì)，也可以在底部氣孔23和中部空腔100之間設(shè)置弦向氣槽。當(dāng)葉片通過(guò)選擇性激光熔化一體成型后，利用頂部氣孔21、弦向氣槽22、中部空腔100、底部氣孔23形成的“開式”通道進(jìn)行清粉處理，接著利用磨粒流對(duì)空心葉片I內(nèi)腔壁面進(jìn)行去材料或拋光處理。磨粒從頂部氣孔進(jìn)入內(nèi)部空腔，從底部氣孔排出(方向可顛倒)。在表面處理之后對(duì)各氣孔封孔，即利用氬弧焊封住頂部氣孔、底部氣孔。最后利用數(shù)控機(jī)床對(duì)空心風(fēng)扇葉片外表面進(jìn)行加工。
[0032]前述實(shí)施例的風(fēng)扇葉片I由于是通過(guò)選擇性激光熔化工藝成一體制造，因此能夠獲得瓦倫結(jié)構(gòu)和槽型梁結(jié)構(gòu)的組合，瓦倫結(jié)構(gòu)提供更為有力的防撞性能，而槽型梁結(jié)構(gòu)提供更高的空心率，根據(jù)葉片部位的防撞要求和葉片大小，瓦倫結(jié)構(gòu)和槽型梁結(jié)構(gòu)可以隨意進(jìn)行組合，風(fēng)扇葉片I的內(nèi)部表面由于是通過(guò)選擇性激光熔化工藝預(yù)先成型，再通過(guò)拋光工藝處理，可以滿足很高的粗糙度要求，這進(jìn)一步可以提高防撞性能。
[0033]本實(shí)用新型雖然以較佳實(shí)施例公開如上，但其并不是用來(lái)限定本實(shí)用新型，任何本領(lǐng)域技術(shù)人員在不脫離本實(shí)用新型的精神和范圍內(nèi)，都可以做出可能的變動(dòng)和修改。因此，凡是未脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本實(shí)用新型權(quán)利要求所界定的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片，包括葉片殼體和葉片殼體圍成的空腔內(nèi)的肋骨結(jié)構(gòu)，其特征在于，該葉片通過(guò)選擇性激光熔化設(shè)備一體成型，所述肋骨結(jié)構(gòu)是瓦倫結(jié)構(gòu)和工字型槽梁的組合。
2.如權(quán)利要求1所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片，其特征在于，所述葉片包括連通所述空腔的位于葉片頂部的頂部氣孔和位于葉片底部的底部氣孔。
3.如權(quán)利要求2所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片，其特征在于，所述頂部氣孔和所述空腔之間還設(shè)置有弦向氣槽。
4.如權(quán)利要求2所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片，其特征在于，所述底部氣孔和所述空腔之間還設(shè)置有弦向氣槽。
5.如權(quán)利要求2所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片，其特征在于，所述頂部氣孔和所述底部氣孔被焊封。
6.如權(quán)利要求1所述的航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心風(fēng)扇葉片，其特征在于，所述葉片為鈦合金空心風(fēng)扇葉片。
【文檔編號(hào)】F04D29/30GK204164033SQ201420490696
【公開日】2015年2月18日 申請(qǐng)日期:2014年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月28日
【發(fā)明者】劉業(yè)勝, 胡壽豐, 韓品連, 柴象海, 曹源 申請(qǐng)人:中航商用航空發(fā)動(dòng)機(jī)有限責(zé)任公司