專利名稱：用于渦輪機的中空葉片的制造方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明通常涉及一種用于渦輪機的葉片的制造方法，如中空風機葉片，或用于渦輪機的任何其它類型的轉(zhuǎn)子或定子葉片。

背景技術(shù)：
通常地，用于渦輪機的中空風機葉片包括相對較厚的根部，該根部用來將該葉片固定到轉(zhuǎn)盤(葉輪)上，該根部在稱為葉片端部的較薄的流線型部分徑向向外延伸。
現(xiàn)有技術(shù)中已知的該中空葉片的制造方法(參見第US-A-5 636440號專利)主要是利用擴散連接技術(shù)和超塑成型技術(shù)的結(jié)合完成。在現(xiàn)有技術(shù)的該方法中，首先限定葉片的兩個或三個組成部件，然后在通過擴散連接技術(shù)將其相互堆疊和組裝之前，對各組成部分分別進行加工，以便獲得所需的葉片預制件。
在下一步中，形成之前預制的預制件的流線型輪廓，接著通過氣體壓力膨脹并經(jīng)歷超塑性成型，以獲得基本具有最終形狀的葉片。
如上所述，為了形成葉片預制件，需要至少兩個外部部件。該外部部件通常通過機加工供給件而形成。由于這兩個機加工的外部部件中的每一個都必須具有兩個徑向相對的、明顯厚度不同的部分，所以用來加工外部部件的這兩個部分分別稱為根部和端部，并且該獲得的元件必須具有相對較大的初始尺寸。
還有一種是采用厚板制造初始部件的方法，例如通過機加工制造的方法。然而該厚板具有比較粗糙的微觀結(jié)構(gòu)。
另一種用于改善葉片微觀結(jié)構(gòu)的方法是，采用薄板來制造初始部件，然后將這些薄板連接到一起以形成兩板或三板組件，然后重疊起來以形成根部。然而，該方法由于熱翹曲準則而受到限制；預制件的厚度必須比加工成根部所需長度的三分之一要厚。因此葉片根部的幾何尺寸不可能需要很大體積的材料。
這樣，至少部分形成葉片預制件的外部部件的加工，例如通過滾壓進行，將會產(chǎn)生非常高的材料成本和機加工成本，因此，這種加工中空葉片的方法不是最優(yōu)選的。


發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的在于提供一種用于渦輪機的中空葉片的制造方法，其能夠至少部分地解決上述諸多問題。
更確切地說，根據(jù)其中的一個方面，本發(fā)明涉及一種中空葉片的制造方法，其中制造葉片預制件的外部部件的步驟與現(xiàn)有技術(shù)相比可顯著地降低制造成本。
特別地，僅初始外部部件中的一個具有復雜的形狀；預制件的根部，即將來的葉片根部，完全由該第一初始部件所形成，因此，該部分在其端部具有足夠的剩余材料來形成完整的根部，換句話說，所有部件突出超過端部的延伸部分。因此，材料被部分地轉(zhuǎn)移到朝向葉片中心線的另一側(cè)。優(yōu)選地，該初始部件進行鍛造。
方便地，另一個外部初始部件是大體上具有片狀金屬件的形狀、且易于以合理成本進行機加工的簡單元件。也可機加工形成第三初始部件，以形成預制件的中心支撐件或增強件。
方便地，預制件的擴散連接之后進行超塑性成型，以制作該葉片本身。超塑性成型可通過預制件的流線型仿形切削以及通過氣體壓力膨脹(inflation)來進行。
根據(jù)本發(fā)明的方法優(yōu)選地包括翻倒位于第一外部初始部件上的剩余材料以形成對稱的根部的步驟。該步驟可通過鍛造，優(yōu)選地可通過熱鍛造來完成?？梢栽跀U散連接之后進行翻倒，例如在預制件的流線型仿形切削(aerodynamic profiling)的過程中進行翻倒。



通過閱讀以下參照附圖的描述，本發(fā)明的特征和優(yōu)點將會更加容易理解，其中附圖僅用于說明本發(fā)明而非用于限定本發(fā)明，其中 圖1示出了用于渦輪機的普通中空葉片； 圖2示出了在擴散連接之后獲得的或模制的、用于限定初始部件的葉片預制件； 圖3為預制件的所有部件的立體示意圖； 圖4為翻倒剩余材料的操作的示意圖；以及 圖5A和5B示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的通過鍛造實現(xiàn)的翻倒過程。

具體實施例方式 圖1示出了用于渦輪機(未示出)的帶有大弦的風機轉(zhuǎn)子葉片類型的中空葉片1。該具有復雜幾何形狀類型的葉片，例如由鈦或鈦合金(例如TiALV)制成，包括通過端部4沿徑向延伸的根部2。端部4設計為放置在渦輪機氣流的循環(huán)環(huán)形通道內(nèi)，并具有兩個外部表面，分別被稱為壓力面6和吸力面8，這兩個表面通過前邊10和后邊12連接。
優(yōu)選采用SPF/DB(超塑性成型/擴散連接)方法來制造該復雜的輪廓。
不管采用哪種方法，第一步包括模制葉片1的輪廓以獲得預制件，該預制件可以通過連接初始部件而獲得；壓力面6和吸力面8，或它們的圖示置于同一平面上。該操作可通過使用CAD(計算機輔助設計)工具來模擬實現(xiàn)，例如通過收縮之后的扭曲以及“矯直”以得到如圖2所示的預制件。
該預制件14包括根部16，根部16通過端部18在徑向延伸。參照圖2所示，根部16設置有具有較大平均厚度E的部分20，該具有較大平均厚度的部分從由端部18的表面及其延伸部分所限定的表面的兩側(cè)突出，其中該延伸部分還被稱為預制件14的AA面。值得注意的是，由于兩個突出部分22a和22b位于沿著端部18的延伸部分設置的中心部分22c的兩側(cè)，因此突出部分20在隨后用于將葉片連接到渦輪轉(zhuǎn)盤上。
預制件14的端部18具有厚度為e的徑向內(nèi)端24和厚度為e’的徑向外端26，其中厚度e’通常比厚度e要小。然而，預制件14的端部18的厚度變化不大，厚度e和e’之間的差別在圖2中被放大了。
限定各初始部件以能夠制造預制件14(用于中空葉片1的該預制件應該是“可膨脹的”，因此不可以由單個部件制造)，并將其連接在一起?？梢圆捎貌煌姆绞较薅ǔ跏疾考缥墨IUS-A-5 636440中所述的，最明確的沿著中心面BB的縱截面來限定。然而，該方案的主要缺陷在于，不得不對至少兩個具有復雜輪廓的部件(一個包括部分22a的部件和另一個包括根部16的部分22b的部件)進行機加工。
根據(jù)本發(fā)明，僅一個初始部件具有復雜的輪廓，并且將要被翻倒(tipped over)的、用于形成根部16所需的材料僅位于預制件14的平面AA的一側(cè)上，它延長了端部的外表面。因此，如圖3所示獲得了兩個外部的初始部件，即，第一外部初始部件30，具有或多或少為板狀的端部32，在其端部具有剩余材料34；第二外部初始部件28，其或多或少為板狀。第一和第二外部初始部件28、30可隨意用于壓力面6或吸力面8。
取決于葉片的尺寸、施加在葉片上的壓力等可限定第三初始部件36，通過將其插入到兩外部部件28、30之間以作為預制件的增強件。該支撐部件36也或多或少為板狀。
或多或少為板狀的部件意味著該部件相對于其長度和寬度較薄，并具有基本均勻的厚度，優(yōu)選地，該厚度為2mm至8mm的范圍內(nèi)，優(yōu)選為5mm。如果用于其制造的供給元件可以容易地制造為具有與這些部件的最終尺寸基本相等的尺寸，則滾壓制造技術(shù)尤其適用于這些部件28、36，并且根據(jù)材料和機加工成本進行優(yōu)化。
第一初始部件30也可由板件制成，優(yōu)選具有厚的坡度或鍛造部分，或其他任何具有所要求特征的形狀。對本領域的技術(shù)人員來說，任何已知技術(shù)都可用于對部件本身進行機加工。然而，為了優(yōu)化葉片的性能和微觀結(jié)構(gòu)，優(yōu)選地采用鍛造技術(shù)，從而能夠加工出具有優(yōu)異微觀結(jié)構(gòu)性能的初始部件30。
一旦制成，外部初始部件28、30組裝成坯件38，并固定在一起，其中還可能具有一個初始支撐部件36，用于增強中空結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，通過擴散連接將這些部件連接在一起。
在連接之后，剩余材料34僅位于坯體38的一側(cè)，該側(cè)相對于其他地方顯然是平面。然后，將剩余材料34部分地轉(zhuǎn)移到第二初始部件28的另一側(cè)，以便將葉片1的根部2的質(zhì)量分配到葉片1的兩側(cè)上(即，將預制件14的根部16的質(zhì)量分配至端部18的兩側(cè)上)；因此，圖4示出了多余材料40從坯件38的平面AA的一側(cè)轉(zhuǎn)移到另一側(cè)，以形成翻倒的材料42的突起，其形成預制件14和葉片1的根部16的完整部分。
根據(jù)一個優(yōu)選實施例，“翻倒”通過鍛造進行，優(yōu)選地在沖壓裝置上通過熱成型熱壓，例如，在850℃至950℃之間，特別是在已知的沖壓型鍛造裝置上進行。
圖5示出了一個實施例。通過初始部件28、30的連接(參照圖3)而獲得的、且不對稱但具有接合面44的坯件38插入到包括兩個方便加熱的沖模46、46’的沖壓裝置中。每一個沖模都設置有“土耳其帽”形狀的凹槽48、48’，這些凹槽有助于正確地定位坯件38，也便于加熱。優(yōu)選地，將沖模46以促進材料軟纖維化的方式閉合。在步驟的最后，將最初位于上凹槽48上的材料40填入到下凹槽48’中。不同于圖4所示，而是如圖5B所示，可以看到接合面44也發(fā)生了移動。
在將材料翻倒的同時，或在這之后，預制件14方便地進行流線型仿形切削。
然后將可能具有空氣動力學輪廓(流線型輪廓)的預制件機加工以形成葉片1。該步驟優(yōu)選地通過根據(jù)SPF/DB中的已知條件應用氣體壓力和超塑性成型來進行。
因此，根據(jù)本發(fā)明的方法，對于兩外部部件中的至少一個部件和可能會有的中心部件，僅有一個復雜的供給元件包括用于葉片根部的剩余材料，因此以簡單元件(例如，板件)開始制作葉片和葉片預制件成為可能；值得注意的是，該種復雜部件的制造只占葉片成本的40％以上。因此，制造成本顯著地下降；只有一個部件產(chǎn)生材料浪費以及需要進行復雜的機加工。
權(quán)利要求
1.一種用于渦輪機的中空葉片(1)的制造方法，所述中空葉片包括根部(2)和端部(4)，所述方法包括
用于制造至少兩個外部初始部件(28，30)的步驟；
將所述兩個外部初始部件擴散連接以制造葉片預制件(14)的步驟，所述葉片預制件具有限定出所述預制件的平面(AA，A’A’)的端部(18)以及根部(16)；
其特征在于，用于制造所述兩個外部初始部件的步驟包括第一初始部件(30)的制造，所述第一初始部件包括端部(32)，和在其一端的、突出超過所述預制件的平面(AA)中的一個的剩余材料(34)，所述剩余材料(34)使得所述預制件(14)的所述根部(16)由所述剩余材料(34)形成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的制造方法，其中，所述第一初始部件(30)的制造包括供給元件的鍛造。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的制造方法，其中，所述用于制造所述兩個外部部件的步驟包括近似片狀金屬件形式的第二外部初始部件(28)的制造。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3的任一權(quán)利要求所述的制造方法，包括在將所述兩個外部初始部件(28，30)擴散連接以形成所述預制件(14)的根部(16)之后，翻倒所述剩余材料(34)的步驟。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制造方法，其中，翻倒所述根部的操作通過鍛造來實現(xiàn)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的制造方法，其中，翻倒所述根部的操作通過在850℃到950℃之間進行熱成型來實現(xiàn)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1到6的任一權(quán)利要求所述的制造方法，其中，通過擴散連接以組裝所述兩個外部部件(28，30)的步驟之后進行所述預制件(14)的通過氣體壓力膨脹以及超塑性成型的步驟。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的制造方法，其中，通過所述預制件(14)的流線型仿形切削來進行膨脹。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的制造方法，包括在所述預制件(14)的流線型仿形切削的同時翻倒所述剩余材料(34)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1到9的任一權(quán)利要求所述的制造方法，包括第三初始支撐部件(36)的制造，所述預制件(14)由圍繞所述初始支撐部件(36)的所述兩個外部初始部件(28，30)所構(gòu)成。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于渦輪機的中空葉片(1)的制造方法，其中該葉片(1)由外部初始部件(28，30)獲得的預制件(14)而制成。為了降低成本，葉片的根部(2)由完全位于預制件(14)的兩個外部初始部件中的一個上的剩余材料(34)所形成。
文檔編號B23K103/14GK1644305SQ200510051290
公開日2005年7月27日 申請日期2005年3月3日 優(yōu)先權(quán)日2004年3月3日
發(fā)明者斯特凡娜·安德烈·萊韋克, 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