專利名稱：制造鍍層長(zhǎng)絲的盤(pán)繞嵌入物的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造加入嵌入物的元件，該嵌入物由復(fù)合物制成，該復(fù)合物類型為在金屬基中包含陶瓷纖維的復(fù)合物。
特別是在航空領(lǐng)域，一個(gè)不變的目標(biāo)就是優(yōu)化元件的強(qiáng)度，使之達(dá)到質(zhì)量最小尺寸最小。因此，一些元件從現(xiàn)在開(kāi)始可能會(huì)包含一種由金屬基復(fù)合物制成的嵌入物，該元件也可能是單片的。這種復(fù)合物由一種金屬合金基組成，例如鈦(Ti)合金，纖維在該金屬合金基的中心延伸，例如碳化硅(SiC)陶瓷纖維。這種纖維具有比鈦大得多的拉伸強(qiáng)度(典型地4000Mpa比1000Mpa)。因此，由纖維來(lái)承受負(fù)載，金屬合金基提供與元件的其他部分粘合在一起的功能，同時(shí)提供保護(hù)和隔離纖維的功能，纖維絕不可彼此接觸。此外，陶瓷纖維能防腐蝕，但必須用金屬?gòu)?qiáng)化。
復(fù)合物可以用于形成盤(pán)體、軸軸體、錘體、殼體和隔離體，如用于葉片等單片元件的加強(qiáng)物。
背景技術(shù)：
要生產(chǎn)這種復(fù)合嵌入物，要先生產(chǎn)被稱為“鍍層長(zhǎng)絲”的長(zhǎng)絲，該鍍層長(zhǎng)絲由金屬鍍層陶瓷纖維構(gòu)成。金屬賦予長(zhǎng)絲處理長(zhǎng)絲所必要的彈性和柔韌性。最好地，一種非常細(xì)的碳或鎢長(zhǎng)絲位于纖維的中心，沿其軸向，該碳絲覆蓋有碳化硅，同時(shí)一薄層碳設(shè)置在纖維和金屬的結(jié)合處，目的是在不同的熱松弛中提供阻礙擴(kuò)散或緩沖擴(kuò)散的功能，熱松弛在液體金屬沉積在纖維上變冷時(shí)出現(xiàn)。
該復(fù)合長(zhǎng)絲，或者鍍層長(zhǎng)絲，可用各種方法制造，例如，通過(guò)在電場(chǎng)中金屬的氣體沉積、使用金屬粉末電泳、或者在液體金屬池中熱鍍陶瓷纖維來(lái)制造。陶瓷纖維浸入液體金屬的鍍層方法在以本申請(qǐng)人之名申請(qǐng)的專利EP 0 931 846中有敘述。這種方法比提到的其他方法要快很多。因此，可獲得復(fù)合長(zhǎng)絲或者鍍層長(zhǎng)絲，該復(fù)合長(zhǎng)絲或者鍍層長(zhǎng)絲可用于生成復(fù)合嵌入物，該復(fù)合嵌入物將被包括在元件中。
在已知的生產(chǎn)帶有由金屬合金基復(fù)合物制成的嵌入物的元件的方法方法中，鍍層長(zhǎng)絲由稱之為預(yù)成型件的工件來(lái)形成。通過(guò)在兩個(gè)固定法蘭間纏繞鍍層長(zhǎng)絲來(lái)獲得預(yù)成型件，固定法蘭繞中心心軸延伸。線圈是螺旋形，獲得的預(yù)成型件為盤(pán)形，其厚度為鍍層長(zhǎng)絲的厚度。為了確保預(yù)成型件的結(jié)合，固定法蘭包括孔，提供粘合功能的材料，如丙烯酸(類)樹(shù)脂，從該孔中噴出。
圖1所示為制造具有復(fù)合嵌入物的元件的操作實(shí)施例的示意圖。多個(gè)預(yù)成型件1，均為盤(pán)狀，堆在通體圓柱形的容器2中。容器具有環(huán)形空腔3，環(huán)形空腔3的橫截面為預(yù)成型件1的形狀且與容器的軸4垂直。預(yù)成型件1堆疊直到整個(gè)空腔3的高度被填滿。典型地，這樣堆疊80個(gè)預(yù)成型件。
隨后進(jìn)行的是通過(guò)脫氣來(lái)進(jìn)行的粘合劑去除操作，這樣從預(yù)成型件1中減少如丙烯酸(類)樹(shù)脂的粘合劑。這是因?yàn)樵跓釅褐坪屠鋲褐齐A段中，不能有污染物存留，更不能與鈦接觸。
環(huán)形蓋子5具有與環(huán)形空腔互補(bǔ)的凸臺(tái)6，環(huán)形蓋子5置于容器2的頂部，凸臺(tái)6與上預(yù)成型件1接觸。蓋子5焊接在容器2上，例如通過(guò)電子束焊接，空腔最好保持真空。隨后，該裝置進(jìn)行熱等靜壓。在該操作方法方法中，由并列的鍍層長(zhǎng)絲構(gòu)成的嵌入物被壓縮，通過(guò)擴(kuò)散，鍍層長(zhǎng)絲的金屬外殼層被焊接在一起并焊接到容器2的空腔3的壁上，以生成致密的組件——該組件由金屬合金(如鈦合金)構(gòu)成，在金屬合金中陶瓷纖維(如SiC纖維)環(huán)形地延伸。
通過(guò)壓縮堆疊的預(yù)成型件1，獲得包含由復(fù)合物制成的嵌入物的圓柱形元件。當(dāng)組件冷卻后，該元件可選擇性地進(jìn)行應(yīng)力松弛處理，陶瓷纖維和金屬成為一體，使它補(bǔ)償陶瓷纖維和金屬間的不同膨脹。
隨后，對(duì)元件進(jìn)行大致加工。例如，如果目標(biāo)是制造單片壓縮盤(pán)——術(shù)語(yǔ)“單片”意為由一個(gè)帶有盤(pán)的元件制成的葉片——該容器與其復(fù)合嵌入物一起，加工構(gòu)成一單片葉盤(pán)或整體葉盤(pán)，一部分邊緣支撐著包含復(fù)合嵌入物的葉片。由于組件的陶瓷復(fù)合物陶瓷纖維帶來(lái)了高硬度和高強(qiáng)度值，該邊緣的尺寸要比傳統(tǒng)金屬葉盤(pán)的尺寸小很多，陶瓷纖維包含在邊緣物質(zhì)中。特別是這樣的邊緣可以是簡(jiǎn)單的環(huán)形形狀。
這種制造帶有復(fù)合嵌入物的元件的方法具有一些缺點(diǎn)，由于其步驟所需要的時(shí)間長(zhǎng)度、復(fù)雜度和準(zhǔn)確度，該方法難以以工業(yè)規(guī)模實(shí)施。
首先，由于陶瓷纖維很脆，在鍍層長(zhǎng)絲上端的操作首先必須避免鍍層長(zhǎng)絲間的接觸，此時(shí)鍍層長(zhǎng)絲的焊接沒(méi)有考慮進(jìn)來(lái)。
此外，粘合物去除和脫氣操作耗時(shí)很長(zhǎng)，而且不能確定全部粘合物得到去除。為了確保粘合物完全消失(對(duì)于保證后面的鈦合金特性的正確尤其必要)，需要進(jìn)行多步粘合物去除和脫氣操作。這增加了方法的整個(gè)耗時(shí)并且增加了整個(gè)成本。
此外，如果長(zhǎng)絲在兩個(gè)法蘭間彎曲時(shí)被弄斷，必須構(gòu)建一個(gè)新預(yù)成型件，直到現(xiàn)在，還沒(méi)有什么方法能夠解決該問(wèn)題、恢復(fù)線圈。
此外，在容器中放置鍍層長(zhǎng)絲預(yù)成型件目前還是手工操作。因此，該操作的成本會(huì)受到影響，該操作的精度更是會(huì)受到影響?，F(xiàn)在，在容器中放置鍍層長(zhǎng)絲是生產(chǎn)步驟中的關(guān)鍵因素，它決定著復(fù)合物的性能，對(duì)陶瓷纖維依照元件的主應(yīng)力的方向有著很大的影響。同時(shí)，在制造元件的各種步驟方法中，通過(guò)保持陶瓷纖維的完整，它還決定著復(fù)合物的質(zhì)量。最后，還是因?yàn)榉胖缅儗娱L(zhǎng)絲的操作相對(duì)耗時(shí)且由手工完成，它決定著元件的最終成本。因此，對(duì)在容器中放置長(zhǎng)絲的改進(jìn)是有益的。
發(fā)明專利內(nèi)容因此，本發(fā)明的目的是提供一種可以工業(yè)化的生產(chǎn)鍍層長(zhǎng)絲的盤(pán)繞嵌入物的方法。
依照本發(fā)明，用于制造鍍層長(zhǎng)絲的盤(pán)繞嵌入物的方法，每條長(zhǎng)絲由鍍有金屬殼的陶瓷纖維構(gòu)成，其特征為它包括一纏繞一鍍層長(zhǎng)絲薄片的步驟，鍍層長(zhǎng)絲在一片上彼此粘合在一起，在該步驟中，在纏繞開(kāi)始時(shí)，盤(pán)繞一用于接合嵌入物內(nèi)部部件的金屬輔片，在纏繞結(jié)束時(shí)，盤(pán)繞一用于接合嵌入物外部部件的金屬輔片。


結(jié)合附圖，閱讀本發(fā)明方法實(shí)施例的描述，將使本發(fā)明的其他特征呈現(xiàn)出來(lái)，使本發(fā)明更清楚地被理解，其中圖1是制造帶有現(xiàn)有技術(shù)復(fù)合嵌入物的元件操作的立體示意圖；圖2是用于生成鍍層長(zhǎng)絲薄片的設(shè)備的示意圖，依照本發(fā)明執(zhí)行制造鍍層長(zhǎng)絲的方法；圖3是依照?qǐng)D2設(shè)備的第一工作模式生成的薄片的俯視示意圖；圖4是依照?qǐng)D2設(shè)備的第二工作模式生成的薄片的俯視示意圖；圖5是一橫截面示意圖，在與鍍層長(zhǎng)絲移動(dòng)方向垂直的平面上用圖2設(shè)備的激光焊接模式，把兩條長(zhǎng)絲焊接在一起；圖6是在纏繞開(kāi)始時(shí)構(gòu)成元件內(nèi)部部件的元件的局部剖面示意圖，用于通過(guò)纏繞一捆或一片鍍層長(zhǎng)絲來(lái)實(shí)施完成制造帶有復(fù)合嵌入物的元件的第一種方法；
圖7是在纏繞方法結(jié)束始時(shí)圖6中的元件的局部剖面示意圖；圖8是圖7中的元件的局部剖面示意圖，在它上面加了一個(gè)外環(huán)和一個(gè)蓋子；圖9是帶有環(huán)形空腔的容器的局部剖面示意圖，用于實(shí)施完成一個(gè)本發(fā)明描述的方法的第二種方法，該方法通過(guò)纏繞一捆或一片鍍層長(zhǎng)絲來(lái)制造帶有復(fù)合嵌入物的元件；圖10是用于實(shí)施執(zhí)行本發(fā)明描述的方法的第二種方法的心軸的局部剖面示意圖，該方法通過(guò)纏繞一捆或一片鍍層長(zhǎng)絲來(lái)制造帶有復(fù)合嵌入物的元件；圖11所示為向圖9中的容器固定蓋子的步驟；圖12是在依照本發(fā)明制造嵌入物的方法中，在纏繞開(kāi)始時(shí)用輔片接合鍍層長(zhǎng)絲薄片步驟的局部剖面示意圖；圖13是在依照本發(fā)明制造嵌入物的方法中，在纏繞結(jié)束時(shí)用輔片接合鍍層長(zhǎng)絲薄片步驟的局部剖面示意圖；圖14是圖12的纏繞開(kāi)始時(shí)切割輔片步驟的局部剖面示意圖；圖15是圖12、圖13接合鍍層長(zhǎng)絲薄片結(jié)束步驟的局部剖面示意圖；圖16是用盤(pán)繞復(fù)合嵌入物生產(chǎn)元件方法的局部剖面示意圖，盤(pán)繞復(fù)合嵌入物依照包括圖12和圖13所示的接合薄片的方法生成。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明涉及包含金屬基復(fù)合物制成的嵌入物的元件的形成，陶瓷纖維在金屬基復(fù)合物中延伸。該復(fù)合物通過(guò)先前制造的長(zhǎng)絲來(lái)獲得，長(zhǎng)絲由金屬鍍層陶瓷纖維組成。在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，它是鍍有鈦合金的碳化硅(SiC)陶瓷纖維。最好地，一種非常細(xì)的碳或鎢長(zhǎng)絲沿其軸向位于纖維的中心。該碳絲覆蓋有碳化硅，同時(shí)一薄層碳設(shè)置在纖維和金屬的結(jié)合處，目的是在不同的熱松弛中提供阻礙擴(kuò)散或緩沖擴(kuò)散的功能，熱松弛在液體金屬沉積在纖維上變冷時(shí)出現(xiàn)。該復(fù)合長(zhǎng)絲，或者鍍層長(zhǎng)絲，可用各種方法制造，例如，通過(guò)在電場(chǎng)中金屬的氣體沉積、使用金屬粉末電泳、或者在液體金屬池中熱鍍陶瓷纖維來(lái)制造。它最好是這樣一種鍍層方法，在該方法中，陶瓷纖維浸入液體金屬中，該如在以本申請(qǐng)人之名申請(qǐng)的專利EP 0 931846中敘述的那樣。這樣，得到復(fù)合長(zhǎng)，后面稱作者鍍層長(zhǎng)絲，該復(fù)合長(zhǎng)絲可用于生成包括在元件中的復(fù)合嵌入物。
首先描述鍍層長(zhǎng)絲粘合薄片的制造方法。
首先，根據(jù)一種已知技術(shù)形成多條鍍層長(zhǎng)絲，最好是通過(guò)這樣的鍍層方法，該方法中陶瓷纖維浸在液體金屬池中。這些長(zhǎng)絲分別繞在一繞軸上。每條長(zhǎng)絲的直徑為，例如，0.2到0.3mm。
參照?qǐng)D2，每個(gè)繞軸7上面沿其圓周繞有長(zhǎng)絲8，多個(gè)繞軸7設(shè)置在繞軸7的模塊9上。該模塊9使得繞軸7可以這樣放置，它們可以朝著纏繞模塊(在下面提及)來(lái)被展開(kāi)，不會(huì)造成長(zhǎng)絲8彼此交叉。在這種情況，繞軸模塊9具有等腰三角形的結(jié)構(gòu)，支撐著繞軸7，繞軸7中一半沿著三角形的一邊，一半沿著三角形的另外一邊，三角形的頂點(diǎn)方向朝著位于三角形對(duì)稱軸上的一點(diǎn)導(dǎo)向長(zhǎng)絲8從繞軸7展開(kāi)的一側(cè)，該三角形構(gòu)成繞軸模塊9的結(jié)構(gòu)。
在另外一個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)繞軸7支撐著一束(或捆)鍍層長(zhǎng)絲。因此，要生成一片由一百條鍍層長(zhǎng)絲構(gòu)成的薄片，需要使用十個(gè)繞軸7，每個(gè)繞軸沿其外圓周繞有一束十條鍍層長(zhǎng)絲。
鍍層長(zhǎng)絲8朝著纏繞模塊10展開(kāi)。該纏繞模塊10此處以示意方式和非細(xì)節(jié)的方式圖示，因?yàn)樗慕Y(jié)構(gòu)對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員是可以理解的。它相當(dāng)于紡織領(lǐng)域用的纏繞模塊。纏繞模塊10包括導(dǎo)向裝置，導(dǎo)向裝置使長(zhǎng)絲8作為同一層彼此平行撐直，不會(huì)相互彼此重疊接觸。目的是構(gòu)成一種扁平薄片，該扁平薄片由彼此接觸的平行長(zhǎng)絲構(gòu)成。
這樣纏繞的長(zhǎng)絲8被拽到激光焊接模塊11。該模塊包括一支撐平臺(tái)12，長(zhǎng)絲8在支撐平臺(tái)12上移動(dòng)，在該支撐平臺(tái)上方安裝有一臺(tái)激光焊接裝置13。長(zhǎng)絲8因此被拽著穿過(guò)激光焊接裝置13。這個(gè)裝置最好放在一惰性環(huán)境中，例如氬氣環(huán)境(氬氣通過(guò)噴嘴注入)。例如，激光焊接裝置13可由摻雜釹鏡鋁石榴石(釔鋁石榴石)激光器組成，相對(duì)于其功率和激光束沖擊點(diǎn)，該激光器具有高精度的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)具有光束很細(xì)的優(yōu)點(diǎn)。該激光器具有的功率此處最好在2W到5W間。
在激光焊接模塊11的下游，長(zhǎng)絲8由用于拉拽長(zhǎng)絲8的模塊17自繞軸模塊9在支撐臺(tái)12上移動(dòng)牽引。在這種情形，該牽引模塊17由轉(zhuǎn)動(dòng)繞軸17′組成，長(zhǎng)絲8繞轉(zhuǎn)動(dòng)繞軸17′纏繞。轉(zhuǎn)動(dòng)繞軸17′如箭頭18所示的方式轉(zhuǎn)動(dòng)。因此，長(zhǎng)絲8從繞軸模塊9的繞軸7，沿纏繞模塊10和激光焊接模塊11，由牽引模塊17來(lái)牽引，整個(gè)裝置構(gòu)成用于生成粘合的鍍層長(zhǎng)絲8薄片的設(shè)備55。粘合薄片在牽引模塊的繞軸17′上纏繞。
圖5所示為橫截面示意圖，橫截面所在平面與長(zhǎng)絲8移動(dòng)的方向垂直，該橫截面在用于把兩長(zhǎng)絲8焊接在一起的激光焊接模塊11上。該焊接使用激光焊接裝置13點(diǎn)焊完成。每條長(zhǎng)絲通過(guò)多個(gè)焊點(diǎn)與其相鄰的長(zhǎng)絲連接。每條長(zhǎng)絲8，如前所示，由一鍍有金屬殼15(例如鈦合金)的陶瓷纖維14組成。激光束，如箭頭16所示，導(dǎo)向至兩連續(xù)長(zhǎng)絲8間的接觸點(diǎn)方向，與包含所有沿支撐臺(tái)12牽引的長(zhǎng)絲8軸的平面垂直。這導(dǎo)致它們的金屬殼的局部熔化。雖然激光使用的是低功率，但是非常集中，所以保證了陶瓷纖維14不會(huì)受到此局部熔化的影響。最小體積的金屬殼15被熔化。它足以確保長(zhǎng)絲8在這個(gè)點(diǎn)聯(lián)結(jié)在一起。焊接參數(shù)這樣優(yōu)化，金屬熔化產(chǎn)生的焊接熔池不會(huì)流出。
激光束沿重疊兩長(zhǎng)絲8的點(diǎn)區(qū)域垂直導(dǎo)向長(zhǎng)絲8的平面是非常重要的，這樣它才不會(huì)損壞陶瓷纖維14，在生成帶有復(fù)合嵌入物的元件的應(yīng)用中，陶瓷纖維14的完整性是在其上進(jìn)行操作的必要條件。
焊點(diǎn)不需要非常結(jié)實(shí)。它們的作用僅僅是確保構(gòu)成粘合薄片的長(zhǎng)絲8整體合并在一起，或者相互保持。這種合并僅須使強(qiáng)度足以允許薄片被處理(可能是纏繞和展開(kāi))即可，達(dá)到如生成帶有復(fù)合嵌入物的元件的目的。因此焊接僅需使長(zhǎng)絲8保持在一起即可。
圖3和圖4示意性地圖示了激光焊接模塊11的兩種操作模式，此時(shí)薄片由12條鍍層長(zhǎng)絲8組成。
在圖3所示的操作模式中，當(dāng)鍍層長(zhǎng)絲8位于激光焊接裝置13下時(shí)，牽引模塊停下來(lái)，使得長(zhǎng)絲8保持靜止。焊接裝置13隨后在兩相鄰長(zhǎng)絲間，沿與長(zhǎng)絲在焊接裝置下行進(jìn)方向垂直的分段，產(chǎn)生一系列的焊點(diǎn)19。為了達(dá)到此目的，焊接裝置13在兩長(zhǎng)絲8間焊下第一個(gè)焊點(diǎn)19，如參照?qǐng)D5解釋的那樣。隨后它停止并移動(dòng)，垂直于長(zhǎng)絲8的運(yùn)動(dòng)方向，這樣與下一個(gè)兩長(zhǎng)絲8間的接觸點(diǎn)成一線，焊接第二個(gè)焊點(diǎn)19，如此進(jìn)行，直到所有長(zhǎng)絲8沿此偏移分段焊接在一起。因此，焊接裝置13垂直于長(zhǎng)絲8的運(yùn)動(dòng)方向，在焊接裝置13下方焊下一部分焊點(diǎn)19。牽引模塊隨后激活，使長(zhǎng)絲8穿過(guò)焊接裝置13移動(dòng)“L”長(zhǎng)度，隨后操作在與第一個(gè)分段平行的另一分段上重復(fù)。
在圖4所示的操作模式中，長(zhǎng)絲8在如箭頭20所示的運(yùn)動(dòng)方向被連續(xù)牽引，該運(yùn)動(dòng)由牽引模塊17施加。焊接裝置13如前面一樣進(jìn)行操作，即焊接操作，隨后沿垂直于長(zhǎng)絲8移動(dòng)的方向20朝著下一個(gè)點(diǎn)進(jìn)行位移，等等，從第一個(gè)點(diǎn)到最后一個(gè)點(diǎn)，然后以反向方式進(jìn)行。如果長(zhǎng)絲8的移動(dòng)速度足夠慢，在兩移動(dòng)的長(zhǎng)絲8間焊接焊點(diǎn)19就是可能的。因此，在長(zhǎng)絲8間產(chǎn)生一系列的焊點(diǎn)19，它們?cè)陂L(zhǎng)絲構(gòu)成的薄片上形成之字形狀。
還可以在焊接每個(gè)焊點(diǎn)19時(shí)停下?tīng)恳b置17來(lái)獲得焊點(diǎn)19的之字形分布，牽引裝置17牽引長(zhǎng)絲8在兩焊點(diǎn)19間走過(guò)一小段距離“|”，同時(shí)焊接裝置移動(dòng)。
也可以僅操作長(zhǎng)絲8的運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)絲8的運(yùn)動(dòng)在形成焊點(diǎn)19時(shí)慢下來(lái)。
這樣的焊點(diǎn)分布優(yōu)點(diǎn)在于其在長(zhǎng)絲8構(gòu)成的薄片的表面上非常均勻。
不管是哪種情況，在離開(kāi)激光焊接模塊11時(shí)，長(zhǎng)絲8形成粘合的薄片，在此粘合薄片中，長(zhǎng)絲8在固定焊接點(diǎn)19聯(lián)結(jié)在一起。該薄片在其牽引模塊的繞軸17′上纏繞。
此處沒(méi)有對(duì)生成鍍層長(zhǎng)絲8粘合薄片的生產(chǎn)方法的組織階段進(jìn)行描述。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可對(duì)該階段進(jìn)行自由調(diào)整，例如，在處理的開(kāi)始，通過(guò)纏繞把長(zhǎng)絲8纏繞到繞軸17′，長(zhǎng)絲8沒(méi)有聯(lián)結(jié)在一起，因此最終的纏繞薄片的最里面的部分并不是片狀，或者使用另一臺(tái)牽引裝置在處理起始時(shí)牽引長(zhǎng)絲，并在它們開(kāi)始形成薄片時(shí)把他們連接到繞軸17′上。
在圖3所示的分段結(jié)構(gòu)內(nèi)容中的焊點(diǎn)19段與段間的距離“L”，或者圖4中所示的之字形結(jié)構(gòu)的兩個(gè)連續(xù)焊點(diǎn)19間的長(zhǎng)度距離“|”要根據(jù)鍍層長(zhǎng)絲8薄片的期望硬度來(lái)設(shè)定。因此，對(duì)于硬的薄片，焊點(diǎn)19要靠得緊一些，而對(duì)于柔韌的薄片，焊點(diǎn)19要離得開(kāi)一些。其他的焊點(diǎn)19的分布結(jié)構(gòu)同樣可以接受。焊點(diǎn)19的結(jié)構(gòu)和距離要根據(jù)粘合薄片的應(yīng)用來(lái)選擇，尤其是它要盤(pán)卷、彎曲等，同時(shí)仍然需要考慮最小空間，以確保在應(yīng)用的定義條件下整個(gè)組件的聯(lián)結(jié)。焊點(diǎn)19的分布結(jié)構(gòu)具體情況主要決定于鍍層長(zhǎng)絲8薄片的應(yīng)用，而不是決定于方法本身。
由于激光焊接的速度和準(zhǔn)確性，因此，可以在自動(dòng)系統(tǒng)中以工業(yè)規(guī)模制造鍍層長(zhǎng)絲8薄片(鍍層長(zhǎng)絲8結(jié)合在一起)，達(dá)到執(zhí)行上述方法的目的。因此，可以快速的獲得大量的可作各種用途的鍍層長(zhǎng)絲8薄片(可以生產(chǎn)成幾千米長(zhǎng)的一片)。此外，薄片通過(guò)熔化長(zhǎng)絲8的金屬殼15粘合在一起，因此不要要加入材料，尤其是不需要加入粘性粘合劑，因此減去了通常制造帶有復(fù)合嵌入物的元件的方法中的所有粘合劑的去除步驟。
現(xiàn)在介紹一種用于制造帶有復(fù)合嵌入物的元件的方法，其包括一纏繞一捆或一片鍍層長(zhǎng)絲的步驟。
該方法包括一把鍍層長(zhǎng)絲捆或薄片纏繞成中間部件的步驟，該中間部件隨后加入到容器的空腔中，例如，直接加到容器的內(nèi)部部件上，內(nèi)部部件隨后與一外部部件結(jié)合在一起。這樣，代替在整個(gè)空腔的高度堆疊與空腔寬度相同的預(yù)成型件，纏繞好了鍍層長(zhǎng)絲捆或薄片，其寬度與空腔高度相應(yīng)，層數(shù)允許空腔的寬度被填滿。
圖6到圖8為實(shí)施該方法的第一種方法。在該實(shí)施方法中，構(gòu)成容器內(nèi)部部件的塊件39要提前加工。術(shù)語(yǔ)“容器”是關(guān)于軸40的回轉(zhuǎn)體，具有設(shè)計(jì)用于接納鍍層長(zhǎng)絲的環(huán)形空腔。該容器最好是用與鍍層長(zhǎng)絲所鍍的金屬相同的金屬制成，此處為T(mén)i合金。構(gòu)成容器內(nèi)部部件的塊件39是關(guān)于軸40的整體回轉(zhuǎn)體。它的內(nèi)部部件41具有與容器高相等的高度“H”——術(shù)語(yǔ)高度是指軸向尺寸。塊件39在相對(duì)于其內(nèi)部部件41的外圍包括斜面部分42，斜面部分42提供高度為“h”寬度為“d”的第一肩部43，第一肩部43的高度“h”和寬度“d”與容器的環(huán)形空腔的高度“h”和寬度“d”相一致。術(shù)語(yǔ)“寬度”是指徑向尺寸。從第一肩部43延伸出的是第二肩部44，第二肩部44的徑向尺寸使容器的寬度變完整，它的表面延伸到一個(gè)低于環(huán)形空腔表面高度的高度。
換而言之，構(gòu)成容器內(nèi)部部件的塊件39與容器相一致，在塊件39上，去掉一高度小于容器高度的外環(huán)，該外環(huán)可通過(guò)圖8中的標(biāo)注46看明白，這就釋放出位于環(huán)形空腔外面的徑向空間，該環(huán)形空腔構(gòu)成于容器中。
因此可以在壁上設(shè)置一鍍層長(zhǎng)絲捆(或列)或薄片47，構(gòu)成第一肩部43的高度“h”，該肩部43與除去外壁的環(huán)形空腔相對(duì)應(yīng)。
為了在部件39上纏繞長(zhǎng)絲捆或薄片47，最好是在第一圈時(shí)把這些長(zhǎng)絲固定在肩部43的壁上。該固定最好通過(guò)在兩電極肩通過(guò)一中頻電流的接觸焊接方法來(lái)獲得，此處不作詳述。
如果是有鍍層長(zhǎng)絲捆(或列)47，為了送出該捆，例如，可以利用與圖2生產(chǎn)薄片的方法中類似的繞軸模塊和纏繞模塊，該彎曲的捆隨后直接纏繞在塊件39上。
如果是有預(yù)成型的鍍層長(zhǎng)絲粘合片47，它最好是依照上面描述的制造薄片的方法生成。繞在繞軸(例如是如圖2所示用于生產(chǎn)薄片的設(shè)備的牽引模塊17的繞軸17′)上的薄片被送出，目的是使薄片被繞在塊件39上，構(gòu)成容器的內(nèi)部部件。
也可以用塊件39代替圖2中牽引模塊17的繞軸17′，把薄片直接繞在塊件39上，構(gòu)成容器的內(nèi)部部件。鍍層長(zhǎng)絲這樣彎曲，形成薄片后纏繞在塊件39上。但是，這種薄片構(gòu)成操作是可選擇的。
在這三種情況，構(gòu)成容器內(nèi)部部件的塊件39此處繞其軸40轉(zhuǎn)動(dòng)以纏繞鍍層長(zhǎng)絲捆或薄片47。參照?qǐng)D7，一旦所要數(shù)量的長(zhǎng)絲層被纏好(此時(shí)是許多層，使得相應(yīng)于環(huán)形空腔的肩部43的寬度“d”被填滿)，鍍層長(zhǎng)絲捆或鍍層長(zhǎng)絲片47(這時(shí)是繞圈)最好通過(guò)兩個(gè)電極間的接觸焊接方法再次鞏固，然后切割。在這種情況，鍍層長(zhǎng)絲捆或鍍層長(zhǎng)絲片47焊接到底層。
參照?qǐng)D8，隨后繞構(gòu)成內(nèi)部部件的塊件39加上構(gòu)成容器外部部件的外環(huán)46。該圈46可以選擇焊接，最好是接觸焊接，也可以是僅僅卡在其位置上。因此，容器再次被適當(dāng)?shù)貥?gòu)成，鍍層長(zhǎng)絲纏繞在其中的環(huán)形空腔此處不是寬度為“d”且堆疊積成高度為“h”的預(yù)成型件的形式，而是寬度為“h”的鍍層長(zhǎng)絲捆或鍍層長(zhǎng)絲片47的形式，鍍層長(zhǎng)絲捆或鍍層長(zhǎng)絲片47被纏繞，總徑向厚度等于環(huán)形空腔的寬度“d”。
然后加上環(huán)形蓋子48，該蓋子具有環(huán)形凸臺(tái)49，環(huán)形凸臺(tái)49與構(gòu)成容器內(nèi)部部件的塊件39的斜面42和外環(huán)46的斜面互補(bǔ)，與塊件39的斜面42同心，對(duì)著所述斜面42。處于斜面42和50之間的是填有鍍層長(zhǎng)絲捆或鍍層長(zhǎng)絲片47的環(huán)形空腔，蓋子48的環(huán)形凸臺(tái)49支撐在該鍍層長(zhǎng)絲上。
一旦構(gòu)成容器內(nèi)部部件的塊件39、外環(huán)46和蓋子放置在位，結(jié)構(gòu)再次和現(xiàn)有技術(shù)一樣，成為包含有鍍層長(zhǎng)絲嵌入物的封閉的容器。該組件隨后焊接，最好是置于真空中通過(guò)電子束焊接來(lái)焊接，然后用已知方式進(jìn)行然等靜壓來(lái)壓縮。這樣制成復(fù)合嵌入物，具有金屬基，金屬基中延伸有陶瓷纖維。因此可以加工該組件來(lái)獲得帶有其復(fù)合嵌入物的最終元件。也可以加工該組件來(lái)把這樣的復(fù)合嵌入物取出。
剛剛描述的本方法的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是執(zhí)行速度快，因?yàn)槭÷粤酥圃旌投询B預(yù)成型件的步驟，纏繞捆形或薄片形的鍍層長(zhǎng)絲速度要快很多。此外，不需要額外的材料，如粘合劑。一方面，它導(dǎo)致質(zhì)量良好的復(fù)合嵌入物，另一方面，它導(dǎo)致減去了粘合劑去除和脫氣操作，因此節(jié)省了相當(dāng)?shù)臅r(shí)間。
圖9到圖11所示為實(shí)施本方法的第二種方法。在本實(shí)施方法中，提前制造容器51，它繞軸40成環(huán)形，高度為“H”，它包括一環(huán)形空腔52，環(huán)形空腔52與一高度為“h”寬度為“d”的空腔相對(duì)應(yīng)，它的底壁54′和內(nèi)壁53′被加工，以獲得更大尺寸的環(huán)形空腔52。圖9中，用虛線表示高度為“h”寬度為“d”的環(huán)形空腔，用實(shí)線表示更深更寬的加工過(guò)的空腔。
參照?qǐng)D10，構(gòu)成帶有徑向邊緣54的環(huán)形心軸53，所述心軸用于裝在容器的加寬的空腔52中。心軸53的尺寸這樣為這樣，當(dāng)它裝在空腔52中時(shí)，得到的空腔是高度為“h”寬度為“d”的空腔，心軸的壁53貼在環(huán)形空腔52的內(nèi)壁53′上，徑向邊緣54貼在其底部邊緣54′。此處，心軸53由與容器51一樣的材料制成，該例中為鈦合金。
如前面一樣，纏繞鍍層長(zhǎng)絲捆或鍍層長(zhǎng)絲薄片47，這次是纏繞到心軸53上。捆或薄片的總寬度為“h”，纏繞很多層，其總厚度等于“d”，即心軸53的徑向邊緣54的寬度。最好地，捆或薄片的起始部分通過(guò)電焊方法(通過(guò)在兩電極間接觸)固定到心軸。
一旦所需要數(shù)量層的捆或薄片纏繞好，最好是通過(guò)在兩電機(jī)間的接觸焊接方法，把后一層固定到前一層，然后切斷捆或薄片。帶有該繞圈的心軸53然后插入到容器51的環(huán)形空腔52中，如圖11所示。加上與前面所說(shuō)的蓋子48相同的蓋子48，組件通過(guò)電子束焊接置于真空中焊接，然后通過(guò)然等靜壓來(lái)壓縮，然后以已知方式加工，獲得帶有其復(fù)合插入物的元件。
在所描述的兩實(shí)施方法中，鍍層長(zhǎng)絲47一個(gè)在另一個(gè)上進(jìn)行纏繞，總保持在同一平面。如橫截面圖所示，長(zhǎng)絲47的軸構(gòu)成一格狀結(jié)構(gòu)，其基格為方格。為了提高嵌入物的壓縮性，最好每一層相對(duì)于前一層偏移兩連續(xù)長(zhǎng)絲軸距的一半距離，因此，連續(xù)三層長(zhǎng)絲的軸相對(duì)彼此呈交錯(cuò)排列。為了達(dá)到這個(gè)目的，可設(shè)置兩個(gè)用于送出薄片47的繞軸，或者可設(shè)置兩用于送出鍍層長(zhǎng)絲捆47的模塊，這兩個(gè)繞軸或模塊這樣放置，使得薄片或捆47以交錯(cuò)結(jié)構(gòu)偏移，同時(shí)一個(gè)壓在另一個(gè)上纏繞到構(gòu)成容器內(nèi)部部件的塊件39上或者纏繞到心軸53上。在繞軸或模塊和它們所要纏繞的塊件39或心軸53之間，可以是一用于把長(zhǎng)絲一個(gè)挨著另一個(gè)放置的設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，構(gòu)成鍍層長(zhǎng)絲嵌入物(通過(guò)上面所述的方法獲得)，其包括用于接合盤(pán)繞物的頭和接合盤(pán)繞物的尾的金屬輔片，帶有輔片的盤(pán)繞的嵌入物放置于容器的空腔中，加上環(huán)形蓋，組件通過(guò)熱等靜壓壓縮，以獲得帶有復(fù)合嵌入物的元件。
因此，從一個(gè)或多個(gè)鍍層長(zhǎng)絲捆或鍍層長(zhǎng)絲薄片直接纏繞使得元件的復(fù)合嵌入物內(nèi)的陶瓷纖維的排列和密度可以得到控制。
現(xiàn)在，將描述一制造復(fù)合嵌入物的方法。
在制造復(fù)合嵌入物的方法中，包括一纏繞鍍層長(zhǎng)絲的步驟，在纏繞開(kāi)始時(shí)，薄片被固定到容器或者心軸，在纏繞結(jié)束時(shí)，薄片被固定到前一層，例如通過(guò)兩電極間的接觸焊接。
可能會(huì)要求沒(méi)有這種焊縫的嵌入物，也不需要直接把嵌入物固定到容器或心軸上，這種嵌入物可被處理，接下來(lái)導(dǎo)入容器的環(huán)形空腔。
因此，本發(fā)明提出一種制造嵌入物的方法，它包括纏繞開(kāi)始和纏繞結(jié)束時(shí)，把鍍層長(zhǎng)絲薄片用輔片機(jī)械接合。
參照?qǐng)D15，它所示為用接合步驟結(jié)束薄片纏繞，接合步驟在纏繞開(kāi)始和纏繞結(jié)束時(shí)使用輔片，許多鍍層長(zhǎng)絲薄片59在兩法蘭60、61間纏繞，在法蘭60、61間心軸62延伸，通過(guò)心軸62法蘭60、61構(gòu)成一體。因此法蘭60、61和心軸62構(gòu)成一回轉(zhuǎn)體。最好地，鍍層長(zhǎng)絲薄片59通過(guò)前面描述的生成鍍層長(zhǎng)絲薄片的方法獲得。
參照?qǐng)D12，在纏繞第一層薄片59的方法中，薄片被纏繞并帶有輔片，也即一金屬薄片。該輔片最好用與鍍?cè)陂L(zhǎng)絲上的材料一樣的材料制成，或者是類似材料，此處為鈦合金。最好地，輔片的寬度與鍍層長(zhǎng)絲薄片59的寬度相同。輔片的長(zhǎng)度要比它所纏繞的心軸的周長(zhǎng)要長(zhǎng)一點(diǎn)。
輔片63放置在纏繞的薄片59下面，薄片59的第一端部分64向上游延伸超過(guò)輔片63的第一端部分65。輔片63和薄片59用一圈繞心軸62纏繞，輔片63因此與心軸62接觸。在這圈的末尾，輔片63在薄片59的第一端部分上超過(guò)，并部分地覆蓋它，其第二端部分66位于輔片63的第一端部分65層上，因此覆蓋它，輔片63在其兩端部部分65、66間覆蓋著第一層薄片59，尤其是覆蓋著第一層薄片59的端部64。輔片63因此提供了接合薄片59(此處是接合薄片59的第一層)和要構(gòu)成的嵌入物的內(nèi)部部件的功能，因?yàn)樗牡诙瞬糠?6由其他層的薄片59阻擋。
繼續(xù)纏繞薄片59直到纏繞需要數(shù)量的層數(shù)，參照?qǐng)D13，在纏繞結(jié)束時(shí)，在最后一圈位于最后一層薄片59的上加入另一個(gè)輔片63′并纏繞，這樣來(lái)提供薄片59與盤(pán)繞嵌入物的外部部件接合的功能，此處為接合薄片59的最后一層。除了長(zhǎng)度外，纏繞結(jié)束輔片63′類似于纏繞開(kāi)始輔片63，纏繞結(jié)束輔片63′的長(zhǎng)度要依照最后一層薄片59的周長(zhǎng)來(lái)裁剪。輔片63′的第一端部分65′置于薄片58的第二端部分64′下，與最后一層的端部部分64′相應(yīng)。輔片63自己繞最后一層薄片59纏繞，其第二端部分66′在薄片59的第二端部分64′的上超出，最后一層薄片59正好卡在纏繞結(jié)束輔片63′的第一端部分65′和第二端部分66′間。
最好地，纏繞結(jié)束輔片63′的長(zhǎng)度這樣來(lái)選定，其第二端部分66′在薄片59的第二端部分64′的上超出，且與纏繞結(jié)束輔片63′的外表面在其第一端部分65′附近接觸。最好在該例中，第二端部分66′通過(guò)任何適當(dāng)?shù)暮附臃椒ê附釉谳o片63′的外表面。也可以使用其他任何固定手段。
這樣，獲得一個(gè)多層纏繞的鍍層長(zhǎng)絲盤(pán)繞圈，在其內(nèi)表面具有接合手段，即纏繞開(kāi)始輔片63，在其外表面具有接合手段，即纏繞結(jié)束輔片63′。這些輔片63、63′把盤(pán)繞圈箍在一起，于是盤(pán)繞圈可從塊件的心軸62和法蘭60、61取下、處理等。為了達(dá)到這個(gè)目的，可拆去其中一個(gè)法蘭。該圈構(gòu)成一盤(pán)繞的復(fù)合嵌入物68。嵌入物68的硬度取決于輔片63、63′的選定厚度。典型地，該厚度對(duì)于鈦合金來(lái)說(shuō)在0.2和0.5mm之間。內(nèi)輔片63，或者纏繞起始輔片63構(gòu)成盤(pán)繞嵌入物68的支撐基座。外輔片63′，或者纏繞結(jié)束輔片63′構(gòu)成盤(pán)繞嵌入物68的外封皮。
一旦嵌入物68從其支撐物上取下，薄片59的第一端部分64向內(nèi)側(cè)延伸，越過(guò)輔片63的第一端部分65。最好地，參照?qǐng)D14，圖14只畫(huà)出最開(kāi)始的兩層盤(pán)繞嵌入物68，端部部分64切斷，與輔片63的端部直線對(duì)齊。
最好地，內(nèi)輔片63的第二端部分66和外輔片63′的第一端部分65′厚度要比討論的輔片63、63′的其他部分的厚度要小一些，至少是在討論的輔片63、63′的與薄片59的端部部分64、64′和輔片63、63′的端部部分65、66′對(duì)齊的地方。這樣能減小由于輔片的重疊而造成的徑向隆起。最好地，內(nèi)輔片63的交迭處和外輔片63′的交迭處在角度上偏移開(kāi)，以減小徑向隆起。
輔片63、63′其余厚度是折衷的結(jié)果。這是因?yàn)槊總€(gè)輔片63、63′的厚度要盡量的小，以減小由于輔片的出現(xiàn)而帶來(lái)的徑向隆起，但其厚度還要大到足夠確保盤(pán)繞嵌入物68的硬度，以備由其應(yīng)用決定的后續(xù)處理。
參照?qǐng)D16，盤(pán)繞嵌入物68一旦用其接合或保持輔片63、63′生成，就放進(jìn)容器51的環(huán)形空腔52中，容器51類似于前面提到的容器或在先技術(shù)的容器。加上環(huán)形蓋48，組件通過(guò)熱等靜壓壓縮，以已知的方式獲得帶有復(fù)合嵌入物的元件。
權(quán)利要求
1.一種制造鍍層長(zhǎng)絲的盤(pán)繞嵌入物的方法，每條長(zhǎng)絲由鍍有金屬殼的陶瓷纖維構(gòu)成，該方法包含在塊件上纏繞鍍層長(zhǎng)絲薄片的步驟，在該步驟中，纏繞開(kāi)始時(shí)，盤(pán)繞一用于接合嵌入物的內(nèi)部部件的金屬輔片，在纏繞結(jié)束時(shí)，盤(pán)繞一用于接合嵌入物的外部部件的金屬輔片。
2.如權(quán)利要求1所述的制造造鍍層長(zhǎng)絲的盤(pán)繞嵌入物的方法，其特征為用于接合嵌入物外部部件的金屬輔片的第二端部部分覆蓋著薄片的最后一層，并且被緊挨著其第一端部部分焊接。
3.如權(quán)利要求1或2所述的制造造鍍層長(zhǎng)絲的盤(pán)繞嵌入物的方法，其特征為用于接合嵌入物內(nèi)部部件的金屬輔片的第一端部部分與薄片的第一端部部分成直線對(duì)齊。
4.如權(quán)利要求1到3中任意一項(xiàng)中所述的制造造鍍層長(zhǎng)絲的盤(pán)繞嵌入物的方法，其特征為薄片通過(guò)激光焊接制成，激光焊接在相鄰長(zhǎng)絲間生成焊點(diǎn)。
5.如權(quán)利要求1到4中任意一項(xiàng)中所述的制造造鍍層長(zhǎng)絲的盤(pán)繞嵌入物的方法，其特征為在方法結(jié)束時(shí)，盤(pán)繞的嵌入物從其用輔片盤(pán)繞在一起的塊件上去除。
6.由權(quán)利要求1到5中任意一項(xiàng)中所述的方法生成的盤(pán)繞嵌入物，它由一鍍層長(zhǎng)絲薄片盤(pán)繞圈構(gòu)成，薄片帶有與其內(nèi)部部分接合的金屬輔片和與其外部部分接合的金屬輔片。
7.一種制造元件的方法，該元件帶有由復(fù)合物制成的嵌入物，復(fù)合物具有金屬基，陶瓷纖維在金屬基中延伸，在該方法中，依照權(quán)利要求1到5中任意一項(xiàng)方法獲得的鍍層長(zhǎng)絲纏繞嵌入物被放置于金屬容器的環(huán)形空腔內(nèi)，該組件通過(guò)熱等靜壓壓縮。
全文摘要
一種制造鍍層長(zhǎng)絲的盤(pán)繞嵌入物的方法，每條長(zhǎng)絲由鍍有金屬殼的陶瓷纖維構(gòu)成，該方法包含在塊件上纏繞鍍層長(zhǎng)絲薄片的步驟，在該步驟中，纏繞開(kāi)始時(shí)，盤(pán)繞一用于接合嵌入物的內(nèi)部部件的金屬輔片，在纏繞結(jié)束時(shí)，盤(pán)繞一用于接合嵌入物的外部部件的金屬輔片。該方法用于制造航空渦輪機(jī)元件。
文檔編號(hào)B21F15/08GK1931463SQ20061008361
公開(kāi)日2007年3月21日 申請(qǐng)日期2006年5月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年5月27日
發(fā)明者讓-邁克爾·弗朗徹特, 吉勒斯·克雷恩, 路易斯·薩爾維特 申請(qǐng)人:斯奈克瑪, Fsp－One法國(guó)特殊線材公司