專利名稱：用于通過(guò)在銑削精加工步驟之后去除的臨時(shí)保持葉片的環(huán)制造整體式葉片盤的改進(jìn)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)：
為制造整體式葉片盤(也稱“DAM”或“整體葉盤”)，可使用通過(guò)磨料水射流(jet d’ eau abrasif)切割材料塊的步驟，之后進(jìn)行一個(gè)或多個(gè)銑削步驟。相對(duì)于僅進(jìn)行銑削的方法，銑削前使用通過(guò)磨料水射流切割的步驟允許大幅減少 制造時(shí)間和成本。這一點(diǎn)可特別根據(jù)該制造方法要求約移除75%的初始?jí)K材料以獲得DAM 這一事實(shí)解釋。通過(guò)磨料射流切割移除大部分材料允許減少制造時(shí)間，且減少了銑床的磨 損。然而，不認(rèn)為該方法是完全優(yōu)化的。實(shí)際上，一缺點(diǎn)在于在該制造方法過(guò)程中存在 葉片變形和振動(dòng)，且葉片越長(zhǎng)，該缺點(diǎn)越大。為限制對(duì)所制造DAM質(zhì)量的影響，該變形和振 動(dòng)要求降低前進(jìn)速度不同類型加工，這不利于制造時(shí)間。振動(dòng)及制造時(shí)間延長(zhǎng)也造成工具 高度磨損，對(duì)制造成本不利。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是至少部分地消除與現(xiàn)有技術(shù)的實(shí)施方式相關(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，同時(shí)保留在至少兩個(gè)直接連續(xù)的葉片預(yù)型件之間形成連接裝置的材料，所述連 接裝置與所述圓盤徑向隔開；然后-葉片預(yù)型件的銑削步驟，以獲得定型的葉片毛坯；然后-通過(guò)銑削葉片毛坯而進(jìn)行的精加工步驟，以獲得具有最終輪廓的葉片；然后-去除所述連接裝置的步驟。 因此，本發(fā)明的值得注意之處在于，在通過(guò)磨料水射流切割的步驟中，在至少兩個(gè) 葉片預(yù)型件間且優(yōu)選地在所有葉片預(yù)型件間形成連接裝置。這大幅限制了或者甚至消除了 在制造期間葉片的變形和振動(dòng)，這是因?yàn)槿~片仍然是通過(guò)初始?jí)K材料保持相互機(jī)械連接。有利地，該特征允許對(duì)不同類型加工施加高前進(jìn)速度，減少制造時(shí)間，且不影響制 造的DAM的質(zhì)量。另外，制造時(shí)間的減少及制造過(guò)程中葉片振動(dòng)的減少使得工具的磨損程 度(尤其是銑床的磨損)降低，這有利地限制了制造成本。優(yōu)選地，執(zhí)行通過(guò)磨料水射流進(jìn)行切割的步驟，使得所述連接裝置優(yōu)選地將直接 連續(xù)的多個(gè)葉片預(yù)型件彼此連接，所述多個(gè)葉片預(yù)型件的數(shù)量嚴(yán)格地大于3。但也可考慮 具有相互連接的直接連續(xù)的預(yù)型件的多個(gè)組，但各組間不相互連接。盡管如此，根據(jù)所遇到 的要求，通過(guò)連接裝置相互保持的葉片預(yù)型件的數(shù)量和預(yù)型件上的連接裝置的布置是適當(dāng) 的。
根據(jù)優(yōu)選實(shí)施例，執(zhí)行通過(guò)磨料水射流進(jìn)行切割的步驟，使得所述連接裝置基本 形成環(huán)，該環(huán)優(yōu)選地定中心于圓盤的軸線處。該環(huán)優(yōu)選地延展360°，僅由其連接的葉片預(yù) 型件中斷。但如上所述，該環(huán)可不完全閉合，即不連接特定的直接連續(xù)預(yù)型件。然而，執(zhí)行通過(guò)磨料水射流進(jìn)行切割的步驟，使得所述環(huán)將所有葉片預(yù)型件彼此 連接，且其后每個(gè)葉片預(yù)型件構(gòu)成DAM的葉片。在此情況下，優(yōu)選地，執(zhí)行通過(guò)磨料水射流 進(jìn)行切割的步驟，使得所述環(huán)將葉片預(yù)型件的葉尖彼此連接。之后環(huán)形成切塊的外周環(huán)狀 部分，葉片預(yù)型件朝圓盤方向從該環(huán)徑向向內(nèi)延伸。然而，一可替換的解決方案可包括執(zhí)行通過(guò)磨料水射流進(jìn)行切割的步驟，使得所 述環(huán)在距葉片預(yù)型件的葉尖徑向向內(nèi)的一定距離處將所述葉片預(yù)型件彼此連接。在此情況 下，例如，可認(rèn)為該環(huán)大致在預(yù)型件長(zhǎng)度中點(diǎn)處將預(yù)型件彼此連接。確定地，可結(jié)合上述兩種解決方案，即同時(shí)設(shè)置外周保持環(huán)及相對(duì)外周環(huán)徑向向 內(nèi)定位的內(nèi)保持環(huán)。更一般地，在不超出本發(fā)明的范圍的情況下，當(dāng)設(shè)置外周保持環(huán)時(shí)，在 葉片預(yù)型件之間可設(shè)置附加連接裝置，不必為環(huán)形。因此，保留制造連接裝置的材料，直到銑削精加工步驟結(jié)束為止，并且然后去除此 材料。當(dāng)然，在根據(jù)本發(fā)明的方法中可執(zhí)行其它傳統(tǒng)的步驟，例如-在通過(guò)磨料水射流進(jìn)行切割的步驟之前，車削材料塊；-在精加工步驟之后，拋光和/或噴砂處理葉片；-將葉片切割至一定長(zhǎng)度；-以及平衡DAM。優(yōu)選地，所述整體式葉片盤的直徑大于或等于800mm。因此，確定地，制造期間相互 保持葉片的連接裝置的存在，允許考慮制造具較長(zhǎng)葉片的較大直徑DAM，因?yàn)闇p小或甚至消 除了葉片的變形和振動(dòng)。優(yōu)選地，葉片的最小長(zhǎng)度為150mm。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其合金之一制成。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。


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描述用于制造葉片盤(DAM) 1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，并使水和砂粒混合物聚焦于切割區(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。另外，執(zhí)行該步驟以在預(yù)型件102間形成連接裝置，連接裝置此處采用環(huán)112的形 式，該環(huán)定中心于軸線5，且優(yōu)選連接葉片預(yù)型件102的所有葉尖108。因此，環(huán)112組成被 切割的材料塊100的外周環(huán)狀部分，并因此創(chuàng)建內(nèi)葉片空間110的外部徑向界限。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下部所示閉 合線118，從葉根4開始移動(dòng)聚焦噴槍116的軸，徑向延伸至塊外部徑向端附近，未達(dá)到外部 徑向端，以形成環(huán)，其中線118沿環(huán)的圓周延伸，在再次徑向向內(nèi)延伸至葉根4之前，接著延 伸直至返回初始點(diǎn)。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)到環(huán)，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，塊僅示出葉尖108處通過(guò)環(huán)112彼此連接的葉片預(yù) 型件102。磨料水射流步驟完成。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)均形成定型的葉片毛坯 202，如圖2c的左部上所示。該方法繼續(xù)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。使用的工具允許更精密地加工，以達(dá)到最終尺寸，并由此獲得 如圖2c的右部中所示的葉片2。此圖還示出了由環(huán)112彼此連接的葉片2的葉尖8，該環(huán) 還形成塊100的外圍環(huán)形部分。該方法繼續(xù)執(zhí)行去除連接這些葉片預(yù)型件2的環(huán)112的步驟。以本領(lǐng)域技術(shù)人員 認(rèn)為適當(dāng)?shù)娜魏畏绞絹?lái)完成此步驟，例如線切割或銑削。在這方面，圖2d示意性示出了通 過(guò)此環(huán)112與葉片葉尖之間的連接的斷裂，將環(huán)112從塊100的剩余部分分離。一旦已經(jīng) 獲得所有這些大致圓周斷裂328，環(huán)可通過(guò)沿軸線5相對(duì)于塊移動(dòng)與塊實(shí)際分離。于是環(huán)112視為被去除。而且，在此情況中，可替代地，通過(guò)去除此環(huán)的位于葉片2之間的部分，可 簡(jiǎn)單地去除環(huán)112，于是將位于這些葉片的徑向端的其它部分保留，例如以便在之后的階段 形成葉片葉尖的部分。于是所需斷裂不再是類似圖2d中的斷裂328的大致圓周斷裂，而是 大致徑向斷裂并仍在塊的厚度內(nèi)。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，如上所述包括拋光步驟、噴砂步驟、 切割至葉片長(zhǎng)度的步驟和/或平衡DAM的步驟。雖然將上述實(shí)施方式描述為具有形成于葉片葉尖的保持環(huán)112，但是可替代地，該 保持環(huán)可以形成于這些葉片的從葉尖徑向向內(nèi)的更中心部分處。顯而易見地，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)，同時(shí)保留用于在至少兩個(gè)直接連續(xù)的葉片預(yù)型件之間形成連接裝置(112)的材料，所述連接裝置與所述圓盤徑向隔開；然后 對(duì)所述葉片預(yù)型件(102)的銑削步驟，以獲得定型的葉片毛坯(202)；然后 通過(guò)銑削所述葉片毛坯(202)而進(jìn)行的精加工步驟，以獲得具有最終輪廓的葉片(2)；然后 去除所述連接裝置(112)的步驟。
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，使得 所述連接裝置(112)優(yōu)選地將直接連續(xù)的多個(gè)葉片預(yù)型件(102)彼此連接，所述多個(gè)葉片 預(yù)型件的數(shù)量嚴(yán)格地大于3。
3.根據(jù)權(quán)利要求2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，使得 所述連接裝置基本形成環(huán)(112)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3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，使得 所述環(huán)(112)將所有葉片預(yù)型件(102)彼此連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4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， 使得所述環(huán)(112)將所述葉片預(yù)型件(102)的葉尖(108)彼此連接。
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直徑大于或等 于 800mm。
7.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)。
8.根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的方法，其中，所述整體式葉片盤的葉片(2)是扭 曲的。
9.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。
10.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。
11.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)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)生從圓盤徑向延伸的葉片預(yù)型件，同時(shí)保留在至少兩個(gè)直接連續(xù)的葉片預(yù)型件之間形成連接裝置(112)的材料；然后-葉片預(yù)型件的銑削步驟，以獲得定型的葉片毛坯(202)；然后-通過(guò)銑削葉片毛坯(202)而進(jìn)行的精加工步驟，以獲得具有最終輪廓的葉片(2)；然后-去除所述連接裝置(112)的步驟。
文檔編號(hào)B24C1/04GK101980820SQ200980111228
公開日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