专利名称：包含叶尖内凹端的空心桨叶的制造方法和维修方法
技术领域：
本发明涉及制造包含叶尖内凹端的空心桨叶的方法、维修这种桨叶的方法，以及涉及由这些方法中的一种而得到的桨叶。
背景技术：
涡轮喷气发动机的一些桨叶是空心的，它们包含叶尖内凹端，也就是说桨叶的壁在端部形成了有底的杯状内凹。这些桨叶是由浇铸制造的。具体而言，用两根铂丝绳将型芯悬吊在铸模内，再将金属环绕型芯注入铸模中，这样就形成了桨叶的壁以及叶尖内凹端，然后用比如溶解的方法取出型芯。
由于型芯用铂丝绳悬吊，叶尖内凹端的底部就有了孔洞。这些孔洞必须填塞，比如用铜焊frustoconical填塞其中。这样就使得制造方法变得复杂。而且铜焊不可能完美，它很可能使叶尖内凹端产生缺陷。如果在铜焊时发生问题，有时就必须进行数次铜焊循环作业——这些都是在1200℃时完成的，会引起构成桨叶的合金中的所谓“原始γ”晶相的生长，因而降低了桨叶的寿命。此外，因为型芯用丝绳悬吊，它的位置不能很好地控制，桨叶的侧壁和叶尖内凹端的底部存在无法达到所要求厚度的危险，因而必须容许显著的制造间隙。
发明内容
本发明的目的在于减轻这些弊端。
为此，本发明涉及制造金属空心桨叶的方法，桨叶至少包括一面侧壁和叶尖内凹端，其特征可描述为a)浇铸制造空心桨叶，至少包括一面侧壁和开口叶尖；b)制造叠层板，至少包括桨叶的金属和铜焊材料，；c)将板压在桨叶上，然后将板铜焊到桨叶侧壁的顶部；d)在板上进行加工叶尖内凹端，至少包括底部并且至少包括鸣响尖。
关于本发明，因桨叶提前制造并带有开口叶尖，在铸造操作时可利用这一开口的便利，而将型芯从顶端放置到适当的位置。这就确保型芯定位的极高精确性，从而确保桨叶侧壁厚度的极高精确性。因为叶尖内凹端的底部不存在铜焊填塞物，桨叶不经受铜焊操作，所以可避免与此有关的所有弊端，提高桨叶的寿命。
本发明还有另一个优点。桨叶的侧壁通常有冷却孔，它们是用激光在已成形的桨叶侧壁上一次钻孔形成的。按原先的工艺，在钻孔时要实现对桨叶的保护操作是很复杂的，因为在浇铸操作时形成了叶尖内凹端，它的存在造成不易达到桨叶的内部。由于本发明，使得在叠层板铜焊之前，就可完成钻孔工序，这样就易于达到桨叶的内部，比如可达到在其中的保护板的位置。桨叶的内部也可便于进行在其内壁上的加工或清洁操作。
有利之处还有，桨叶的侧壁的顶部可在步骤c)之前进行研磨。
因为桨叶侧壁的顶部是已经加工了的，可在完全确定的高度将叠层板铜焊到桨叶侧壁的顶部。这样就可精确地校准叶尖内凹端的底部的内表面位置，然后以方便和控制完好的方式加工叶尖内凹端的外表面。
上述方法极其便于进行维修，因此本发明也涉及金属空心桨叶叶尖的维修方法。金属空心桨叶至少包括一面侧壁和叶尖内凹端，而叶尖内凹端则至少包括底部并且至少包括鸣响尖，其特征可描述为制造方法的上述几个步骤。其中步骤a)可由下述步骤代替a’)桨叶叶尖切割到与叶尖内凹端的底部相齐，以便得到至少有一面侧壁且叶尖开口的桨叶。
最后，本发明涉及金属空心桨叶，它至少有一面侧壁和叶尖内凹端，叶尖内凹端至少包括底部并且至少包括鸣响尖，该桨叶是由上述方法中的一种制造得到的。
本发明将由于以下所述而被更清楚地理解，以下所述是实现上述方法的最佳途径和具体方法，并可参考下列附图。
图1是根据本发明所述的制造桨叶的方法，得到的空心桨叶的简略透视图；图2是图1所示的桨叶的剖面图；图3是在本发明所述的制造方法的步骤a)之后，开口桨叶叶尖的简略剖图；图4是在本发明所述的制造方法的步骤c)中，桨叶的简略剖面图。
具体实施例方式
本发明关于桨叶制造方法，目的是制造桨叶1，即涡轮喷气发动机的动桨叶1，如图1和图2所示。术语“内部的”和“外部的”应理解为是指相对于涡轮喷气发动机的轴的内部和外部，而其桨叶是确定为径向安装的。桨叶1为空心桨叶，其构成是，在内侧有根部(图中未表示)，从根部向上有两面侧壁2和3，它们分别被称为压力面和真空面，它们延伸形成了侧壁之间的空腔4。空腔4用于冷却桨叶1，它包括一些部件，如散热片或螺栓，它们参与冷却作用。图中桨叶1以两侧壁2和3表示，但它可能有多个隔间，这些隔间确定了侧壁之间的许多空腔。
桨叶1在其外部有叶尖内凹端7。叶尖内凹端7有在侧壁2和3之间横向延伸的底壁8，它完全或部分地填充在侧壁之间的空隙处。底壁8延伸为两壁，它们形成了鸣响尖9和10。与前面的方式相同，鸣响尖9和10与桨叶1的前缘5和后缘6连接在一起。在此，鸣响尖9和10位于桨叶1的侧壁2和3的延伸部位，并且与之具有同样的厚度。
本发明关于制造桨叶1的方法，下面将予以描述。
第一步是制造空心桨叶1’，如图3所示。它由从其侧壁2和3延伸的根部(图中未表示)以及开口的叶尖11所组成。换言之，侧壁2和3形成了在其外端开口的空腔4。桨叶1’用浇铸制造。将金属注入悬吊有陶瓷型芯的铸模内，金属被引入型芯和铸模周壁之间，结果形成了桨叶1’的侧壁2和3。因为桨叶1’的叶尖11是开口的，所以容易做到利用固定的和可能笨重的机械方法、通过这个开口来保持型芯处于适当的位置，这样就确保在整个浇铸过程中，型芯相对于铸模总是保持在正确的位置。结果是精确性显著优于原先的工艺，原先的工艺是将型芯用丝绳悬吊，因而有浮动的危险。另外，这样在浇铸工序的末尾，型芯也易于经过桨叶1’的开口取出。
本发明尤其适用于称为AM1的镍基合金制成的桨叶1’。这种合金的重量百分比的组成如下Co，6.0-7.0％；Cr，7.0-8.0％；Mo，1.8-2.2％；W，5.0-6.0％；Ta，7.5-8.5％；Al，5.1-5.5％；Ti，1.0-1.4％；Nb，Mn和Si各少于0.05％；C，B，Cu，P，S，Mg，Sn和Zr各少于0.01％；Hf和Fe各少于0.2％；而Ni的配重则至100％。
这样得到的桨叶1’，在内侧有一根部，而在外侧则有向其开口叶尖11延伸的两侧面。
可在侧壁2和3上打出冷却孔，以便放出冷却空气。这些孔通常是用激光钻孔获得的。因为桨叶1’的叶尖11是开口的，所以很容易把保护板放置在桨叶1内部，以便阻止已通过桨叶1’的侧壁2和3的激光束。
也可加工或清洁开口桨叶1’的内部。
然后是用机械对桨叶的侧壁2和3进行研磨，也就是说，将其切削和抛光，使得它们达到所要求的高度。对于所要求的高度而言，内壁是从叶尖内凹端7的底部8延伸出的。因为研磨用机械进行，所以很精确。假若浇铸工序可以使侧壁2和3非常精确地形成，那么研磨就不需要进行了。
另外是制造叠层材料板12，参阅图4。板12由混合在一起的多层材料构成，它的基底材料的相对浓度是随板12的厚度而变化的。在所考虑的特定情况下，板由AM1合金和铜焊材料构成，后者比如是以Ni，Cr或B为基础的材料。板的最上面13是浓度为100％的AM1，而最下面14则是浓度为100％的铜焊材料。在两个面13和14之间，浓度则分别减小和增大，结果是对于每一种材料，一边是100％，另一边是0％。并不需要这些极端浓度等于100％和0％，但是总的说来，板12的一面是高浓度的一种材料，另一面是高浓度的另一种材料，浓度在两个面之间以线性或非线性的方式变化。一般情况，板12在钢底座上用粉末喷涂的方法制造，AM1和粉末铜焊材料浓度随形成的厚度而逐渐变化。这些叠层板为精于此项工艺的人们所熟知，因此关于它们的制造，下面不作详细解释。制造叠层板12，可以在开口桨叶1’的制造之前、期间或之后进行，其制造是独立进行的。
叠层板12的厚度，至少等于所要制造的桨叶1的叶尖内凹端的底部8的高度以及鸣响尖9和10的高度。尺寸方面，它的横截其厚度方向的截面，稍微大于与叶尖11同样大小的桨叶1’的截面，亦即相应于叶尖内凹端7的形状和尺寸，但稍微有所增加。板12最好用水流切割，这样可避免在板12中产生受扰区，该方法为精于此项工艺的人们所熟知。
制造桨叶1的下一个步骤，是将板12铜焊到开口桨叶1’上。为此目的，需使板12通过它的100％浓度铜焊材料的面14与开口桨叶1’的叶尖11相接触。例如在一压力机上，将压头15加到另一面13上，桨叶1’就被固定在其内端应有的位置。整个装配在1100℃、在真空或惰性气氛的加热炉中进行。温度的选择取决于桨叶1’的材料。在此情况下，AM1合金在1100℃具有良好的内部结构，但该结构在1200℃以上则非常明显地恶化，因此温度的选择是以不损害桨叶1的寿命为根据的。以这种方式在板12上施加压力四小时。结果是板12“自铜焊”到桨叶1’的侧壁2和3上，包含在板12中的铜焊材料被铜焊到侧壁2和3的顶部。准确地说，由于温度和压力，在板12和桨叶1’的侧壁2和3之间发生了金属间的扩散，扩散因压力而加速进行，结果使得部件铜焊在一起。在此，所施加压力为15巴。在所讨论的具体情况，使用了石墨挡块与板12并排放置，高度相应于叶尖内凹端7所要求的高度，这样可阻止板和/或桨叶1’避免因高压而被压碎。
板12一旦铜焊到了桨叶1’上，就在板12上进行叶尖内凹端7的加工——人们称叶尖内凹端7是“被敲打出来的”。为此，板12必须通过其外侧面，也就是通过与面13同样含100％AM1的侧面，经受放电加工操作，以便将叶尖内凹端7弄凹成形。这项加工，直到叶尖内凹端7的底壁8的外表面有了正确的高度，而且桨叶1的内部表面、叶尖内凹端7的鸣响尖9和10的内部表面都相适应地成形，才可完成。这种放电加工受到极完好的控制，使得叶尖内凹端7能被非常精确地加工出来。底壁8本身的内表面也就有了正确的高度，因为它已被铜焊到开口桨叶1’的侧壁2和3的顶部，而这些侧壁被研磨至所要求的高度，并且在铜焊过程中可能产生的任何形变都被考虑在内。
接着是加工位于桨叶1的外侧面上的鸣响尖9和10，以便达到所要求的厚度，使得鸣响尖9和10的外表面成为侧壁2和3的外表面的延伸部分。
可以在叶尖内凹端7的底部8钻冷却孔，采用与原先工艺同样的方式。
最后，加工鸣响尖9和10的顶部，使得鸣响尖具有正确的高度。于是得到图1和图2所示的桨叶1。
由于桨叶1未曾经受在原先工艺中处于1200℃的铜焊操作，它的寿命增加了。2，3，8，9和10各处的壁厚也完全得到控制。
上面描述的方法可用于维修桨叶1的叶尖。在这种维修方法中，要求将损坏的桨叶叶尖再成形，比如，将桨叶1的叶尖切断，得到开口桨叶1’，如图3所示，再使侧壁2和3的顶部的高度适合于所要求的叶尖内凹端7的底部8的位置。从这个开口桨叶1’开始，之后制造叶尖内凹端7的方法则与上面描述的方法完全一致。
此项发明还有另一好处。当将板12铜焊到开口桨叶1’时，可能会发生焊珠出现在已进行铜焊区域的情况。位于桨叶内部的这种焊珠，并不影响桨叶的运转，留下无碍。位于桨叶外部的焊珠，则可在随后的加工中去除，即在加工叶尖内凹端的鸣响尖的外表面时去除。然而，在焊珠被加工去除之前，它的好处是指示出确实已进行了铜焊。
现有的叠层板仅只由AM1和铜焊材料构成。使用叠层板的优点是，它提供了在材料选择方面的极大自由。因此可以增加一些材料，使得叶尖内凹端具有附加特性成为可能。例如，若桨叶需残留浇铸时，可以在外部提供敷层材料以防止桨叶的磨损。
权利要求
1.制造金属空心桨叶的方法，金属空心桨叶(1)，至少包括一面侧壁(2，3)以及叶尖内凹端(7)，其特征如下a)浇铸制造空心桨叶(1’)，至少包括一面侧壁(2，3)和开口叶尖；b)制造叠层板(12)，至少包括桨叶(1’)的金属和铜焊材料；c)将板(12)压在桨叶(1’)上，然后将板(12)铜焊到桨叶(1’)的侧壁(2，3)的顶部；d)在板(12)上进行加工叶尖内凹端(7)，至少包括底部(8)并且至少包括鸣响尖(9，10)。
2.按照权力要求1的制造金属空心桨叶的方法，其特征在于桨叶(1’)的侧壁(2，3)的顶部在步骤c)之前进行研磨。
3.按照权力要求1和权力要求2的任何一项的制造金属空心桨叶的方法，鸣响尖(9，10)的外表面在步骤d)之后进行加工。
4.按照权力要求1至权力要求3的任何一项的制造金属空心桨叶的方法，鸣响尖(9，10)的顶部在步骤d)之后进行加工。
5.按照权力要求1至权力要求4的任何一项的制造金属空心桨叶的方法，步骤d)用放电加工完成。
6.按照权力要求1至权力要求5的任何一项的制造金属空心桨叶的方法，桨叶(1)由镍合金制成。
7.维修金属空心桨叶的叶尖的方法，金属空心桨叶(1)，至少包括一面侧壁(2，3)以及叶尖内凹端(7)，叶尖内凹端(7)则至少包括底部(8)并且至少包括鸣响尖(9，10)，其特征在于它包括要求1至要求6所要求的制造方法的几个步骤，其中步骤a)可由下述步骤代替a’)桨叶(1)叶尖切割到与叶尖内凹端(7)的底部(8)相齐，以便得到至少有一面侧壁(2，3)且叶尖开口的桨叶(1’)。
全文摘要
本发明涉及制造金属空心桨叶(1)的方法，桨叶包含至少一面侧壁(2，3)以及叶尖内凹端(7)，其特征如下述a)空心桨叶，至少包括一面侧壁(2，3)和开口叶尖，需浇铸制造；b)叠层板，至少包括桨叶的金属和铜焊材料，需制造；c)将板压在桨叶上，然后将板铜焊到桨叶的侧壁(2，3)的顶部；d)叶尖内凹端(7)，至少包括底部(8)并且至少包括鸣响尖(9，10)，需在板上进行加工。由于本发明，因桨叶提前制造并带有开口叶尖，在铸造操作时可将型芯从顶端放置到适当的位置，从而确保型芯定位的极高精确性，因此确保桨叶侧壁(2，3)厚度的极高精确性。本发明也涉及维修桨叶(1)的方法。
文档编号F01D5/12GK1931475SQ20061007830
公开日2007年3月21日 申请日期2006年5月9日 优先权日2005年5月9日
发明者迈克尔·博尔诺斯, 克劳德·帕格诺 申请人:斯奈克玛服务公司