航空發動機風扇葉片金屬加強邊的加工方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及航空發動機風扇葉片金屬加強邊的加工方法。
【背景技術】
[0002]復合材料風扇葉片作為商用航空發動機的關鍵部件之一，有效地降低了航空發動機的重量，滿足了新一代商用航空發動機“低噪聲、低污染、低成本”的要求，提高了發動機市場競爭力。但由于碳纖維復合材料本身抗鳥撞沖擊、抗沖刷及腐蝕等能力較金屬差，且在高速旋轉過程中容易產生開裂分層，因此，復合材料風扇葉片均采用金屬加強邊，包括前緣加強邊和尾緣加強邊。
[0003]商用發動機復合材料風扇葉片尺寸大、截面葉型薄、葉型扭角大、葉型型面復雜，且風扇葉片使用條件較苛刻，振動疲勞特性、抗鳥撞沖擊性能等要求高，金屬加強邊的結構較一般零件特殊，主要表現在:
[0004]I)、金屬加強邊長度大；
[0005]2)、金屬加強邊橫截面為“V”型，而“V”型槽深寬比大且槽的兩翼薄，“V”型槽開口窄，金屬加強邊整體及局部剛度較弱；
[0006]3)、金屬加強邊作為風扇葉片葉型的一部分，加強邊尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等要求高。
[0007]由于金屬加強邊具有長度長、整體及局部剛度差、尺寸精度要求高等特點，采用傳統的純機械加工方法存在“V”型槽加工難度大、周期長、加強邊整體變形大等問題；采用超塑成型/擴散連接方法加工，由于至少經歷兩次熱循環，同樣存在整體變形控制難度大的問題。
[0008]中國專利文獻CN102686356A記載一種“制造用于渦輪引擎葉片的金屬加固件方法”，其首先獲得加固件的不同區段，不同區段通過激光熔合工藝而分別制造，通過重新結合多個區段來制造金屬加固件使得可避免從單件平棒合成一零件的制造相聯系的偏差，特別是避免小厚度的側部的扭曲。
[0009]分段性加強邊在焊縫處其剛度、強度不連續，對其性能造成一定的影響，因此期望一種可以一體成型的方法來加工葉片金屬加強邊。
【發明內容】
[0010]本發明的目的在于提供一種商用航空發動機風扇葉片金屬加強邊的加工方法，其可以使加強邊一體成型。
[0011]為實現所述目的的航空發動機風扇葉片金屬加強邊的加工方法，其特點是該加工方法包括執行激光直接熔化制造工藝，在該工藝中，逐層熔覆堆積材料直到形成三維數字模型所設計的形狀，在逐層熔覆堆積過程中分段增加支撐架，用以增加逐漸成型的形狀對應部位的剛度，從而保證三維數字模型所設計的形狀的頂部成型，減小其變形；該加工方法還包括以下步驟:
[0012]對在激光直接熔化制造系統中成型的零件V形槽的內、外表面去余量材料和拋光。
[0013]所述的加工方法，其進一步的特點是為了增強所述零件的增體剛度，所述去余量材料是通過機械加工步驟執行，在該機械加工步驟包括將所述零件整體套入凹模中，然后將整個裝有該零件的凹模安裝在機床上并對其內腔進行銑削，該機械加工步驟還包括將所述零件安裝在凸模上，將裝有整個零件的凸模安裝在機床上并對所述零件的外表面進行銑削。
[0014]所述的加工方法，其進一步的特點是為了增強所述零件的整體剛度，所述拋光包括將所述零件放置于凹模上，對所述零件的內腔進行拋光，以及將所述零件放置于凸模上，對所述零件的外表面進行拋光。
[0015]所述的加工方法，其進一步的特點是在激光直接熔化制造工藝中，金屬加強邊的連續的三維數字模型離散成具有一定層厚及順序的分層切片，所述離散成是沿葉高方向對所述模型進行切片處理。
[0016]所述的加工方法，其進一步的特點是用磨粒流對所述零件的內腔進行拋光處理。
[0017]本發明的方法可以一體形成金屬加強邊的近終成形，然后在通過機加工和拋光實現最終成形，由于加強邊是一體成形件，因此容易滿足尺寸公差、形位公差、表面粗糙度等各方面的較高要求，便于與復合材料風扇葉片的裝配及膠接。
【附圖說明】
[0018]本發明的上述的以及其他的特征、性質和優勢將通過下面結合附圖和實施例的描述而變得更加明顯，其中:
[0019]圖1為帶有金屬加強邊的航空發動機風扇葉片的主視圖。
[0020]圖2為圖1中前緣金屬加強邊和尾緣金屬加強邊的立體圖。
[0021]圖3為圖1中前緣金屬加強邊的橫截面視圖。
[0022]圖4為激光直接熔化制造((Laser Melting Deposit1n, LMD))系統的示意圖。
[0023]圖5為LMD快速成型的原理圖。
[0024]圖6為激光直接熔化制造成型過程中防止成型零件變形的原理圖。
[0025]圖7為防止成型零件在內腔機加工過程中變形的原理圖。
[0026]圖8為防止成型零件在外表面加工過程中變形的原理圖。
【具體實施方式】
[0027]下面結合具體實施例和附圖對本發明作進一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細節以便于充分理解本發明，但是本發明顯然能夠以多種不同于此描述的其它方式來實施，本領域技術人員可以在不違背本發明內涵的情況下根據實際應用情況作類似推廣、演繹，因此不應以此具體實施例的內容限制本發明的保護范圍。
[0028]需要注意的是，附圖1至圖8的相關部分均僅作為示例，其并非是按照等比例的條件繪制的，并且不應該以此作為對本發明實際要求的保護范圍構成限制。
[0029]如圖1所示，風扇葉片I可以是渦扇發動機的前置風扇的葉片，其具有前緣(圖中左側)和后緣(圖中右側)，還具有末端IB和基端1A，葉片用于產生空氣動力的表面從前緣延伸到后緣，或者從基端IA延伸到末端1B,葉片I為一具有復雜形狀的曲面片體,相應地，在葉片前緣粘接的前緣金屬加強邊2A、后緣金屬加強邊2B如圖2也為彎曲走向的復雜形狀。在后面的描述中，對前緣金屬加強邊2A的說明也實質上適合于后緣金屬加強邊2B，因此，在沒有特別說明的情況下，對后緣金屬加強邊2B可以作同樣的理解。
[0030]金屬加強邊2A的長度較長，例如為600mm到1000mm，如圖3所示，其與葉片I的前緣形狀一樣，截面形狀的內、外側均成V形，加強邊2A具有V形的基部21，以及沿葉片I的前緣的兩側表面貼合延伸的延伸部22B、22A，延伸部22B、22A形成底部位于基部21上的V形槽，槽深寬比大，且槽的兩延伸部22B、22A薄，例如為0.2mm到I.5臟，從圖中可以看出，V形槽的開口窄，且槽較深，這對純機械加工方法來說是一項巨大的挑戰，即便通過激光熔合工藝，如中國專利文獻CN102686356A記載的，一般也是通過分段加工再結合的方式來制造。
[0031]為了便于后期金屬加強邊與復合材料風扇葉片的裝配及膠接，滿足加強邊具有很高的尺寸公差、形位公差、表面粗糙度的要求，后面將詳細說明金屬加強邊2A的加工方法。
[0032]該加工方法大致包括在激光直接熔化制造系統中執行的步驟，以得到直接實現加強邊2A的少無余量近凈成形，還包括后繼的機加工去余量步驟和/或拋光等