一種用于通過臨時(shí)保持葉片的環(huán)制造整體式葉片盤的改進(jìn)方法

專利名稱：一種用于通過臨時(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)明一般涉及優(yōu)選地用于飛行器渦輪機(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。相對于僅進(jìn)行銑削的方法，銑削前使用通過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%的初始塊材料以獲得DAM 這一事實(shí)解釋。通過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程中存在 葉片變形和振動(dòng)，且葉片越長，該缺點(diǎn)越大。為限制對所制造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)間延長也造成工具 高度磨損，對制造成本不利。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的目的是至少部分地解決與先有技術(shù)實(shí)施例相關(guān)的上述缺點(diǎn)。為此，本發(fā)明的目的是提供一種整體式葉片盤的制造方法，包括-通過磨料水射流切割材料塊的步驟，執(zhí)行該步驟以制成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；之后-移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~片仍然是通過初始塊材料保持相互機(jī)械連接。有利地，該特征允許對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)間的減少及制造過程中葉片振動(dòng)的減少使得工具的磨損程 度降低，這有利地限制了制造成本。優(yōu)選地，執(zhí)行通過磨料水射流進(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，另一可替換的解決方案可包括執(zhí)行通過磨料水射流進(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。形成連接裝置的材料優(yōu)選地被保持至通過磨料水射流進(jìn)行切割的步驟結(jié)束。僅在 DAM制造方法的后續(xù)步驟中移除該連接裝置。為此，應(yīng)注意，通過磨料水射流進(jìn)行切割的步驟后，執(zhí)行銑削葉片預(yù)型件的步驟， 其中該步驟優(yōu)選地被執(zhí)行以獲得定型葉片毛坯，且該步驟后優(yōu)選執(zhí)行銑削葉片毛坯的精加 工步驟，以獲得最終成型的葉片。根據(jù)本發(fā)明的第一優(yōu)選實(shí)施例，移除所述連接裝置的所述步驟在銑削葉片預(yù)型件 的所述步驟前執(zhí)行，因此，優(yōu)選在在銑削葉片預(yù)型件的所述步驟和通過磨料水射流進(jìn)行切 割的步驟間執(zhí)行。根據(jù)本發(fā)明的第二優(yōu)選實(shí)施例，移除所述連接裝置的步驟在銑削葉片預(yù)型件的所 述步驟和所述精加工步驟間執(zhí)行。更一般地，移除所述連接裝置的所述步驟可在銑削葉片預(yù)型件的所述步驟后執(zhí) 行，不論在銑削葉片預(yù)型件的所述步驟后是否執(zhí)行不同的銑削精加工步驟，或不論其是否 包括精加工步驟。為此，根據(jù)本發(fā)明的第三優(yōu)選實(shí)施例，移除所述連接裝置的所述步驟在所述精加 工步驟后執(zhí)行。當(dāng)然，根據(jù)本發(fā)明的方法中也可執(zhí)行其它傳統(tǒng)步驟，如-在通過磨料水射流進(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；-按長度切割葉片；-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，葉片的最小長度為150mm。優(yōu)選地，所述整體式葉片盤具有厚度大于或等于100mm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。該厚度也大致對應(yīng)于各葉 片在前緣和尾緣間相對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的渦輪機(jī)或渦輪機(jī)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子的整體式 葉片盤。根據(jù)以下非限定性詳細(xì)描述，本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和特征將是顯而易見的。


將參照所附示圖進(jìn)行該描述，其中-圖1示出了用于渦輪機(jī)的整體式葉片盤的局部透視圖，其可通過使用根據(jù)本發(fā) 明的制造方法獲得；-圖2a至圖2e示出了當(dāng)采用第一優(yōu)選實(shí)施例的制造方法時(shí)各步驟中的整體式葉 片盤的示意圖；-圖3a至圖3c示出了當(dāng)采用第二優(yōu)選實(shí)施例的制造方法時(shí)各步驟中的整體式葉 片盤的示意圖；-圖4a和圖4b示出了當(dāng)采用第三優(yōu)選實(shí)施例的制造方法時(shí)各步驟中的整體式葉 片盤的示意圖；且-圖5a至圖5c示出了當(dāng)采用第四優(yōu)選實(shí)施例的制造方法時(shí)各步驟中的整體式葉 片盤的示意圖。
具體實(shí)施例方式首先參照圖1，可以看到通過使用根據(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。通過本發(fā)明的方法獲得的整體式葉片盤(下文簡稱DAM)具有較大尺寸，即其直徑 大于或等于800mm，葉片2的長度至少等于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)將參照圖2a至圖2e說明DAM 1制造方法的第一優(yōu)選實(shí)施例。首先，對鈦合金制成的且優(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?；旌衔锞劢褂谇懈顓^(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，保持至切 割步驟完成。磨料水射流切割步驟可通過執(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。參照圖2b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。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，這很難通過單次簡單 切割來接近。參照圖2b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，即僅穿過通過移除第一部分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相對于軸線5移動(dòng)的軌跡是稱為 “五軸”軌跡的軌跡，其通過同時(shí)進(jìn)行兩種旋轉(zhuǎn)獲得。第二部分120通過使用磨料水射流從 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。所有第二部分120已移除后，塊僅示出葉尖108處通過環(huán)112彼此連接的葉片預(yù) 型件102。磨料水射流步驟完成。在此第一優(yōu)選實(shí)施例中，該方法之后進(jìn)行移除連接預(yù)型件102的環(huán)112的步驟。該 步驟以本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為合適的任何方法實(shí)現(xiàn)，如線切割或銑削。為此，圖2c示意性示 出了通過環(huán)112與預(yù)型件葉尖108間連接的斷裂，從塊100剩余部分分離環(huán)112。獲得所 有圓周基本斷裂128后，環(huán)可通過沿軸線5相對于塊移動(dòng)與塊實(shí)際分離。環(huán)112視為已移 除。可替代地，環(huán)112可僅通過移除預(yù)型件102間的環(huán)部分移除，預(yù)型件徑向端的其它部分 保留，例如之后組成葉片葉尖的一部分。所得斷裂不再是圖2c所示斷裂128的大致圓周形 斷裂，而是大致徑向斷裂，且斷裂深度始終為塊厚度。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，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。這里，預(yù)型件102優(yōu)選地先后加工，以使其各自形成定型葉片毛坯202，如圖2d所
7J\ o之后，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而確保最終尺寸及獲得葉片2，如圖2e 右側(cè)部分所示。在該工序階段，剩余材料塊的體積小于磨料水射流切割步驟開始前(即上述車削 步驟后)該塊體積的25%。另外，該工序后可繼續(xù)一個(gè)或多個(gè)傳統(tǒng)步驟，包括如手動(dòng)調(diào)整或摩擦精加工等拋 光步驟、噴砂(grenaillage)步驟、切割至葉片長度的步驟和/或平衡DAM的步驟?，F(xiàn)將說明根據(jù)本發(fā)明的方法的第二實(shí)施例。首先，在此情況下，對鈦合金制成的且優(yōu)選預(yù)加工的材料塊執(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。下一步驟包括通過磨料水射流切割實(shí)心塊，以形成葉片預(yù)型件，該葉片預(yù)型件通 過預(yù)型件葉尖處的保持環(huán)保持在一起。該步驟與以上參照圖2a和2b所述的步驟相同或相 似。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，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。在此情況下，預(yù)型件102優(yōu)選地先后加工，以使各預(yù)型件形成定型葉片毛坯202， 如圖3a所示，圖3a也示出了毛坯202的葉尖208通過形成塊100外周環(huán)狀部分的環(huán)112
相互連接。在此第二優(yōu)選實(shí)施例中，該方法之后進(jìn)行移除連接預(yù)型件102的環(huán)112的步驟。該 步驟以本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為合適的任何方法執(zhí)行，如線切割或銑削。為此，圖3b示意性示 出了通過環(huán)112與毛坯的葉尖208間連接的斷裂，從塊100剩余部分分離環(huán)112。獲得所 有圓周基本斷裂228后，環(huán)可通過沿軸線5相對于塊移動(dòng)與塊實(shí)際分離。環(huán)112視為已移除。可替代地，這里環(huán)112可僅通過移除毛坯202間的環(huán)部分移除，毛坯徑向端的其它部分 保留，例如之后組成葉片葉尖的一部分。所得斷裂不再是圖3b所示斷裂228的大致圓周形 斷裂，而是大致徑向斷裂，且斷裂深度始終為塊厚度。之后，執(zhí)行新的銑削步驟，該步驟稱為精加工步驟，其目的是通過銑削從毛坯202 獲得最終成型葉片2。使用的工具允許更精密地加工而確保最終尺寸及獲得葉片2，如圖3c 右側(cè)部分所示。在該工序階段，剩余材料塊的體積小于磨料水射流切割步驟開始前(即上述車削 步驟后)該塊體積的25%。另外，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、 切割至葉片長度的步驟和/或平衡DAM的步驟。現(xiàn)將說明根據(jù)本發(fā)明的方法的第三實(shí)施例。首先，在此情況下，對鈦合金制成的且優(yōu)選預(yù)加工的材料塊執(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。下一步驟包括通過磨料水射流切割實(shí)心塊，以形成葉片預(yù)型件，該葉片預(yù)型件通 過預(yù)型件葉尖處的保持環(huán)保持在一起。該步驟與以上參照圖2a和2b所述相同或相似。接 著執(zhí)行葉片預(yù)型件的銑削步驟，以獲得定型葉片毛坯。該步驟與以上參照圖3a所述相同或 相似，其目標(biāo)是盡可能接近最終尺寸，如至0. 6mm。在此第三優(yōu)選實(shí)施例中，該方法繼續(xù)新的銑削步驟；該步驟稱為精加工步驟，其目 的是通過銑削從毛坯202獲得最終成型葉片2。使用的工具允許更精密地加工而確保最終 尺寸及獲得葉片2，如圖4a右側(cè)部分所示。同一示圖也示出了葉片2的葉尖8，通過形成塊 100外周環(huán)狀部分的環(huán)112相互連接。該方法之后進(jìn)行移除連接葉片預(yù)型件2的環(huán)112的步驟。該步驟以本領(lǐng)域技術(shù)人 員認(rèn)為合適的任何方法執(zhí)行，如線切割或銑削。為此，圖4b示意性示出了通過環(huán)112與葉 片葉尖8間連接的斷裂，從塊100剩余部分分離環(huán)112。獲得所有圓周基本斷裂328后，環(huán) 可通過沿軸線5相對于塊移動(dòng)與塊實(shí)際分離。環(huán)112視為已移除。可替代地，這里環(huán)112 可僅通過移除葉片2間的環(huán)部分移除，葉片徑向端的其它部分保留，例如之后組成葉片葉 尖的一部分。所得斷裂不再是圖4b所示斷裂328的大致圓周形斷裂，而是大致徑向斷裂， 且斷裂深度始終為塊厚度。在該工序階段，剩余材料塊的體積小于磨料水射流切割步驟開始前(即上述車削 步驟后)該塊體積的25%。接著，該工序可繼續(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 割至葉片長度的步驟和/或平衡DAM的步驟?，F(xiàn)將參照圖5a至5c說明DAM 1制造方法的第四優(yōu)選實(shí)施例。該實(shí)施例與第一實(shí) 施例的不同之處基本在于，保持環(huán)不再設(shè)置在葉片預(yù)型件的葉尖處，而是設(shè)置在徑向朝向 葉尖內(nèi)部一定距離處的葉尖中間部分。首先，對鈦合金制成的且優(yōu)選預(yù)加工的材料塊執(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。下一步驟包括通過磨料水射流切割實(shí)心塊，以形成葉片預(yù)型件。為執(zhí)行該步驟，再次使用上述類型的水射流切割機(jī)(未示出)。
為此，圖5a示出了在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，該連接裝置此處為定中心于 軸線5的環(huán)112的形式。該環(huán)優(yōu)選地在距葉根4 一定距離處(介于約預(yù)型件總長的一半或 5/6之間)將所有葉片預(yù)型件102彼此連接。因此，環(huán)112相對于葉片預(yù)型件的葉尖108徑 向向內(nèi)定位，且因此形成內(nèi)葉片空間110內(nèi)的剩余部分，該剩余部分在該方法的后續(xù)步驟 中被移除。磨料水射流切割步驟可通過執(zhí)行以下操作實(shí)現(xiàn)移除以大致扭曲或螺旋方式從圓 盤徑向延伸的兩個(gè)第一部分材料的第一切割操作，其中這兩個(gè)第一部分通過環(huán)相互徑向分 離；且隨后移除也以大致扭曲或螺旋方式徑向延伸的第二部分材料的第二切割操作。參照圖5b示意性所示，更具體地，在圖5b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114a。為此，沿圖5a下部所示 閉合線118a，從葉根4開始移動(dòng)聚焦噴槍116的軸，徑向延伸至環(huán)112的理論位置，線118a 接著沿環(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118a的路徑移動(dòng)時(shí)，噴槍116的軸相對于優(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114a。更一般地，應(yīng)當(dāng)注意，噴槍116相對于軸線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5b中心部分示意性所示。如該圖所示，該方法完成時(shí)，垂直徑向的任何剖面內(nèi)，部分114a為四邊形，其相對 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。其后，仍參照圖5b左側(cè)部分和圖5a下部，執(zhí)行第一切割操作，以切出沿軸線5在 材料塊100整個(gè)深度上延伸的且整體位于部分114a的外部徑向延伸部分內(nèi)的另一第一部 分材料114b，通過面向這兩部分的環(huán)122部分分隔這兩個(gè)部分。為此，聚焦噴槍116的軸沿 圖5a下部所示的整體“U”形線118b移動(dòng)，從塊100的徑向端開始，徑向向內(nèi)延伸至環(huán)112 的理論位置；線118b沿環(huán)的圓周延伸，之后再次徑向向外延伸至塊100的另一徑向端。沿上述線118b的路徑移動(dòng)時(shí)，噴槍116的軸相對于優(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，并且確保徑向形狀大致 扭曲的另一第一部分114b。第一部分114b也優(yōu)選由操作人員手動(dòng)移除，如圖5b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)，部分114b也為四邊 形，其相對的兩側(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。如以上進(jìn)行的切割，第一部分114a、114b的每次移除形成兩個(gè)直接連續(xù)葉片預(yù)型 件114的表面。優(yōu)選地，首先切割所有第一部分114a、114b，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，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，這很難通過單次簡單 切割來接近。
參照圖5b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，即僅穿過通過移除第一部分114a、 114b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)到預(yù)型件葉尖108，即僅延伸至環(huán)112，如圖5a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5a所示。從葉根4開 始，大致徑向延伸直至到達(dá)移除第一部分114a、114b可見的環(huán)112。例如，磨料水射流橫穿 的線124大約位于徑向構(gòu)件122的中間厚度處。沿上述線124的路徑移動(dòng)時(shí)，噴槍116的軸相對于優(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。這里同樣，更一般地，應(yīng)當(dāng)注意，噴槍116相對于軸線5移動(dòng)的軌 跡是稱為“五軸”軌跡的軌跡，其通過同時(shí)進(jìn)行兩種旋轉(zhuǎn)獲得。第二部分120通過使用磨料 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，無需操作人員任何動(dòng)作，如圖5b 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5b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。所有第二部分120已移除后，塊僅具有通過環(huán)112彼此連接的葉片預(yù)型件102，環(huán) 112為由各預(yù)型件102中斷的環(huán)形形狀。磨料水射流步驟完成。在此第四優(yōu)選實(shí)施例中，該方法之后進(jìn)行移除連接預(yù)型件102的環(huán)112的步驟。該 步驟以本領(lǐng)域技術(shù)人員認(rèn)為合適的任何方法實(shí)現(xiàn)，如線切割或銑削。為此，圖5c示意性示 出了通過環(huán)112與各預(yù)型件間連接的斷裂，從塊100剩余部分分離環(huán)112。獲得所有大致徑 向斷裂128后，環(huán)實(shí)際可逐個(gè)從塊100輕松分離。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。該步驟與以 上參照圖2d所述的步驟相同或相似。之后，執(zhí)行另一銑削步驟，該步驟稱為精加工步驟，其目的是通過銑削從毛坯202 獲得最終成型葉片2。該步驟與以上參照圖2e所述的步驟相同或相似。使用的工具允許更精密地加工而確保最終尺寸及獲得葉片2，如圖2e右側(cè)部分所
7J\ o在該工序階段，剩余材料塊的體積小于磨料水射流切割步驟開始前(即上述車削 步驟后)該塊體積的25%。另外，該工序后可繼續(xù)一個(gè)或多個(gè)傳統(tǒng)步驟，包括如手動(dòng)調(diào)整或摩擦精加工等拋 光步驟、噴砂步驟、切割至葉片長度的步驟和/或平衡DAM的步驟。應(yīng)注意，第四實(shí)施例可與上述第二或第三優(yōu)選實(shí)施例中的任一個(gè)實(shí)施例結(jié)合，即 環(huán)可在銑削葉片預(yù)型件步驟后移除，或在銑削精加工步驟后移除。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員可對以上僅作為非限定性示例所述的本發(fā)明進(jìn)行多種修 改。
權(quán)利要求
一種整體式葉片盤(1)的制造方法，包括 通過磨料水射流切割材料塊(100)的步驟，執(zhí)行該步驟以制成從圓盤(4)徑向延伸的葉片預(yù)型件(102)，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，所述連接裝置與所述圓盤徑向隔開；隨后 移除所述連接裝置(112)的步驟。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，執(zhí)行通過磨料水射流進(jìn)行切割的所述步驟，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)行通過磨料水射流進(jìn)行切割的所述步驟，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)行通過磨料水射流進(jìn)行切割的所述步驟，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)行通過磨料水射流進(jìn)行切割的所述步驟， 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100mm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，所述整體式葉片盤為用于飛行器渦 輪機(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飛行器的渦輪 機(jī)或渦輪機(jī)壓縮機(jī)的轉(zhuǎn)子的整體式葉片盤。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種整體式葉片盤的制造方法，包括通過磨料水射流切割材料塊(100)的步驟，執(zhí)行該步驟以制成從圓盤(4)徑向延伸的葉片預(yù)型件(102)，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，其中所述連接裝置與所述圓盤徑向隔開；隨后移除所述連接裝置(112)的步驟。
文檔編號F01D5/34GK101977725SQ200980109350
公開日2011年2月16日 申請日期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 申請人:斯奈克瑪公司