航空發動機空心風扇葉片的制作方法
【專利摘要】本實用新型的目的在于提供一種航空發動機空心風扇葉片，其能很好地在防撞性能和輕量化要求。為實現所述目的的航空發動機空心風扇葉片，包括葉片殼體和葉片殼體圍成的空腔內的肋骨結構，其特點是，該葉片通過選擇性激光熔化設備一體成型，所述肋骨結構是瓦倫結構和工字型槽梁的組合。
【專利說明】航空發動機空心風扇葉片
【技術領域】
[0001 ] 本實用新型涉及航空發動機空心風扇葉片。
【背景技術】
[0002]空心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。
[0003]一種鈦合金空心風扇葉片，其包括葉片殼體和葉片殼體圍成的空腔內的肋骨結構，其構造過程為:先在中間芯板上以一定圖形噴涂止焊劑，然后將芯板與兩層面板一起用氬弧焊焊接封邊并留有進氣口 ；將焊好的層板放入與葉片型面相同的模具內，并一起放進帶有加熱系統的壓機內，加熱升溫至SPF/DB (超塑成型/擴散連接)溫度；先向模腔內吹入一定的氬氣，然后保溫使三層鈦板內部預訂部位和周邊進行擴散連接；連接完成后再向三層板內吹入一定壓力的氬氣進行SPF，兩層面板在SPF狀體下進行拉伸和扭曲變形，同時中間芯板延展變形形成桁架結構；板材完全貼模成形后隨爐冷卻，取出零件進行表面化銑；最后數控加工出葉根和葉型邊緣。該葉片的肋骨結構為瓦倫形(Z字形)。
[0004]另一種鈦合金空心風扇葉片，其包括葉片殼體和葉片殼體圍成的空腔內的肋骨結構，其構造過程為:葉片壞料為鈦合金，由機械加工銑削成帶肋但沒有芯部的兩半對稱的扁平葉身，而后先采用擴散連接工藝進行連接，將兩半扁平葉身面對面放入模具內，送入真空爐中施加高溫高壓，得到擴散焊質量均勻無缺陷的葉片毛坯，再應用超塑成形工藝使葉片成形。其工序是將已經連接好的扁平葉坯放入與葉片最終形狀相同的模具內，加熱至超塑成形狀態，此時由于重力的作用葉片基本貼模(這一過程可使葉片的彎曲和扭度達到要求值的90%)，然后再向葉片內部吹入氬氣，利用材料的超塑特性使葉片完全貼模，成形出所需氣動外形的葉片毛坯，最后數控加工出葉根和葉型。該葉片的肋骨結構為工字槽型。
[0005]專利文獻CN101649844A還公開一種風扇葉片，其中的肋骨結構為金剛石結構、四面體單元結構、六面體單元結構或蜂窩結構等中的一種或者多種組合形成的空間結構。
[0006]本申請發明人在實踐中發現，無論哪種葉片的結構在防撞性能以及輕量化方面的平衡都有待于改進。
實用新型內容
[0007]本實用新型的目的在于提供一種航空發動機空心風扇葉片，其能很好地在防撞性能和輕量化要求。
[0008]為實現所述目的的航空發動機空心風扇葉片，包括葉片殼體和葉片殼體圍成的空腔內的肋骨結構，其特點是，該葉片通過選擇性激光熔化設備一體成型，所述肋骨結構是瓦倫結構和工字型槽梁的組合。
[0009]所述的航空發動機空心風扇葉片，其進一步的特點是，所述葉片包括連通所述空腔的位于葉片頂部的頂部氣孔和位于葉片底部的底部氣孔。
[0010]所述的航空發動機空心風扇葉片，其進一步的特點是，所述頂部氣孔和所述空腔之間還設置有弦向氣槽。
[0011]所述的航空發動機空心風扇葉片，其進一步的特點是，所述底部氣孔和所述空腔之間還設置有弦向氣槽。
[0012]所述的航空發動機空心風扇葉片，其進一步的特點是，所述頂部氣孔和所述底部氣孔被焊封。
[0013]所述的航空發動機空心風扇葉片，其進一步的特點是，所述葉片為鈦合金空心風扇葉片。
[0014]以往的空心葉片只使用單純的“瓦倫”結構，或者只使用“工字槽型”結構。但不管是那種結構，其主要目的是為了減輕葉片的重量同時，保證葉片的整體剛性，從而提高或保證葉片的抗鳥撞沖擊能力。但是，其單純的內部空腔結構導致葉片空心率無法提高，從而導致葉片的重量無法進一步減輕。根據本實用新型的發明人的實踐中，由于將瓦倫結構和工字槽型結構有機的融合，既利用了“瓦倫”結構的剛性強，抗沖擊綜合效果好，又利用了“工字槽型”結構空心率高的特點，在保證葉片整體剛性條狀下，確保葉片鳥撞沖擊性能滿足要求，同時可以獲得以往葉片更高的空心率(可達到40%以上)，有效地實現了葉片的減重。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]本實用新型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:
[0016]圖1為本實用新型的一實施例中航空發動機空心風扇葉片的主視圖。
[0017]圖2為沿圖1中A — A線的剖面圖。
[0018]圖3為圖1中未拋光前的葉片的主視圖。
[0019]圖4為圖3中葉片的俯視圖。
[0020]圖5為圖3中葉片的仰視圖。
【具體實施方式】
[0021]下面結合具體實施例和附圖對本實用新型作進一步說明，在以下的描述中闡述了更多的細節以便于充分理解本實用新型，但是本實用新型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實用新型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實用新型的保護范圍。
[0022]需要注意的是，附圖均僅作為示例，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實用新型實際要求的保護范圍構成限制。
[0023]如圖1和圖2所示，風扇葉片I具有葉片殼體10和葉片殼體10圍成的空腔100內的肋骨結構，肋骨結構是瓦倫結構11和工字型槽梁12的組合。瓦倫結構11是連續的多個Z字型結構，工字型槽梁12是橫截面呈工字型的梁。葉片殼體10的表面構成葉片的空氣動力表面，根據設計產生軸向或徑向或者其他方向的氣體流動方向。葉片殼體10的上部IB為葉片的末端，下部IA為葉片的基端，用于安裝葉片I。
[0024]瓦倫結構11和工字型槽梁12的組合除了如圖2所示的各自占據一半空腔100外，還可以是其他組合，這種組合與葉片的大小有關系，若為中型葉片，可以采用圖2所示的組合比例，若為大型葉片，瓦倫結構11占據空間要多于工字型槽梁12，若為小型葉片，瓦倫結構11可以少于工字型槽梁12。這種組合還與葉片的防撞部位有關，對于特定的防撞部位，即要求防撞性能較高的部位，瓦倫結構11就占據空間而言要多于工字型槽梁12。
[0025]圖1和圖2所示的葉片結構還與其成型工藝有關。葉片I是通過選擇性激光熔化(Select Laser Melting, SLM)設備一體成型。選擇性激光熔化設備可以是市售設備，其構造再次就不多說了，其通常的執行工藝如下:
[0026]I)以三維模型為基礎，設計激光快速成型工藝孔；
[0027]2)利用激光快速成型工藝實現帶余量的零件增材制造；
[0028]3)利用磨粒流實現零件內部的去除或拋光；
[0029]4)利用傳統機械加工方法實現零件外表面機加工。
[0030]相應地，對于前述實施例的葉片結構利用3D計算機輔助軟件等沿葉高方向對金屬加強邊模型進行切片處理，厚度為10微米?500微米，對模型進行離散化處理；然后，設置激光快速成型速度，為5米/分鐘?200米/分鐘，激光頭功率100W?10000W ;其次將粉末金屬粉末放置于激光快速成型設備里；接著，關閉設備門，并用真空泵將設備工作腔成真空，并通入保護氣體，如氬氣。最后，運行激光快速成型設備開始“打印”金屬加強邊直至結束。
[0031]為了便于內部表面的處理，如圖3至圖5所示，風扇I包括頂部氣孔21、弦向氣槽22、底部氣孔23。弦向氣槽22可根據后期清粉的難易程度，進行選擇性設計，也可以在底部氣孔23和中部空腔100之間設置弦向氣槽。當葉片通過選擇性激光熔化一體成型后，利用頂部氣孔21、弦向氣槽22、中部空腔100、底部氣孔23形成的“開式”通道進行清粉處理，接著利用磨粒流對空心葉片I內腔壁面進行去材料或拋光處理。磨粒從頂部氣孔進入內部空腔，從底部氣孔排出(方向可顛倒)。在表面處理之后對各氣孔封孔，即利用氬弧焊封住頂部氣孔、底部氣孔。最后利用數控機床對空心風扇葉片外表面進行加工。
[0032]前述實施例的風扇葉片I由于是通過選擇性激光熔化工藝成一體制造，因此能夠獲得瓦倫結構和槽型梁結構的組合，瓦倫結構提供更為有力的防撞性能，而槽型梁結構提供更高的空心率，根據葉片部位的防撞要求和葉片大小，瓦倫結構和槽型梁結構可以隨意進行組合，風扇葉片I的內部表面由于是通過選擇性激光熔化工藝預先成型，再通過拋光工藝處理，可以滿足很高的粗糙度要求，這進一步可以提高防撞性能。
[0033]本實用新型雖然以較佳實施例公開如上，但其并不是用來限定本實用新型，任何本領域技術人員在不脫離本實用新型的精神和范圍內，都可以做出可能的變動和修改。因此，凡是未脫離本實用新型技術方案的內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何修改、等同變化及修飾，均落入本實用新型權利要求所界定的保護范圍之內。
【權利要求】
1.一種航空發動機空心風扇葉片，包括葉片殼體和葉片殼體圍成的空腔內的肋骨結構，其特征在于，該葉片通過選擇性激光熔化設備一體成型，所述肋骨結構是瓦倫結構和工字型槽梁的組合。
2.如權利要求1所述的航空發動機空心風扇葉片，其特征在于，所述葉片包括連通所述空腔的位于葉片頂部的頂部氣孔和位于葉片底部的底部氣孔。
3.如權利要求2所述的航空發動機空心風扇葉片，其特征在于，所述頂部氣孔和所述空腔之間還設置有弦向氣槽。
4.如權利要求2所述的航空發動機空心風扇葉片，其特征在于，所述底部氣孔和所述空腔之間還設置有弦向氣槽。
5.如權利要求2所述的航空發動機空心風扇葉片，其特征在于，所述頂部氣孔和所述底部氣孔被焊封。
6.如權利要求1所述的航空發動機空心風扇葉片，其特征在于，所述葉片為鈦合金空心風扇葉片。
【文檔編號】F04D29/30GK204164033SQ201420490696
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年8月28日 優先權日:2014年8月28日
【發明者】劉業勝, 胡壽豐, 韓品連, 柴象海, 曹源 申請人:中航商用航空發動機有限責任公司