專利名稱：一種整體葉盤的制造工藝和實施這種工藝的模具的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及制造一種整體葉盤，特別是渦輪機轉(zhuǎn)子用葉盤的制造。本發(fā)明還更 具體地涉及一種通過摩擦焊接制造這種葉盤的工藝。
背景技術(shù)：
目前的葉盤有兩種。第一種葉盤是將可拆卸的葉片ia械固定到輪盤上，輪盤和 葉片包括將其固定到一起的機構(gòu)。第二種葉盤，又稱整體葉盤，是一個單一的部件， 沒有任何固定機構(gòu)。在第一種葉盤中，將葉片固定到輪盤上的機構(gòu)必須承受輪盤轉(zhuǎn)動期間形成的離 心九因此，這種機構(gòu)往往又大又重。結(jié)果，這種輪盤常常比整微盤要重。在航 空領(lǐng)域， 輕型部件，這就是整體輪盤為什么會非常受歡迎的原因。帝ij造一種整體葉^^f需要的第一種技術(shù)包括在鍛造后的坯件上加工出一個整體葉盤。這種技術(shù)在專利申請文件EP 1 285 714中給予了說明。制造一種整體葉^^f需要的第二種技術(shù)包括采用摩擦焊接。摩擦焊接是一種機 鵬接工藝，其中焊接所需熱能來自裝配部件彼此摩衞旦同時又彼此緊壓。這種焊 接技術(shù)的特點是不需要使用任何液態(tài)金屬。第EP 0 924 016號和US 6 524 072號專利文件都對采用摩擦焊接制造整體葉盤 進行了說明。第EP 0 924 016號專利文件說明，葉片相對于輪盤的摩擦運動是近似 軸向的，而第US6 524 072號專利文件則說明，葉片相對于輪盤的摩擦運動是切向 的。其它類型的摩擦運動都是可以想得到的，諸如旋轉(zhuǎn)。這些工藝在加工每個葉片 時都必須重復(fù)，因而加工時間長，而且很緩優(yōu)。此外，第EP 0 924 016號和US 6 524 072號專利文件0M工藝在實施時需要預(yù) 先假設(shè)葉片能夠承受相對于輪盤的足夠的運動量。然而， 一些葉片包括了上端的凸 肩，而其下端則是葉根，彼此相反。凸肩的形狀實際上呈環(huán)糊形體，從而會,重 新粒外部的流經(jīng)渦輪機的空氣動力氣流。因此，凸肩都被看作是一個上平臺。非 常普遍的做法是，設(shè)計一種對所有葉片都相同的凸肩，這種凸肩的形狀應(yīng)能使其裝 Aifi鄰的凸肩內(nèi)。這些凸肩端對端地連接到一起，從而形成一個環(huán)狀。由于凸肩形狀特別，因而無法采用目前已知的摩擦焊接工藝制造整體葉盤，因
為鄰近葉片的護罩將會妨礙焊接到葉盤上的凸肩葉片的摩擦運動。已知已有技術(shù)中， 還沒有專利申請文件提出一種可在葉盤上制造凸肩葉片和應(yīng)用摩擦焊接的方法。更常見的是，對有著至少一個構(gòu)件與至少一刊卩近葉片接觸的任何葉片來講， 都會出現(xiàn)上述同樣的問題，而這個構(gòu)件很可能就是例如下平臺，它重新構(gòu)成渦輪機或散熱片的內(nèi)部空氣動力氣流，所述構(gòu)件被看作是一種第US 5 460 488號專利文件 所描述的中間平臺。此外，凸肩葉片上通常一定會施加一種預(yù)應(yīng)力，這會使得摩擦焊接很困難。預(yù) 應(yīng)力包括在制3t31程中使葉片承受壓縮力或張力。凸肩葉片是直接通過其翼面扭轉(zhuǎn) 角度來加工的，這樣凸肩就不是全部與輪盤實現(xiàn)圓周對準。為了能夠做到旨圓周 對準，在葉片通過葉根裝配到輪盤上時，凸肩都會機械固定到一起，施加一種 頁應(yīng) 力。本發(fā)明的第一個目的是提出一種整體葉盤制造的工藝，會S夠?qū)⒍鄠€帶有至少一 個構(gòu)件與至少一個鄰近葉片接觸的多個葉片焊接一特別是摩擦焊接一到葉盤上。本發(fā)明的第二個目的是提出一種通過焊接一特別是摩擦焊接一整體葉盤制造的 工藝，育^夠?qū)⒍鄠€葉片同時裝配在葉盤上。本發(fā)明所提出的解決方案^1過摩擦焊接將一圈預(yù)先固定到一起的葉片焊接到 葉盤上。發(fā)明專利內(nèi)容為此，本發(fā)明提出了制造整體葉盤的一種工藝，包括如下一系列步驟 將多個葉片1按照環(huán)狀形式布置在具有對稱旋轉(zhuǎn)的模具2內(nèi)；,將可,材料3，預(yù)先加熱至搞于其熔點的驗，澆注到模具2內(nèi)環(huán)狀布置 的葉片1上； 在可,材料3固化后，將形成的模制環(huán)IO取出； 將模制環(huán)10焊接到葉盤4上； 清除可,科才料3。本發(fā)明所提出工藝的焊接作業(yè)是通過摩擦焊接很方便的來完成的。 本發(fā)明提出的工藝非常適用于包括與鄰近葉片接觸在內(nèi)的葉片。
所有葉片在輪盤上的同步焊接節(jié)省了整體葉盤制造的時間。 本發(fā)明還涉及一種實施上述整體葉盤制造工藝的模具。


參照附圖，通過閱讀如下詳細說明可以更清楚地了解本發(fā)明，本發(fā)明的優(yōu)點則 將非常清楚。附圖如下 圖l示出了一張實際為剖面的葉片； 圖2示出了圖1所示葉片的正視圖； 圖3為一張分解圖，示出了本發(fā)明所提出模具的各個構(gòu)成部分； 圖4為一張局部剖面圖，示出了本發(fā)明提出的裝配好的模具，葉片已經(jīng)置于其中； 圖5示出了一個模制環(huán)形體和一個輪盤，用于摩擦焊接。
具體實施方式
如圖1所示，葉片1包括一個翼面11和下端包括一個葉根12。葉片1的翼形 葉面11是預(yù)先加工好的。葉片1的葉根12包括一個相對較重的±央體。該i央體在其 摩擦表面17上留有余量，所述余量在摩擦焊接時被消耗掉。葉根12上也提供一個 肩部12b，目的是防止焊接時葉片徑向移動。在某些情況下，葉片1還在其上端包括一個凸肩13。凸肩13的下表面13a使 其育嫩重新構(gòu)成渦輪機外空氣動力氣流的組成部分。如圖2中可以很清楚地看到， 凸肩13的側(cè)緣13b和13c的形狀是互補的，這樣兩個相鄰葉片1的相似凸肩13就 可以適配在一起。凸肩13的特定形狀使得葉片1的尖部不會出現(xiàn)任何位移。凸肩 13在其頂部包括卡齒14，用來在整體葉盤駄渦輪機后與位于對面的殼體相密封。 帶凸肩13的葉片1 一般在加工時，其翼面11會沿徑向軸線15稍加扭轉(zhuǎn)16。圖3以分解形式給出了模具2的一個示例。構(gòu)成模具的各個部件都是可以拆除 的，而且雌圍繞軸線20形成軸線對稱。模具20包括一個底環(huán)21 ，夕卜環(huán)22和頂 環(huán)23。底環(huán)21為平面，其內(nèi)圓周上提1^W—個帶角度的壁2la，軸向向模具2的內(nèi)側(cè) 延伸，其高度與葉片的"寬度"相符。外環(huán)22在其內(nèi)圓周上包括一個外環(huán)形壁22a， 軸向向模具2的內(nèi)偵IJ延伸。頂環(huán)23為平面形狀，用^il過向葉片1根部12施加壓 力而將葉片緊緊地固定在模具2內(nèi)。底環(huán)21、外環(huán)22和頂環(huán)23都可以采用螺栓固 定到一起。為此，這些構(gòu)件上都提供了螺紋21b, 21c, 22b。模具2的上述這些構(gòu)件 21， 22， 23的尺寸取決于葉片1的尺寸。為了實施本發(fā)明所提出的整體葉盤審隨工藝，葉片1和整體葉盤4都要預(yù)先制 造好。在實施本發(fā)明提出的制造工藝的第一個步驟時，葉片l必須按照環(huán)形布置，其 相對于底環(huán)21上模具2軸線20的徑向位置與期每要連接的輪盤2周圍的最終布置 形式相同。葉片的根部12通過其表面17與底環(huán)21的壁21a相接觸。頂環(huán)23壓向 葉片1的根部12，從而向葉片1施加了一個預(yù)應(yīng)力，迫使凸肩13沿圓周方向?qū)剩?側(cè)緣13b和Bc正確定位并裝配到一起。圖4給出了模具2的剖面，葉片1置于其 中。按照工藝的第二個步驟，可降解材料3預(yù)先加熱到高于其熔點的溫度，而后被 澆入模具中，至少要覆蓋住葉片1的翼面11和凸肩13。所述材料3是一種低熔點 材料。"低熔點材料" 一詞的理解在本發(fā)明內(nèi)是指該材料所具有的熔點低于葉片1 或輪盤4材料的熔點。有關(guān)這種可,科才料3的示例將在下面介紹。按照工藝的第三個步驟，待材料3冷卻固化后，可將模制成形的環(huán)形體10取出。 為了取出該環(huán)形體IO，應(yīng)將模具2的各個構(gòu)件21， 22和23拆掉。而后，所形成的 模制環(huán)10是一個帶有預(yù)壓應(yīng)力的葉片1的環(huán)。模制環(huán)10可能出現(xiàn)的瑕疵雌用去 毛邊方式清除。戶;Mx藝的第四步驟包括對模制環(huán)10進行摩擦焊接。模制環(huán)10和輪盤4的摩擦表面17和41都厄斜切，均呈一個互補的錐臺形狀。摩擦表面17和41上的余量 材料用于在摩擦焊接期間消耗。摩擦焊接通過模制環(huán)10和輪盤4的相對轉(zhuǎn)動鄉(xiāng)行。 葉根12上的肩部12b是防止葉片徑向移動的?？刹捎脙煞N實施例。在第一個實施例中，輪盤4高速旋轉(zhuǎn)，模制環(huán)10被軸向壓 向輪盤4。作為選擇方式，在第二種實施例中，模制環(huán)10高速旋轉(zhuǎn)，而輪盤4則軸 向緊緊壓向模制環(huán)IO。為此，摘擦焊接作業(yè)期間，模制環(huán)10和輪盤4通過各自 的保持裝置53和54例如楔塞被壓緊在一起。圖5示出了一種模制環(huán)10和一個輪 盤4在焊接前的位置情況。所應(yīng)用的摩擦焊接類型可以優(yōu)選是慣1W擦焊接。在這種情況下，旋,度可 以預(yù)先確定，這樣，當(dāng)起始轉(zhuǎn)動停止時，預(yù)期焊接作業(yè)就可以有效完成。在焊接作業(yè)結(jié)束后，工藝的最后一個步驟是去除可糊科才料3。這種去除可以 采用化學(xué)和熱方式進行，依所應(yīng)用的可降解材料3類型而定。如果采用化學(xué)分解方
式清除時，可降解材料3可以是聚氨酯或硅類樹脂，可在甲苯內(nèi)有機輸忡溶解的 材料。如果采用熱方式去除，可降解材料可以是Seroban 型鉛鋅基的金屬合金。 一旦可劂率材料3被清除掉，然后，就可對凸肩13釋放預(yù)應(yīng)力，但仍保持圓周對準。所形成的整體葉盤可以進行其它表面光潔度處理，諸如對焊接區(qū)域進行機加工 和對葉片l翼面ll進行加工等。盡管上面戶皿示例主要是針對含有凸肩13的葉片1，但本發(fā)明提出的工藝適合 任何類型的葉片，不論是否帶有與相鄰葉片接觸的構(gòu)件。盡管所提出的焊接工藝，擦焊接，但其它焊接工藝也可以應(yīng)用，諸如亞弧焊、 激光焊或擴散焊接。
權(quán)利要求
1.一種整體葉盤的制造工藝，包括如下一系列步驟●將多個葉片1按照環(huán)狀形式布置在具有對稱旋轉(zhuǎn)的模具2內(nèi)；●將可降解材料3，預(yù)先加熱到高于其熔點的溫度，澆注到模具2內(nèi)環(huán)狀布置的葉片1上；●在可降解材料3固化后，將形成的模制環(huán)10取出；●將模制環(huán)10焊接到葉盤4上；●清除可降解材料3。其特征在于所述焊接為摩擦焊接。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的整體葉盤制造工藝，其特征在于所述焊接是采用慣' 擦焊接來實施的。
3. 根據(jù)上述權(quán)禾傻求中任一項權(quán)禾頓求所述的整體葉盤制造工藝，其特征在于模 第杯和葉盤的摩擦表面是斜切的，兩個表面都具有互補形錐臺形狀。
4. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項權(quán)利要求所述的整體葉盤審隨工藝，其特征在于在 摩擦焊接作業(yè)期間，葉盤軸向壓向模制環(huán)。
5. 根據(jù)戰(zhàn)權(quán)利要求中任一項權(quán)利要求所述的鄉(xiāng)葉盤制造工藝，其特征在于每 個葉片包括至少一個與相鄰葉片接觸的構(gòu)件。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5戶脫的整體葉盤制造工藝，其特征在于與相鄰葉片接觸的構(gòu)件 是一個凸肩。
7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的整體葉盤制造工藝，其特征在于與相鄰葉片接觸的構(gòu)件 是一個下部或中間平臺。
8. 根據(jù)權(quán)利要求5到7中任一項權(quán)利要求所述的整體葉盤制造工藝，其特征在于 在葉片上施加一種預(yù)應(yīng)力。
9. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項權(quán)利要求所述的整體葉盤帝隨工藝，其特征在于可 降解材料的熔點低于葉片或葉盤材料熔點。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9戶腿的整體葉盤審隨工藝，其特征在于可,科才料能夠采用化 學(xué)方式或熱方式去除。
11. 根據(jù)權(quán)利要求lO戶欣的整體葉盤帝隨工藝，其特征在于可降解材料是一種樹 脂。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的整體葉盤制造工藝，其特征在于所述樹脂是基于聚氨 酯或硅。
13.根據(jù)權(quán)禾腰求10戶脫的整體葉盤制造工藝，其特征在于所述材料是一種金屬A會 a亞o
14.根據(jù)權(quán)利要求13戶皿的整體葉盤制造工藝，其特征在于:所述合金是基于鉛鋅。
全文摘要
本發(fā)明涉及整體葉盤，特別是渦輪機轉(zhuǎn)子葉盤的制造。本發(fā)明還具體涉及到一種采用摩擦焊接制造這種葉盤的工藝。整體葉盤制造工藝包括如下一系列步驟將多個葉片(1)按照環(huán)狀形式布置在具有對稱旋轉(zhuǎn)的模具(2)內(nèi)；將可降解材料(3)，預(yù)先加熱到高于其熔點的溫度，澆注到模具(2)內(nèi)環(huán)狀布置的葉片(1)上；在可降解材料(3)固化后，將形成的模制環(huán)(10)取出；將模制環(huán)(10)焊接到葉盤(4)上；清除可降解材料(3)。按照本發(fā)明，所述焊接作業(yè)采用摩擦焊接進行。
文檔編號B23P15/00GK101109292SQ20071012946
公開日2008年1月23日 申請日期2007年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年7月19日
發(fā)明者斯坦弗尼·魯斯蘭, 阿德林·費伯 申請人:斯奈克瑪