CN113263250B - 航空发动机风扇叶片金属加强边的复合制造方法 - Google Patents
航空发动机风扇叶片金属加强边的复合制造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种航空发动机风扇叶片金属加强边的复合制造方法，包括根据风扇叶片形状确定金属加强边的几何形状模型，然后将几何形状模型的两端进行延伸，并将延伸后的几何模型划分为第一预制件模型和第二预制件模型，得到第一预制件和第二预制件；将风扇叶片形状的两端进行延伸得到芯模模型，然后将芯模模型划分为多个分块模型，制作分块件和芯模；将第一预制件和第二预制件贴合在芯模的两侧，芯模与第一预制件和第二预制件通过销钉进行固定，形成整体结构；将整体结构放置到真空扩散焊炉中进行扩散焊接；切除焊接后整体结构两端具有销钉的延伸部分。与现有技术相比，本发明具有提高材料利用率、缩短加工周期，大幅降低切削加工的难度等优点。
Description
技术领域
本发明涉及薄壁深腔加强边的制造领域，尤其是涉及一种航空发动机风扇叶片金属加强边的复合制造方法。
背景技术
由于碳纤维复合材料风扇叶片具有质量轻、噪声小、抗颤震性能强等优点，已成为商用航空发动机的主流选择。然而复合材料叶片前缘部分的抗冲击、抗压及抗雷击等能力与金属叶片相比仍有不足，而通过在复合材料叶片前缘增加钛合金包边，而可显著提高复材叶片的整体性能。
为适应复材风扇叶片前缘的形状，钛合金加强边往往具有复杂的深腔薄壁异型结构。如果加强边整体采用切削的方法进行加工，不仅材料利用率低、加工耗时长，而且直径很小的刀具在加工深腔结构的过程中容易失稳，导致了很高的废品率。
如公开号为CN109483183B的发明专利公开了一种航空发动机复材风扇叶片金属加强边的制造方法。该方法首先切削加工出两片预制件，然后将预制件两边直接焊接，两端通过密封件焊接得到中空结构，在预制件形成的内腔设置仅作为支撑的芯模，之后通过一个高温保压装置进行整体的焊接加强；最后取下两端密封件，切去不需要的一边，取出芯模得到金属加强边。但是该方法存在以下不足：1、步骤繁琐，需要第一次的初步焊接和后续的焊接加强。同时，预制件需要先通过氩弧焊焊接出一个密封结构，密封结构包括两个预制件、芯模、两个密封件等，由于芯模与预制件、密封件为异种材料，导致氩弧焊焊接困难。2、焊接加强通过密封件的通气管和高温保压装置进行，基本难以实现，连接界面质量无法保证。3、无法用于制造长度较大且薄壁深腔较深的金属加强边。
发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种航空发动机风扇叶片金属加强边的复合制造方法。
本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：
一种航空发动机风扇叶片金属加强边的复合制造方法，所述金属加强边为带有狭窄深腔的异型金属薄壁结构，包括以下步骤：
根据风扇叶片形状确定金属加强边的几何形状模型，然后将几何形状模型的两端进行延伸，并将延伸后的几何模型划分为第一预制件模型和第二预制件模型；
根据第一预制件模型和第二预制件模型切削料板得到毛坯件，将毛坯件通过热压得到第一预制件和第二预制件；
将风扇叶片形状的两端进行延伸得到芯模模型，然后将芯模模型划分为多个分块模型；
根据分块模型制作分块件，然后将分块件拼合得到芯模；
将第一预制件和第二预制件贴合在芯模的两侧，芯模与第一预制件和第二预制件通过销钉进行固定，形成整体结构；
将整体结构放置到真空扩散焊炉中进行扩散焊接；
切除焊接后的整体结构两端具有销钉的延伸部分，取出芯模，得到金属加强边。
进一步地，芯模的分块件之间通过嵌合结构连接。
进一步地，芯模的每个分块件外层都涂抹有阻焊剂。
进一步地，还包括一个扩散连接模具，该扩散连接模块的内腔形状和两端延伸后的金属加强边的外表面轮廓一致，所述整体结构放入扩散连接模块的内腔后再放置到真空扩散焊炉中进行扩散焊接。
进一步地，芯模的分块件至少为三块。
进一步地，芯模的分块件划分处为风扇叶片形状的弯折处、周向尺寸变化处或设定长度处。
进一步地，第一预制件和第二预制件的长度小于或等于芯模模型的长度。
进一步地，芯模采用耐热不锈钢或者高温合金。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明简化了风扇叶片金属加强边的制作工艺，采用热塑加工和扩散焊的复合方法，可显著提高材料利用率、缩短加工周期，大幅降低切削加工的难度，具有明显的成本和效率优势。
2、本发明通过将两个预制件和分块的芯模形成一个整体结构，可以直接放入现有技术成熟的真空扩散焊炉中进行扩散焊接，使两个预制件形成整体结构，无需另设加温加压装置，且只需要一道焊接工序，操作方便且加工效果好。
3、整体结构可以设置在一个扩散连接模具中，然后再放入真空扩散焊炉，提高了金属加强边外表面的成形精度。
4、芯模采用分块件的结构，并且和预制件通过销钉连接，当焊接完成后，只需要将整体结构两侧的多余扩展处切割，即可方便地取出芯模，得到金属加强边的成品，生产效率高。分块件可以直接做成风扇叶片形状，互相嵌合连接，适用于长度较大金属加强边，而且切割处理只涉及两端的分块件，当中的分块件可以重复使用，材料利用率高。
5、芯模采用耐热不锈钢或者高温合金，避免在扩散连接过程发生变形，保证了金属加强边内腔的成形精度。
附图说明
图1为本实例金属加强边的复杂狭窄深腔异型薄壁结构图。
图2为本实例预制件形状示意图。
图3预制件热压成形过程的示意图。
图4为芯模的结构示意图。
图5为预制件与芯模组出整体结构的示意图。
图6为整体结构在扩散连接模具中的结构示意图。
附图标记：1、金属加强边，11、内腔，2、第一预制件，3、第二预制件，4、，41、分块件，5、扩散连接模具。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。
为保证空气动力学性能，航空发动机的复材风扇叶片一般具有复杂的流线形状，因此如图1所示，风扇叶片的金属加强边1也需要具有复杂的空间几何形状，且一般为狭窄的深腔异型薄壁结构。复合材料的风扇叶片与金属加强边1的内腔11采用胶接等方式紧密连接。下面详细描述本发明中金属加强边1的制造过程。
第一步，根据适配的风扇叶片形状确定金属加强边1的几何形状模型，然后将几何形状模型的两端进行延伸，并将延伸后的几何模型划分为第一预制件2模型和第二预制件3模型。同时，将风扇叶片形状的两端进行延伸得到芯模模型，然后将芯模模型划分为多个分块模型。分块模型之间具有嵌合结构，并且分段处一般选择在形状的弯折处、周向尺寸变化处或设定长度处。分块的数量一般大于等于三件，本实施例中优选三件。在芯模模型的两端设置销钉孔。该步骤可采用但不限于计算机辅助CAD设计。
第二步，根据和第一预制件2模型和第二预制件3模型切削料板得到第一毛坯件和第二毛坯件，将然后毛坯件通过热压得到第一预制件2和第二预制件3，毛坯件形状在易于成形的前提下应尽量接近预制件的形状。然后通过模具进行热压成形，最后得到第一预制件2和第二预制件3，如图2和图3所示。
第三步，如图4所示，根据分块模型制作分块件4，然后将分块件41拼合得到芯模4。芯模4采用耐热不锈钢或者高温合金，可以防止在后续加工中产生变形。同时在每个分块件41的外层涂抹阻焊剂，避免其与预制件焊合。
第四步，如图5所示，将第一预制件2和第二预制件3贴合在芯模4的两侧，芯模4与第一预制件2和第二预制件3通过销钉进行固定，形成整体结构。第一预制件和第二预制件的一般长度小于或等于芯模模型的长度，本实施例中长度相同。
第五步，将整体结构放置到现有的真空扩散焊炉中进行扩散焊接。芯模4不仅对第一预制件2和第二预制件3起支撑作用，同时对两预制件进行整形并保证其内表面精度和质量。
第六步，切除整体结构两端具有销钉的延伸部分。扩散连接结束后，取出整体结构，切除两端延伸部分，取出芯模4，最终得到金属加强边11。切除方式不限，优选使用线切割。
在另一实施例中，如图6所示，在制造过程的可以设计一个扩散连接模具5，该模具为上下模结构，上下模闭合后形成一个内腔形状。该内腔形状和两端延伸后的金属加强边1的外表面轮廓一致。预制件和芯模4拼接后的整体结构放入扩散连接模块的内腔后再放置到真空扩散焊炉中进行扩散焊接。扩散连接模具5对第一预制件2和第二预制件3施压完成扩散连接过程，同时对两预制件整形并保证其外表面精度和质量。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (5)
1.一种航空发动机风扇叶片金属加强边的复合制造方法，所述金属加强边为带有狭窄深腔的异型金属薄壁结构，其特征在于，包括以下步骤：
根据风扇叶片形状确定金属加强边的几何形状模型，然后将几何形状模型的两端进行延伸，并将延伸后的几何模型划分为第一预制件模型和第二预制件模型；
根据第一预制件模型和第二预制件模型切削料板得到毛坯件，将毛坯件通过热压得到第一预制件和第二预制件；
将风扇叶片形状的两端进行延伸得到芯模模型，然后将芯模模型划分为多个分块模型；
根据分块模型制作分块件，然后将分块件拼合得到芯模；芯模的分块件之间通过嵌合结构连接；芯模的分块件划分处为风扇叶片形状的弯折处、周向尺寸变化处或设定长度处；
将第一预制件和第二预制件贴合在芯模的两侧，芯模与第一预制件和第二预制件通过销钉进行固定，形成整体结构；
将整体结构放置到真空扩散焊炉中进行扩散焊接；还包括一个扩散连接模具，该扩散连接模具的内腔形状和两端延伸后的金属加强边的外表面轮廓一致，所述整体结构放入扩散连接模具的内腔后再放置到真空扩散焊炉中进行扩散焊接；
切除焊接后的整体结构两端具有销钉的延伸部分，取出芯模，得到金属加强边。
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机风扇叶片金属加强边的复合制造方法，其特征在于，芯模的每个分块件外层都涂抹有阻焊剂。
3.根据权利要求1所述的一种航空发动机风扇叶片金属加强边的复合制造方法，其特征在于，芯模的分块件至少为三块。
4.根据权利要求1所述的一种航空发动机风扇叶片金属加强边的复合制造方法，其特征在于，第一预制件和第二预制件的长度小于或等于芯模模型的长度。
5.根据权利要求1所述的一种航空发动机风扇叶片金属加强边的复合制造方法，其特征在于，芯模采用高温合金。
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