×
27.05.2016
216.015.4404

Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА УСИЛЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002585147
Дата охранного документа
27.05.2016
Аннотация: Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть использовано при изготовлении металлического элемента усиления, предназначенного для установки на переднюю или заднюю кромку композитной лопатки турбомашины. Осуществляют формование двух листов с приданием им формы, приближенной к конечной форме усилительного элемента. Отформованные листы размещают с обеих сторон сердечника и герметично соединяют между собой. Деформируют отформованные листы на сердечнике изостатическим прессованием в горячем состоянии. Деформированные листы разрезают для отделения усилительного элемента и освобождения сердечника. При этом по меньшей мере части поверхности сердечника придают заданную шероховатость, посредством которой при изостатическом прессовании образуют шероховатость на соответствующей части внутренних поверхностей усилительного элемента. В результате исключается необходимость осуществления дополнительной механической обработки поверхности усилительного элемента для придания ей шероховатости, что позволяет упростить его изготовление. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Настоящее изобретение касается способа изготовления металлического элемента усиления, предназначенного для установки на переднюю кромку или заднюю кромку композитной лопатки турбомашины, такой как лопатка вентилятора авиационного турбореактивного или турбовинтового двигателя.

Для уменьшения массы и стоимости лопаток вентилятора турбомашины их обычно изготавливают из композитного материала. Лопатки вентилятора должны противостоять значительным напряжениям и ударам вследствие их скорости вращения и воздействия частиц или инородных тел, могущих проникнуть в поток воздуха. Для этого лопатки из композитного материала на уровне их передних и/или задних кромок защищают металлическими элементами усиления, наклеенными на лопасти лопаток.

Патент ЕР 1 574 270-А1 на имя Заявителя описывает способ изготовления элемента усиления посредством диффузионной сварки и сверхпластичной формовкой или SPF/DB (Super Plasting Forming/Diffusion Bonding), включающий следующие этапы:

- сварки двух листов диффузионной сваркой для получения предварительно отформованной заготовки, при этом часть пластин покрыта антидиффузионным веществом для исключения их сварки в заданных зонах;

- изгибание и скручивание предварительно отформованной заготовки,

- надувание предварительно отформованной заготовки для ее сверхпластичной формовки,

- разрезание предварительно отформованной заготовки для получения элемента усиления.

Этот способ не позволяет точно контролировать внутреннюю форму полости элемента усиления. В частности, зоны соединения листов образуют зоны концентрации напряжений и начальной стадии разрыва, ослабляющей элемент усиления.

Для повышения механической стойкости элемента усиления в заявке на патент FR 10/51992, поданной Заявителем и еще не опубликованной, предлагается способ изготовления металлического элемента усиления, включающий:

- придание формы двум листам путем штамповки для их приближения к окончательной форме воплощаемого элемента усиления;

- размещение двух листов с обеих сторон сердечника, воспроизводящего внутренние формы спинки лопасти и внутренней поверхности элемента усиления,

- соединение двух листов между собой вокруг сердечника герметичным образом в вакууме,

- обработка листов на сердечнике путем изостатического прессования в горячем состоянии,

- разрезание листов для разделения усиления и освобождения сердечника.

Горячее изостатическое прессование листов позволяет придать листам форму сердечника и получить в зоне соединения листов большой радиус соединения и, следовательно, исключить любую зону концентрации напряжений или начальную стадию разрыва.

Внутренняя стенка элемента усиления, образующая его внутреннюю поверхность и спинку лопасти, предназначенная для наклеивания соответственно на внутреннюю поверхность и спинку лопасти на уровне передней кромки или задней кромки, подвергается перед приклеиванием операции дополнительной механической обработки для придания ей большей шероховатости для получения лучшей адгезии элемента усиления к лопатке.

Такая операция механической обработки является сложной, так как инструмент должен проникнуть в остроконечную внутреннюю полость элемента усиления, ограниченную внутренней поверхностью и спинкой.

Задачей изобретения является, в частности, простое, эффективное и экономичное решение этой проблемы.

Для решения этой задачи предложен способ изготовления металлического элемента усиления, предназначенного для установки на передней или задней кромке композитной лопатки турбомашины, включающий следующие этапы:

- формование двух листов для их приближения к конечной выполняемой форме элемента усиления,

- расположение двух листов с обеих сторон сердечника, воспроизводящих внутренние формы внутренней поверхности и спинки элемента усиления,

- соединение двух листов между собой вокруг сердечника герметичным образом в вакууме,

- обработка листов на сердечнике изостатическим прессованием в горячем состоянии,

- разрезание листов для разделения элемента усиления и освобождения сердечника,

отличающийся тем, что он заключается в придании, по меньшей мере, части поверхности сердечника заданной ненулевой шероховатости и в передаче этой шероховатости соответствующей части внутренней поверхности элемента усиления путем изостатического прессования в горячем состоянии.

Таким образом, шероховатость сердечника непосредственно «напечатывается» на внутренние стороны внутренней поверхности и спинки лопасти элемента усиления. Упомянутая дополнительная операция механической обработки более не является необходимой, что позволяет уменьшить продолжительность и стоимость изготовления элемента усиления.

Предпочтительно, по меньшей мере, часть поверхности сердечника имеет шероховатость Ra, превышающую 3 мкм, и предпочтительно составляет от 3,2 до 6,4 мкм.

После разделения элемента усиления сердечник может быть вновь использован для других циклов изготовления.

Такая шероховатость, перенесенная на внутренние части внутренней поверхности и спинки лопасти элемента усиления, обеспечивает лучшую адгезию клея.

В соответствии с вариантом изобретения наружная поверхность сердечника содержит зоны с различной шероховатостью.

Использование нескольких зон с различной шероховатостью может быть необходимым в частных случаях использования.

Шероховатость наружной поверхности сердечника может быть получена фрезеровкой, механической дробеструйной обработкой, пескоструйной обработкой, лазерной обработкой, электроэрозионной и/или химической обработкой.

Предпочтительно, сердечник изготовлен из металлического термостойкого материала, например, из никельного сплава или из керамики, пассивированного покрытием антидиффузионного барьера, незагрязняющего металлический материал листов, получаемого нанесением оксида, например, оксида иттрия, либо формированием окислительного слоя при тепловой обработке.

Таким образом, исключают адгезию листов к сердечнику в процессе изостатического прессования в горячем состоянии.

Листы могут быть выполнены из сплава на основе титана, например, из TA6V.

Такой материал может быть легко отформован при температурах порядка 940°С и способен противостоять значительным напряжениям и столкновениям с частицами или инородными телами при низкой температуре.

В соответствии с отличительным признаком изобретения формование листов перед размещением с обеих сторон сердечника выполняется штамповкой.

В соответствии с другим признаком соединение двух листов между собой осуществляется сваркой электронным пучком (FE).

Предпочтительно сердечник содержит первую сторону, воспроизводящую для одной половины внутреннюю форму внутренней поверхности первого элемента усиления, а для другой половины - внутреннюю форму спинки лопасти второго элемента усиления, при этом сердечник содержит вторую сторону, противолежащую первой и воспроизводящую для одной половины внутреннюю форму спинки лопасти первого элемента усиления, а для другой половины - внутреннюю форму внутренней поверхности второго элемента усиления, при этом два элемента усиления отделяются один от другого отрезанием после формирования листов на сердечнике изостатическим прессованием в горячем состоянии. Можно также изготовить два элемента усиления при цикличном производстве с одним сердечником, что уменьшает стоимость изготовления элементов усиления.

Изобретение касается, кроме того, лопатки турбомашины, такой как авиационный турбореактивный или турбовинтовой двигатель, отличающейся тем, что она содержит лопасть из композитного материала, имеющую внутреннюю поверхность и поверхность спинки, связанные между собой задней кромкой и передней кромкой, а также тем, что она содержит, по меньшей мере, один элемент усиления, полученный описанным выше способом, содержащий две внутренние противолежащие поверхности, наклеенные на поверхности внутренней поверхности и спинки лопасти на уровне передней кромки или задней кромки лопасти и имеющие каждая, по меньшей мере, одну часть с шероховатостью Ra, превышающую 3 мкм, предпочтительно, составляющую от 3,2 до 6,4 мкм.

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

- фиг. 1 и 2 схематично изображают этап формования листов способом по изобретению,

- фиг. 3 схематично изображает этап соединения листов вокруг сердечника,

- фиг. 4 схематично изображает этап формирования листов на сердечнике изостатическим прессованием в горячем состоянии и этап разрезания листов для разделения усиления и освобождения сердечника,

- фиг. 5 изображает вид в изометрии части элемента усиления, полученной способом изготовления по изобретению.

Фиг. 1 изображает этап штампования в горячем состоянии листов 1 для формования с целью их приближения к конечной форме выполняемых элементов усиления. По окончании формования каждый лист 1 содержит вогнутую зону 2, ограничивающую полость. Листы 1 выполнены из сплава на основе титана, например, из TA6V. Этап формования осуществляют при температуре порядка 940°С.

Как изображено на фиг. 3, два одинаковых листа 1 располагают далее один напротив другого с обеих сторон сердечника 2, при этом в каждой из вогнутостей листов 1 размещена часть сердечника 2.

Сердечник 2 имеет плоскость симметрии Р, перпендикулярную листам, и содержит первую сторону, воспроизводящую для половины 3 внутреннюю форму внутренней поверхности первого выполняемого элемента усиления 4, а для другой половины 5 - внутреннюю форму спинки лопасти второго выполняемого элемента усиления 6. Сердечник 2 содержит, кроме того, вторую сторону, противолежащую первой и воспроизводящую для половины 7 внутреннюю форму спинки лопасти первого элемента усиления 5, а для второй половины 8 - внутреннюю форму внутренней поверхности 3 второго элемента усиления 6.

Соединительные зоны 9 между двумя сторонами, то есть боковые края сердечника 2, имеют радиус, составляющий от 2 до 6 мм.

Сердечник 2 выполнен из теплостойкого материала, диффузия титана в который отсутствует, и из металлического сплава, имеющего коэффициент расширения, весьма отличающийся от коэффициента расширения листов 1 из титана, например, в IN100.

Целью является исключение любой адгезии листов 1 к сердечнику 2 в процессе различных операций изготовления, в частности при операции изостатического прессования в горячем состоянии.

Для этого также сердечник 2 может быть пассивирован покрытием диффузионным барьером, незагрязняющим металлический материал листов, получаемым либо нанесением оксида, например, оксида иттрия, либо формированием оксидного слоя путем тепловой обработки.

Предварительно, поверхности сердечника 2 были обработаны или изготовлены таким образом, чтобы придать им заданную шероховатость, например шероховатость Ra, превышающую 3 мкм, предпочтительно, составляющую от 3,2 до 6,4 мкм.

Шероховатость наружной поверхности сердечника 2 может быть получена фрезеровкой, механической дробеструйной обработкой, пескоструйной обработкой, лазерной обработкой, электроэрозионной и/или химической обработкой.

При необходимости, наружная поверхность сердечника 2 может содержать зоны с различной шероховатостью.

После размещения листов 1 вокруг сердечника 2 они соединяются по периферии предварительной сваркой (не изображенной на чертеже) и сваркой TIG (вольфрамовым электродом в инертном газе) для их соединения и удержания в этом положении. Узел далее помещают в вакуумную камеру для сварки листов 1 между собой по всей периферии, например, сваркой электронным пучком (FE). Непрерывный периферийный сварочный шов 10 обеспечивает герметичность полости, образованной между листами 1.

Как изображено на фиг. 3, листы далее на сердечнике 2 подвергаются изостатическому прессованию в горячем состоянии, в процессе которого на листы 1 воздействуют внешним давлением, примерно, в 1000 баров при температуре, примерно, в 940°С и в течение, примерно, 3 часов в случае, когда листы 1 выполнены из сплава титана TA6V.

В процессе этой операции листы 1 деформируются так, чтобы полностью охватить сердечник 2, включая соединительные зоны 9 сердечника 2. В этих зонах, в частности, листы 1 встречаются, охватывая скругленную форму сердечника 2.

В процессе этого этапа шероховатость сердечника 2 преобразуется или «впечатывается» во внутренние поверхности листов 1 при контакте с шероховатым сердечником 2.

Параллельно, вследствие повышенной температуры оба листа 1 диффузионно свариваются между собой.

Два усиления 4, 6 далее разделяются путем разрезания листов 1 вдоль линий 11, расположенных на пересечении упомянутых листов с плоскостью симметрии Р.

Лишний периферийный материал 12 удаляется отрезанием по профильным линиям 13. Наконец, финишная механическая обработка позволяет придать заданную внешнюю форму элементам усиления 4, 6.

Таким образом, получают два элемента усиления, каждое из которых имеет форму, изображенную на фиг. 5, в которой соединение между двумя листами 1, выполненное диффузионной сваркой, обеспечивает механические характеристики, эквивалентные механическим характеристикам моноблочной детали. Полость 14 каждого элемента усиления содержит, кроме того, на уровне связи 15 между внутренней поверхностью 16 и спинкой 17 лопасти радиус кривизны достаточно большой, чтобы не вызывать концентрацию напряжений и появление трещин при использовании.

Наконец, внутренние поверхности 16, 17 полости 14 имеют достаточную шероховатость для обеспечения наклеивания элементов усиления 4, 6 на переднюю кромку или заднюю кромку лопатки из композитного материала, например, с помощью клея типа эпоксидного.

Собственно сердечник 2 может быть вновь использован для изготовления других элементов усиления.


СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА УСИЛЕНИЯ
СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МЕТАЛЛИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА УСИЛЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 101-110 из 928.
10.08.2013
№216.012.5da2

Средство блокировки вращения оси, поддерживающей орган подвески газотурбинного двигателя

Устройство монтажа органа подвески на картере газотурбинного двигателя содержит вилку, включающую в себя, по меньшей мере, одну проушину и неподвижно соединенную с картером. Ось, закрепленная на упомянутой вилке, поддерживает упомянутый орган при помощи кольца, охватывающего ось. Устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489591
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.08.2013
№216.012.5dad

Технологически обработанный корпус турбомашины, компрессор и турбомашина, содержащая этот корпус

Корпус осевого компрессора турбореактивного двигателя, на котором установлено множество неподвижных лопаток, между которыми расположено множество рабочих лопаток, установленных с возможностью вращения вокруг продольной оси. Радиально внешние концы рабочих лопаток находятся в непосредственной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489602
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.08.2013
№216.012.5e11

Устройство для испытания покрытия основания лопатки

Изобретение относится к области антифрикционных покрытий, наносящихся на хвостовики лопаток ротационных машин, и контроля его качества. Устройство содержит две половины испытательного образца, каждая из которых имеет опорную поверхность, на которую нанесено указанное покрытие, один...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489702
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.08.2013
№216.012.5f88

Способ изготовления лопаток с направленной кристаллизацией

Изобретение может быть использовано для изготовления монокристаллической лопатки газотурбинного двигателя, содержащей лопасть, располагающуюся между двумя платформами. Способ включает заливку расплавленного металла в оболочковую литейную форму и последующую направленную кристаллизацию с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490088
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.5fd7

Упрощенная система регулирования шага лопасти воздушного винта в авиационном газотурбинном двигателе

Настоящая группа изобретений относится к системе регулирования шага лопасти воздушного винта в авиационном газотурбинном двигателе. Система содержит: первую дорожку, соединенную с лопастью воздушного винта и обеспечивающую при вращении установку угла атаки указанной лопасти; вторую дорожку;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490167
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.6093

Механическая деталь, содержащая вставку из композитного материала

Изобретение относится к механическим деталям удлиненной формы, предназначенным для передачи, в основном, однонаправленного усилия растяжения и/или сжатия и может быть использовано в области самолетостроения, в частности для изготовления деталей устройств для приземления и турбореактивных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490355
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.610b

Газотурбинный двигатель с клапаном, соединяющим две полости

Двухвальный газотурбинный двигатель содержит кольцо статора турбины высокого давления, внешнюю стенку переходного канала между ступенями высокого и низкого давления, первую полость для управления кольцом статора и вторую полость для распределения воздуха, предназначенного для обдува внешней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490475
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.610c

Направляющая ступень компрессора газотурбинного двигателя с лопатками с изменяемым углом установки и газотурбинный двигатель

Направляющая ступень компрессора газотурбинного двигателя включает ряд лопаток с изменяемым углом установки. Каждая лопатка содержит лопасть, внешнюю цилиндрическую цапфу, являющуюся поворотной осью лопатки и заходящую в гнездо внешнего картера, и внутреннюю цилиндрическую цапфу, установленную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490476
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.610d

Ступень турбомашины, турбина, компрессор и турбомашина, содержащие такую ступень

Ступень турбомашины содержит колесо с лопатками, окруженное разделенным на сектора кольцом, удерживаемым корпусом и содержащим окружной выступ, прижимаемый в радиальном направлении на кольцевой направляющей корпуса посредством упругих замков с фактически С-образным сечением. Замки в осевом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490477
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.6121

Турбореактивный двигатель с электрическим генератором, расположенным в вентиляторе

Турбореактивный двигатель содержит корпус высокого давления, корпус низкого давления, гондолу и электрический генератор. Корпус низкого давления приводит во вращение вентилятор, расположенный в неподвижном картере, являющемся частью гондолы. Электрический генератор расположен в вентиляторе и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490497
Дата охранного документа: 20.08.2013
Показаны записи 101-110 из 668.
10.08.2013
№216.012.5d90

Охлаждаемая лопатка газотурбинного двигателя, способ ее сборки, направляющий сопловый аппарат газотурбинного двигателя, турбина, содержащая указанный аппарат, газотурбинный двигатель

Настоящее изобретение относится к охлаждаемой лопатке, составляющей направляющий аппарат газотурбинного двигателя. Охлаждаемая лопатка включает в себя внутреннюю полку, наружную полку и перо. Перо проходит между внутренней полкой и наружной полкой. Охлаждаемая лопатка имеет полость вдоль пера и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489573
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.08.2013
№216.012.5da2

Средство блокировки вращения оси, поддерживающей орган подвески газотурбинного двигателя

Устройство монтажа органа подвески на картере газотурбинного двигателя содержит вилку, включающую в себя, по меньшей мере, одну проушину и неподвижно соединенную с картером. Ось, закрепленная на упомянутой вилке, поддерживает упомянутый орган при помощи кольца, охватывающего ось. Устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489591
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.08.2013
№216.012.5dad

Технологически обработанный корпус турбомашины, компрессор и турбомашина, содержащая этот корпус

Корпус осевого компрессора турбореактивного двигателя, на котором установлено множество неподвижных лопаток, между которыми расположено множество рабочих лопаток, установленных с возможностью вращения вокруг продольной оси. Радиально внешние концы рабочих лопаток находятся в непосредственной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489602
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.08.2013
№216.012.5e11

Устройство для испытания покрытия основания лопатки

Изобретение относится к области антифрикционных покрытий, наносящихся на хвостовики лопаток ротационных машин, и контроля его качества. Устройство содержит две половины испытательного образца, каждая из которых имеет опорную поверхность, на которую нанесено указанное покрытие, один...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489702
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.08.2013
№216.012.5f88

Способ изготовления лопаток с направленной кристаллизацией

Изобретение может быть использовано для изготовления монокристаллической лопатки газотурбинного двигателя, содержащей лопасть, располагающуюся между двумя платформами. Способ включает заливку расплавленного металла в оболочковую литейную форму и последующую направленную кристаллизацию с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490088
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.5fd7

Упрощенная система регулирования шага лопасти воздушного винта в авиационном газотурбинном двигателе

Настоящая группа изобретений относится к системе регулирования шага лопасти воздушного винта в авиационном газотурбинном двигателе. Система содержит: первую дорожку, соединенную с лопастью воздушного винта и обеспечивающую при вращении установку угла атаки указанной лопасти; вторую дорожку;...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490167
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.6093

Механическая деталь, содержащая вставку из композитного материала

Изобретение относится к механическим деталям удлиненной формы, предназначенным для передачи, в основном, однонаправленного усилия растяжения и/или сжатия и может быть использовано в области самолетостроения, в частности для изготовления деталей устройств для приземления и турбореактивных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490355
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.610b

Газотурбинный двигатель с клапаном, соединяющим две полости

Двухвальный газотурбинный двигатель содержит кольцо статора турбины высокого давления, внешнюю стенку переходного канала между ступенями высокого и низкого давления, первую полость для управления кольцом статора и вторую полость для распределения воздуха, предназначенного для обдува внешней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490475
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.610c

Направляющая ступень компрессора газотурбинного двигателя с лопатками с изменяемым углом установки и газотурбинный двигатель

Направляющая ступень компрессора газотурбинного двигателя включает ряд лопаток с изменяемым углом установки. Каждая лопатка содержит лопасть, внешнюю цилиндрическую цапфу, являющуюся поворотной осью лопатки и заходящую в гнездо внешнего картера, и внутреннюю цилиндрическую цапфу, установленную...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490476
Дата охранного документа: 20.08.2013
20.08.2013
№216.012.610d

Ступень турбомашины, турбина, компрессор и турбомашина, содержащие такую ступень

Ступень турбомашины содержит колесо с лопатками, окруженное разделенным на сектора кольцом, удерживаемым корпусом и содержащим окружной выступ, прижимаемый в радиальном направлении на кольцевой направляющей корпуса посредством упругих замков с фактически С-образным сечением. Замки в осевом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490477
Дата охранного документа: 20.08.2013
+ добавить свой РИД