×
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 121-130 из 928.
27.09.2013
№216.012.6e88

Усовершенствованный способ изготовления цельного ротора типа "блиск" с вспомогательным опорным кольцом для лопаток, расположенным на расстоянии от их кромок

Изобретение относится к области изготовления цельных роторов типа «блиск» и содержит этап, на котором используется абразивно-струйная обработка для резки заготовки (100) с целью получения предварительных заготовок (102) лопаток, продолжающихся радиально наружу от диска (4), сохраняя в то же...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493947
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e89

Способ изготовления моноблочного лопаточного диска путем резания абразивной водяной струей

Изобретение относится к моноблочным лопаточным дискам, в частности к способу их изготовления, включающему вырезание абразивной водяной струей материала из блока (100) с получением заготовок (102) лопаток, проходящих в радиальном направлении от диска (4), и последующее фрезерование заготовок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493948
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e8a

Способ изготовления моноблочного лопаточного диска с кольцом для временного удержания лопаток, удаляемым перед этапом фрезерования

Изобретение относится к изготовлению моноблочного лопаточного диска способом, включающим вырезание абразивной водяной струей материала из блока (100), получение заготовок (102) лопаток, проходящих в радиальном направлении от диска (4), сохранение материала, образующего средства (112) соединения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493949
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e8b

Способ изготовления моноблочного лопаточного диска с кольцом для временного удержания лопаток, удаляемым после этапа чистовой обработки фрезерованием

Изобретение относится к моноблочным лопаточным дискам (1), в частности к их изготовлению. Способ изготовления включает вырезание абразивной водяной струей материала из блока (100) с получением заготовок лопаток, проходящих в радиальном направлении от диска, при этом вырезаемый материал...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493950
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e8c

Способ изготовления моноблочного лопаточного диска с кольцом для временного удержания лопаток, удаляемым перед этапом чистовой обработки фрезерованием

Изобретение относится к изготовлению моноблочного лопаточного диска способом, включающим вырезание абразивной водяной струей из блока материала с получением заготовок лопаток, проходящих в радиальном направлении от диска (4), сохраняя при этом материал, образующий средства (112) соединения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493951
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.09.2013
№216.012.6fc4

Лопатки лопаточного колеса газотурбинного двигателя, оснащенные канавками для охлаждения

Лопатка лопаточного колеса газотурбинного двигателя содержит аэродинамический профилированный элемент, имеющий нижнюю поверхность и платформу, проходящую от одного из концов аэродинамического профилированного элемента в направлении, в целом перпендикулярном продольному направлению...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494263
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.09.2013
№216.012.6fc5

Разделенный на сектора направляющий аппарат для турбомашины, турбина низкого давления турбомашины и турбомашина

Разделенный на сектора направляющий аппарат турбомашины содержит внутреннюю и внешнюю платформы, связанные между собой радиальными лопатками. Внутренняя платформа соединена с радиальной перегородкой, несущей элементы из истираемого материала. Элементы из истираемого материала закреплены на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494264
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.09.2013
№216.012.6fc6

Устройство соединения радиальных стоек с круглой обечайкой при помощи осей и распорок и газотурбинный двигатель, содержащий такое устройство

Устройство соединения радиальных стоек с круглой обечайкой при помощи осей и распорок содержит круглую обечайку, в основном радиальные стойки, соединяющие обечайку с другой концентричной обечайкой, и соединения стоек с обечайкой или с внутренней ступицей. При этом каждое из соединений содержит,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494265
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.09.2013
№216.012.6fdc

Воздушный коллектор в газотурбинном двигателе

Газотурбинный двигатель, например двухконтурный турбореактивный двигатель, включает промежуточный кожух, содержащий выполненную в виде тела вращения внутреннюю стенку, ограничивающую с наружной стороны канал течения первичного потока воздуха и средства отбора воздуха. На заднем по потоку конце...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494287
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.09.2013
№216.012.7040

Датчик для проверки поверхности круговой канавки в диске турбореактивного двигателя с помощью вихревых токов

Настоящее изобретение относится к датчику (6) для мониторинга с помощью вихревых токов поверхности круговой канавки (2), сформированной в диске (1) турбореактивного двигателя. Датчик содержит стержень (7), прикрепленный к опоре (8), и первый многоэлементный сенсор (9), ограниченный для движения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494387
Дата охранного документа: 27.09.2013
Показаны записи 121-130 из 668.
20.09.2013
№216.012.6c72

Устройство для гашения поперечных усилий вследствие отделения реактивной струи, действующих на сопло реактивного двигателя, и сопло реактивного двигателя

Устройство гашения поперечных усилий включает устройства ориентации, установленные на сопле реактивного двигателя и содержащие первый узел, образующий тягу, второй узел, образующий звено крепления, и приводной узел. Первый конец тяги шарнирно укреплен на сопле. Первый конец звена крепления...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493413
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e88

Усовершенствованный способ изготовления цельного ротора типа "блиск" с вспомогательным опорным кольцом для лопаток, расположенным на расстоянии от их кромок

Изобретение относится к области изготовления цельных роторов типа «блиск» и содержит этап, на котором используется абразивно-струйная обработка для резки заготовки (100) с целью получения предварительных заготовок (102) лопаток, продолжающихся радиально наружу от диска (4), сохраняя в то же...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493947
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e89

Способ изготовления моноблочного лопаточного диска путем резания абразивной водяной струей

Изобретение относится к моноблочным лопаточным дискам, в частности к способу их изготовления, включающему вырезание абразивной водяной струей материала из блока (100) с получением заготовок (102) лопаток, проходящих в радиальном направлении от диска (4), и последующее фрезерование заготовок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493948
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e8a

Способ изготовления моноблочного лопаточного диска с кольцом для временного удержания лопаток, удаляемым перед этапом фрезерования

Изобретение относится к изготовлению моноблочного лопаточного диска способом, включающим вырезание абразивной водяной струей материала из блока (100), получение заготовок (102) лопаток, проходящих в радиальном направлении от диска (4), сохранение материала, образующего средства (112) соединения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493949
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e8b

Способ изготовления моноблочного лопаточного диска с кольцом для временного удержания лопаток, удаляемым после этапа чистовой обработки фрезерованием

Изобретение относится к моноблочным лопаточным дискам (1), в частности к их изготовлению. Способ изготовления включает вырезание абразивной водяной струей материала из блока (100) с получением заготовок лопаток, проходящих в радиальном направлении от диска, при этом вырезаемый материал...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493950
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.09.2013
№216.012.6e8c

Способ изготовления моноблочного лопаточного диска с кольцом для временного удержания лопаток, удаляемым перед этапом чистовой обработки фрезерованием

Изобретение относится к изготовлению моноблочного лопаточного диска способом, включающим вырезание абразивной водяной струей из блока материала с получением заготовок лопаток, проходящих в радиальном направлении от диска (4), сохраняя при этом материал, образующий средства (112) соединения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493951
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.09.2013
№216.012.6fc4

Лопатки лопаточного колеса газотурбинного двигателя, оснащенные канавками для охлаждения

Лопатка лопаточного колеса газотурбинного двигателя содержит аэродинамический профилированный элемент, имеющий нижнюю поверхность и платформу, проходящую от одного из концов аэродинамического профилированного элемента в направлении, в целом перпендикулярном продольному направлению...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494263
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.09.2013
№216.012.6fc5

Разделенный на сектора направляющий аппарат для турбомашины, турбина низкого давления турбомашины и турбомашина

Разделенный на сектора направляющий аппарат турбомашины содержит внутреннюю и внешнюю платформы, связанные между собой радиальными лопатками. Внутренняя платформа соединена с радиальной перегородкой, несущей элементы из истираемого материала. Элементы из истираемого материала закреплены на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494264
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.09.2013
№216.012.6fc6

Устройство соединения радиальных стоек с круглой обечайкой при помощи осей и распорок и газотурбинный двигатель, содержащий такое устройство

Устройство соединения радиальных стоек с круглой обечайкой при помощи осей и распорок содержит круглую обечайку, в основном радиальные стойки, соединяющие обечайку с другой концентричной обечайкой, и соединения стоек с обечайкой или с внутренней ступицей. При этом каждое из соединений содержит,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494265
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.09.2013
№216.012.6fdc

Воздушный коллектор в газотурбинном двигателе

Газотурбинный двигатель, например двухконтурный турбореактивный двигатель, включает промежуточный кожух, содержащий выполненную в виде тела вращения внутреннюю стенку, ограничивающую с наружной стороны канал течения первичного потока воздуха и средства отбора воздуха. На заднем по потоку конце...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494287
Дата охранного документа: 27.09.2013
+ добавить свой РИД