[发明专利]制造金属增强件的方法

说明书

本发明涉及制造金属增强件的方法，该金属增强件安装在涡轮发动机的复合材料叶片，例如，飞机涡轮螺旋桨发动机或涡轮喷气发动机的风扇叶片的前缘或后缘上。

为了降低涡轮发动机风扇叶片的重量和成本，它们通常都由复合材料制成。考虑到风扇叶片的转速及受到可能渗透入气流通道的颗粒或异物的冲击，风扇叶片需要能够承受高水平的应力和冲击。为此，复合材料叶片在其前缘和/或后缘处借助金属增强件得以保护，该金属增强件粘着性地结合到叶片的翼面上。

申请人提交的EP1574270-A1描述了通过扩散连接和超塑成形（SPF/DB）来制造金属增强件的方法，该方法包括以下步骤：

通过扩散连接将两个金属薄板结合在一起，以获得预制品，薄板的一部分被防扩散物质覆盖，以避免它们在确定的区域结合；

弯曲和扭曲预制品；

使预制品充气，由此预制品接受超塑成形；以及

切割预制品，以获得增强件。

该方法不能精确控制增强件中的空腔的内部形状。特别是，薄板之间的结合区形成应力集中区和破裂起始区，使增强件变弱。

为改善增强件的机械强度，申请人提交的尚未公开的专利申请FR10/51992提出了制造金属增强件的方法，该方法包括：

通过模压对两个金属薄板进行成形，以使它们接近将要制造的增强件的最终形状；

将两个薄板定位在核心的两侧上，该核心复制增强件的吸入侧和压力侧的内部形状；

在真空中以密封的方式将两个薄板围绕着核心装配在一起；

通过热等静压制使薄板成形在核心上；以及

切割薄板，以分离增强件并去掉核心。

对薄板进行热等静压制的作用是使薄板成形，以同核心的形状匹配并在薄板之间的结合区获得大曲率半径，由此避免任何应力集中区或破裂起始区。

在施加粘合剂以赋予其更大的粗糙度之前，增强件的内壁接受额外的机械加工，以使增强件更好地粘结在叶片上，增强件的内壁形成增强件的压力侧表面和吸入侧表面，这些表面在叶片的前缘或后缘附近分别粘着性地结合在叶片的压力侧和吸入侧上。

上述机械加工是复杂的，因为工具需要穿入增强件的狭窄的内部空腔，该空腔由增强件的压力侧表面和吸入侧表面限定。

本发明的一个特定目的是提供针对该问题的解决方案，该方案简单，有效且廉价。

为此，本发明提供制造金属增强件的方法，该金属增强件安装在涡轮发动机的复合材料叶片的前缘或后缘上，该发明包括以下步骤：

对两个金属薄板进行成形，以使金属薄板接近将要制造的增强件的最终形状；

将两个薄板定位在核心的两侧上，该核心复制增强件的吸入侧和压力侧的内部形状；

在真空中以密封的方式将两个金属薄板围绕着核心装配在一起；

通过热等静压制使薄板成形在核心上；以及

切割薄板，以分离增强件并去掉核心；

该方法的特征在于其包括给予核心的表面的至少一部分非零的预定粗糙度，并通过热等静压制将该粗糙度转移至增强件的内表面的一个相应部分。

由此，核心的粗糙度直接“印”在增强件的压力侧和吸入侧的内表面上。不再需要上述的额外机械加工，因此能够减少制造增强件的工期和成本。

有利地，核心的表面的至少一部分具有大于3微米（μm），优选位于3.2μm至6.4μm范围内的粗糙度Ra。

在分离增强件之后，核心可以重复用于其它的制造周期。

一旦转移到增强件的压力侧和吸入侧的内表面上，该粗糙度能够使粘合剂获得良好的抓持力。

在本发明中，另一可能情况是核心的外表面包括具有不同粗糙度的区域。

在某些应用中，可能需要使用具有不同粗糙度的多个区域。

核心的外表面的粗糙度可以通过研磨，机械喷丸，喷砂，激光加工，电腐蚀，和/或化学加工来获得。

在优选的方式中，核心由金属耐火材料如镍合金制成，或者由陶瓷制成，并通过覆盖在防扩散屏障中而被钝化，该屏障不污染薄板的金属材料，例如，通过沉积氧化物（如，氧化钇），或通过热处理形成的氧化层而获得的屏障。

这样就防止薄板在热等静压制过程中粘合到核心上。

薄板可由钛基合金，如TA6V制成。

这种材料在大约940℃可容易地成形，并且在低温时能够承受高水平的应力，或颗粒或异物的高水平的冲击。

根据本发明的一个特征，薄板在通过模压被定位在核心的两侧上之前成形。

根据本发明的另一个特征，两个薄板通过电子束（EB）焊接被装配在一起。