[发明专利]涡轮叶片的制造方法和制造装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于制造金属合金制的涡轮叶片的制造方法。

本发明也涉及使用这种方法的制造装置，以及如此获得的叶片。

特别重要地，本发明不专用于航空领域或能源领域中使用的叶片或桨叶。

背景技术

通常，航空领域用叶片或者产生于铸造毛坯或产生于锻造毛坯，部分地或全部地进行再加工。

当加工仅为部分时，特别是当叶片的型面不进行机械再加工而进行精加工时，必须进行矫直、成形和/或校准操作，以确保工作尺寸确定。

在研制原型的情况下对于小尺寸涡轮叶片，或者对于校准，或者甚至对于生产用易加工和不太昂贵的材料制成的叶片，使用大量切削的成套产品。

在希望使用铝化钛(λ－TiAL)的情况下，这种解决方案具有缺陷，铝化钛具有良好的耐热性，但是在环境温度下非常易脆。

更确切地说，这些公知的技术方案存在以下问题。

在由锻造毛坯棒获得的成套产品的范围内，锻造必须在差不多等温的条件下以及以高温下较低的变形速度进行。在这种情况下，成套工具昂贵，使用寿命有限。

另外，高速率难以达到(专用昂贵设备增加)，此外校准也必须在高温下进行。因此，即使可能的厚度余量通过化学处理被去除，用这种材料也难以制造具有精加工型面的叶片。

总之，可由留有厚度余量的锻造毛坯或压制成型毛坯开始，再进行整个表面的机械加工，但是，需要进行一系列复杂加工，以便能够进行与应力释放有关的变形，甚至使用自适应范围的加工。此外，使用锻造毛坯要求最低限度进行三种操作：材料制备、锻造和加工，生产周期较长。

公知涡轮叶片的制造方法(EP1623792)是从具有管形壁的环状物提取坯件来实施。

如此锻造的叶片具有缺陷。其几何形状由于包含在管段中而受很大限制。尤其是由于管的弯曲度，需要进行扭转变形/钣金操作，所述方法不能获得加工成品。另外，其在尺寸上尤其是在厚度上受到限制。

在用铸造毛坯获得的成套产品的情况下，铸造必须在真空中或在保护气氛下用可以快速供给金属的横截面较薄的方法(例如离心法)进行。

因此，不重新进行机械加工而获得合格的型面，需要矫直，在采用铝化钛的情况下，则类似于前述校准，用以限制具有如上所述缺陷的不合格件的比率。

实际上，显然，可由留有厚度余量的铸造毛坯开始，重新整个表面的机械加工，但是，这里还需要进行一系列复杂加工，以便能够进行与应力释放有关的变形，然而所述方法会在加工后产生与铸造缺陷有关的很大的报废率。

因此，均衡加压操作也往往是去除铸造缺陷、因此限制其毛坯中存在的缺陷所需要的。

最后，使用铸造毛坯，要求进行三种至五种操作：材料制备、铸造、可选地均衡热压、可选地矫直、最后是加工，这里，生产周期依然较长。

由铸造毛坯用热处理法加工涡轮构件的制造方法也是公知的(EP2423340)。

这些方法还要增加一个复杂的成本高的热处理步骤。另外，通过切割并置的矩形材料薄片，不能节省材料。

在使用机械加工大量切削的成套产品的情况下，这里是由(铸造或压制成型制成的)金属块件开始，加工车去多余材料，使该简单的几何形状变成工件的几何形状。

鉴于难以加工铝化钛(一旦切割条件相当低，则工具磨损大，材料在环境温度下易脆)和材料的高成本，这里，这种方法对于批量制造叶片也具有严重缺陷。

发明目的

本发明旨在弥补这些缺陷，提出比先前公知的方法和装置更符合实际的要求的方法和装置，尤其是通过限制使用的材料量，因而相对于大量切削的成套产品限制待加工的材料，本发明还旨在不使用补偿操作、缩短生产周期、降低成本、同时采用标准工业部件。

补偿是指工件在空间中的重定位或定向，以便相对于参考系测定其平面度缺陷和/或变形，以最小化/均匀工件的几何形状缺陷。

采用本发明，可设计能排除或最小化与铸造有关的缺陷的坯件。

由此导致废料数量较少。

为此，本发明基于这样的理念：选择简单的和/或轴对称的几何形状，以从而形成初始实心的杆件，其可利用材料制备步骤(混合不同的元素以制成合金)，以形成所述杆件。这样可不从接近所需尺寸的铸造步骤开始。

简单的几何形状的杆件是指多边形、圆形或椭圆形或者基本上呈多边形、基本上呈圆形或基本上呈椭圆形的母截面的实心杆件。

因此，杆件例如可具有矩形、方形或梯形截面的平行六面体形状。

截面可以是恒定的或不恒定的，例如取决于所需工件完成后的形状，例如端部比中央部分体积大。