[发明专利]一种三层空心叶片结构及其制造方法

说明书

本发明涉及一种三层空心叶片结构及其制造方法。该方法包括：通过机械或化学加工方法，在两侧的蒙皮内表面加工出多个凸台；在蒙皮内表面上凸台以外的部位涂覆扩散连接隔离剂；通过机械或化学加工方法，加工出变截面厚度的芯板；在芯板的厚度变窄端加工进气槽；将芯板装夹于有凸台的两侧蒙皮之间，在形成的三层叠层结构四周焊接封边；将组合封边后的三层叠层结构经真空封装后放置于热等压炉中进行扩散连接，使芯板和两侧的蒙皮在凸台部位实现连接；通过芯板上的进气槽向扩散连接后的三层叠层结构内部充入惰性气体进行超塑成形，使芯板与蒙皮在凸台部位以外的非扩散连接区域胀形并与超塑成形模具的型面贴合。

技术领域

本发明涉及航空发动机叶片制造技术领域，特别是涉及一种三层空心叶片结构及其制造方法。

背景技术

超塑成形/扩散连接（super plastic forming/diffusion bonding, SPF/DB）技术被称作为现代航空工业的开创性技术，它在很大程度上增加了航空材料的利用率并改善了结构的可靠性和维护性。SPF/DB组合工艺作为一种先进制造技术，突破了传统钣金成形方法，既可节约成本、减轻重量，又可实现近无余量成形，在制造复杂外形和多层结构时优势明显。

航空发动机叶片属于薄壁易变形零件，叶片型面的制造工艺对发动机性能有直接的影响。现有技术中，采用SPF/DB组合工艺成形的三层空心叶片结构，成形时，内部芯板与面板接触后相互牵拉，导致面板上筋条交汇处易出现皱褶凹陷的问题，即面板“沟槽”缺陷问题，通常采用减薄芯板厚度来避免“沟槽”缺陷，当芯板厚度远小于面板厚度时，会大大降低芯板的支撑强度，三层空心叶片结构的整体性能将有所降低。

因此，发明人提供了一种采用SPF/DB组合工艺制造的三层空心叶片结构及其制造方法，以解决现有技术存在的缺陷。

发明内容

本发明实施例提供了一种三层空心叶片结构及其制造方法，通过在蒙皮内表面局部加厚以及采用变截面厚底的芯板，避免了沟槽缺陷，同时解决了因减薄芯板时，整体性能降低的问题。

第一方面，本发明的实施例提出了三层空心叶片结构的制造方法，该制造方法包括：

加工蒙皮凸台，通过机械或化学加工方法，在两侧的蒙皮内表面加工出多个凸台，所述凸台部位用于与所述芯板相连接；

涂覆隔离剂，在所述蒙皮内表面上凸台以外的部位涂覆扩散连接隔离剂；

加工芯板，通过机械或化学加工方法，加工出变截面厚度的芯板；

加工进气槽，在所述芯板的厚度变窄端加工进气槽；

组合封边，将芯板装夹于加工有凸台的两侧蒙皮之间，在形成的三层叠层结构四周焊接封边；

扩散连接，将所述组合封边后的三层叠层结构经真空封装后放置于热等压炉中进行扩散连接，使所述芯板和两侧的蒙皮在所述凸台部位实现连接；

超塑成形，通过所述芯板上的进气槽向扩散连接后的三层叠层结构内部充入惰性气体，放置于超塑成形模具中进行超塑成形，使所述芯板与蒙皮在凸台部位以外的非扩散连接区域胀形并与超塑成形模具的型面贴合。

进一步地，所述蒙皮厚度与所述芯板厚度的比值不小于2。

进一步地，所述加工蒙皮凸台的方法包括采用切削的机械加工方法。

进一步地，所述加工蒙皮凸台的方法包括采用在酸液中进行化学加工的方法，即在凸台部位以外的蒙皮内表面涂覆酸液隔离剂，再用酸液对所述蒙皮进行化学铣切，使涂覆有酸液隔离剂的凸台部位以外的部位减薄，使蒙皮内表面加工出多个凸台。

进一步地，在所述凸台部位与所述蒙皮内表面的过渡部位加工出过渡圆角，所述过渡圆角不小于所述凸台的高度，其中所述凸台的高度为凸台部位以外的蒙皮经酸液化学铣切减薄的厚度。