渦輪葉片的制造方法和制造裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一種用于制造金屬合金制的禍輪葉片的制造方法。
[0002]本發(fā)明也涉及使用這種方法的制造裝置，以及如此獲得的葉片。
[0003]特別重要地，本發(fā)明不專用于航空領域或能源領域中使用的葉片或槳葉。
【背景技術】
[0004]通常，航空領域用葉片或者產生于鑄造毛坯或產生于鍛造毛坯，部分地或全部地進行再加工。
[0005]當加工僅為部分時，特別是當葉片的型面不進行機械再加工而進行精加工時，必須進行矯直、成形和/或校準操作，以確保工作尺寸確定。
[0006]在研制原型的情況下對于小尺寸渦輪葉片，或者對于校準，或者甚至對于生產用易加工和不太昂貴的材料制成的葉片，使用大量切削的成套產品。
[0007]在希望使用鋁化鈦(λ - TiAL)的情況下，這種解決方案具有缺陷，鋁化鈦具有良好的耐熱性，但是在環(huán)境溫度下非常易脆。
[0008]更確切地說，這些公知的技術方案存在以下問題。
[0009]在由鍛造毛坯棒獲得的成套產品的范圍內，鍛造必須在差不多等溫的條件下以及以高溫下較低的變形速度進行。在這種情況下，成套工具昂貴，使用壽命有限。
[0010]另外，高速率難以達到(專用昂貴設備增加)，此外校準也必須在高溫下進行。因此，即使可能的厚度余量通過化學處理被去除，用這種材料也難以制造具有精加工型面的葉片。
[0011]總之，可由留有厚度余量的鍛造毛坯或壓制成型毛坯開始，再進行整個表面的機械加工，但是，需要進行一系列復雜加工，以便能夠進行與應力釋放有關的變形，甚至使用自適應范圍的加工。此外，使用鍛造毛坯要求最低限度進行三種操作:材料制備、鍛造和加工，生產周期較長。
[0012]公知渦輪葉片的制造方法(ΕΡ1623792)是從具有管形壁的環(huán)狀物提取坯件來實施。
[0013]如此鍛造的葉片具有缺陷。其幾何形狀由于包含在管段中而受很大限制。尤其是由于管的彎曲度，需要進行扭轉變形/鈑金操作，所述方法不能獲得加工成品。另外，其在尺寸上尤其是在厚度上受到限制。
[0014]在用鑄造毛坯獲得的成套產品的情況下，鑄造必須在真空中或在保護氣氛下用可以快速供給金屬的橫截面較薄的方法(例如離心法)進行。
[0015]因此，不重新進行機械加工而獲得合格的型面，需要矯直，在采用鋁化鈦的情況下，則類似于前述校準，用以限制具有如上所述缺陷的不合格件的比率。
[0016]實際上，顯然，可由留有厚度余量的鑄造毛坯開始，重新整個表面的機械加工，但是，這里還需要進行一系列復雜加工，以便能夠進行與應力釋放有關的變形，然而所述方法會在加工后產生與鑄造缺陷有關的很大的報廢率。
[0017]因此，均衡加壓操作也往往是去除鑄造缺陷、因此限制其毛坯中存在的缺陷所需要的。
[0018]最后，使用鑄造毛坯，要求進行三種至五種操作:材料制備、鑄造、可選地均衡熱壓、可選地矯直、最后是加工，這里，生產周期依然較長。
[0019]由鑄造毛坯用熱處理法加工渦輪構件的制造方法也是公知的(EP2423340)。
[0020]這些方法還要增加一個復雜的成本高的熱處理步驟。另外，通過切割并置的矩形材料薄片，不能節(jié)省材料。
[0021]在使用機械加工大量切削的成套產品的情況下，這里是由(鑄造或壓制成型制成的)金屬塊件開始，加工車去多余材料，使該簡單的幾何形狀變成工件的幾何形狀。
[0022]鑒于難以加工鋁化鈦(一旦切割條件相當?shù)?，則工具磨損大，材料在環(huán)境溫度下易脆)和材料的高成本，這里，這種方法對于批量制造葉片也具有嚴重缺陷。
[0023]發(fā)明目的
[0024]本發(fā)明旨在彌補這些缺陷，提出比先前公知的方法和裝置更符合實際的要求的方法和裝置，尤其是通過限制使用的材料量，因而相對于大量切削的成套產品限制待加工的材料，本發(fā)明還旨在不使用補償操作、縮短生產周期、降低成本、同時采用標準工業(yè)部件。
[0025]補償是指工件在空間中的重定位或定向，以便相對于參考系測定其平面度缺陷和/或變形，以最小化/均勻工件的幾何形狀缺陷。
[0026]采用本發(fā)明，可設計能排除或最小化與鑄造有關的缺陷的坯件。
[0027]由此導致廢料數(shù)量較少。
[0028]為此，本發(fā)明基于這樣的理念:選擇簡單的和/或軸對稱的幾何形狀，以從而形成初始實心的桿件，其可利用材料制備步驟(混合不同的元素以制成合金)，以形成所述桿件。這樣可不從接近所需尺寸的鑄造步驟開始。
[0029]簡單的幾何形狀的桿件是指多邊形、圓形或橢圓形或者基本上呈多邊形、基本上呈圓形或基本上呈橢圓形的母截面的實心桿件。
[0030]因此，桿件例如可具有矩形、方形或梯形截面的平行六面體形狀。
[0031]截面可以是恒定的或不恒定的，例如取決于所需工件完成后的形狀，例如端部比中央部分體積大。
[0032]軸對稱桿件是指圍繞軸線延長的，例如具有圓柱形、圓錐形或截錐形幾何形狀的實心桿件。
[0033]這里，截面可以是恒定的或不恒定的，取決于截面在軸線上的位置。
[0034]有利地，桿件具有一個和/或多個平表面和/或凸表面。
[0035]根據(jù)本發(fā)明的一有利的實施方式，桿件具有平表面或總是凸的表面。
[0036]這種相同的簡單幾何形狀可限制材料缺陷的存在、使材料缺陷定位在精確的能再現(xiàn)的將被去除(消除)的區(qū)域。
[0037]另外，簡單和/或軸對稱的幾何形狀可不具有過大的殘余應力級，因為相對于具有大量敏感區(qū)域的工件來說，冷卻比較均勻。
[0038]因此，由于加工時變形而報廢的危險性較小。
[0039]為此，本發(fā)明尤其提出一種由鈦鋁合金制的元件來制造金屬合金制的渦輪葉片的制造方法，其特征在于，金屬合金是鋁化鈦，所述元件是一個實心的桿件，通過水噴射切割在所述桿件中同時制造至少兩個相互迭置的坯件，然后，分別地加工每個如此獲得的所述坯件，以獲得具有最終型面的渦輪葉片。
[0040]換句話說，在同一金屬塊件(或桿件)中制造最優(yōu)化迭置的多個葉片，例如λ -TiAL制的葉片，這需要克服已有的構思，有利于鑄造成套產品(成品型面或半成品型面)。
[0041]為此，每次迭置時必須最優(yōu)化，這需要提前考慮工件的彼此定位，也要限定最優(yōu)數(shù)量，同時綜合考慮待使用切割方法的限制條件。
[0042]在某些情況下，這要引起工件設計的相反修改，以使迭置最優(yōu)化，例如使葉片部分在圓盤上移動，或再增加一個工件，這違背本領域技術人員的想法。
[0043]迭置切割可用同一桿件制造多個工件，因而限制材料量。
[0044]也可回收數(shù)量較大的優(yōu)質材料，以循環(huán)利用。這里應當指出，只有重塊可用鑄造方式回收，澆口降低。
[0045]本發(fā)明可避免這些缺陷。
[0046]因此，采用本發(fā)明，可由一個例如2.3千克材料的桿件，在水噴射切割后得到兩個0.4千克的坯件，以獲得兩個例如90克的工件(葉片)。
[0047]因此，發(fā)現(xiàn)的報廢率低于5%，而現(xiàn)有技術中由比本發(fā)明的合金更易于加工的合金制成的這些工件通常的批量報廢率約為35%。
[0048]工件的成本分析(相等的報廢范圍、相等的千克材料價格等)表明，相對于通常觀察到的情況，材料節(jié)省10%。
[0049]在本發(fā)明有利的實施方式中，還借助于以下布置方案中的一種和/或另一種:
[0050]一迭置的坯件是相同的，分別相對于一個點、一條直線或一個中央平面兩兩對稱地相面對地制成；
[0051]一鋁化鈦合金是λ - TiAl ；
[0052]一由鑄造而成的一個桿件來制造坯件；
[0053]一由壓制成型的一個桿件來制造坯件；
[0054]一由一個圓柱形的桿件來制造坯件；
[0055]—由包括一個或多個僅有直表面或凸表面的外表面的桿件來制造還件。
[0056]本發(fā)明還提出使用前述方法的裝置。
[0057]本發(fā)明也提出一種用于制造金屬合金制的渦輪葉片的制造裝置，其特征在于，所述制造裝置具有切割工具、用于控制切割工具的自動控制器以及加工部件，所述切割工具通過水噴射切割金屬桿件，所述用于控制切割工具的自動控制器設置用于在同一個鈦鋁合金制的桿件中同時制造至少兩個相互迭置的坯件，所述加工部件用于加工每個如此獲得的坯件，以獲得具有最終型面的葉片。
[0058]有利地，所述切割工具以及所述用于控制切割工具的自動控制器設置用于切割相對于一個點、一條直線或一個中央平面兩兩對稱地相面對相同的迭置的坯件。
[0059]有利地，金屬合金是鋁化鈦(λ - TiAl)。
[0060]本發(fā)明還提出使用上述方法獲得的渦輪葉片。
【附圖說明】
[0061]通過閱讀以下對作為非限制性實施例描述的實施方式的說明，本發(fā)明將得到更好的理解。
[0062]說明參照附圖進行，附圖如下:
[0063]圖1以側視圖示出一個平行六面體形塊件或桿件，其用于制成三個迭置坯件，以生產根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的渦輪葉片。
[0064]圖2以橫向剖切側視圖示出一個圓柱形桿件的另一實施方式，其用于制成本發(fā)明的兩個迭置坯件/葉片。
[0065]圖3是根據(jù)本發(fā)明的另一種實施方式的兩個迭置葉片坯件的橫向剖視圖。
[0066]圖4以示意圖示出根據(jù)本發(fā)明的一實施方式的渦輪葉片制造裝置。<