[發明專利]部件孔處理方法以及具有經過處理的孔的航空航天部件

無效

• 申請號: 201380017792.7
• 申請日: 2013-03-15
• 公開（公告）號: CN104220211A
• 公開（公告）日: 2014-12-17
• 發明（設計）人: D.C.斯拉維克;B.H.勞勒斯;R.H.范斯通;G.R.格維德
• 申請（專利權）人: 通用電氣公司
• 主分類號: B23P9/00
• 分類號: B23P9/00;B23P9/02;B23P9/04;C21D7/06
• 代理公司: 中國專利代理(香港)有限公司 72001
• 代理人: 李強;肖日松

背景技術

本發明總體涉及航空航天部件并且更具體地涉及用于航空航天部件中的孔的制造方法。

例如燃氣渦輪發動機的航空航天部件包括其中形成有鉆孔和/或孔以接受緊固件或者用于其它目的的多個金屬部件。在操作中，這些部件經受可能造成裂紋形成和部件故障的振動和循環反轉負載。這些部件中特別引人注意的是低循環疲勞壽命(大體被定義為大致小于50,000循環)。

能夠通過改進材料性能、降低部件局部應力、或者引入壓縮殘余應力來增加低循環疲勞壽命。通過部件幾何形狀改變能夠實現局部應力減小，但是該方法可能不切實際或者增加部件重量，使得這對于飛行器發動機應用而言是不期望的。

在部件中引入壓縮殘余應力改進低循環疲勞壽命。存在多種引入壓縮殘余應力的已知方法。分體套筒(split?sleeve)冷膨脹和/或噴丸強化引入壓縮表面應力以改進疲勞壽命，但是僅有這些方法不可能為溫度升高的應用改進疲勞裂紋形成壽命。滾壓拋光引入壓縮殘余應力，但是當前的工藝不能夠在升高的溫度下具有減少的益處的情況下受到良好的控制。低塑性滾壓拋光或者激光沖擊噴丸強化引入直到升高溫度也被保持的壓縮殘余應力，但是這些方法需要專用模具和/或監控軟件來保證適當量的殘余應力被引入部件中。

因此，存在對能夠使用傳統的制造工具并且受到良好控制的孔處理方法的需要。

發明內容

該需要由本發明解決，本發明提供孔處理的方法，包括分體套筒冷膨脹結合隨后的材料去除、噴丸強化、和噴丸強化后材料去除到最終孔直徑。

根據本發明的一個方面，一種處理金屬部件中的孔的方法依次包括以下步驟：在部件中形成具有第一直徑的孔；使用冷膨脹工藝使孔膨脹成第二直徑，以便在包繞孔的材料中引入殘余壓縮應力；對孔噴丸強化；以及將孔最終加工成最終直徑。

根據本發明的另一個方面，一種包括形成在其中的至少一個孔的航空航天部件，該孔依次由以下步驟形成：在部件中形成具有第一直徑的孔；使用冷膨脹工藝使孔膨脹成第二直徑，以便在包繞孔的材料中引入殘留壓縮應力；對孔噴丸強化；以及將孔最終加工成最終直徑。

附圖說明

本發明可以通過結合附圖參照下文的描述得以最佳理解，在附圖中：

圖1是燃氣渦輪發動機的半剖面示意圖；

圖2A和2B分別是經歷鉆削(drilling)工藝的部件的剖視圖和正視圖；

圖3A和3B分別是經歷擴孔(reaming)工藝的部件的剖視圖和正視圖；

圖4A和圖4B分別是經歷冷加工工藝的部件的剖視圖和正視圖；

圖4C是圖4B的一部分的放大視圖；

圖5A和5B分別是經歷擴孔工藝的部件的剖視圖和正視圖；

圖6A和6B分別是經歷噴丸強化工藝的部件的剖視圖和正視圖；以及

圖7A和7B分別是經歷噴丸強化后材料去除的部件的剖視圖和正視圖。

具體實施方式

參照附圖，其中相同的附圖標記在全部各個視圖中表示相同的元件，圖1示出了燃氣渦輪發動機10。發動機10具有縱向軸線11并且包括風扇12、共同被稱為“低壓系統”的低壓壓縮機或“增壓器”14以及低壓渦輪(“LPT”)16。LPT16通過內部軸18(也被稱為“LP軸”)驅動風扇12和增壓器14。發動機10還包括共同被稱為“燃氣發生器”或“芯”的高壓壓縮機(“HPC”)20、燃燒器22、和高壓渦輪(“HPT”)24。HPT24通過外部軸26(也被稱為“HP軸”)驅動HPC20。高壓系統和低壓系統能夠共同以已知的方式操作，以產生主要或核心流以及風扇流或旁通流。盡管圖示的發動機10是高旁通渦扇發動機，但是本文中所描述的原理能夠等同地應用于渦輪螺旋槳飛機、渦輪噴氣發動機、和渦軸發動機以及用于其它的車輛或用于靜止應用中的渦輪發動機。

發動機10包括多個金屬部件，所述金屬部件中形成有鉆孔和/或孔以用于接受緊固件或用于其它目的。這種部件的非限制性例子包括風扇框架28和支柱30、壓縮機外殼32、燃燒器外殼34、LPT外殼38、渦輪后部框架40、和HP轉子(即軸26以及與軸26一起旋轉的其它部件)。那些部件可以由已知的航空航天材料制成，例如鋼、鈷、鈦合金、和鎳基合金(包括“高溫合金”)。制造上文所描述的部件中的若干部件的特種合金的例子是在商業上被稱為INCONEL718(IN718)或直接老化(direct?aged)718(DA718)的鎳基沉淀硬化合金。下文將參照通用部件“C”來進一步描述本發明，其中應當理解，部件“C”代表上文所列出的部件或者其中形成有鉆孔或孔的任何其它的金屬部件。