[發明專利]航空發動機復合材料風扇葉片的鈦合金包覆邊制造方法

有效

• 申請號: 201610555354.1
• 申請日: 2016-07-14
• 公開（公告）號: CN106181237B
• 公開（公告）日: 2018-01-12
• 發明（設計）人: 張定華;杜隨更;任軍學;汪文虎;王松林
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: B23P15/00
• 分類號: B23P15/00
• 代理公司: 西北工業大學專利中心61204
• 代理人: 王鮮凱

技術領域

本發明涉及一種風扇葉片的包覆邊制造方法，特別涉及一種航空發動機復合材料風扇葉片的鈦合金包覆邊制造方法。

背景技術

航空發動機是飛機的核心部分，發動機的性能直接影響著整個飛機的使用性能，發動機的減重能夠提高推重比。風扇葉片是發動機最重要的部件之一，據統計，風扇段質量約占發動機總質量的30％～35％，降低風扇段質量是降低發動機質量和提高發動機效率的關鍵手段，采用更大、更輕的風扇葉片已成為發動機的發展趨勢。復合材料具有金屬材料無法比擬的低密度、高比強度和高比剛度，與鈦合金葉片相比，復合材料風扇葉片具有重量輕、高效率、低噪聲的特點，葉片數少，具有更優異的抗顫振性能和損傷容限能力。

但復合材料風扇葉片邊緣處厚度薄、強度低，在外物撞擊下，葉片邊緣更加容易產生損傷，甚至斷裂，危害發動機安全。因此采用鈦合金包覆邊技術對葉片邊緣進行局部覆蓋包覆，則可以在保證不增加復合材料葉片質量的前提下，提升葉片的抗沖擊、抗分層能力，起到葉片增強的效果，有效地提高復合材料風扇葉片的可靠性和安全性。

文獻“劉強等.商用大涵道比發動機復合材料風扇葉片應用現狀與展望[J].航空制造技術，2014(15)：58-62”公開一種鈦合金包覆邊成形技術：美國通用電氣公司(GE)采用多軸聯動數控機床對GE90、GEnx復合材料風扇葉片鈦合金包覆邊進行銑削加工，通過開槽銑削剔除中間多余部分，從而形成薄壁深溝型包覆邊。然而，數控銑削加工過程中的加工應力變形和加工振動問題較難解決，加之包覆邊壁薄溝深，厚度處于動態變化之中，穩定性不易保證。因而加工難度大、效率低。

中航商用航空發動機有限責任公司在公開號為CN103628923A的中國專利“金屬包覆層、復合材料葉片以及金屬包覆層和葉片制造方法”中，公開一種通過使用網狀包覆層對復合材料風扇葉片進行包覆增強的制備技術，該技術包括多根柔性的經向金屬絲沿經線方向送絲；多根柔性的緯向金屬絲沿緯線方向送絲；編織多根經向金屬絲和多根緯向金屬絲，以形成金屬絲網；焊接金屬絲網以形成金屬包覆層。該技術雖然能在減輕葉片質量方面產生積極效果，但由于采用金屬網對葉片邊緣進行鏤空覆蓋包覆，從而葉片在離心載荷和氣動載荷的共同作用下，仍然會發生彎曲和扭轉變形，葉尖處復合材料產生剝離和脫層；當風扇葉片受到外物撞擊時，依舊會導致葉片部分損傷甚至斷裂失效。

發明內容

為了克服現有風扇葉片的包覆邊制造方法效率低的不足，本發明提供一種航空發動機復合材料風扇葉片的鈦合金包覆邊制造方法。該方法首先初步形成帶凸臺的開敞板件，然后通過兩次超塑性成形使包覆邊坯料形成V形結構，再輔助以數控加工的方法對不符合風扇葉片邊緣包覆要求的包覆邊內部和外部進行精微加工。葉片邊緣金屬全覆蓋，提升了葉片的抗沖擊、抗分層能力。從而解決了風扇葉片鈦合金包覆邊完全依賴數控銑削加工時難度大、效率低的技術問題。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案：一種航空發動機復合材料風扇葉片的鈦合金包覆邊制造方法，其特點是包括以下步驟：

步驟一、將包覆邊數控加工成中間帶有突起的長方形坯料；

步驟二、用酸溶液去除包覆邊表面氧化皮后吹干；

步驟三、將包覆邊放入與其成形后外緣型面相同、尺寸大1～5mm的外模具內，對壓頭施加向下壓力進行預成型，使包覆邊形成V型結構；

步驟四、將與包覆邊成形后內腔型面相同的內模具放入包覆邊的內腔，并在包覆邊外包裹密封層，將密封層內部抽成真空后密封。

步驟五、將包裹有包覆邊及內模具的密封層放入密封箱中，加熱升溫至鈦合金超塑成形溫度760～927℃；向密封箱內通入1.5～2.0MPa壓力大小的氬氣后進行超塑成形，成形時間為1.5～2.5h；包覆邊在氬氣作用下進行拉伸和扭曲變形，并逐漸向內模具型面靠近，直至同內模具貼合形成預定內腔形狀；

步驟六、包覆邊完全貼模成形后隨爐冷卻；

步驟七、冷卻后取出包覆邊進行表面化銑；

步驟八、對不符合風扇葉片邊緣包覆要求的包覆邊內部和外部進行精微數控加工。

本發明的有益效果是：該方法首先初步形成帶凸臺的開敞板件，然后通過兩次超塑性成形使包覆邊坯料形成V形結構，再輔助以數控加工的方法對不符合風扇葉片邊緣包覆要求的包覆邊內部和外部進行精微加工。葉片邊緣金屬全覆蓋，提升了葉片的抗沖擊、抗分層能力。從而解決了風扇葉片鈦合金包覆邊完全依賴數控銑削加工時難度大、效率低的技術問題。

下面結合附圖和具體實施方式對本發明作詳細說明。

附圖說明