Способ изготовления лопаток газотурбинного двигателя

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при изготовлении лопаток из алюминиевых сплавов для монодисков компрессоров газотурбинных двигателей. Изготавливают заготовку лопатки, имеющую перо предварительной формы и хвостовик. Для этого цилиндрическую заготовку подвергают предварительному гетерогенизирующему отжигу при температуре ниже температуры полного растворения вторичных фаз, после чего осуществляют обработку с обеспечением интенсивной пластической деформации. Затем проводят деформационно-термическую обработку. Указанная обработка включает прямое изотермическое выдавливание пера лопатки предварительной формы с одновременным обратным выдавливанием хвостовика и гомогенизирующий отжиг с закалкой при температуре выше температуры полного растворения вторичных фаз. Далее образуют профиль в каждом сечении пера лопатки и хвостовика путем одновременной закрутки пера и хвостовика и их калибровки со степенью деформации е≥0,2. Затем осуществляют искусственное старение полученной лопатки при температуре не выше температуры коагуляции фаз используемого алюминиевого сплава. В результате обеспечивается улучшение эксплуатационных характеристик лопаток с одновременным снижением металлоемкости за счет уменьшения толщины пера лопатки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 пр.

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к способам изготовления лопаток для монодисков компрессоров газотурбинных двигателей (ГТД), применяемых в авиастроении и энергомашиностроении, из материалов, способных деформироваться в холодном или горячем состоянии, а именно из алюминиевых сплавов. Особенностью таких лопаток является наличие тонкого широкого пера и массивной технологической бобышки, предназначенной для захвата в зажимном механизме при изготовлении монодисков.

Известны традиционные технологии производства лопаток ГТД, включающие многопереходную изотермическую штамповку с большим припуском и последующим удалением припуска мехобработкой (Крымов В.В., Елисеев Ю.С., Зудин К.И. «Производство лопаток газотурбинных двигателей». - М:. Машиностроение / Машиностроение-Полет, 2002. - стр. 66, 100, 101-197). Традиционные технологии являются трудоемкими и металлоемкими.

Наиболее близким к заявляемому является способ изготовления лопаток газотурбинного двигателя из алюминиевых сплавов, включающий изготовление заготовки, имеющей перо лопатки предварительной формы и хвостовик, и последующее образование профиля в каждом сечении пера лопатки и хвостовика путем одновременной закрутки пера и хвостовика и их калибровки изотермической штамповкой в штампе (патент РФ №2403119, МПК В21К 3/04, опубл. 10.11.2010 г.).

Недостатком прототипа является высокая металлоемкость и трудоемкость изготовления лопаток.

Задачей изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик лопаток ГТД, в частности повышение прочностных, усталостных и весовых качеств, а также снижение трудоемкости и металлоемкости процесса изготовления за счет уменьшения толщины пера лопатки.

Технический результат от применения изобретения - снижение металлоемкости и трудоемкости изготовления лопаток, повышение их прочностных и усталостных свойств.

Поставленная задача решается способом изготовления лопаток газотурбинного двигателя из алюминиевых сплавов, включающим изготовление заготовки, имеющей перо лопатки предварительной формы и хвостовик, и последующее образование профиля в каждом сечении пера лопатки и хвостовика путем одновременной закрутки пера и хвостовика и их калибровки изотермической штамповкой в штампе. В отличие от прототипа изготовление заготовки осуществляют путем проведения предварительного гетерогенизирующего отжига цилиндрической заготовки при температуре ниже температуры полного растворения вторичных фаз и последующей обработки с обеспечением интенсивной пластической деформации, после чего осуществляют деформационно-термическую обработку, включающую прямое изотермическое выдавливание пера лопатки предварительной формы с одновременным обратным выдавливанием хвостовика и гомогенизирующий отжиг с закалкой при температуре выше температуры полного растворения вторичных фаз, а последующее образование профиля в каждом сечении пера лопатки и хвостовика путем одновременной закрутки пера и хвостовика и их калибровки осуществляют со степенью деформации е≥2, после чего проводят искусственное старение полученной лопатки при температуре не выше температуры коагуляции фаз используемого алюминиевого сплава.

Согласно изобретению:

- интенсивную пластическую деформацию осуществляют методом всесторонней ковки, или равноканальным угловым прессованием, или изотермической прокаткой;

- выдавливают перо лопатки предварительной формы, имеющее в поперечном сечении удлиненную эллипсоидную или восьмерообразную форму, обеспечивающую однородное распределение смазки и необходимую величину деформации в процессе последующей изотермической штамповки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где изображено: на фиг. 1 - схема изотермического выдавливания пера лопатки с поперечным сечением эллипсоидной формы (а) или восьмерообразной формы (б); на фиг. 2 - компьютерная модель изготовленной лопатки, а - вид спереди, 6 - вид сверху.

На чертежах обозначено: 1 - перо лопатки предварительной формы, 2 - хвостовик, 3 - пресс-остаток, 4 - тонкое перо окончательной формы, 5 - технологическая бобышка.

Предлагаемый согласно изобретению способ изготовления лопаток ГТД осуществляют следующим образом.

Цилиндрическую заготовку подвергают гетерогенизирующему отжигу при температуре ниже температуры полного растворения вторичных фаз и последующей интенсивной пластической деформации, которую можно проводить методом всесторонней ковки, или равноканальным угловым прессованием, или изотермической прокаткой. Такая обработка обеспечивает получение ультрамелкозернистой структуры материала и направлена на повышение прочности без снижения пластичности. Это позволяет уменьшить толщину пера лопатки, что приводит к снижению металлоемкости и, соответственно, взлетного веса, шумности двигателя, повышению его ресурса.

Затем из заготовки выдавливают перо лопатки предварительной формы, имеющее в поперечном сечении форму удлиненного эллипса (фиг. 1а) или форму восьмерки (фиг. 16). При этом осуществляют прямое изотермическое выдавливание, а указанная форма поперечного сечения обеспечивает однородное распределение смазки и необходимую величину деформации в процессе последующей изотермической штамповки. Одновременно с прямым выдавливанием пера осуществляется обратное выдавливание хвостовика 2. В результате выдавливания между пером и хвостовиком образуется пресс-остаток 3 объемом, обеспечивающим формирование технологической бобышки 5 (фиг. 2), предназначенной для захвата лопатки в зажимном механизме при изготовлении монодиска.

Полученную таким образом заготовку подвергают термообработке путем гомогенизирующего отжига с закалкой при температуре выше температуры полного растворения вторичных фаз, подготавливая, таким образом, материал для дальнейшей деформационно-термической обработки, включающей изотермическую штамповку с одновременной закруткой пера и хвостовика и их калибровкой. Степень деформации при этом составляет е≥0,2. Эта операция с одной стороны обеспечивает получение окончательной формы лопатки с тонким пером 4 (фиг. 2 а, б) и с другой стороны стимулирует распад пересыщенного твердого раствора, в результате чего при последующем старении формируется повышенное количество упрочняющих фаз, равномерно распределенных в объеме материала заготовки. Затем осуществляют искусственное старение заготовки при температуре коагуляции фаз материала заготовки. Окончательный вид лопатки после обработки показан на компьютерной модели (фиг. 2).

Пример конкретного выполнения.

Проведена опытная штамповка лопатки для монодиска компрессора ГТД из высокопрочного алюминиевого сплава 2139.

Конструктивные параметры лопатки:

1. Массивная технологическая бобышка с размерами 137х35х30 для захвата сварочной машиной;

2. Тонкое широкое перо, имеющее размер в верхней части 2,9 мм; хорда 118 мм;

3. Максимальная высота лопатки 220 мм;

4. Угол закрутки при вершине 52°;

5. Угол наклона центральной оси пера относительно замка 67.

Режимы обработки:

1. Гетерогенизирующий отжиг цилиндрической заготовки при температуре 430°С в течение трех часов.

2. Интенсивная пластическая деформация методом всесторонней ковки при температуре 430°С с достижением степени деформации е≥4.

3. Операция выдавливания пера и хвостовика лопатки при температуре 380°С.

Снижение температуры обеспечивает более устойчивое течение и подготовку структуры сплава к окончательной изотермической штамповке.

4. Гомогенизирующий отжиг при температуре 525°С в течение одного часа с последующей закалкой в воду.

5. Окончательная изотермическая штамповка с одновременной закруткой пера и хвостовика лопатки при температуре искусственного старения 190°С.

6. Искусственное старение, включающее выдержку в печи при температуре 190°С в течение двух часов.

Предложенное изобретение позволяет разработать эффективную технологию изготовления лопаток ГТД с тонким пером и массивной технологической бобышкой из перспективных материалов - высокопрочных алюминиевых сплавов, со значительным снижением металлоемкости, трудоемкости, обеспечивающих уменьшение взлетного веса двигателя, увеличение его ресурса и повышение экономичности.

1. Способ изготовления лопаток газотурбинного двигателя из алюминиевых сплавов, включающий изготовление заготовки, имеющей перо лопатки предварительной формы и хвостовик, и последующее образование профиля в каждом сечении пера лопатки и хвостовика путем одновременной закрутки пера и хвостовика и их калибровки изотермической штамповкой в штампе, отличающийся тем, что изготовление заготовки осуществляют путем проведения предварительного гетерогенизирующего отжига цилиндрической заготовки при температуре ниже температуры полного растворения вторичных фаз и последующей обработки с обеспечением интенсивной пластической деформации, после чего осуществляют деформационно-термическую обработку, включающую прямое изотермическое выдавливание пера лопатки предварительной формы с одновременным обратным выдавливанием хвостовика и гомогенизирующий отжиг с закалкой при температуре выше температуры полного растворения вторичных фаз, а последующее образование профиля в каждом сечении пера лопатки и хвостовика путем одновременной закрутки пера и хвостовика и их калибровки осуществляют со степенью деформации е≥0,2, после чего проводят искусственное старение полученной лопатки при температуре не выше температуры коагуляции фаз используемого алюминиевого сплава.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что интенсивную пластическую деформацию осуществляют методом всесторонней ковки, или равноканальным угловым прессованием, или изотермической прокаткой.

3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что выдавливают перо лопатки предварительной формы, имеющее в поперечном сечении удлиненную форму в виде эллипса или восьмерки, обеспечивающую однородное распределение смазки и необходимую величину деформации в процессе последующей изотермической штамповки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к изготовлению деталей типа лопатки турбомашины. Прецизионной ковкой получают заготовочную деталь.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении бесприпусковых лопаток из двухфазных титановых сплавов. Исходную заготовку в виде прутка подвергают фасонированию.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении лопаток газотурбинного двигателя. Получают заготовку лопатки с хвостовиком и пером, выполненным в форме корыта и имеющим спинку.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при изготовлении лопаток газотурбинных двигателей. Из пластины поперечной холодной вальцовкой в два прохода изготавливают симметричную относительно продольной плоскости спрямленную заготовку лопатки.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении накладки передней кромки композиционной лопатки вентилятора газотурбинного двигателя.

Изобретения относятся к обработке металлов давлением и могут быть использованы при изготовлении лопаток турбин методом горячей штамповки. Исходную заготовку размещают в горизонтальном приемнике разъемной матрицы, состоящей из двух полуматриц с вертикальной плоскостью разъема.

Изобретение относится к изготовлению лопаток для газотурбинного двигателя. В способе изготавливают лопатки из алюминиевого сплава для газотурбинных двигателей путем выполнения каналов в заготовке лопатки, размещения в каналах вставок из медного сплава, осуществления ковки заготовки и последующего удаления вставок химическим растворением.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано в авиационной промышленности при изготовлении заготовок лопаток с двумя хвостовиками или с одним хвостовиком и бандажной полкой.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении заготовок лопаток, например, компрессора ГТД, применяемого в авиационной промышленности и энергомашиностроении.

Изобретение относится к области обработки металлов давлением, в частности к горячей штамповке заготовок лопаток со значительной закруткой пера лопатки. .

Изобретение относится к области обработки металлов давлением. С использованием диффузионной сварки и сверхпластической формовки собирают заготовки обшивок и заполнителя в пакет. Предварительно на участки контактирующих поверхностей заготовок обшивок и заполнителя по заданному трафаретному рисунку наносят защитное покрытие. В заготовках обшивок выполняют проточку, а в заготовке заполнителя - прорезь для установки по крайней мере одной трубки. Герметизируют пакет по кромкам, исключая место установки по крайней мере одной трубки. Устанавливают трубку, соединяя ее с коллекторной зоной, и удаляют из полостей пакета кислород и связующее вещество защитного покрытия. Полностью герметизируют пакет, нагревают его и осуществляют диффузионную сварку заготовок по входной, выходной и периферийной кромкам. Придают цельной конструкционной заготовке аэродинамический профиль, производят сверхпластическую формовку посредством подачи в полости между заготовками обшивок и заполнителя рабочей среды с использованием по крайней мере одной трубки. Коллекторную зону располагают со стороны пакета, соответствующей периферийной кромке лопатки. Для установки по крайней мере одной трубки проточку в заготовках обшивок и прорезь в заготовке заполнителя выполняют на расстоянии от внешней границы входной или выходной кромки, меньшем L/3, где L - длина хорды лопатки по периферийной кромке. В результате обеспечивается устранение возможности появления брака при изготовлении лопаток без ухудшения эксплуатационных свойств лопатки и без повышения трудоемкости ее изготовления. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении металлического элемента жесткости композитной или металлической лопатки турбомашины. Металлический пруток деформируют горячей ковкой через две фильеры. При этом получают промежуточную деталь, которая имеет два крыла, расположенные с обеих сторон сплошной части. Промежуточная деталь соответствует основе металлического элемента жесткости. На следующем этапе производят деформирование крыльев промежуточной детали (50) с изменением угла их раскрытия. Получают конечную форму металлического элемента жесткости. В результате обеспечивается возможность использования более простой технологии и уменьшаются отходы металла, применяемого для изготовления элемента жесткости. 12 з.п.ф-лы, 9 ил.
Наверх