RU2463125C2 - Method of producing gas turbine engine fan hollow wide-chord vane billet - Google Patents
Method of producing gas turbine engine fan hollow wide-chord vane billet Download PDFInfo
- Publication number
- RU2463125C2 RU2463125C2 RU2011100323/02A RU2011100323A RU2463125C2 RU 2463125 C2 RU2463125 C2 RU 2463125C2 RU 2011100323/02 A RU2011100323/02 A RU 2011100323/02A RU 2011100323 A RU2011100323 A RU 2011100323A RU 2463125 C2 RU2463125 C2 RU 2463125C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- parts
- bag
- stack
- plane
- along
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims description 20
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims abstract description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims abstract description 14
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 14
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 17
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 8
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 7
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 3
- 238000005242 forging Methods 0.000 abstract description 9
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 abstract description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 abstract description 2
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 abstract description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 abstract 1
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005461 lubrication Methods 0.000 abstract 1
- 238000010327 methods by industry Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 3
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 3
- 238000003754 machining Methods 0.000 description 3
- 238000009966 trimming Methods 0.000 description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 229910052582 BN Inorganic materials 0.000 description 1
- PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N Boron nitride Chemical compound N#B PZNSFCLAULLKQX-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 description 1
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 1
- 239000000314 lubricant Substances 0.000 description 1
- 239000011159 matrix material Substances 0.000 description 1
- 239000002699 waste material Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Forging (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к обработке металлов давлением и может быть использовано при изготовлении заготовок лопаток авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) из деформируемых металлов и сплавов.The present invention relates to the processing of metals by pressure and can be used in the manufacture of blanks for blades of aircraft gas turbine engines (GTE) from wrought metals and alloys.
В современных конструкциях вентиляторов авиационных двигателей широкое применение находят крупногабаритные широкохордные лопатки, позволяющие существенно снизить шумность вентилятора, увеличить тягу и в целом повысить экономичность газотурбинного двигателя. При этом для увеличения КПД и снижения массы двигателя в целом требуется применение облегченных лопаток, что наиболее актуально для лопаток вентилятора, как наиболее массивных и нагруженных. Снижение массы вентиляторных лопаток позволяет снизить массы и размеры как вращающихся элементов (диск и вал), так и элементов защиты двигателя. Одним из известных и широко распространенных способов уменьшения массы вентиляторных лопаток является использование лопаток полой конструкции из титановых сплавов, получаемых из диффузионно-сваренных между собой отдельных элементов, полученных различными способами из металлических заготовок. При разработке способа изготовления заготовок лопаток весьма важным аспектом является обеспечение оптимальных технико-экономических показателей процесса.In modern designs of aircraft engine fans, large-sized wide-chordate blades are widely used, which can significantly reduce fan noise, increase traction and generally increase the efficiency of a gas turbine engine. Moreover, to increase the efficiency and reduce the mass of the engine as a whole, the use of lightweight blades is required, which is most important for fan blades, as the most massive and loaded. Reducing the mass of the fan blades allows you to reduce the mass and size of both rotating elements (disk and shaft), and motor protection elements. One of the well-known and widespread methods of reducing the mass of fan blades is the use of hollow blades made of titanium alloys obtained from diffusion-welded together of individual elements obtained in various ways from metal billets. When developing a method for manufacturing blade blanks, a very important aspect is the provision of optimal technical and economic indicators of the process.
Известен способ изготовления заготовок лопаток, включающий изготовление плоских заготовок спинки и корыта путем разрезки металлической плиты в продольном направлении под заданным углом с последующим удалением припусков и формированием внутренних полостей обработкой резанием (патент США №6739049, публ. 25.05.2004). Известный способ предусматривает образование значительного количества отходов из-за большой площади поверхности реза. Кроме того, при производстве широкохордных лопаток, обладающих геометрической формой повышенной сложности, известный способ является чрезвычайно трудоемким и металлозатратным из-за внушительных габаритов лопатки (длина достигает 1500 мм, ширина - до 500 мм), наличия значительного разброса протяженности хорды по длине заготовки и высокой саблевидности. Для изготовления лопаток по известному способу требуется специализированное оборудование для разрезки и механической обработки заготовок по заданной конфигурации.A known method of manufacturing blanks of blades, including the manufacture of flat blanks of the back and trough by cutting a metal plate in the longitudinal direction at a given angle, followed by removal of allowances and the formation of internal cavities by machining (US patent No. 6739049, publ. 25.05.2004). The known method involves the formation of a significant amount of waste due to the large surface area of the cut. In addition, in the production of wide-chordate blades having a geometric shape of increased complexity, the known method is extremely time-consuming and costly due to the impressive dimensions of the blades (length reaches 1500 mm, width up to 500 mm), the presence of a significant scatter in the length of the chord along the length of the workpiece and high saber. For the manufacture of blades by a known method requires specialized equipment for cutting and machining of workpieces according to a given configuration.
Известен способ изготовления составных деталей полой лопатки штамповкой на прессе, включающий изготовление двух наружных деталей и их соединение диффузионной сваркой с получением заготовки лопатки, имеющей участок пера и участок хвостовика, при этом изготавливают одну черновую деталь, состоящую из двух отрезков, путем чистовой штамповки в матрице на прессе, по меньшей мере, в два последовательных этапа, на которых производят чистовую штамповку одного отрезка, а затем чистовую штамповку второго отрезка (патент РФ №2383408, публ. 10.03.2010, бюлл. №7) - прототип. Однако прогрессивность и рентабельность технологического метода изготовления заготовок лопаток достигаются при минимальных припусках, что, соответственно, минимизирует толщину получаемой штампованной заготовки. При этом для получения сверхтонких заготовок лопаток штампованного типа, особенно крупногабаритных лопаток, из-за значительного возрастания удельных усилий необходимо оборудование высокой мощности. Секционная штамповка заготовок решает эту проблему, но увеличивает количество нагревов и операций штамповки, что, в итоге, снижает качество полученного материала лопаток.A known method of manufacturing the components of a hollow blade by stamping on a press, comprising manufacturing two external parts and connecting them by diffusion welding to obtain a blade blank having a feather section and a shank section, wherein one draft piece consisting of two segments is manufactured by finishing stamping in a matrix on the press, at least in two successive stages, which produce the final stamping of one segment, and then the final stamping of the second segment (RF patent No. 2383408, publ. 10.03.2010, bull. No. 7) is a prototype. However, the progressiveness and profitability of the technological method of manufacturing blade blanks are achieved with minimal allowances, which, accordingly, minimizes the thickness of the obtained stamped blanks. Moreover, to obtain ultra-thin blanks of stamped-type blades, especially large-sized blades, high power equipment is necessary due to a significant increase in specific forces. Sectional stamping of blanks solves this problem, but increases the number of heating and stamping operations, which, in the end, reduces the quality of the material of the blades.
Задачей, на решение которой направлено изобретение, является разработка способа изготовления заготовок широкохордных лопаток вентилятора газотурбинного двигателя, обеспечивающего с меньшими затратами стабильное получение заготовки лопаток сложной геометрической формы на стандартном металлорежущем и кузнечном оборудовании.The problem to which the invention is directed, is to develop a method for the manufacture of blanks of wide-chord fan blades of a gas turbine engine, which ensures stable production of blanks of blades of complex geometric shape on standard metal-cutting and forging equipment at lower cost.
Техническим результатом, достигаемым при осуществлении изобретения, является уменьшение расхода металла и снижение трудоемкости изготовления заготовок лопаток.The technical result achieved by the implementation of the invention is to reduce the consumption of metal and reduce the complexity of manufacturing blanks of blades.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе изготовления заготовок широкохордных пустотелых лопаток вентилятора газотурбинного двигателя, включающем подготовку фасонной заготовки, разделение фасонной заготовки, штамповку разделенных частей и удаление излишков металла, согласно изобретению подготовку фасонной заготовки производят кузнечным способом, затем её разделяют на две части механическим способом в одной плоскости, параллельной оси симметрии заготовки, производят нанесение разделяющего защитно-смазочного покрытия на поверхности реза обеих частей, после чего обе части собирают в пакет путем наложения друг на друга и сварки по кромке, далее сваренный пакет нагревают и укладывают в штамп таким образом, чтобы плоскость сборки пакета была параллельна плоскости разъема штампа, осуществляют горячую объемную штамповку пакета с формированием части замка лопатки и аэродинамического профиля спинки пера лопатки в одной половине штампа, и оставшейся части замка лопатки и аэродинамического профиля корыта пера в другой половине штампа, а затем по замкнутому контуру полученного штампованного пакета производят обрезку излишков металла в виде облоя и последующее разделение обеих половин по плоскости сборки пакета.The specified technical result is achieved by the fact that in the method of manufacturing blanks of wide-chord hollow fan blades of a gas turbine engine, comprising preparing a shaped workpiece, separating the shaped workpiece, stamping the separated parts and removing excess metal, according to the invention, the preparation of the shaped workpiece is made by the forging method, then it is divided into two parts mechanically in one plane parallel to the axis of symmetry of the workpiece, a separating protective lubricant is applied coatings on the cutting surface of both parts, after which both parts are assembled into a bag by superimposing and welding along the edge, then the welded bag is heated and laid in a stamp so that the assembly plane of the bag is parallel to the plane of the die of the stamp, the package is hot stamped with the formation of a part of the padlock of the blade and the aerodynamic profile of the back of the pen blade in one half of the stamp, and the remaining part of the lock of the paddle and the aerodynamic profile of the trough of the pen in the other half of the stamp, and then The curved contour of the obtained stamped bag is trimmed with excess metal in the form of a flake and the subsequent separation of both halves along the assembly plane of the bag.
Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.
Для получения заготовки лопатки осуществляют подготовку компактной, двукратной по высоте фасонной заготовки требуемой марки материала. Подготовку фасонной заготовки производят кузнечными методами. Далее двукратную фасонную заготовку разрезают на две части в заданной плоскости по толщине вдоль оси симметрии, в случае необходимости, для получения требуемой шероховатости производят механическую обработку плоскости реза обеих разрезанных частей. На подготовленные поверхности реза обеих частей наносят разделяющее защитно-смазочное покрытие, позволяющее предотвратить адгезию (диффузионную сварку) при последующем деформировании и обеспечивающее удовлетворительное свободное их разделение. При изготовлении сверхтонких заготовок лопаток из титановых сплавов разрезанные части заготовок после механической обработки дополнительно подвергают термической обработке, например отжигу. Окалина, полученная на поверхности термообработанных частей, дополнительно препятствует адгезии при штамповке, а также облегчает их разделение после штамповки. Затем обе разрезанные части позиционируют относительно друг друга с целью исключения смещения и соединяют в пакет методом сварки. Сварку производят локально, по кромке соединяемых частей, для того чтобы в процессе истечения металла при штамповке сваренные места выдавливались в зону удаляемого впоследствии облоя и не препятствовали свободному разделению штампованной заготовки после обрезки облоя. Сваренный пакет нагревают до заданной температуры, выдерживают в печи требуемое количество времени, производят выгрузку и укладку пакета в штамп, установленный на прессе или аналогичном кузнечном оборудовании. Укладку пакета в штамп производят таким образом, чтобы плоскость сборки пакета была параллельна линии разъема штампа, что позволяет получить в штампованной детали заданное направление разделяющей плоскости, которая после штамповки выходит на кромку пакета в области облойной канавки. Посредством давления, приложенного прессом к нагретому пакету, осуществляется одновременное формирование внешнего профиля пера и замка поковки лопатки, причем в процессе штамповки внешнего профиля пера формируется необходимая готовая внешняя конфигурация «спинки» и «корыта» профиля пера с минимальным припуском. При этом в процессе горячей объемной штамповки ширина пера значительно увеличивается, что создает заданную направленность волокна и, соответственно, улучшает структуру и значения механических свойств в поперечном направлении. После обрезки облоя обе части штампованного пакета свободно разделяют по плоскости сборки пакета на заготовки спинки и корыта со сформированной замковой частью лопатки. Полученные заготовки готовы для удаления припуска с входной и выходной кромки, подготовки внутренних полостей и поверхностей под диффузионную сварку.To obtain a blade blank, they prepare a compact, double-height shaped blank of the required grade of material. The preparation of shaped blanks is performed by blacksmithing methods. Next, a two-fold shaped workpiece is cut into two parts in a given plane along the thickness along the axis of symmetry, if necessary, to obtain the required roughness, the cutting plane is machined of both cut parts. On the prepared cutting surfaces of both parts, a separating protective-lubricating coating is applied, which prevents adhesion (diffusion welding) during subsequent deformation and ensures satisfactory free separation. In the manufacture of ultra-thin blanks of blades from titanium alloys, the cut parts of the blanks after machining are additionally subjected to heat treatment, for example, annealing. The dross obtained on the surface of the heat-treated parts further inhibits adhesion during stamping and also facilitates their separation after stamping. Then both cut parts are positioned relative to each other in order to eliminate bias and join into the package by welding. Welding is carried out locally, along the edge of the parts to be joined, so that during the flow of metal during stamping, the welded spots are squeezed into the area of the subsequently removed flake and do not impede the free separation of the stamped workpiece after trimming the flake. The welded bag is heated to a predetermined temperature, kept in the oven for the required amount of time, the package is unloaded and placed in a stamp mounted on a press or similar forging equipment. The package is laid in the stamp so that the assembly plane of the package is parallel to the line of the die connector, which allows to obtain the specified direction of the separating plane in the stamped part, which, after stamping, goes to the edge of the package in the region of the groove groove. By means of the pressure applied by the press to the heated bag, the external profile of the pen and the blade forging blade are simultaneously formed, and in the process of stamping the external profile of the pen, the necessary ready-made external configuration of the “back” and “trough” of the pen profile is formed with minimal allowance. Moreover, in the process of hot volumetric stamping, the width of the pen increases significantly, which creates a given directivity of the fiber and, accordingly, improves the structure and values of mechanical properties in the transverse direction. After trimming the flake, both parts of the stamped bag are freely divided along the assembly plane of the package into blanks of the back and trough with the formed locking part of the blade. The resulting workpieces are ready for removing stock from the inlet and outlet edges, preparing internal cavities and surfaces for diffusion welding.
Способ поясняется чертежами, где на фиг.1 изображена полученная кузнечными способами фасонная заготовка лопатки 1 с подготовленной базой 2 для штамповки и разрезки на две половины под штамповку после стадии разделения на две части: заготовку «спинки» 3 и заготовку «корыта» 4, нанесения на плоскость реза каждой части разделяющего покрытия 5 и локальной сварки по кромке разделяющей плоскости сборки пакета 6. На фиг. 2 представлена заготовка лопатки после проведения штамповки и обрезки облоя с получением штампованной заготовки «спинки» 7 и «корыта» 8 лопатки.The method is illustrated by drawings, where Fig. 1 shows a shaped blank of a blade 1 obtained by blacksmithing with a prepared base 2 for stamping and cutting into two halves for stamping after the separation into two parts: the blank "back" 3 and the blank "trough" 4, application to the cutting plane of each part of the separating coating 5 and local welding along the edge of the separating plane of the assembly of the package 6. In FIG. 2 shows the workpiece of the blade after stamping and trimming the flake to obtain a stamped workpiece "back" 7 and "trough" 8 of the blade.
Промышленную применимость предлагаемого способа подтверждает пример конкретного выполнения изобретения.The industrial applicability of the proposed method is confirmed by an example of a specific implementation of the invention.
Для изготовления пустотелых широкохордных лопаток вентилятора длиной 1100 мм и шириной хорды 250 мм из титанового сплава Вт 6 были отлиты слиток диаметром 740 мм, из которого отковали биллет диаметром 225 мм. Биллет подвергали механической обработке, резке на краты и последующей фасонной ковке. При окончании ковки на замковом элементе кузнечным способом (сплющиванием по образующей) были сформированы базы для улучшения последующей разрезки и укладки сваренного пакета в штамп, а также позиционирования плоскости реза параллельно плоскости разъема штампов. Далее изготовленную фасонную заготовку разрезали на ленточной пиле вдоль оси на две части. Затем осуществляли дополнительную термическую обработку (отжиг) для появления на всей поверхности окалины так называемого «альфированного» слоя и на поверхность реза наносили разделяющее защитно-смазочное покрытие, в качестве которого использовали в данном случае нитрид бора. Обе части позиционировали и сваривали по кромке в нескольких точках. После чего полученный пакет нагревали до 930°C, выгружали из печи, укладывали в штамп, нагретый до 350°C, и производили штамповку на гидравлическом прессе. Затем производили обрезку облоя на установке гидроабразивной резки и разделение обеих отштампованных частей без приложения дополнительных усилий. В результате были получены заготовки «спинки» и заготовки «корыта» лопатки массой по 30 кг, в полном объеме соответствующие всем установленным требованиям.For the manufacture of hollow wide-chord fan blades with a length of 1100 mm and a chord width of 250 mm from a titanium alloy W 6, an ingot with a diameter of 740 mm was cast, from which a billboard with a diameter of 225 mm was forged. The billlet was subjected to mechanical processing, cutting to edges and subsequent shaped forging. At the end of the forging on the locking element by the forging method (flattening along the generatrix), bases were formed to improve the subsequent cutting and stacking of the welded bag into the stamp, as well as positioning the cutting plane parallel to the plane of the die connector. Next, the manufactured shaped billet was cut on a band saw along the axis into two parts. Then, additional heat treatment (annealing) was carried out for the appearance of the so-called “alfed” layer on the entire surface of the scale and a separating protective-lubricating coating was applied to the cut surface, in which case boron nitride was used. Both parts were positioned and welded along the edge at several points. After that, the resulting package was heated to 930 ° C, unloaded from the furnace, placed in a stamp heated to 350 ° C, and stamping was carried out on a hydraulic press. Then the flap was trimmed at the waterjet cutting machine and the separation of both stamped parts without additional effort. As a result, blanks of the “back” and blanks of the “trough” of the blade with a weight of 30 kg were obtained, which fully comply with all established requirements.
Использование заявляемого изобретения позволяет расширить технологические возможности стандартного оборудования, вести процесс при минимальных затратах времени. С применением предлагаемого способа значительно повышается коэффициент использования металла, увеличивается точность изготовления и стабильность технологического процесса.Using the claimed invention allows to expand the technological capabilities of standard equipment, to conduct the process with minimal time. Using the proposed method significantly increases the utilization of metal, increases the accuracy of manufacturing and the stability of the process.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011100323/02A RU2463125C2 (en) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | Method of producing gas turbine engine fan hollow wide-chord vane billet |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011100323/02A RU2463125C2 (en) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | Method of producing gas turbine engine fan hollow wide-chord vane billet |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2011100323A RU2011100323A (en) | 2012-07-20 |
| RU2463125C2 true RU2463125C2 (en) | 2012-10-10 |
Family
ID=46846923
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011100323/02A RU2463125C2 (en) | 2011-01-11 | 2011-01-11 | Method of producing gas turbine engine fan hollow wide-chord vane billet |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2463125C2 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5191711A (en) * | 1991-12-23 | 1993-03-09 | Allied-Signal Inc. | Compressor or turbine blade manufacture |
| RU2383408C2 (en) * | 2004-08-23 | 2010-03-10 | Снекма | Method of fabricating compound parts of hollow blade by pressing |
| RU2403119C2 (en) * | 2009-01-11 | 2010-11-10 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Method to produce gas turbine engine vanes |
-
2011
- 2011-01-11 RU RU2011100323/02A patent/RU2463125C2/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5191711A (en) * | 1991-12-23 | 1993-03-09 | Allied-Signal Inc. | Compressor or turbine blade manufacture |
| RU2383408C2 (en) * | 2004-08-23 | 2010-03-10 | Снекма | Method of fabricating compound parts of hollow blade by pressing |
| RU2403119C2 (en) * | 2009-01-11 | 2010-11-10 | Открытое Акционерное Общество "Корпорация Всмпо-Ависма" | Method to produce gas turbine engine vanes |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2011100323A (en) | 2012-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6754954B1 (en) | Process for manufacturing forged titanium compressor wheel | |
| CN113510207B (en) | Manufacturing method of TC17 titanium alloy large-size variable-section blisk forged piece | |
| RU2497648C2 (en) | Method of making blades | |
| US20060127265A1 (en) | Method of manufacturing a metal article by powder metallurgy | |
| US3588980A (en) | Method for making a contoured article | |
| RU2403119C2 (en) | Method to produce gas turbine engine vanes | |
| CN104854314B (en) | Method for manufacturing turbine blades | |
| RU2525961C1 (en) | Fording of blades from two-phase titanium alloy | |
| JP5465497B2 (en) | Manufacturing method of impeller for compressor | |
| US6453556B1 (en) | Method of producing exhaust gas vane blade for superchargers of motor vehicles and vane blade | |
| RU2463125C2 (en) | Method of producing gas turbine engine fan hollow wide-chord vane billet | |
| RU2765296C2 (en) | Method for producing parts of metal alloys of complex shape | |
| US10066492B1 (en) | Turbomachine blade and relative production method | |
| CN112743021B (en) | Blank making method for forging compressor rotor blade | |
| JP2000301283A (en) | Production method of discharge vane blade for super- charger of automobile amd vane blade | |
| JPS613622A (en) | Manufacture of aerofoil article having camber | |
| RU2381083C1 (en) | Manufacturing method of scapular blanks | |
| US20160256954A1 (en) | Method and system for diffusion bonded components having internal passages | |
| EP2772615B1 (en) | Turbomachine blade and relative production method | |
| RU2380209C1 (en) | Method for manufacturing of hollow blade | |
| US2799918A (en) | Compressor blade manufacture | |
| Wright et al. | Forging of blades for gas turbines | |
| EP2772614B1 (en) | Turbomachine blade production method | |
| US12042839B2 (en) | Methods and articles relating to ionic liquid bath plating of aluminum-containing layers utilizing shaped consumable aluminum anodes | |
| RU2252835C1 (en) | Method for making blank of blade of gas turbine engine |