Способ изготовления полых лопаток с заполнителем

)АЯ 8 О СОЮЗ СОВЕТСОЦИАЛИСТИЧЕ Х РЕСПУБЛИК ИЗОБРЕТЕНИЯ етельст 1(71) Научно-исследовательский институт техноло: гии и организации производства двигателей (72) Макаровский НЛСеменченко ИЯ(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЫХ ЛОПАТОК С ЗАПОЛНИТЕЛЕМ(67) Использование: изобретение относится к двигателестроению, в частности к производству осевых вентиляторов, Сущность изобретения: изготовляют две полулопатки, имеющие поверхность стыка, наносят связующее вещество на внутренние полости полулопаток и поверхность стыка, размещают и фиксируют элементы ячеистого заполнителя в полости Одной из попупопдток накрывают другОЙ и осуществляют сжатие полученного йакета при одГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СС и ОПИСАНИ к авторскому с новременном нагреве его до температуры действия связующего вещества Элементы заполнителя выполняют обьемными, звездообразной формы, с тремя или более упругими лучами, причем лучи, направленные под углом к плоскости основания эле - мента, выполняют с продольными гофрами. Элементы соединены. между собой технологической лентой с компенсаторами и размещены в полости популопатки с определенным шагом После фиксирования заполнителя на поверхности одной полулопатки технологическую ленту удаляют механическим путем с приложением заданного усилия На концах лучей имеются контактные поверхности:. виде лапоК суммарная площадь поверхности которых равна площади основания элемента 3 з.п флы,7 ия1815873 34Изобретение относится к технологии мычки, размеры которых выбираются из усизготовления преимущественно крсупйога- ловия приложения максимального усилия баритных лойаток, в первую очередь лопа-контроля йрочности сварного соединения ток с закрученнйм пером; применяемых в основания каждой ячейки с полулопаткой. вентиляторах газотурбинных двигателей и . 5 С целью снижения .массы лопатки за осевых компрессоров, и заключается в со- . счет обеспечения равнопрочной конструквершействованииармйрующегозаполните- . ции крегпления заполнителя к полулопатля и технологии изготовления лопаток, кам, лучи элемента армирующего ячеистогоНаиболееблизкимкпредлагаемоМур заполнйтеля имеют контактные поверхношению является способ изготовления йода сти в аиде лопаток, суммарная площадь поток с сотовым заполнителем, по которому верхумости которых равна площади йзготавливают две полулопатки с поверхно- основания элемента.стями стыка, образующие полость, в кото. На фиг; 1 изображена изготавливаемая рой размещают сотовый заполнитель; лопатка; на фиг, 2 и 3-полулопвтки; нефиг. соединенный с полулопатками связующим 1 б 4-врмирующнй ячеистыйзаполнитуель, рвсвеществом. положенная на поверхности полости полНедостатком укаэанного аналога явля- улопатки; на фиг. 5. - пространственное ется сложность изготовления сотового за- изображение элемента армирующего заполнителя с обеспечением прилегания к полнителя; на фиг, 6 и 7 - две проекции внутренней поверхности, образуемой пол технологическойлейтйсэлементамиэаполулопатками, а также избыточный вес сотово- нителя.го эгаполйителя и припоя, требуемого для Способосуществляютследующимобрасоединейия, что приводит к недостаточной . эом.удельной несущей способности.; . Изготавливают две полулопатки и ячеСотовый заполнитель, воспринймая.25 истыйармирующий заполнительиэтитаносжимаещие нагрузки, недостаточно рабо- вых сплавов или высокопрочных сталей, тосйособен при восприятий сдвиговых уси- соединяемых точечной сваркой и пайкой, лий, возникающих при изгибе и кручении Традиционнымиметодамиизготавливалопатки, имеющем место при ее эксплуата- ют полулопатки 1 и 2. Одна.часть 1 со стороции,- . 30 ны обтекания может иметь Форму стенки, аЦель изобретения - повышение удель-. другая - форму корыта 2, Криволинейные ной несущей способности лопаток эа счет поверхности стыка 3 и 4 полулопаток 1 и 2 обеспечения возможности перераспреде- могут проходить через кромки пера или золейия сдвиговых нагрузок на армирующий ну, расположенную вблизи кромок. Со стозаполнитель 35 роны поверхностей стыка 3 и 4 делаютДля достижения цели изготавливают впадины с доньями 5 и 6, образующие эадве части лопатки - полулопатки со впади- крытую полость при совмещении поверхнонамй, образуюЩими полость для размеще- стей стыка 3 и 4 полулопаток. Поверхности нйя армирующего заполнителя. стыка 3 и 4 должны быть выполнены так, Полулопатки имеют поверхность стыка. На 40 чтобы при-складывании их возможный заповерхность стыка и поверхности полости зор был не более 0,1.мм, так как только в полулопаток наносят связующее вещество, этом случае гарантируется высокое качестИз ленточной заготовки изготавливают эле- во соединения пайкой. Размеры полости, менты армирующего заполнителя, соеди- . образованной впадинами с доньями 5 и 6, ненные между собой технологической 45 выполняют по более свободным допускам, лентой иэтойже ленточной заготовки; кото- например в пределах поля допуска 12 квараясоединяется с элементами армйруюгще- литета. Полость, образованная впадинами 5 го заполнителя перемычками. Элементы . и 6, заполняется ячейками армирующего завыполняются объемной звездообразной полнителя 7.формы с плоским основанием и с тремя или 50:, Элементы армирующего заполнителя более уйругими лучами, направленными изготавливают иэ листового материала так, под углом к плоскости основания, имеющи- что от основания 8 отходят три или более) ми на концах контактные поверхности в ви- луча 9, оканчивающиеся контактными поде лопаток. Другой целью является верхностями - лапами 10. Лучи 9 пружинят повышение надежности способа за счет 55 и могут находиться под разными углами к обеспечейия возможности контроля соеди- основанию 8, Для обеспечения увеличения нения армирующего заполнителя с полуло- удельной несущей способйости заполнитепаткой. Зта цель достигается при удалении йя при восприятии им сжимающих нагрузок, технологической ленты, которую механиче- воздействующих на полулопатки 1 и 2, или ски отрывают, при этом разрушаются пере- при кручении пера поперечное сечение луча9 выполняют в форме углового профиля, Элементы первоначально изготавливают из того же материала в виде технологического препрега элементов, скрепленных удаляемой впоследствии технологической лентой 11. Исходная лента - препрег- выполняется с постоянным шагом расположения элементов Э=то. Элементы 7 скреплены с технологической лентой 11 перемычками 12,На технологической ленте 11 делают компенсаторы 13, представляющие собой поперечные гофры, которые позволяют 10 регулировать шэг ъ, значение которого получают расчетным путем из условия применения одинаковых заготовок ячеистого заполнителя 7, имеющего одинаковые лучи 9, которые при помещении в полость между доньями 5 и 6 будут иметь высоту Ьь соответствующую расстоянию между поверхностями 5 и 6 в расчетном месте расположения каждого элемента. Подготовленная лентапрепрег, предназначенная для размещения в определенном месте на поверхности 5 и 6, например в продольном или поперечном сечении пера лопатки, выполняется соответствующей длины с шагом по, который дает возможность иметь на препреге высоту каждого элемента, отвечающую условию ЬСь где С - диаметр вписанной акружна 20 25 ями 5 и 6 в месте расположения элемента. Выполнение этого условия позволит абеспечить прилегание основания 8 и лапок 10 ячеистогозаполнителя к поверхности 5 и 6,На одну из поверхностей, образующих полость, например 5 (или 6) последовательна помещают ленты препрега аснаванйем 8 к этой поверхности и закрепляют в заданном положении, например приваривэют контактной электросваркой, Технологическую ленту 11 удаляют, механически отрывая ее, при этом разрушаются перемычки, ширина каждой из которых выбирается из условия приложения максимального усилия 35 40 Р, которое одновременна будет усилием контроля прочности сварного соединения основания элемента 7 и днища 5 (или 6) палулопатки, Величина Р определяется прочностью сварного соединения, т.е. уси 50 лием отрыва Г: Р=1 Г, где 1 - коэффициент запаса, например 0,8, тогда при толщине ленточной заготовки "а" ширина перемыч- ки ГЬ=1 сао.атР где нотр - напряжение разрушения (отрыва)материала ленточной заготовки. сти в сечении полости, образованной донь На поверхности дна 5 (или 6) помещают связующее вещество, например напыляют припой, размещают в виде фольги, наносят методом гэльваники или другим известным способом. Возможно нанесение связующего теми же способами на контактные поверхности лапок 10, что не меняет принципиально существа технологии. На поверхности стыка 4 (возможно одновременно с поверхностью 6) также наносят связующее, например припой, или подготавливают поверхности 3 и 4 к соединению известными способами, например диффузионным сращиванием, электроннолучевой сваркой,Сборку полулопатки 1 и полулопатки 2 с закрепленным на ней армирующим наполнителем производят, взаимно ориентируя поверхности стыка 3 и 4. Пакет сжимают, при этом лучи 9 элементов армирующего ячеистого заполнителя, выполненные с контактными поверхйостями в виде лапок 10, суммарная площадь поверхности которых равна площади основания элемента, пружинят, заставляя все лапки 10 ячеистого заполнителя прийти в соприкосновение с поверхностью 6 па контуру 14, в таком виде помещают в вакуумную печь или печь с нейтральной средой), в которой производят пайку палулопаток 1 и 2 и ячеистого армирующега заполнителя между собой,Далее можно дополнительно проводить операцию соединения полулопаток 1 и 2 сваркой электронным лучам по стыку и операции окончательной обработки поверхностей пера и хвоставика лопатки.П р и м е р. Материал лопатки и ячеистого армирующего заполнителя - титановый сплав ВТ - 4, толщина материала заполнителя 0,2 мм,Вентиляторная лопатка длиной 500 мм, шириной 180 мм; Хвостовик имеет серповидную форму, Форма полости примерно. повторяет внешнюю форму лопатки с учетам переменной толщины стенок. Максимальный диаметр вписанной окружности в профиль сечения полости лопатки составляет 5,4 мм. Проекцией развертки является прямоугольник размерами 400 х 150 мм. Отформованные элементы ячеистого сотового заполнителя имеют высоту Ьа=6 мм, а длина лучей определяется диаметром окружности, описанной вокруг контактных лапок, равным 12 мм. Диаметр основания выбран 3,0 мм, диаметр контактных лапок 10-2,0 мм, Эта величина выбирается из условия равенства площадей основания 8 и лапок 10 с учетом того, что паяное соединение лапок на 20 менее прочно, чем сварное соединение основания с палулапатками. Ширина1815873 перемычки Ь выбрана 0,75 мм при толщине .ленты заготовки 0,2 мм, исходя из расчетного усилия отрыва точечно-сварного соединения Г=120 кг, принимают контрольное.усилие Р равным 0,3 Г, т.еокругленно 100 5кг, Ленты препрега располагают в направлении, близком к оси лопатки, т,е. вдолькромок. Проводят точечную сварку каждогооснования 8 ячеистого армирующего заполнителя с днищем 5. Отрывают ленту 11. Последовательно складывают следующиеленты препрега, выйолняя те же операции.На поверхность стыка 4 и днища 6 укладывают припой в виде полос. Накрывают подготовленную таким образом полулопатку 2 15полулопаткой 1 с закрепленным на ней ячеистым заполнителем 7. Совмещают поверхности стыка и сдавливают их, преодолеваяпружинение лучей 9, что гарайтирует прилегание лапок 10 к припою на поверхности 6, 20В таком виде лопатку помещают в вакуумную печь и нагревают до температуры пайки600 С, После остывания и контроля формыокончательно обрабатывают перо и замковую часть лопатки.25 где Ь - высота каждого элемента в месте его расположения в полости лопатки;то - исходный шаг между элементами;по. исходная высота элемента,а после фиксирования заполнителяудаляют технологическую ленту.35 2. Способ по п 1, отличающийся тем,что лучи элемента заполнителя выполняютс продольными гофрами.3. Способ по пп.1 и 2, отличающийсятем, что, с целью йовышения надежностиспособа за счет обеспечения возможностиконтроля соединения заполнителя с полулопаткой в процессе изготовления, удаление технологической ленты осуществляютмеханическим путем с усилием Р, равным0,7 - 0,9 величины расчетного разрушающего усилия,для соединения заполнительполулопатка, при этом размеры перемычекопределяют, исходя из условия приложе 50 ния усилия Р,4. Способ по, пп.1 - 3, отличающийсятем, что, с целью снижения массы лопаткиза счет обеспечения равнопрочной конструкции крепления заполнителя к полуло 55 паткам, лучи элемента врмирующего ячеистого заполнителя выполнены сконтактными поверхностями в виде лапок,суммарная площадь поверхности которыхравна площади основания элемента,30 Формула изобретения1. СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПОЛЫХ ЛОПАТОК С ЗАПОЛНИТЕЛЕМ, при котором изготовляют две полулопатки, имеющие поверхность стыка, наносят связующее вещество на внутренние поверхности полулопаток и поверхность стыка, размещают и фиксируют элементы армирующего ячеистого заполнителя в полости одной из полулопаток, накрывают другой и осуществляют сжатие полученного пакета перпендикулярно поверхности стыка при одновременном нагреве его до температуры действия связующего вещества, отличающийся тем, что, с целью повышения удельной несущей способности лопатки за счет обеспечения воэможности перерасйределенйя сдвиговых нагрузок на армирующий заполнитель, элементы заполнителя выполнены обьемными, звездообразной формы, по меньшей мере с тремя упругими лучами, направленными под углом к плоскости основания элемента, и соединены между собой технологической лентой с компенсаторами посредством перемычек, при этом размещение элементов врмирующего заполнителя в полости полулопатки осуществляют с йеременным шагом ъ, определяемым соотношением11= В - ,топо При реализации предлагаемого способа точность обработки поверхностей 5 и 6 может быть снижена до 0,4-0,5 мм без ухудшения надежности контакта всех лапок 10 и получения качественного паяного соединения.Для экспериментального опробования были изготовлены плоские образцы с сотовым и армирующим заполнителем и к ним приложены сдвиговые нагрузки, В результате с учетом разброса полученных данных удельная прочность по предлагаемому (армирующий ячеистый заполнитель) способу оказалось на 15-45 выше, чем по известному способуМеталлографические исследования мест крепления основания с материалом полулопатки, после отрыва ленточной заготовки с разрушением перемычки, показали надежность соединения (элементы с ненадежной сваркой оставались на ленте без разрушения перемычек),(56) Авторское свидетельство СССР М 1374543, кл. В 21 0.47/00, 1986.1815873 Отавитель Н.Матвеева хред М.Моргентал Корректор В.Петраш дактор В.Фельдм Тираж Подписно НПО "Поиск" Роспатента13035, Москва, Ж, Раувская наб., 4/5 Заказ 2 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 10 е /О ф