調整渦輪機葉片根部輪廓的方法和工具機的製作方法

2023-04-26 05:07:26 1

專利名稱：調整渦輪機葉片根部輪廓的方法和工具機的製作方法
技術領域：
本發明涉及調整部件的領域。具體來講，本發明涉及調整渦輪機葉片根部輪廓的方法，所述葉片根部輪廓包括由預定內角限定的主突出邊緣。
背景技術：
在下文中，「突出邊緣」應當被理解為待調整的葉片根部的兩個表面的交線所形成的線；「突出邊緣的內角」應當被理解為在形成所述邊緣的兩個表面之間限定出的角；「複雜輪廓」應當被理解為具有連續的峰和谷的彎曲線。已知的是，在渦輪葉片根部的加工過程之後，根部的每個外形由具有突出邊緣(與其相關的內角為直角)的輪廓所限定，而該突出邊緣必須在調整過程中被去除。在現有方式中，對葉片根部的調整是由合格的操作人員手工進行的，操作人員例如採用硬質合金銑削刀頭和刷子對葉片根部的外形的複雜輪廓進行成形，以使突出邊緣鈍化成圓弧或者圓形(這種調整也被叫做「修圓」)。不過，由於這種調整過程是人工操作的，同一操作人員所調整的不同的葉片根部的尺寸通常不同，通常會在所獲得的修圓(在對突出邊緣進行銑削和刷洗清理之後)中發現這種差異，不同葉片之間的尺寸有所不同(在調整的葉片根部之間，修圓的半徑會不同)。而且，當葉片根部沒有被充分調整或沒有被精確調整時(例如，突出邊緣沒有被充分鈍化時)，這會影響葉片根部的在調整過程之後的製造過程。例如，由於噴射鋼丸中的一部分會被沒有正確處理的鈍化邊緣偏轉，作用在外形輪廓的突出邊緣沒有被充分修圓的已調整葉片根部的噴丸硬化過程會受到影響。另外，葉片根部的尺寸並不完全相同的事實使將葉片安裝在高壓渦輪的相應支撐盤上變得更加困難。而且，調整過程由人工完成，增大了葉片根部的整體製造成本。另外,這種生產過程會頻繁地導致操作人員出現生理創傷，主要是骨肌障礙(musculoskeletal disorder,MSD)。除了上述缺陷，在葉片根部經過調整之後依然存在突出邊緣的情況下，這會在與所述葉片根部嚙合的部件上產生裂縫，還會導致這些部件出現故障。因此，人們嘗試緩解上述缺陷，現有的實踐有採用六軸機械臂以自動地執行葉片根部的外形輪廓調整。不過，對這種機械臂進行編程是非常冗長的，而且，對操作人員的動作的複製通常也沒有達到完美的狀態。另外，由於機械臂的成本很高，這種自動調整是不適於大多數情況的
發明內容
本發明的目的是解決這些缺陷。為了實現這個目的，根據本發明，所述方法用於調整渦輪機葉片根部的預定輪廓，該渦輪機葉片根部包括由確定的內角所限定的主突出邊緣，所述方法的特徵在於執行下列連續步驟:A、對輪廓的主邊緣做倒角處理，以獲得兩個輔助的突出邊緣，這兩個輔助的突出邊緣的相關內角分別大於主邊緣的內角；以及B、對所獲得的輔助邊緣進行鈍化處理，以對葉片根部的輪廓進行微調。從而，利用本發明，形成在主突出邊緣上的倒角形成了兩個輔助邊緣，這兩個輔助邊緣相對於主突出邊緣沒那麼尖鋭，使得去除這些邊緣變得非常容易。無論在主邊緣上形成的倒角的深度有多深，本發明的調整過程使輪廓的限定在與之垂直的面上的彎曲上產生直線部分(也被稱為倒角線)。倒角的深度越大，倒角線越長。而且，當去除兩個輔助邊緣時，倒角線至少部分地被縮短。從而，輪廓的限定在與之垂直的面上的彎曲具有可接受的修圓形狀。根據按照本發明的一個實施例，儘管步驟A和步驟B可以由人工執行，但有利地可以用自動化方式執行這些步驟，這使得可以在葉片根部的所有一個或多個輪廓上獲得一致的調整。而且，可以在多個相同的葉片根部上嚴格地再現本發明的調整過程，然後，這些葉片根部具有相似的已調整輪廓。另外，減少了操作人員的介入程度(例如，將所討論的葉片根部放置在合適的凹槽上)，從而降低了操作人員產生骨肌障礙的危險。優選地，事先夾緊待調整的葉片根部。另外，有利地可以將葉片根部夾緊到被固定得繞軸線旋轉的裝置上，使得可以更容易地進行本發明的調整過程。再一次優選的是，在已經夾緊葉片根部之後，在執行步驟A之前，探測葉片根部的預定輪廓，以在輪廓上確定倒圓步驟A開始的預定起點。另外，在本發明的一個實施例中，輔助邊緣各自的相關內角是相同的。而且，作為示例性而非限定性的實例，主邊緣和輔助邊緣的內角分別等於90°和135。。在根據本發明的另ー個實施例中，通過刷洗輔助邊緣來執行步驟B。可以採用具有彎曲刷毛的圓形旋轉刷執行這種刷洗步驟B。例如，圓形刷的彎曲刷毛可以由尼龍製成，儘管仍然可以想到採用任何理想的其他材料。而且，圓形刷有利地由縱軸驅動旋轉，該縱軸一方面基本上垂直於夾緊刷毛的總體方向，另ー方面基本上垂直於輔助邊緣中的每ー個邊緣的當前被刷洗的部分。從而，圓形刷的刷毛在基本上平行於每ー個輔助邊緣的旋轉平面上旋轉。通過夾緊刷的刷毛特別使得以這種方式布置的圓形刷的刷洗是可行的。而且，本發明還涉及ー種用於調整渦輪機葉片根部的預定輪廓的工具機，所述渦輪機葉片根部包括由確定的內角限定的主突出邊緣，所述工具機的特徵在於，其包括:用於對輪廓的主邊緣進行倒角的倒角裝置，以獲得兩個輔助的突出邊緣，所述兩個輔助的突出邊緣的相關內角分別大於主邊緣的內角；用於對所獲得的輔助邊緣進行鈍化的鈍化裝置，以對所述葉片根部的輪廓進行微調；以及
用於對所述倒角裝置和鈍化裝置進行自動控制的自動控制裝置。從而，在葉片根部的所討論的輪廓上所獲得的倒角是一致的，在整個輪廓上以基本上相同的方式對輔助邊緣進行鈍化。而且，可以在多個葉片根部上同樣重複這種調整，以獲得具有已調輪廓基本上彼此相似的部件。當然，作為本發明的變型實施例，可以由合格的操作人員人工控制倒角裝置和鈍
化裝置。而且，工具機優選地包括安裝裝置，該安裝裝置被安裝得繞軸線旋轉，待調整的葉片根部夾緊到該安裝裝置，該安裝裝置可以包括至少ー個可拆卸的夾緊模具，該夾緊模具適於夾緊待調整的葉片根部。這種類型的夾緊模具可以包括設計為按壓待調整葉片根部的接觸部件。


附圖清楚地解釋了如何實施本發明，在這些附圖中，用相同的附圖標記來標識相似或相同的部件。圖1是根據本發明的用於調整加工出的渦輪機葉片根部的一個或多個輪廓的工具機的簡要視圖；圖2以從上方觀察的透視圖的形式示出了高壓渦輪機的葉片根部的外形，該外形的輪廓已經被根據本發明的圖1的工具機調整過；圖3至圖5分別示出了葉片根部的外形輪廓在根據本發明的倒角前(圖3)、在倒角後(圖4)以及在刷洗後(圖5)的彎曲；圖6以示意性透視圖的方式示出了用於夾緊葉片以使之容納在集成在圖1中的工具機中的移動部件支撐上的模塊的實例；圖7A和圖7B分別以示意性透視圖的方式示出了圖6的夾緊模塊的兩個承壓面殼體和吸氣面殼體。
具體實施例方式圖1以示意圖的方式示出了根據本發明的用於調整已加工的渦輪機葉片根部的輪廓的數控工具機I。在下文中，作為示意性而非限定性的實施例，考慮了用於飛機發動機的高壓渦輪機葉片5的根部4的外形3的複雜輪廓2的調整(圖2)。另外，在該實例中，在調整之前，葉片根部4的外形3的輪廓2具有主突出邊緣6，該突出邊緣的內角a實質上是直角(即，等於90° )。換句話說，輪廓的限定在與其垂直的平面上的彎曲具有直角(圖3)。如圖1所示，本發明的工具機I包括如下裝置:夾緊裝置7，用於將葉片5夾緊到工具機I上，該夾緊裝置被安裝得可以繞縱軸L旋轉;探測裝置8 (下文稱之為探針)，用於探測被夾緊葉片5的根部的外形的預定輪廓2，以檢測該輪廓2的預先確定的起點0(見圖2);倒角裝置9，用於從檢測到的起點0開始對葉片根部4的輪廓2的主邊緣6進行倒角，以獲得兩個輔助的突出邊緣10，這兩個輔助的突出邊緣的相關內角P分別大於主邊緣6的內角a (圖4);刷洗裝置11，用於對倒角後獲得的輔助邊緣10進行刷洗，以對葉片根部4的外形的輪廓2進行微調；以及自動控制裝置12，用於對夾緊裝置7、探針8、倒角裝置9以及刷洗裝置11進行自動控制，夾緊裝置7、探針8、倒角裝置9以及刷洗裝置11分別通過連接線L1、L2、L3和L4連接至自動控制裝置12。如圖1所示，自動控制裝置包括人機界面13，合格的操作人員可以通過該人機界面配置用於調整葉片根部4的輪廓2的程序。這種存儲在自動控制裝置12的存儲器中的程序包括運動和/或動作指令序列。在配置調整程序的過程中，操作人員將倒角裝置9要遵循的軌跡特徵定義為葉片根部4的輪廓2的函數。軌跡的起點由探針在葉片根部4上檢測的預定起點0確定。而且，如圖1所示，夾緊裝置7包括矩形移動支撐15，該矩形移動支撐設計為繞縱軸L旋轉。該支撐15包括多個相同的形成在其上的凹槽16，這些凹槽用來在任何情況下容納ー個可移動的夾緊模塊21 (每個凹槽具有與夾緊模塊21互補的形狀)。例如，圖1示出了四個凹槽16，使得支撐15可以容納四個夾緊模塊21 (從而可以調整四個葉片5)。另外，如圖6、7A和7B所示，每個被設計為牢固夾持葉片5的夾緊模塊21包括兩個補充的殼體22和23，這兩個殼體分別用來壓在葉片5的承壓面和吸氣面，以抓緊葉片5的機翼5A。在下文中，殼體22和23(起夾持臂的作用)分別被稱為承壓面殼體和吸氣面殼體。殼體22和23通過鉸鏈24彼此鉸接在一起，使得夾緊模塊21可以打開，以容納葉片5，反過來，使夾緊模塊21關閉並夾住葉片5。一旦葉片處於正確的位置上，安裝在承壓面殼體22上用來旋入吸氣面殼體23上的相應孔26的緊固螺釘25使得可以結合承壓面殼體22和吸氣面殼體23的自由端22k和23A。從而，葉片可以被夾緊模塊21夾緊。承壓面殼體22具有三個從它的內表面22B突出的凸緣27A (還被稱為接觸構件)，這些凸緣用來壓在葉片5的承壓面。同樣，吸氣面殼體23具有三個從它的內表面23B突出的凸緣27A，這些凸緣用來壓在葉片5的吸氣面。換句話說，夾緊模塊21具有六個內部凸緣27A，這些凸緣形成了六個小的接觸面與葉片5接觸，從而減小了葉片材料再結晶的風險。應當注意的是，內部凸緣27A中的至少ー些凸緣的端部的形狀可以確定為與葉片5的相應表面(承壓面或吸氣面表面)完全匹配。在該實例中，凸緣27A被安裝得可以從殼體22和23中移除，以便可以調整這些凸緣或者可以用其他類型的適於其他形狀葉片的凸緣來替換這些凸緣。換句話說，在這種情況下，通過簡單地調整和/或替換內部凸緣，夾緊模塊21可以適應各種葉片形狀。另外，吸氣面殼體23具有外部凸緣27B，外部凸緣27B從吸氣面殼體23的ー個外表面上突出，葉片5的根部4支撐在該外部凸緣上。通過夾緊模塊21，待調整的葉片根部4的外形3的輪廓2突出地放置，從而，對於下文所述的調整過程的目的而言是可被接觸到的。另外，夾緊模塊21具有兩個分被形成在殼體22和23的壁上的去除部分28。每個去除部分28可以容納鎖定片29的自由端，鎖定片29安裝得在其另ー個端部可以繞移動支撐15的凹槽16的邊緣中的一個邊緣樞轉。從而，待調整的葉片5事先被固定在夾緊模塊21上，並被正確定位。然後，夾緊模塊21容納在支撐15的一個凹槽16中，相應的鎖定片29已經被清除。為了將夾緊模塊21固定在支撐15上，使鎖定片29進入模塊21的相應的去除部分28中。而且，在圖1的實例中，探針8具有安裝在移動塊8B上的探頭8A。探針8的移動塊8B被設計為沿三個相互垂直的軸線X、Y、Z移動。軸線X和軸線Y的方向定義了移動塊8B的水平移動面，而軸線Z的方向定義了移動塊8B的垂直移動面。有利地，支撐15的旋轉縱軸L被布置得垂直於軸線Z。當然，軸線X、Y、Z和L的其他配置也是可以想像到的。探針8使得可以通過將倒角裝置9重新定位在為每個待調整的葉片根部4預先定義的起點0上來校準調整程序，這反過來使得可以考量不同葉片根部上的尺寸偏差。另外，在該實例中，倒角裝置9採用了鉸刀9A (例如硬質合金銑削刀頭)，鉸刀9A的頂錐角9等於90°。鉸刀9A安裝在移動塊9B上，類似於探針8的安裝，使得鉸刀9A還可以沿三個軸線X、Y、Z移動。在倒角步驟之前，由自動控制裝置12自動控制的鉸刀9A有利地定位在預定的起點0，垂直於待調整的葉片根部4的外形3。從而，如圖4所示，倒角產生了輔助邊緣10，相關的內角P是相同的，等於135°。而且，產生的倒角18的深度在調整程序的配置過程中預先確定，倒角的深度對應於主邊緣6的頂點和斜邊邊緣19之間的垂直於斜邊的距離。如圖4和圖5所示，不管所產生的倒角18的深度P的深度如何，根據本發明的倒角在與該倒角垂直的平面所限定的輪廓2的彎曲上在產生了直的倒角線20，該倒角線20的長度比倒角18的深度P大。然後，刷洗輔助邊緣10使得可以縮短倒角線20。另外，刷洗裝置20包括圓形旋轉刷11A，圓形旋轉刷IlA具有彎曲刷毛，圓形旋轉刷由垂直於彎曲刷毛總體方向的縱向驅動軸IIB驅動旋轉。另外，在圖1的實例中，驅動軸IlB基本上平行與軸線Z。由刷子IlA和驅動軸IlB所形成的組件安裝在移動塊IlC上，該安裝類似於探針8的安裝，使得刷子可以沿軸線X、Y、Z移動。在所述的實例中，可以沿軸線X、Y、Z移動的刷洗裝置11和安裝得繞縱軸L移動的夾緊裝置7的組合使得可以精確地調整刷子IlA相對於輔助邊緣10的相對位置，以保持刷子IlA的彎曲刷毛的旋轉面基本上平行於每個輔助邊緣10的當前被刷洗的部分。實際上，通過旋轉移動支撐15，可以調整待刷洗的外形3的輪廓2相對於刷子IlA的旋轉面的傾斜。從而，根據本發明的工具機有利地只具有四個軸的運動(X、Y、Z、L)，使得可以極大地簡化工具機的設計和生產。而且，如圖3所示，一旦執行了倒角步驟和刷洗步驟，縮短了倒角線20，外形3的輪廓2在垂直於所述輪廓2上的彎曲具有實質上的修圓形狀。通過本發明，在葉片根部4的外形3的輪廓2上所獲得的倒角18是一致的，輔助邊緣10在整個輪廓2上以基本上相同的方式被鈍化。而且，工具機I可以在多個葉片根部上同樣地重複上述倒角和刷洗過程，以獲得具有彼此實質上相似的已調整輪廓的葉片根部。從而，安裝高壓渦輪機的過程變得容易，同時，由於降低了這些部件出現故障的危險，改善了所述渦輪機的可靠性。另外，本發明意味著，只需要對待調整的葉片根部進行一次這些處理(相對於人エ執行的調整過程)，這使得可以減少調整所需要的時間。另外，應當注意到，根據上文所述的刷洗過程，不需要執行倒角處理，本發明的工具機I同樣可以用於刷洗葉片根部的ー個或多個部分。
權利要求
1.一種用於調整渦輪機葉片根部(4)的預定輪廓的方法，所述預定輪廓包括由確定的內角(a)限定的主突出邊緣出)，所述方法的特徵在於，執行以下連續步驟: A、對所述輪廓(2)的主邊緣進行倒角，以獲得兩個輔助的突出邊緣(10)，所述輔助的突出邊緣的相關內角(￠)分別大於主邊緣(6)的內角(a); B，對所獲得的輔助邊緣(10)進行鈍化，以對所述葉片根部(4)的輪廓(2)進行微調。
2.根據權利要求1所述的方法，其特徵在幹，步驟A和步驟B是自動執行的。
3.根據權利要求1或2所述的方法，其特徵在於，待調整的葉片根部(4)實現被夾緊到裝置(7，15，16，21)，這些裝置被安裝得繞軸線(L)旋轉。
4.根據權利要求3所述的方法，其中，在執行步驟A之前，檢測所述葉片根部(4)的預定輪廓(2)，以確定在所述輪廓(2)上開始步驟A的倒角過程的預定起點(O)。
5.根據權利要求1至4中的任何一項權利要求所述的方法，其中，在執行步驟A之後所獲得的輔助邊緣(10)各自的相關內角(￠)是相同的。
6.根據權利要求1至5中的任何一項權利要求所述的方法，其中，通過用具有彎曲刷毛的圓形旋轉刷(IlA)刷洗所述輔助邊緣(10)來執行步驟B，所述圓形旋轉刷由縱軸(IlB)驅動旋轉，所述縱軸一方面大致垂直於所述彎曲刷毛的總體方向，另ー方面垂直於每個輔助邊緣(10)的當前被刷洗的部分。
7.一種用於調整渦輪機葉片根部(4)的預定輪廓(2)的工具機，所述預定輪廓包括由確定的內角(a)限定的主突出邊緣(6)，所述工具機的特徵在於其包括: 用於對所述輪廓(2)的主邊緣(6)進行倒角的倒角裝置(9)，以獲得兩個輔助的突出邊緣(10)，所述兩個輔助的突出邊緣的相關內角(￠)分別大於主邊緣(6)的內角(a)； 用於對所獲得的輔助邊緣進行鈍化的鈍化裝置(11)，以對所述葉片根部(4)的輪廓(2)進行微調；以及 用於對所述倒角裝置(9)和鈍化裝置(11)進行自動控制的自動控制裝置(12)。
8.根據權利要求7所述的工具機，其特徵在於包括裝置(7，15，16，21)，這些裝置被安裝得繞軸線(L)旋轉，待調整的所述葉片根部(4)被夾緊到這些裝置，這些裝置包括至少ー個可拆卸的適於夾緊待調整的葉片根部(4)的夾緊模塊(21)。
9.根據權利要求8所述的工具機，其特徵在於，所述夾緊模塊(21)包括設計為按壓待調整的葉片根部(4)的接觸構件(27A，27B)。
全文摘要
本發明申請涉及一種用於調整渦輪機葉片根部(4)的預定輪廓的方法，所述葉片根部包括由確定的內角限定的主突出邊緣。根據本發明，執行以下連續步驟A)對所述輪廓的主邊緣進行倒角，以獲得兩個輔助的突出邊緣，所述輔助的突出邊緣的相關內角分別大於主邊緣的內角；B)對所獲得的輔助邊緣進行鈍化，以對所述葉片根部(4)的輪廓進行微調。
文檔編號B24B9/04GK103118836SQ201180044167
公開日2013年5月22日 申請日期2011年9月15日 優先權日2010年9月15日
發明者奧利維耶·都普, 克裡斯蒂安·德弗洛科特, 託馬斯·馬奎恩, 帕斯卡爾·保羅 申請人:斯奈克瑪