[发明专利]冷却涡轮翼型的适应性加工

说明书

本发明提供了一种用于加工通过铸造工艺生产的涡轮叶片或旋叶的翼型部分(12)的方法。翼型部分(12)具有限定翼型内部的外壁(18)，该翼型内部具有一个或多个内部冷却通道(28)。该方法涉及：接收与翼型部分(12)有关的设计数据，包括标称外部翼型形状(40N)和标称壁厚(TN)数据；通过确定目标外部翼型形状(40T)来生成加工路径，该目标外部翼型形状(40T)是通过配合该标称外部翼型形状(40N)而生成的，使得在随后加工的翼型部分中围绕一个或多个内部冷却通道(28)的外壁上的所有点处保持标称壁厚(TN)；以及根据所产生的加工路径加工通过铸造工艺产生的翼型部分(12)的外表面(18a)，来去除多余材料以符合所产生的目标外部翼型形状(40T)。

相关申请的交叉引用

本申请要求2017年1月13日提交的美国临时申请No.62/445,956的优先权，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明总体上涉及制造涡轮翼型，并且具体地涉及对具有内部冷却通道的铸型涡轮翼型进行适应性加工的工艺。

背景技术

燃气涡轮翼型通常通过铸造、特别是熔模铸造来生产。冷却的涡轮翼型包括一个或多个内部冷却通道，这些内部冷却通道在熔模铸造工艺期间使用型芯成型。熔模铸造工艺限制了翼型的关键特征，例如外部壁厚、后缘厚度和形状等。例如，如图1示意性所示，在铸造工艺期间，例如由于金属零件的差异凝固/收缩，型芯可经受形变和/或位移(由虚线示出)。图1所示的实例示出了在前缘冷却通道LE和后缘冷却通道TE的情况下以扭转或旋转的形式的型芯形变，以及在中弦冷却通道MC的情况下以型芯位移的形式。型芯的形变可以导致冷却通道的形状和/或位置的变化，这可使铸型涡轮翼型的外壁的壁厚偏离铸造涡轮翼型的标称或目标壁厚。

诸如上述的铸造限制在一定程度上与部件的尺寸和重量相关。新一代的燃气涡轮发动机倾向于具有增大尺寸的涡轮翼型以实现更高的负载。由于这种工艺限制，通过熔模铸造生产所需的具有薄翼型的翼型几何形状可能是具有挑战性的。迄今为止，具有给定翼型尺寸和形状的这种铸造限制已经限制了可用的设计选择。

发明内容

简言之，本发明的各方面提供了用于适应性加工翼型的技术，该技术可以克服某些铸造工艺限制，特别是涉及型芯形变和/或位移的限制。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于加工通过铸造工艺生产的涡轮叶片或旋叶的翼型部分的方法。翼型部分具有限定翼型内部的外壁，翼型内部具有一个或多个内部冷却通道。该方法包括接收关于翼型部分的设计数据，包括标称外部翼型形状和标称壁厚数据。该方法还包括通过确定目标外部翼型形状来产生加工路径。通过调整标称外部翼型形状来产生目标外部翼型形状，使得在随后加工的翼型部分中的围绕一个或多个内部冷却通道的外壁上的所有点处保持标称壁厚。然后，该方法包括根据所产生的加工路径加工由铸造工艺产生的翼型部分的外表面，以去除多余材料以符合所产生的目标外部翼型形状。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于生成加工路径数据的CAD模块，该加工路径数据用于适应性地加工由铸造工艺生产的涡轮叶片或旋叶的翼型部分。该翼型部分包括限定翼型内部的外壁，翼型内部具有一个或多个内部冷却通道。该CAD模块被配置用于接收关于翼型部分的设计数据，包括标称外部翼型形状和标称壁厚数据。该CAD模块进一步被配置用于通过确定目标外部翼型形状来生成加工路径数据。该CAD模块被配置用于通过适配该标称外部翼型形状来产生目标外部翼型形状，使得在随后加工的翼型部分中的围绕一个或多个内部冷却通道的外壁上的所有点处保持标称壁厚。加工路径数据限定了用于加工通过铸造工艺产生的翼型部分的外表面的信息，以去除多余材料以符合所产生的目标外部翼型形状。

附图说明

借助于附图更详细地示出了本发明。附图示出了优选的结构，并不限制本发明的范围。

图1是用于制造涡轮翼型的熔模铸造工艺中的型芯形变或位移的示意图；

图2是包括翼型部分的铸造涡轮叶片的透视图，其中，可以实现本发明的方面；