WO2010084941A1 - ファンブレードの前縁強化部材の製造方法 - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for manufacturing a member for reinforcing a leading edge of a fan blade applied to a fan of a jet engine.
- the jet engine includes a fan assembly, a high-pressure compressor, a combustor, a turbine, and other assemblies in order from the previous stage.
- the outside air introduced by the fan assembly is compressed by a high-pressure compressor, introduced into a combustor, mixed with fuel, and used for combustion.
- the high-pressure hot gas stream generated by the combustor is introduced into the turbine to extract energy.
- the fan assembly directly sucks outside air, the fan assembly is exposed to strong impact caused by collision of foreign matter in the outside air.
- the front edge of the fan blade is required to have high impact resistance.
- One solution to this local impact resistance requirement would be to add a high impact resistance reinforcement, for example limited to the front edge of the fan blade.
- the surface of the fan blade needs a non-simple three-dimensional curved surface, and the surface of the leading edge reinforcing member needs to conform to this.
- many materials having high impact resistance are difficult to process, and even cold working is often difficult.
- How to perform 3D curved surface processing is a technical problem.
- the thickness required in consideration of impact resistance is different between the frontmost edge portion and the peripheral edge portion.
- Japanese Patent Application Publication No. 2005-256838 discloses a method for manufacturing a leading edge portion of a fan blade using superplastic forming technology.
- diffusion bonding is applied instead of cold bending when forming an envelope structure used for superplastic forming, overcoming the problem of machining complicated shapes such as the front edge of a fan blade. ing.
- the present inventor has intensively investigated the process of breakage due to long-term use of molded products produced by processes including diffusion bonding. As a result, it has been found that cracks or fractures along a specific surface often occur, and it has been estimated that such a surface originates from the diffusion bonding surface. Diffusion bonding is sensitive to the cleanliness of the surface before bonding, and after the diffusion bonding is performed, it is confirmed that there is no defect by inspection such as ultrasonic flaw detection. However, as a result of the inventor's investigation, it has been found that there is a concern that damage may occur due to the diffusion bonding surface due to the detection limit of such inspection or after long-term use even if there is no defect. is there.
- the diffusion bonding surface is positioned at the foremost edge that is most exposed to impact among the leading edge reinforcing members. There is a concern from the viewpoint of improving safety.
- the present invention has been made in view of the above-described problems, and a method for manufacturing a member for reinforcing the leading edge of a fan blade without leaving a diffusion bonding surface in a final product while performing superplastic forming. I will provide a.
- the plate member having the first side surface and the second side surface is directed from the first side surface to the second side surface.
- the edge of the slit is sealed while leaving an opening, and the plate material is pressurized with gas through the opening in a mold to perform superplastic forming And cutting out the portion including the sealed edge.
- the plate material consists essentially of a Ti-based superplastic material.
- the superplastic forming step includes heating to 750 to 950 ° C.
- the sealing step is performed by any one selected from the group consisting of welding, brazing, pressure welding, and pressure bonding to the mold.
- it further includes a step of imparting a plate thickness distribution to the plate member.
- a front edge member of a fan blade is provided, and the front edge member is manufactured by any one of the methods described above.
- a fan blade applied to a fan of a jet engine is provided, and the fan blade includes the leading edge member.
- FIG. 1 is a diagram for sequentially explaining each process before superplastic forming in the manufacturing method according to the first embodiment of the present invention.
- FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining a superplastic forming step in the manufacturing method according to the embodiment.
- FIG. 3 is a cross-sectional view of the plate material after superplastic forming and after cutting.
- FIG. 4 is a perspective view of the leading edge reinforcing member.
- FIG. 5 is a perspective view of the fan blade and the leading edge reinforcing member.
- FIG. 6 is a diagram for explaining the manufacturing method according to the second embodiment of the present invention in order, following the respective steps before superplastic forming.
- FIG. 7 is a cross-sectional view illustrating a superplastic forming process by the manufacturing method according to the third embodiment of the present invention.
- the fan blade 1 has a leading edge 4 and a trailing edge 6 extending radially outward from the root 2, and smoothly connects the leading edge 4 and the trailing edge 6.
- a positive pressure surface 8 and a negative pressure surface 10 are provided.
- the leading edge 4 is a part most exposed to the impact caused by the collision of foreign matter in the air, and a leading edge reinforcing member 40 is added to protect and strengthen the part.
- the manufacturing method of the leading edge reinforcing member 40 according to the first embodiment is as follows. Referring to FIG. 1A, first, a flat plate member 12 having an arbitrary outline such as a rectangle is prepared. Any material can be applied to the material of the plate material 12 as long as it has impact resistance and exhibits superplasticity by appropriate heating. An example of such a material is a Ti-based superplastic material.
- Ti-based superplastic materials include Ti-6Al-4V alloy, Ti-5Al-2.5Sn alloy, Ti-8Al-1Mo-1V alloy, Ti-8Mn alloy, Ti-7Al-4Mo alloy and Ti-4.5Al. -3V-2Fe-2Mo alloy and the like.
- the outer periphery of the plate 12 is processed so as to have an appropriate contour.
- a known method such as punching with a press, machining or water jet processing can be applied.
- the processed plate material 14 is subjected to slit processing shown in FIG.
- the slit S is cut from one side surface of the plate member 14 toward the other side surface so as not to reach the other side surface, that is, the other side surface remains connected.
- the thickness between the bottom of the slit S and the surface of the other side surface is reflected in the thickness of the front edge of the front edge reinforcing member 40 after superplastic forming. That is, the thickness of the front edge portion of the front edge reinforcing member 40 can be adjusted by appropriately adjusting the thickness.
- the slit processing is performed by a machining center using a known tool such as a side cutter or an end mill. In the case of a simple shape, a wire cut can be used.
- the plate material 16 having the slits S is preferably subjected to a forming process that gives a plate thickness distribution as shown in FIG. Such a plate thickness distribution is given so that a target cross-sectional profile is realized after superplastic forming in a subsequent process.
- the optimum thickness distribution is determined by a combination of computer simulation and experiment.
- the slit processing may be performed after the thickness distribution. By finishing the processes in these steps, the plate material 18 having the slits S is obtained.
- the edge of the slit S is sealed with the welding material W, leaving an opening for introducing superplastic forming gas.
- the opening appears slightly in front of the right hand, but the opening may be any place convenient for introducing a gas G for superplastic forming described later.
- the seal is preferably by TIG welding, for example.
- the material of the plate material is the Ti-6Al-4V alloy described above, YTAB 640 is preferable as the welding material, and argon gas is preferable as the shielding gas.
- a step of narrowing the gap of the slit S by fixing with a jig or pressing may be applied.
- sealing may be performed by brazing, pressure welding, or the like. By this process, the plate member 20 having an envelope structure with an opening is obtained.
- the plate 20 is further bent and twisted. This step may be performed at any stage after the slit processing. Or you may perform bending and a twist process simultaneously with the below-mentioned superplastic forming.
- Superplastic forming is performed using a mold 22 shown in FIG.
- the mold 22 includes an appropriate heater capable of realizing a temperature necessary for superplastic forming.
- the mold 22 has a cavity 24 that approximates the geometric shape required for the leading edge member, and the plate member 20 having an envelope structure is accommodated in the cavity 24.
- the plate member 20 is heated to an appropriate temperature by a heater or a combination of heating by the gas G.
- the temperature is in the range of 750 to 950 ° C. in the case of a Ti-based superplastic alloy, but is appropriately determined according to the material of the plate material 20. For example, when the material is a Ti-6Al-4V alloy, about 900 ° C. is preferable in consideration of a temperature range in which superplasticity is exhibited.
- a lower temperature of 750 to 800 ° C. is preferable. While maintaining the appropriate temperature, the inside is pressurized with gas G through the opening of the plate member 20, and superplastic forming is performed.
- the plate material 20 is formed into a hollow structure 26 as shown in FIG. 3A, for example, by superplastic forming.
- an appropriate portion including the sealed edge is cut out as shown in FIG. 3B to obtain a final product shape, whereby the leading edge reinforcing member 40 having the geometric shape shown in FIG. 4 is obtained.
- the finishing process for the leading edge reinforcing member 40 may be performed at this stage, or after being attached to the fan blade.
- the plate material 42 is subjected to slit processing while maintaining an original shape such as a rectangle, so that a plate material 44 having a slit S ′ is obtained.
- the plate member 46 with or without plate thickness distribution is made into a plate member 48 sealed with the welding material W ′ by performing welding on the edge of the slit S ′.
- the plate material 48 is subjected to a bending process to become a plate material 50 having an appropriate contour.
- the leading edge reinforcing member 40 is obtained by superplastic forming, cutting, and finishing.
- a plate material 18 'having a slit and not sealed by welding or the like is prepared as shown in FIG.
- the edge of the slit of the plate 18 ′ is pressed against the mold 54 by the mold 52 having a gas path.
- a seal is formed by pressure bonding C between the mold 54 and the edge of the slit of the plate 18 '.
- the portion of the crimp C may be provided with sealing means such as a gasket or an O-ring.
- the plate material 18 ′ is heated to an appropriate temperature by a heater or combined with heating by the gas G, the inside of the plate material 18 ′ is pressurized by the gas G, and superplastic forming is performed.
- the foremost edge is a portion derived from the other side surface that remains connected in the slit processing step. That is, the foremost edge is a part that has not undergone a process such as bonding, and does not include discontinuity of the material such as the bonding surface. Therefore, there is no concern about safety caused by including the joint surface. Furthermore, since an appropriate cross-sectional profile can be provided, the leading edge reinforcing member 40 can have better impact resistance. Further, as shown in FIG. 3B, since the appropriate portion including the sealed edge is cut off, the leading edge reinforcing member 40 is manufactured so that the joint surface is not included even if other parts are referred to. can do. For this reason, the time-consuming inspection such as ultrasonic flaw detection can be omitted.
- a method for manufacturing a member for reinforcing the leading edge of a fan blade there is provided a method for manufacturing a three-dimensional curved surface by superplastic forming so that no diffusion bonding surface remains in the final product.
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Abstract
超塑性成形によりながら、接合面を最終製品に残さないようにする。 第1の側面と第2の側面を有する板材を、前記第1の側面から前記第2の側面に向けて、前記第2の側面に達しないスリットを形成するべく、切り込み、開口を残して前記スリットの縁をシールし、金型中において前記開口を経由してガスにより前記スリットを有する前記板材の内部を加圧して超塑性成形し、前記シールされた前記縁を含む部分を切り取る。
Description
本発明は、ジェットエンジンのファンに適用されるファンブレードの前縁を強化するための部材を製造する方法に関する。
ジェットエンジンは、一例として、前段より順に、ファンアセンブリ、高圧コンプレッサ、燃焼器、タービンおよびその他のアセンブリを備える。ファンアセンブリにより導入された外気は高圧コンプレッサにより圧縮されて燃焼器に導入され、燃料と混合されて燃焼に利用される。燃焼器により発生された高圧の高温ガス流は、タービンに導入されて、エネルギが抜き出される。
ファンアセンブリは外気を直接に吸引するものであるので、外気中の異物が衝突することによる強い衝撃に曝される。特にファンブレードの前縁部は、高い耐衝撃性が要求される。かかる局所的な耐衝撃性への要求への解答の一は、例えば、ファンブレードの前縁部に限定して、高い耐衝撃性を有する強化部材を付加することであろう。
一方、ファンブレードは、良好な空気力学的特性を実現するために、その表面は単純でない3次元曲面を必要とし、前縁強化部材の表面もこれに適合する必要がある。しかし高い耐衝撃性を有する素材の多くは難加工性であり、かつ冷間加工すら困難な場合が多い。いかにして3次元曲面加工を行うかが技術的な課題である。さらにかかる強化部材において、最も前縁の部位と、周縁部とでは、耐衝撃性に鑑みて要求される厚さが異なる。必要な厚さ分布に応じた断面プロファイルを、如何にして最終形状に付与するかという点でも、技術的課題が存する。
すなわち、高い耐衝撃性と3次元曲面加工との両立は、それ自体が困難な技術的課題である。
日本国特許出願公開2005-256838号公報は、超塑性成形技術を利用したファンブレードの前縁部の製造方法を開示する。かかる技術においては、超塑性成形に供されるエンベロープ構造を形成するにあたり、冷間曲げの代わりに拡散接合を適用しており、ファンブレードの前縁部のごとき複雑形状の加工の問題を克服している。
本発明者は、拡散接合を含む工程により製造された成形品について、長期間の使用による破損の過程について鋭意調査した。その結果、しばしば特定の面に沿ったクラックないし破断が生ずることを見出し、かかる面が拡散接合面に由来することを推定した。拡散接合は、接合前の表面の清浄度に敏感であって、拡散接合の実施の後には、超音波探傷等の検査によって欠陥が無いことが確認される。しかしながらかかる検査の検出限界に起因してか、あるいは欠陥が無くとも長期間の使用の後には、拡散接合面に起因する破損が生ずる懸念があることが、発明者の調査により見出されたのである。
翻って上述のJP2005-256838号が開示する技術によれば、拡散接合面は、前縁強化部材の中でも衝撃に最も曝される最前縁に位置せしめられる。安全性の向上の観点からは問題が懸念される。
本発明は、上述の課題に鑑みて為されたものであって、超塑性成形によりながら、最終製品に拡散接合面を残さずに、ファンブレードの前縁を強化するための部材を製造する方法を提供する。
本発明の第1の局面によれば、ファンブレードの前縁部材の製造方法は、第1の側面と第2の側面を有する板材を、前記第1の側面から前記第2の側面に向けて、前記第2の側面に達しないスリットを形成するべく、切り込み、開口を残して前記スリットの縁をシールし、金型中において前記開口を経由してガスにより前記板材を加圧して超塑性成形し、前記シールされた前記縁を含む部分を切り取る工程を含む。
好ましくは、前記板材はTi系超塑性材料より本質的になる。また好ましくは、前記超塑性成形する工程は、750乃至950℃に加熱することを含む。あるいは好ましくは、前記シールする工程は、溶接、ろう付け、圧接、前記金型への圧着よりなる群より選択された何れかによる。さらにあるいは好ましくは、前記板材に板厚分布を付与する工程をさらに含む。
本発明の第2の局面によれば、ファンブレードの前縁部材が提供され、前記前縁部材は前記何れかの方法によって製造される。
本発明の第3の局面によれば、ジェットエンジンのファンに適用されるファンブレードが提供され、前記ファンブレードは前記前縁部材を備える。
本発明の実施形態を添付の図面を参照して以下に説明する。
図5を参照するに、ファンブレード1は、ルート2から径の外方向に延長された前縁4と後縁6とを有し、前縁4と後縁6との間を滑らかに連結する正圧面8および負圧面10とを備える。ファンブレード1が回転することにより、空気は前縁4から後縁6の側に向かって送り出される。前縁4は空気中の異物が衝突することによる衝撃に最も曝されている箇所であって、かかる部位を保護し強化するべく、前縁強化部材40が付加される。
第1の実施形態による前縁強化部材40の製造方法は、次の通りである。図1(a)を参照するに、まず矩形など任意の輪郭の平板な板材12を準備する。板材12の素材には、耐衝撃性を有し、適宜の加熱により超塑性を発現する素材であれば、何れも適用しうる。そのような素材としてはTi系超塑性材料が例示できる。Ti系超塑性材料としては、Ti-6Al-4V合金、Ti-5Al-2.5Sn合金、Ti-8Al-1Mo-1V合金、Ti-8Mn合金、Ti-7Al-4Mo合金およびTi-4.5Al-3V-2Fe-2Mo合金等が例示できる。
図1(b)を参照するに、板材12の外周を適宜の輪郭にするべく加工する。加工は、プレスによる打ち抜き、機械加工やウォータージェット加工などの公知の方法を適用しうる。
加工された板材14は、図1(c)に示すスリット加工に供される。板材14の一方の側面から他方の側面に向けて、他方の側面には達しないように、即ち他方の側面が連結されたままとなるように、スリットSを切り込む。スリットSの底部と他方の側面の表面との間の厚さは、超塑性成形後の前縁強化部材40の前縁部の厚さに反映される。すなわち、かかる厚さを適宜調整することにより、前縁強化部材40の前縁部の厚さを調整することができる。スリット加工は、サイドカッターやエンドミル等の公知の工具を用いてマシニングセンタにより行われる。単純な形状の場合には、ワイヤーカットを利用しうる。
スリットSを有する板材16は、好ましくは図1(d)に示すような板厚分布を付与する成形加工に供される。かかる板厚分布は、目標とする断面プロファイルが後工程の超塑性成形後に実現されるよう、与えられるものである。最適な板厚分布は、計算機シミュレーションおよび実験を組み合わせて決定される。スリット加工は、あるいは板厚分布の付与の後でもよい。これらの各工程による処理を終えることにより、スリットSを有する板材18が得られる。
次いで図1(e)を参照するに、スリットSの縁を、超塑性成形のガスを導入するための開口を残して、溶接材Wによってシールする。図1(e)において開口は右手のやや手前に現われているが、開口は後述の超塑性成形のためのガスGを導入するために都合のよい何れの場所であってもよい。シールは例えばTIG溶接によるのが好適である。板材の素材が上述のTi-6Al-4V合金である場合は、溶接材としてはYTAB640、シールドガスとしてはアルゴンガスが好適である。TIG溶接と組み合わせて、治具による固定やプレスによって、スリットSのギャップを狭くする工程を適用してもよい。またTIG溶接に代わり、ろう付け、圧接などによってシールしてもよい。かかる工程により、開口を有したエンベロープ構造を有する板材20が得られる。
必要に応じて、板材20にはさらに曲げや捻り加工を実施する。この工程は、スリット加工の後の何れの段階で行ってもよい。あるいは曲げや捻り加工は、後述の超塑性成形と同時に行ってもよい。
超塑性成形は、図2に示す金型22を利用して実施される。金型22は超塑性成形に必要な温度を実現しうる適宜のヒータを備える。金型22は、前縁部材に要求される幾何的形状に近似したキャビティ24を有しており、エンベロープ構造の板材20は、キャビティ24内に収納される。ヒータにより、あるいはガスGによる加熱も組み合わせて、板材20を適宜の温度に加熱する。その温度は、Ti系超塑性合金では750乃至950℃の範囲の何れかであるが、板材20の素材に応じて適宜に決められる。例えば素材がTi-6Al-4V合金の場合、超塑性を発現する温度域を考慮して、900℃程度が好適である。またTi-4.5Al-3V-2Fe-2Mo合金等ではより低く750乃至800℃が好適である。かかる適宜の温度に保持したまま、板材20の開口を経由してガスGによりその内部を加圧し、超塑性成形を実施する。
板材20は超塑性成形されることにより、例えば図3(a)のような中空の構造体26となる。構造体26において、シールされた縁を含む適宜の部分を図3(b)のように切り取り、最終製品形状とすることにより、図4に示す幾何的形状を有する前縁強化部材40が得られる。前縁強化部材40に対する仕上げ加工は、この段階で行ってもよいし、ファンブレードに取り付けた後に行ってもよい。
上述の工程は、種々の変形が可能である。例えば図6に示すように、板材42を矩形などの原形のままスリット加工に供してスリットS’を有する板材44とする。板厚分布の付与された、あるいは付与無しの、板材46は、スリットS’の縁に対する溶接の実施によって、溶接材W’によってシールされた板材48とされる。この状態で板材48は曲げ加工を受けて、適宜の輪郭を有する板材50となる。後は上述と同様に、超塑性成形、切断、および仕上げ加工によって、前縁強化部材40が得られる。
さらには、次のような変形も可能である。図1(d)に示されているのと同様な、スリットを有し、溶接等によるシールの施されていない板材18’を用意する。板材18’のスリットの縁は、ガスの経路を有する金型52によって、金型54に対して押し付けられる。金型54と板材18’のスリットの縁との間の圧着Cによって、シールを構成する。ガスの漏れを防止するべく、圧着Cの部分はガスケットやOリングなどのシール手段を備えていてもよい。しかる後に、ヒータにより、あるいはガスGによる加熱も組み合わせて、板材18’を適宜の温度に加熱し、ガスGにより板材18’の内部を加圧し、超塑性成形を実施する。
前縁強化部材40において最前縁は、スリット加工の工程において連結されたまま残された他方の側面に由来する部位である。すなわち、最前縁は、接合等の工程を経ていない部位であって、接合面のような材質の不連続性を含んでいない。従って接合面を含むことに起因して安全性への懸念が生ずることはない。さらに適宜の断面プロファイルを付与しうるので、前縁強化部材40はより良好な耐衝撃性を有しうる。また図3(b)に示される通り、シールされた縁を含む適宜の部分が切り取られているので、他の部位を参照しても接合面が含まれないように前縁強化部材40を製造することができる。このため、超音波探傷等の手間のかかる検査を省略することができる。
好適な実施形態により本発明を説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上記開示内容に基づき、当該技術分野の通常の技術を有する者が、実施形態の修正ないし変形により本発明を実施することが可能である。
ファンブレードの前縁を強化するための部材を製造する方法において、超塑性成形によって3次元曲面を実現しつつ、最終製品に拡散接合面が残らないよう製造する方法が提供される。
Claims (7)
- ファンブレードの前縁部材の製造方法であって、
第1の側面と第2の側面を有する板材を、前記第1の側面から前記第2の側面に向けて、前記第2の側面に達しないスリットを形成するべく、切り込み、
開口を残して前記スリットの縁をシールし、
金型中において前記開口を経由してガスにより前記板材を加圧して超塑性成形し、
前記シールされた前記縁を含む部分を切り取る、
工程よりなる製造方法。 - 前記板材はTi系超塑性材料より本質的になる、請求項1に記載の製造方法。
- 前記超塑性成形する工程は、750乃至950℃に加熱することを含む、請求項1に記載の製造方法。
- 前記シールする工程は、溶接、ろう付け、圧接、前記金型への圧着よりなる群より選択された何れかによる、請求項1に記載の製造方法。
- 前記板材に板厚分布を付与する工程をさらに含む、請求項1に記載の製造方法。
- 請求項1に記載の方法によって製造されたファンブレードの前縁部材。
- 請求項6に記載の前縁部材を備えた、ジェットエンジンのファンに適用されるファンブレード。
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Cited By (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2581146A1 (en) * | 2011-10-14 | 2013-04-17 | Bell Helicopter Textron Inc. | System and method of manufacturing a structure |
JP2013527359A (ja) * | 2009-12-23 | 2013-06-27 | スネクマ | タービンエンジンブレード用の金属補強材の製造方法 |
CN104723043A (zh) * | 2015-04-14 | 2015-06-24 | 青岛鸿森重工股份有限公司 | 一种风扇支撑板制作工艺流程 |
JP2015520033A (ja) * | 2012-04-19 | 2015-07-16 | スネクマ | 複合物でできた前縁を保護するためのインサートを備えた金属補強材を形成するための方法 |
US10934851B2 (en) | 2015-12-21 | 2021-03-02 | Safran Aircraft Engines | Leading edge shield |
CN114952523A (zh) * | 2021-02-26 | 2022-08-30 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 航空发动机的叶片的加工方法和加工装置 |
Families Citing this family (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB0904571D0 (en) * | 2009-03-18 | 2009-08-12 | Rolls Royce Plc | A method of manufacturing a component comprising an internal structure |
GB0904572D0 (en) * | 2009-03-18 | 2009-04-29 | Rolls Royce Plc | A method of forming an internal structure in a hollow component |
GB201001000D0 (en) * | 2010-01-22 | 2010-03-10 | Rolls Royce Plc | Method of forming a hollow component with an internal structure |
FR2957545B1 (fr) * | 2010-03-19 | 2012-07-27 | Snecma | Procede de realisation d'un insert metallique pour la protection d'un bord d'attaque en materiau composite |
US20120021243A1 (en) * | 2010-07-23 | 2012-01-26 | General Electric Company | Components with bonded edges |
FR2970668B1 (fr) * | 2011-01-24 | 2013-01-18 | Snecma | Procede de realisation d'un renfort metallique |
FR2994115B1 (fr) * | 2012-08-02 | 2015-02-20 | Aircelle Sa | Ensemble d'outillage pour la fabrication d'une piece metallique de revolution et procede de fabrication d'une telle piece |
FR3090437B1 (fr) | 2018-12-21 | 2021-02-26 | Mecachrome | Renfort métallique d’aube de turbomachine et procédé correspondant |
CN115041932B (zh) * | 2022-06-28 | 2024-03-15 | 山东省章丘鼓风机股份有限公司 | 一种离心通风机三元流叶轮叶片的加工方法 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5067266A (ja) * | 1973-10-20 | 1975-06-05 | ||
JPS57191496A (en) * | 1981-05-21 | 1982-11-25 | Hitachi Ltd | Impeller for use in fan and manufacture thereof |
JPH04157141A (ja) * | 1990-10-18 | 1992-05-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 超塑性成形法 |
JPH08134625A (ja) * | 1994-11-11 | 1996-05-28 | Nkk Corp | チタン薄板の成形方法 |
JPH1147859A (ja) * | 1997-07-25 | 1999-02-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | アルミ合金パネルの製造方法 |
JP2005256828A (ja) | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Nishigaki Kogyo Kk | エアコンプレッサ |
JP2005256838A (ja) | 2004-03-08 | 2005-09-22 | Snecma Moteurs | ファンブレードのための強化前縁部または後縁部を製造するための方法 |
-
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Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5067266A (ja) * | 1973-10-20 | 1975-06-05 | ||
JPS57191496A (en) * | 1981-05-21 | 1982-11-25 | Hitachi Ltd | Impeller for use in fan and manufacture thereof |
JPH04157141A (ja) * | 1990-10-18 | 1992-05-29 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | 超塑性成形法 |
JPH08134625A (ja) * | 1994-11-11 | 1996-05-28 | Nkk Corp | チタン薄板の成形方法 |
JPH1147859A (ja) * | 1997-07-25 | 1999-02-23 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | アルミ合金パネルの製造方法 |
JP2005256838A (ja) | 2004-03-08 | 2005-09-22 | Snecma Moteurs | ファンブレードのための強化前縁部または後縁部を製造するための方法 |
JP2005256828A (ja) | 2004-03-10 | 2005-09-22 | Nishigaki Kogyo Kk | エアコンプレッサ |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
See also references of EP2392422A4 |
Cited By (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013527359A (ja) * | 2009-12-23 | 2013-06-27 | スネクマ | タービンエンジンブレード用の金属補強材の製造方法 |
EP2581146A1 (en) * | 2011-10-14 | 2013-04-17 | Bell Helicopter Textron Inc. | System and method of manufacturing a structure |
US9162276B2 (en) | 2011-10-14 | 2015-10-20 | Bell Helicopter Textron Inc. | System and method of manufacturing a structure |
JP2015520033A (ja) * | 2012-04-19 | 2015-07-16 | スネクマ | 複合物でできた前縁を保護するためのインサートを備えた金属補強材を形成するための方法 |
US9963971B2 (en) | 2012-04-19 | 2018-05-08 | Snecma | Method for creating a metal reinforcement with insert for protecting a leading edge made of composite |
CN104723043A (zh) * | 2015-04-14 | 2015-06-24 | 青岛鸿森重工股份有限公司 | 一种风扇支撑板制作工艺流程 |
US10934851B2 (en) | 2015-12-21 | 2021-03-02 | Safran Aircraft Engines | Leading edge shield |
CN114952523A (zh) * | 2021-02-26 | 2022-08-30 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 航空发动机的叶片的加工方法和加工装置 |
CN114952523B (zh) * | 2021-02-26 | 2023-12-05 | 中国航发商用航空发动机有限责任公司 | 航空发动机的叶片的加工方法和加工装置 |
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