一种轻质叶片的制作方法

1.本实用新型涉及发动机领域，具体涉及内燃机涡轮增压器技术。


背景技术：

2.相对于传统的自然吸气式发动机，集成涡轮增压技术的发动机在不改变排气量的情况下可以提高输出功率和扭矩，降低油耗，被认为是经济有效的“节能减排”方法。涡轮增压器叶片在服役过程中承受由离心力引起的低周疲劳和由振动载荷引起的高周疲劳。目前，增压器寿命和可靠性设计通常采用加大安全系数的方式来考虑高低周疲劳交互作用所引起的损伤。虽然选取了相对保守的安全系数，然而由于疲劳引起的涡轮增压器的失效案例比例仍高达49％。低周疲劳所引起的翅片损伤、断裂部位一般为翅片与轮毂的交接部位，高周疲劳所引起的风险区域一般在翅片上。
3.由此可见，如何在不影响高负荷性能的前提下，降低叶片(涡轮增压器翅片)重量，从而整体降低涡轮系统的重量，将是高负荷涡轮系统设计中最为关键的技术之一。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种轻质叶片，以解决上述至少一个技术问题。
5.本实用新型所解决的技术问题可以采用以下技术方案来实现：
6.一种轻质叶片，包括用于扰动气流的翅片部分和承载翅片部分的轮毂，翅片根部固定在所述轮毂，且翅片部分与轮毂为一体成型结构，其特征在于：
7.所述翅片部分与轮毂为钛铝合金一体成型结构；
8.所述翅片部分从宽度方向上，分为厚度较低的翅片前缘，和厚度相对较厚的翅片后缘，以及厚度最厚的翅片中部；
9.所述翅片部分，在所述翅片中部与所述翅片前缘之间的位置，内置有至少一个前部空腔；
10.所述前部空腔为截面为三角形的条状空腔，所述前部空腔的深度自翅片部分的顶端，至少到翅片根部；
11.所述前部空腔为截面为三角形，三角形的一个角朝向所述翅片前缘，与所述角相对的边靠近翅片后缘。
12.上述设计中，通过在翅片部分中设置截面为三角形的条状空腔。通过前部空腔设置，可以有效降低翅片部分重量，进而降低翅片的整体重量。整体重量的降低，有利于稳定性的提高，并提升发动机整体性能。
13.本专利中，之所以将前部空腔的截面设置为三角形，而非圆形，是因为考虑到材料受热问题，以及物理应力问题。
14.如果截面设置成圆形，则会造成圆形周围的材料厚度，在各处均差异很大。在高温受热时，各处的膨胀比例存在较大差异，因此长期工作中，因为内部膨胀比例不同，造成内部微裂纹，影响牢固性和金属的抗疲劳性能。
15.本专利中，顺应翅片部分的，一侧薄一侧厚的结构特性，设置成顺应结构的三角形截面，使截面周围的材料厚度大致为处处相当，避免了在高温受热时，各处的膨胀比例存在较大差异。保证了长期使用的物理性能。
16.另外，采用三角形结构，相对于采用其他结构的截面，具有更好的应力特性。在同等质量和外界条件下，具有更好的刚性。
17.因为物理性能得到保证，在相对于传统翅片相当的性能的要求下，本专利的一种轻质叶片还有更多的降低重量的空间。
18.所述前部空腔为截面为三角形的条状空腔，所述前部空腔的深度自翅片部分的顶端，直到翅片根部，并进入所述轮毂大于1cm；且所述条状空腔自上而下直至翅片根部的各处截面相同。
19.进一步，使所述轮毂至少深至1cm处，与所述翅片部分，具有相当的热力学特性和金属物理特性。
20.虽然减少了所述轮毂的金属含量，降低了重量，但却反而提高了物理性能。大大降低了翅片根部产生裂缝，甚至断裂的风险。
21.所述翅片部分，在所述翅片中部与所述翅片后缘之间的位置，内置有至少一个后部空腔；
22.所述后部空腔为截面为三角形的条状空腔，所述后部空腔的深度自翅片部分的顶端，至少到翅片根部；
23.所述后部空腔为截面为三角形，三角形的一个角朝向所述翅片后缘，与所述角相对的边靠近翅片前缘。
24.同设置第二个条状空腔，即后部空腔，进一步降低重量，并且保证物理应力特性和热力学特性。
25.所述后部空腔为截面为三角形的条状空腔，所述后部空腔的深度自翅片部分的顶端，直到翅片根部，并进入所述轮毂大于1cm，与所述前部空腔的深度一致；且所述条状空腔自上而下直至翅片根部的各处截面相同。
26.以保证物理应力特性和热力学特性。
27.所述前部空腔和后部空腔，均在所述翅片部分的顶端设有开口，在所述翅片部分的顶端设置有联通所述前部空腔和后部空腔的沟道；
28.所述前部空腔的开口和后部空腔的开口，用钛铝合金材料封闭，但保持所述沟道联通；
29.所述后部空腔，在所述翅片部分的背面设置有至少一个透气孔。
30.通过上述设计，使两个空腔联通，保证内压均衡，并且可以相互通过内部气体传递热量，保证温度尽量一致。保证热力性能。
31.为了便于加工空腔结构，在顶端设有开口，又将联通所述前部空腔和后部空腔的沟道设置在开口处，使加工更加方便。
32.在加工完成后将两个开口封闭。避免造成扰流。提升空气学性能。
33.另外，又设置了位于所述翅片部分背部，且位于翅片中部靠近翅片后缘处的至少一个透气孔。使两个空腔内的气压能够保证内外平衡。
34.又因为透气孔的设置位置，使透气孔处避免了所述翅片部分主动对气流造成的压
力。因此透气孔处在调整内外气压时，气流平缓。避免了对开口处的金属损伤，也降低了气流扰流。
附图说明
35.图1为涡轮增压器部分结构示意图；
36.图2为本实用新型的透气孔处截面示意图。
具体实施方式
37.为了使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体图示进一步阐述本实用新型。
38.参照图1，一种轻质叶片，包括用于扰动气流的翅片部分a和承载翅片部分a的轮毂b，翅片根部固定在轮毂b，且翅片部分a与轮毂b为一体成型结构，翅片部分a与轮毂b为钛铝合金一体成型结构；翅片部分a从宽度方向上，分为厚度较低的翅片前缘a1，和厚度相对较厚的翅片后缘a2，以及厚度最厚的翅片中部a3；翅片部分a，在翅片中部a3与翅片前缘a1之间的位置，内置有至少一个前部空腔a4；前部空腔a4为截面为三角形的条状空腔，前部空腔a4的深度自翅片部分a的顶端，至少到翅片根部；前部空腔a4为截面为三角形，三角形的一个角朝向翅片前缘a1，与角相对的边靠近翅片后缘a2。
39.上述设计中，通过在翅片部分a中设置截面为三角形的条状空腔。通过前部空腔a4设置，可以有效降低翅片部分a重量，进而降低翅片的整体重量。整体重量的降低，有利于稳定性的提高，并提升发动机整体性能。对于材料学而言，对于三角形角部，进行一些圆滑的消除剪切力的处理，是必要的和常规的。
40.本专利中，之所以将前部空腔a4的截面设置为三角形，而非圆形，是因为考虑到材料受热问题，以及物理应力问题。
41.如果截面设置成圆形，则会造成圆形周围的材料厚度，在各处均差异很大。在高温受热时，各处的膨胀比例存在较大差异，因此长期工作中，因为内部膨胀比例不同，造成内部微裂纹，影响牢固性和金属的抗疲劳性能。
42.本专利中，顺应翅片部分a的，一侧薄一侧厚的结构特性，设置成顺应结构的三角形截面，使截面周围的材料厚度大致为处处相当，避免了在高温受热时，各处的膨胀比例存在较大差异。保证了长期使用的物理性能。
43.另外，采用三角形结构，相对于采用其他结构的截面，具有更好的应力特性。在同等质量和外界条件下，具有更好的刚性。
44.因为物理性能得到保证，在相对于传统翅片相当的性能的要求下，本专利的一种轻质叶片还有更多的降低重量的空间。
45.前部空腔a4为截面为三角形的条状空腔，前部空腔a4的深度自翅片部分a的顶端，直到翅片根部，并进入轮毂b大于1cm；且条状空腔自上而下直至翅片根部的各处截面相同。
46.进一步，使轮毂b至少深至1cm处，与翅片部分a，具有相当的热力学特性和金属物理特性。
47.虽然减少了轮毂b的金属含量，降低了重量，但却反而提高了物理性能。大大降低了翅片根部产生裂缝，甚至断裂的风险。
48.翅片部分a，在翅片中部a3与翅片后缘a2之间的位置，内置有至少一个后部空腔a5；
49.后部空腔a5为截面为三角形的条状空腔，后部空腔a5的深度自翅片部分a的顶端，至少到翅片根部；后部空腔a5为截面为三角形，三角形的一个角朝向翅片后缘a2，与角相对的边靠近翅片前缘a1。
50.同设置第二个条状空腔，即后部空腔a5，进一步降低重量，并且保证物理应力特性和热力学特性。
51.后部空腔a5为截面为三角形的条状空腔，后部空腔a5的深度自翅片部分a的顶端，直到翅片根部，并进入轮毂b大于1cm，与前部空腔a4的深度一致；且条状空腔自上而下直至翅片根部的各处截面相同。以保证物理应力特性和热力学特性。
52.前部空腔a4和后部空腔a5，均在翅片部分a的顶端设有开口，在翅片部分a的顶端设置有联通前部空腔a4和后部空腔a5的沟道；前部空腔a4的开口和后部空腔a5的开口，用钛铝合金材料封闭，但保持沟道联通；后部空腔 a5，在翅片部分a的背面设置有至少一个透气孔a6。通过上述设计，使两个空腔联通，保证内压均衡，并且可以相互通过内部气体传递热量，保证温度尽量一致。保证热力性能。
53.为了便于加工空腔结构，在顶端设有开口，又将联通前部空腔a4和后部空腔a5的沟道设置在开口处，使加工更加方便。在加工完成后将两个开口封闭。避免造成扰流。提升空气学性能。
54.另外，又设置了位于翅片部分a背部，且位于翅片中部a3靠近翅片后缘 a2处的至少一个透气孔a6。使两个空腔内的气压能够保证内外平衡。
55.又因为透气孔a6的设置位置，使透气孔a6处避免了翅片部分a主动对气流造成的压力。因此透气孔a6处在调整内外气压时，气流平缓。避免了对开口处的金属损伤，也降低了气流扰流。
56.以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征以及本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。