用于涡轮风扇发动机油箱的增材制造方法与流程

本发明涉及箱体制造领域。更准确地说，本发明涉及分段进行箱体增材制造。

背景技术：

由于在所使用的增材制造机器中的打印室的尺寸，在生产箱体过程中使用增材制造会遇到困难。实际上，该打印室限制了依次硬化的各个不同的粉末层。特别是，打印室的深度和移动台板的路径限制了可在其中生产的箱体的高度。为了克服该局限，在现有技术中已知有关箱体是以节段实现的。

文献de102009034558a1公开了一种飞机燃料箱体。该箱体包括外部箱壳，所述箱壳被形成为管状节段和圆顶形式的节段。这些节段均由钛合金增材制造来生产。在通过增材制造生产之后，这些节段被彼此焊接。这种制造方法允许在使用铝合金的同时创造复杂的箱体形式。

技术实现要素：

技术问题

本发明的目的是要解决由现有技术提出的至少一个问题。更准确地说，本发明的目的是要通过增材制造减少生产箱体的成本。同样，本发明的目的是提出一种简单、耐用、重量轻、可靠、易于生产和易于检查的解决方案。

技术方案

本发明的目的是提供一种制造带有箱壳的至少一个箱体的方法，尤其是涡轮喷气发动机油箱，所述方法包括以下阶段：(a)针对每个箱体限定箱壳节段，其中，第一箱壳节段具有凹部且第二箱壳节段具有凸起；和(b)通过增材制造来生产箱壳节段；值得注意的是，所述生产阶段(b)包括通过在第一箱壳节段内的凹部中进行第二节段上的凸起的增材制造来进行所述生产。

根据具体实施例，该方法可以包括以下特征的一个或多个，可以单独使用或以任何技术上可行的组合来使用：

-在生产阶段(b)结束时，凹部围绕凸起或围绕其至少一部分。

-凹部形成杯状物，在生产阶段(b)结束时，凸起被设置在杯状物中。

-第二箱壳节段包括在生产阶段(b)结束时完全被容纳在凹部的厚度e，以与所述凸起齐平。

-在生产节段(b)结束时，凸起的表面大部分在凹部内。

-第一箱壳节段和第二箱壳节段的每一个都包括管状部分，所述管状部分在生产阶段(b)结束时，彼此嵌入。

-第一箱壳节段和第二箱壳节段的每一个都包括球形部分，所述球形部分在生产阶段(b)结束时，彼此嵌入。

-每个球形部分一般形成八分之一球体或四分之一球体或半球体。

-凹部基本上具有与凸起的形状相匹配的形状。

-在生产阶段(b)结束时，所述两个箱壳节段相对于其厚度彼此间隔开。

-在生产阶段(b)结束时，所述两个箱壳按厚度堆叠。

-每个箱壳节段在生产阶段(b)结束时具有长度，所述两个箱壳节段根据其长度彼此相对偏置。

-在生产阶段(b)结束时，第一箱壳节段包括朝向第二箱壳节段的相对侧突出的安装凸缘和/或第二箱壳节段包括从凹部突出的紧固件。

-在限定阶段(a)期间，至少三分之一箱壳节段被限定有凹部和凸起，在生产阶段(b)结束时，第三节段上的凸起穿过第二箱壳节段而被承装在第一箱壳节段的凹部中。

-从第一箱壳节段的角度来看，在生产阶段(b)结束时，第二箱壳节段可能为大部分或全部地遮盖第三箱壳节段。

-箱壳包括可由带有恒定厚度的金属板形成的部分，其被焊接到箱壳节段中的一个。

-增材制造是通过添加一些层来进行的制造，特别是通过基于粉末(例如钛或铬镍铁合金粉末)的层来进行的增材制造。

-在生产阶段(b)期间，增材制造在由固定侧壁限定的打印室内的增材制造机器中进行。

-该方法还包括在生产阶段(b)期间生产的箱壳节段的焊接阶段(c)。

-在生产阶段(b)结束时，箱壳节段为相同箱体或两个不同箱体的箱壳节段。

-凹面表面限定内部空间，在生产阶段(b)期间凸面表面被制造于内部空间内。

-在生产阶段(b)结束时，凸起紧贴地装配在凹部中；和/或凸起和凹部无接触。

-箱壳节段有相同的长度。

-第一箱壳节段与第二箱壳节段相同，第一箱壳节段特别地包括凸起且第二箱壳节段特别地包括凹部。

-球形部分有相同的平均半径。

-在某个取向，杯状物能够容纳液体。

-在生产阶段(b)结束时，在相同箱体的第一节段内的凹部中通过增材制造来生产第二节段中的凸起。

-打印室包括移动压台板(特别是下台板)和/或开放的上表面。

-在生产阶段(b)结束时，第一节段与第二节段结为成一体和/或它们被连接到同一支撑件，可以是牺牲支撑件(sacrificialsupport)。

-在第一节段中的凹部形成凹面表面，且在第二节段中的凸起形成凸面表面，在生产阶段(b)结束时凸面表面嵌入到凹面表面内。

-至少一个或更多或每个箱壳节段具有不同的厚度，且其最小厚度与其最大厚度的比率可以是1比2、或1比3、或1比4。

作为一般原则，本发明的每个目的的有利变体同样适用于本发明的其它目的。只要有可以，本发明的每一个目的都可以与其它目的组合。本发明的目的同样可以与描述的实施例组合，此外可以与其他的实施例组合。

附图说明

图1示出了根据本发明的涡轮喷气发动机。

图2示出了根据本发明的支撑箱体的涡轮喷气发动机的壳体。

图3示出了根据本发明的油箱的制造方法的图表。

图4示出了根据本发明的通过增材制造生产的一批壳体节段。

图5示出了经过根据本发明的图4中的一批壳体节段的轴线5-5的横截面。

具体实施方式

在以下描述中，使用的方针可符合正常的组装方针。箱体的内部涉及其主要存储空间，而其外部涉及其环境。

图1以简化的方式示出了轴流式涡轮风扇发动机。在这种具体情况下，它是双流(twin-flow)涡轮喷气发动机。涡轮喷气发动机2包括第一压缩级(换句话说是低压压缩机4)、第二压缩级(换句话说是高压压缩机6)、燃烧室8及一个或若干个涡轮级10。在操作期间，经由轴24传输给转子12的涡轮10的机械功率启动两个压缩机4和6的运动。所述压缩机包括与多排定子叶片关联的多排转子叶片。因此，转子围绕其旋转轴线14的旋转允许生成空气流且生成的空气流逐渐压缩到燃烧室8的入口。

通常称为风扇或鼓风机16的进风扇与转子12联接。进风扇产生空气流，空气流被分为穿过上面提到的涡轮风扇发动机的不同级的主气流18和穿过环形管道的次气流20。次气流20可以以对于飞机的飞行产生有用的反推力的方式加速。

转子12包括多个同心轴24，所述同心轴经由轴承26以旋转的方式铰接。轴承26和可选的行星减速齿轮组件22的冷却和/或润滑通过油路(可能是闭合回路)保障。该油路可以是涡轮喷气发动机2的特征。所述油路还可以包括在某些情况下用来冷却可能超过200℃甚至230℃的油的换热器28。这些温度通常增加了与弹性体接头和聚合物区域有关的腐蚀性油的侵蚀性。

在该情况下，箱体30的定位和取向是用图形表现的。实际上，该箱体30可以固定到涡轮喷气发动机2的壳体。例如，其可以附接到风扇壳体16、低压压缩机4的壳体或者高压压缩机6的壳体。这些安装往往会增加热应力，并直接将其暴露于涡轮喷气发动机的振动，特别是在风扇损失的情况下。在操作中，箱体30部分地填充有空气/油与诸如磨料金属颗粒这样的杂质的混合物。

图2示出了油箱30固定到涡轮喷气发动机的支撑壳体32上。在该情况下，也可以是低压压缩机的壳体32。涡轮风扇发动机可以与图1中的相符。

为了增加其有用体积，尽管在涡轮喷气发动机中具有较小的空间，但是箱体30基本上被延长和弯曲，从而使其与支撑壳体32的外部曲率紧密地配合。这种紧凑性允许在两个靠近配置的管状壁之间插入。

在正常组装方向上，箱体30可以呈现具有下端36和上端38的箱壳34。这些端部(36、38)可被焊缝40或经由箱壳的中间部分42附接。每个焊缝40可以围绕箱体的大致纵轴线形成闭环。箱壳34(真正的外皮(realskin))限定了形成储油容量的主要存储空间(未示出)。该空间为要被填充的内部空间。用于描述主要空间的术语“主要”的含义应被理解为它涉及箱体30的最大容置量(receptacle)。

就在支撑壳体32上进行组装而言，箱体30具有相对于箱壳34突出的安装部分44，例如朝向壳体32。该安装部分44可包括一个或至少两个凸缘46。凸缘46可被附接到箱壳34的加厚区域，形成被加强且间隔开的基部。关于其部分，所述上端38可具有固定臂48，例如经由枢轴臂50附接到壳体32。

箱体30可包括其他几件设备。例如，它可包括进口和出口(未示出)。插塞(plug)52可置于上端38处。水平检视窗54可朝向上端38形成。除气器、气孔和/或油分离器(未示出)可以与箱体30组合。

箱体30有利地通过增材制造至少部分地生产。其箱壳34可以完全以该方式生产。中间部分42通过增材制造生产或借助轧制金属板材来生产。箱壳34的厚度可在2mm到0.5mm、或1.5mm到1mm之间变化。

此外，安装凸缘46可与箱壳34成一体。可选地，箱体30在外侧具体带状物56。所述带状物56连接凸缘46且形成定位于箱壳34上的厚度容限(thicknessallowance)。

图3是至少一个箱体的生产方法的示意图，例如油箱，恰如相对于前面的图示出的。

该方法可以包括以下阶段，可以按照下列顺序实现：

(α)考虑到操作压力和至少10年或15年或25年的使用寿命，设计(步骤100)涡轮风扇发动机油箱；

(a)限定(步骤102)箱体的不同箱壳节段，它的第一部分具有凹部且其第二部分具有凸起；

(b)在带有固定节段打印室(printingchamber)的机器中通过增材制造生产(步骤104)箱壳节段；

(c)将一个节段焊接(步骤106)到另一个节段；及

(d)对箱体进行终加工(步骤108)，包括箱壳的喷砂和处理。

根据本发明，(α)设计(步骤100)、(c)焊接(步骤106)和(d)终加工(步骤108)阶段仍然是完全可选的。

(α)设计(步骤100)和(a)限定(步骤102)阶段可同时进行。

不同箱壳节段的(a)限定(步骤102)阶段涉及对箱壳进行几何切割。所述箱壳则几乎被分离。这些节段的接合允许箱壳被完全形成。例如，箱壳被分为两个到十个节段、或分为四个到八个节段、或分为五个到九个节段，可以用于限制焊缝。这些节段可以是角节段和/或纵向节段。该(a)限定(步骤102)阶段可在电脑辅助设计软件的帮助下进行。箱壳的同一端可以被切成多个节段，例如分成两个或四个节段。

(b)可以通过用电子束或激光束来扫描粉末床(powderbed)从而进行生产(步骤104)阶段的制造。(b)生产(步骤104)阶段在增材制造机器的移动台板(platen)上的空穴(pocket)中进行，在空穴中粉末床被更新，然后在凝固之前预先压实。在该(b)生产(步骤104)阶段期间，例如粉末可以预先加热到700℃。原料粉末的粒度可以为20μm。它可以是局部熔融或烧结的金属粉末。

(c)焊接(步骤108)阶段允许例如用纵向接缝或圆形接缝使得节段相互附接。

图4示出了图3中方法的生产阶段(b)的结果，可能是中间结果。其显示了在所使用的机器的同一增材制造过程中生产的一批壳体节段58。例如通过节段中心，节段58以剖面示出。这些节段可以是同一箱体或多个箱体的节段。这些箱体可代表相同型号或不同型号的箱体。

该批次可以形成一组，其尺寸优化了制造空穴的占用，以提高生产率。在该组中，节段58可嵌入到另一个节段。它们形成箱壳部分(fraction)。这些节段58具有凹面和凸面，即凹部60和凸起62。每个凹部60和每个凸起62可以在相应节段的整个长度上延伸。可选地，段或节段边缘可以被认为是凸起。为了优化增材制造机器的使用，在(b)生产阶段，凸起以凹陷的形式(recessedform)生产。凸起62可以紧贴地装配在与它们接合的凹部60中。它们的相对的面通常可以配合。为了进一步优化制造，多个节段可以穿过同一凹面。换句话说，同一凹部60可以容纳(至少部分地)多个凸起62，这些凸起本身是互锁的。凸起62的表面的至少10％或20％或50％被包含在一个或多个凹部60中。

凸缘46和加强件64可以朝向该组节段的外部制造。带有附接开口47的凸缘46可以从凹面突出，即从凸起62突出。同样，加强件64可以从在其节段58中的凹部60突出，但是其也可同样到达一个或者至少两个相邻的凹部60。

在增材制造期间，节段58可以在与成品箱体中将具有的位置和取向不同的各自位置和取向上彼此附接。因此，这些节段58彼此分离，以便在其预定的各自取向进行焊接。

节段58可以是角节段。例如，它们可以形成球体的半球体、六分之一球体，在这种情况下是八分之一球体。此外，它们可以形成具有所述立方体的角的立方体的第八模具。它们也可以包括突起，例如管状部分70，例如半管或成角度的管部分，或甚至边缘轮廓。在(b)生产阶段期间，管状部分70是以一个在另一个中的方式生产的，就像一个保持在一个中的球形部分那样。

每个节段66具有遵循其主要长度的总体方向。总体方向可以是一个节段的一些轮廓(可以是水平轮廓)的重心的平均线，和/或平行于轴线5-5的那些。在生产阶段(b)期间，这些部分可能会在总体方向上交错。特别地，它们可以遵循总体方向而彼此超越。

这些节段根据其厚度形成堆叠。它们可以在其长度的大部分或其基本整个长度上保持大致恒定的间隔。随着纵向截面可观察到这种情况，即根据节段58的长度，或者随着总体方向也可观察到这种情况。

可以使用设备或部分设备来生产节段66。它们可以形成入口、出口、窗口、气孔、除气器、分油器、入口过滤器。

图5示出了经过该批次的箱壳节段58的截面。该节段遵循图4中所示的轴线5-5。在该方法中，四个节段58可以遵循焊接阶段(c)形成闭环或圆形。

不同的节段58根据其厚度看起来是一个堆叠在另一个的顶部上。凸形凸起62与面向它们的凹形凹部60接合，并且一些凸起与由被隔节段58遮住了的另一个凹部60接合。根据堆叠，顶部节段58中的凸起62与堆叠的箱壳节段58中的两个凹部60接合。特别地，例如在其中间的厚度e被完全地容纳在至少一个或至少两个凹部60内。

凹部60限定杯状物，其特别地形成盆状物。如本图所示，杯状物为平坦的且顶部开放。它们各自具有一边缘，该边缘形成相对于它们的底部升高的环。取决于其取向，它们能够容纳液体。假设这些杯状物被填充液体，则在(b)制造阶段结束时将面向该杯状物的节段放置在相应的位置将导致液体溢出。