DE60312246T2

DE60312246T2 - Verfahren zum Formen von Lufteintrittslippen-Sektoren und Vorrichtung zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE60312246T2
Application number: DE60312246T
Authority: DE
Inventors: Lucien Chevalier
Original assignee: Airbus Operations SAS
Current assignee: Airbus Operations SAS
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2007-11-08
Anticipated expiration: 2023-03-18
Also published as: CA2421117C; EP1348532A9; DE60312246D1; US20030178529A1; ATE355915T1; FR2837409B1; FR2837409A1; CA2421117A1; EP1348532B1; EP1348532A1; US6866223B2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft das Herstellen von Lufteintrittslippen von Gondeln, die das Antriebsaggregat insbesondere eines Strahltriebwerks von Flugzeugen enthalten.
Die Gondeln weisen eine Lufteingangshaube auf, die an der Vorderseite durch eine Lippe verlängert wird, die im Querschnitt die Form eines nach hinten geöffneten U hat.
Diese Lufteintrittslippe stellt das Teilen der Luft zwischen dem Teil sicher, der in den Windkanal eintritt, und dem Teil, der um die Gondel abfließt.
Sie hat eine ringförmige Form und besteht aus mehreren Sektoren oder Segmenten, die durch Laschenverband aneinander gefügt sind.
Mehrere Techniken werden für die Herstellung solcher Sektoren angewandt.
Man kann zum Beispiel das herkömmliche Kaltstanzen mit Hilfe einer Matrix, eines Stempels und Niederhalters verwenden, das anhand einer bestimmten Anzahl von Durchgängen das Formen in der Matrix einer geeigneten Metallplatine erlaubt, allgemein eine Legierung auf Aluminiumbasis.
Diese gut bekannte und verbreitete Technik weist den Nachteil auf, dass zahlreiche Durchgänge mit Wärmebehandlungen dazwischen herangezogen werden und zu einem erheblichen Dickenverlust der Platine im Laufe des Stanzens führen.
Das Stanzen mit Hilfe einer Form kann ebenfalls verwendet werden. Es besteht darin, eine zu verformende Form aufzublasen und um einen Formstempel ein gespanntes Blech zu wickeln, wobei der Vorgang in mehreren Durchgängen mit Zwischenwärmebehandlungen abläuft.
Im Vergleich zum vorhergehenden Stanzen ist die Anzahl der Durchgänge jedoch verringert und ebenso der Stärkenverlust des Blechs.
Die endgültige Form wird jedoch aufgrund einer starken elastischen Rückstellung nicht erworben und erfordert daher ein Unterspannungsetzen des Teils auf einem weiteren Werkzeug. Die dabei angewandten Werkzeuge sind kostspielig.
Gemäß einer weiteren möglichen Technik, dem Treiben, arbeitet man mit Hilfe von Werkzeugträgern mit Zylinder, um den Unrund der Form der Lippe zu begleiten. Wenn das Werkzeug hier auch einfach und kostengünstig ist und eine gute Beherrschung der Stärken erlaubt, ist man auf das Herstellen von Lufteingängen beschränkt, deren Platine in einem Blech enthalten sein kann. Ferner bewirkt diese Technik einen starken Rückgang der Verstemmbeständigkeit, was viel Überwachung und weitgehende Wartung beim Betrieb bedingt.
Das Formen mit Warmmembran kann ebenfalls in Betracht gezogen werden. Das zu formende Blech wird auf einem Formstempel abgelegt und unter dem Druck eines Blechs mit so genannter SPF-Eigenschaft („Super Plastic Forming") gezwungen, die Form dieses Letzteren anzunehmen.
Ein einziger Durchgang ist erforderlich, aber mehrere Nachteile erscheinen in Zusammenhang mit der willkürlichen Beherrschung der Form nach der Wärmebehandlung und dem eventuell erforderlichen Heranziehen eines modellierten Werkzeugs sowie mit der ungewissen Wiederholbarkeit des Prozesses.
Man könnte schließlich das so genannte „Super Plastic Forming"-Formen heranziehen, das darin besteht, ein Blech aus SPF-Werkstoff, das auf Temperatur gebracht wurde, dazu zu zwingen, sich an einen Formstempel zu schmiegen, aber der Hauptnachteil besteht darin, dass kein bekanntes Leichtmetall mit SPF-Eigenschaften die erforderlichen Merkmale für das Herstellen einer Lufteintrittslippe aufweist.
Die Erfindung hat die Aufgabe, diesen verschiedenen Nachteilen der bekannten Technik abzuhelfen, indem sie eine neue Formtechnik für Lufteintrittslippen-Sektoren vorschlägt, die gleichzeitig einfach, schnell umzusetzen, kostenreduziert ist und homogene Teile mit sehr gutem Halten ergibt.
Dazu hat die Erfindung ein Formverfahren von Lufteintrittslippen-Sektoren von Flugzeuggondeln mit U-förmigem Querschnitt gemäß Anspruch 1 zur Aufgabe.
Das Krümmen des rohrförmigen Profils am Mundstück wird durch Beherrschung unterschiedlicher Abteufungen in dem Werkstoffkanal des Mundstücks sichergestellt, wobei das Beibehalten der Krümmung nach dem Mundstück entweder durch eine stationäre Führungsvorrichtung, die auf den gewünschten Radius gebogen ist, oder durch einen Ausgang des Profils auf einer drehbaren Platte, die mit einer Form ausgestattet ist, sichergestellt wird.
Ein derartiges Verfahren weist zahlreiche und substantielle Vorteile auf.
Zuerst werden die physikalischen Merkmale des erhaltenen Teils durch den bevorzugten Faserverlauf des zu verformenden bzw. strangzupressenden Materials parallel zur Achse des Lippensektors verbessert.
Ferner steuert das Formgeben in einem einzigen Durchgang mit einer homogenen Dehnung, die beherrscht und auf der ganzen Oberfläche des Teils im wesentlichen konstant ist, Folgendes bei:

– eine Zähigkeitsfestigkeit und eine Festigkeit gegen das Ausbreiten von Rissen, die begünstigt sind,
– eine konstante Stärke des Werkstücks nach dem Formen,
– ein erleichtertes chemisches Bearbeiten (keine Strukturungleichheit im Werkstoff),
– die Homogenität der Körnung des Werkstoffs garantiert ein konstantes ästhetisches Aussehen auf der ganzen Oberfläche des Werkstücks nach der anodischen Schwefeloxidation, während alle Formtechniken ausgehend von einem Blech dem entgegen gesetzt Spannungsungleichheiten verursachen, die nach der Oberflächenbehandlung Unterschiede im Aussehen aufzeigen.

Schließlich erlaubt die Einschränkung der Phasenanzahl zum Erzielen des Werkstücks eine starke Verringerung der Kosten der Werkstücke.
Die Erfindung hat auch eine Vorrichtung zum Umsetzen des oben genannten Verfahrens zur Aufgabe.
Weitere Merkmale und Vorteile ergeben sich aus der folgenden Beschreibung einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, die allein beispielhaft und unter Bezugnahme auf anliegende Zeichnungen gegeben wird, in welchen:
1 eine schematische perspektivische Ansicht eines Flugzeugstrahltriebwerks ist,
2 eine axiale Schnittansicht der Lufteintrittslippe des Triebwerks der 1 ist,
3 eine schematische perspektivische Ansicht eines Extrusions-Strangpresskopfs beim Pressen eines rohrförmigen Profils gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren ist,
4 eine Draufsicht einer stationären Krümmungsvorrichtung des Profils am Mundstück ist,
5 eine Endansicht entlang des Pfeils V der Vorrichtung der 4 ist,
6 eine Draufsicht einer Krümmungsvorrichtung des gepressten Profils am Mundstück bestehend aus einer drehbaren Formplatte ist,
7 eine Endansicht entlang des Pfeils VII der Vorrichtung der 6 ist,
8 eine perspektivische Ansicht eines Krümmungsprofils, das aus dem Strangpressen hervorgeht, ist,
9 eine schematische Ansicht einer Form-Kalibriermatrix des Krümmungsprofils ist, und
10 eine teilweise Schnittansicht eines Endes der Matrix der 9 ist.
In 1 wurde ein Turboluftstrahltriebwerk eines Flugzeugs dargestellt, das eine Gondel 1 aufweist, die koaxial das eigentliche Triebwerk bzw. den Motor umgibt und zum Beispiel an einem Flügel (nicht dargestellt) des Luftfahrzeugs mittels eines Masts befestigt ist, der allgemein das Bezugszeichen 2 trägt.
Die Gondel 1 hat einen ringförmigen Querschnitt und definiert zwischen sich und dem zentralen Teil des Motors einen ringförmigen Kanal 3, Windkanal genannt. Mit 4 wurde in der Figur die Nase in Spitzkegelform des Windkanals angetrieben von dem Triebwerk, das am Eingang des Kanals angeordnet ist, dargestellt.
Der vordere Teil der Gondel definiert eine Lufteingangshaube 5, die die Aufgabe hat, das aerodynamische Fließen der Luft einerseits zu dem Windkanal 3 und andererseits zum Äußeren der Gondel 1 sicherzustellen.
Wie man in 2, die ein axialer teilweiser Schnitt der Haube 5 ist, sieht, verlängert sich Letztere nach vorn durch eine Lufteintrittslippe 6, die im Querschnitt die Form eines nach hinten geöffneten U aufweist. Diese Lippe stellt das Teilen der Luft zwischen dem Teil 7, der in den Windkanal eintritt, und dem Teil, der um die Gondel fließt, sicher.
Die Rückseite der Lippe 6 ist mit einer Innenwand 8 geschlossen.
Wie in den 1 und 2 veranschaulicht, besteht die Lippe 6 im Allgemeinen aus vier Sektoren oder Segmenten, wie zum Beispiel dem Sektor 6a, die durch Laschenverband aneinander gefügt sind, um einen kompletten Ring zu bilden.
Die Erfindung zielt darauf ab, einen Lippensektor wie den Sektor 6a herzustellen.
Dazu und erfindungsgemäß wird ausgehend von einem zylindrischen Rohling, der in 11 in 3 dargestellt ist, aus geeignetem Werkstoff, im vorliegenden Fall eine spezifische Aluminiumlegierung, durch Strangpressen ein rohrförmiges gekrümmtes Profil erstellt, das in 12 in 3 schematisch dargestellt ist.
Die verwendete Extrusions-Strangpressvorrichtung ist herkömmlich und ist sehr schematisch in 3 durch einen Behälter 13, in den der von einem Druckstempel 14 gepresste Rohling 11 eingefügt ist, und einem Mundstück 15, das an die Ausgangsseite des Behälters 13 angefügt ist, veranschaulicht.
Das Strangpressen erfolgt mit Hilfe eines Mundstücks 15 mit Kern, warm, insbesondere durch Vorheizen des Rohlings 11 auf Glühtemperatur des Werkstoffs, die im konkreten Fall zwischen 400 und 450°C (Richtwert) liegt.
Das Strangpressprodukt 12 ist röhrenförmig, wobei sein Querschnitt in 8 dargestellt ist. Dieser Querschnitt weist einen Teil S1 in Form eines umgekehrten U in 8 auf, der dem zu erhaltenden Teil entspricht, sowie eine Abdeckung S2 zum Verbinden der Enden E1, E2 der Schenkel des U.
Das Mundstück 15 ist so konzipiert, dass der Querschnitt des Profils 12, der konstant ist, eine in der Größenordnung von 2 bis 3 % etwas kleinere Abwicklung bzw. Evolute aufweist als die Abwicklung des kleinsten Querschnitts des zu erhaltenden Lippensektors, wobei eine Lufteingangslippe natürlich nie ein torisches Element mit konstantem Querschnitt oder konstantem Krümmungsradius ist. Daher entspricht der dem Profil 12 am Mundstück verliehene Krümmungsradius im Wesentlichen dem mittleren Krümmungsradius des zu erhaltenden Lippensektors.
Die dem Profil 12 verliehene Krümmung wird um eine im Wesentlichen zu der allgemeinen Ebene der Abdeckung S2 orthogonale Achse ausgeführt, das heißt der Ebene, die die Enden E1, E2 der Sektionen des Profils 12 enthält.
Die Krümmung des stranggepressten Produkts wird zum Beispiel einfach durch Einstellen der Abteufungen in dem Werkstoffkanal des Mundstücks 15 erzielt, das heißt, indem dem Werkstoff ein Durchgangsquerschnitt in dem Mundstück geboten wird, der auf einem Schenkel des U des Querschnitts größer ist als auf dem anderen, so dass sich das stranggepresste Produkt auf der engeren Seite des Mundstücks verzieht.
Dieses Verziehen wird dann von einer Krümmungsvorrichtung des Produkts 12 kanalisiert.
Die 4 und 5 veranschaulichen eine Vorrichtung, die dieses Ergebnis verwirklichen kann und aus einer einfachen stationären Führungsrinne 16 besteht, die am Mundstück 15 installiert und entsprechend gebogen ist.
Die Länge der Rinne 16 hängt von der der zu erzielenden Sektoren ab, und ist im vorliegenden Fall etwas größer als ein Viertel des Umfangs.
Die 6 und 7 veranschaulichen eine weitere Vorrichtung, die es erlaubt, das gleiche Ergebnis zu erhalten, und die aus einer Platte 17 besteht, die drehend um eine senkrechte Achse 18 installiert ist und eine gebogene Führungsrinne 19 trägt. Die Rinne 19 hat eine Krümmung, die der entspricht, die dem Strangpressprodukt 12 zu verleihen ist, und weist im vorliegenden Fall eine leicht größere Länge als ein Umfangsviertel auf.
Ferner ist die Rinne 19 so gewölbt, dass sie sich an das Produkt 12 auf einer seiner Flanken, wie in 7 veranschaulicht, schmiegt, um dem Produkt die gewünschte Krümmung durch Drehen um die Achse 18 zu verleihen.
In 20 ist symbolhaft eine Zange dargestellt, die fest mit einem der Enden der Rinne 19 verbunden ist und das Vorderende des Produkts 12 beim Austreten des Mundstücks 15 erfassen und an Ort und Stelle halten kann. In 17' ist schematisch die Endposition der drehbaren Platte 17 dargestellt, die einer gebogenen Produktlänge 12 eines Umfangviertels entspricht.
Auf den 4 bis 7 wurden die Abschneidmittel des Strangpressprodukts 12 zum Erhalten von Sektoren mit einem Umfangsviertel wie dem der 8 nicht dargestellt.
Bei einem zweiten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Sektor 12 der 8 in einer gebogenen Form- und Kalibriermatrix aus zwei Teilen, dargestellt in 9, platziert.
Die Matrix weist einen Teil M1 auf, der einen Stempel 21 aufweist, der den Teil S1 der Sektion des Profils 12 der 8 aufnimmt.
Der Stempel 21 der Matrix M1 ist durch eine Matrix M2 geschlossen, die einen Stempel 22 enthält, der dem Querschnitt S2 des Profils 12 entspricht, wobei sich die Enden E1, E2 der Schenkel des U des Querschnitts des Profils 2 im Wesentlichen auf der Höhe der Fügeebene 23 der zwei Teile der Matrix, M1, M2, befinden.
Wie in 9 sichtbar, die das Profil 12 in der Matrix vor dem Senden eines Hydraulikfluids unter Druck P in den Innenraum des Profils angebracht zeigt, existiert ein Abstand zwischen der Außenwand des Profils 12 und dem Stempel 21, 22. Die Aufgabe des Fluids unter Druck P, der zum Beispiel in der Größenordnung von 400 bis 500 bar liegt, besteht darin, die Wand des Profils 12 gegen den Stempel zu drücken.
Das insbesondere von dem Stempel 21 definierte Volumen entspricht dem Außenvolumen des zu erhaltenden Lippensektors erhöht um die elastische Rückstellung des expandierten Werkstoffs des Profils 12.
10 stellt eines der Enden der Matrix dar, die auf ihren zwei Enden offen ist und eine Verschlussvorrichtung aufnimmt, die aus einem Stopfenflansch 24 besteht, der abnehmbar in 25 an den zwei Teilen der Matrix M1, M2 befestigt wird.
Jedes Ende des Profils 12 wird gegen die Innenwand der Matrix M1, M2 mit Hilfe einer ringförmigen Dichtung 26 gedrückt gehalten, die von einem Fluid unter entsprechendem Druck, das in eine ringförmige Hohlkehle 27 von einer Kanalisation 28 zugeführt wird, gedrückt wird, während der Druck P im Innenraum des Profils 12 von einem Hydraulikfluid angelegt wird, das durch eine Kanalisation 29 und eine Bohrung 30, die einen der Flansche 24 durchquert, zugeführt wird.
Am Ausgang der Matrix wird das Profil 12, das die Form des gewünschten Lippensektors angenommen hat, gleichzeitig an den zwei Enden und im rechten Winkel zu den Kennzeichnungen E1 und E2, die den Endrand der Schenkel des U der Lippe bilden, auf der ganzen Länge des Sektors, der nun genau die angestrebten Formen und Maße hat, auf Maß geschnitten.
Das Verfahren kann natürlich an das Herstellen von Sektoren kleiner oder größer als 90° angepasst werden, es genügt, das Werkzeug (Krümmungsvorrichtung des Profils am Mundstück und Form-Kalibrier-Matrix) entsprechend anzupassen.

Claims

Verfahren zum Formen von Lufteintrittslippen-Sektoren (6) von Flugzeuggondeln mit U-förmigem Querschnitt, dadurch gekennzeichnet, dass es darin besteht: – ausgehend von einem zylindrischen Rohling (11) aus einem geeigneten Werkstoff durch Warmstrangpressen mit der Presse ein rohrförmiges Profil (12) herzustellen, das einen Querschnitt besitzt, der einen U-förmigen Abschnitt (S1), der der zu erhaltenden Lippe entspricht, und eine Abdeckung (S2) zum Verbinden der Enden (E1, E2) der Schenkel des U umfasst, wobei der geformte Querschnittsabschnitt (S1) des Profils (12) eine Abwicklung hat, die um einige Prozent kleiner als die Abwicklung des kleinsten Querschnitts des zu erhaltenden Lippensektors (6) ist, – dem Profil (12) nach Maßgabe seines Mundstücks (15) eine Krümmung zu verleihen, deren Radius im Wesentlichen gleich dem mittleren Krümmungsradius des Sektors ist, – dann das Profil (12) in die endgültigen Formen des Sektors durch hydraulische Expansion in einer Matrize (M1, M2) zu formen und zu kalibrieren, deren Innenraum dem äußeren Volumen des Sektors, erhöht um die elastische Rückstellung des zu expandierenden Werkstoffs, entspricht, – und schließlich das auf diese Weise gebildete rohrförmige Produkt auszustanzen, um den den Lippensektor bildenden Teil mit U-Querschnitt abzutrennen.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Krümmung des rohrförmigen Profils (12) am Ausgang des Mundstücks (15) durch die Steuerung unterschiedlicher Abteufungen in dem Werkstoffkanal des Mundstücks verwirklicht wird, wobei die Beibehaltung der Krümmung nach dem Verlassen des Mundstücks durch eine geeignete Führungsvorrichtung verwirklicht wird.
Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass sie umfasst: – eine Extrusions-Strangpress-Vorrichtung (13 bis 15), – Mittel (16; 17 bis 20), die am Ausgang des Mundstücks (15) angeordnet sind, um dem stranggepressten Produkt (12) eine geeignete Krümmung zu verleihen, – und eine Matrize zum kalibrierten Formen des stranggepressten Produkts (12).
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Krümmen des stranggepressten Produkts (12) durch eine feste, zylindrisch gebogene Führungsrinne (16) gebildet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Mittel zum Krümmen des stranggepressten Produkts (12) durch eine drehbare Platte (17) gebildet sind, die eine zylindrisch gebogene Führungsrinne (19) trägt, deren Form sich an die Seitenwand des stranggepressten Produkts (12) anschmiegt und die an einem Ende mit einer Klaue (20) zum Ergreifen des vorderen Endes des stranggepressten Produkts versehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Matrize aus zwei Teilen (M1, M2) besteht, wovon einer (M1) einen Stempel (21) aufweist, der dem Abschnitt mit U-Querschnitt (S1) des röhrenförmigen Strangpressprodukts (12) entspricht, und der andere (M2) einen Stempel (22) aufweist, der dem Abschnitt mit verbleibendem Querschnitt (S2) des Produkts (12) entspricht.
Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei zusammengefügten Matrizenteile (M1, M2) an den Enden durch einen Stopfenflansch (24) zum Einklemmen der Enden des zu expandierenden stranggepressten Produkts (12) verschlossen sind, wobei einer der Flansche mit einer Leitung (30) zum Einleiten von mit Druck beaufschlagtem Hydraulikfluid in den Innenraum des Produkts (12) versehen ist.