CN103143682A - 一种用于制造高温合金空心叶片的型芯 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于制造高温合金空心叶片的型芯，所述型芯放置在压蜡模具中制作蜡模，使用包裹型芯的蜡模制作陶瓷模壳；所述型芯的叶顶芯头的前后两面的中心位置上设置有两个定位槽，该定位槽是内锥形的凹槽、两者的中心线重合；对应压蜡模具的叶顶位置上设置一对与之配合的凸销。本发明在型芯设计时，简化芯头部分的形状，消除叶根芯头的外露以减少与压蜡模具和陶瓷模壳的牵连，使制芯工作变得容易，型芯损坏减少。本发明的型芯在陶瓷模壳内、进行高温合金空心叶片的定向凝固过程中，在叶顶芯头具有一定的转动自由度，叶根芯头在垂直方向上能够完全自由伸缩；从而大大减少型芯的变形和断裂，显著提高空心叶片的成品率。
Description
技术领域
本发明涉及高温合金部件的精密铸造，具体是一种用于制造高温合金空心叶片的型芯及其压蜡模具和陶瓷模壳的设计。
背景技术
为了提高高温合金涡轮叶片的工作温度，人们将早期的实心叶片改进成空心叶片，利用空气通过叶片的复杂内腔达到冷却叶片的目的。叶片的复杂内腔是用陶瓷型芯在熔模铸造中形成。陶瓷型芯在压蜡时要承受高压、高速蜡液的冲击，在浇注和定向凝固过程中更要承受高温金属液的冲击和长时间的热应力。特别是在在刚性固定的榫头部位会出现切应力，成为陶瓷型芯的断裂的重要原因。减少型芯在压蜡和浇注凝固过程中的断裂，已成为提高空心叶片成品率的关键之一。
如图1～4所示，是现有技术制造高温合金空心叶片的型芯2、压蜡模具4和陶瓷模壳6的结构。空心叶片的型芯2除了是在叶片铸造时、形成叶片空腔的主要部分，在压蜡及制造陶瓷模壳6的过程中，也要通过型芯2的叶根芯头1和叶顶芯头3分别在压蜡模具4中和陶瓷模壳6中定位。现在通行的型芯2的叶根芯头1和叶顶芯头3部分都做得外形突出、尺寸较大，埋入压蜡模具4和陶瓷模壳6中很深，接触面积大，以保证型芯2的固定。具体的：现有的型芯2上端的叶根芯头1为横梁型，下端的叶顶芯头3则在垂直方向突出。如此设计，使得在压蜡过程中，横梁型的叶根芯头1横向两端埋入压蜡模具4中、叶顶芯头3垂直方向的突出部分埋入压蜡模具4中；在制作陶瓷模壳6时，横梁型的叶根芯头1横向两端埋入陶瓷模壳6中、叶顶芯头3垂直方向的突出部分埋入陶瓷模壳6中。
但是，这也往往造成了对型芯2本身伸缩的阻碍，易使型芯2在压蜡和浇注凝固过程中变形和断裂。虽然通过在叶根芯头1和叶顶芯头3的相应凸出部位设置间隙，使得叶根芯头1和叶顶芯头3在一定程度上成为自由端，但由于叶根芯头1和叶顶芯头3的结构原因，若间隙太小不能自由伸缩，太大则悬空、起不到固定型芯的作用，非常难控制。特别是对重型燃机用的大尺寸叶片，型芯2与压蜡模具4和陶瓷模壳6之间的伸缩更大，问题更加严重。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种用于制造高温合金空心叶片的型芯、压蜡模具和陶瓷模壳。
本发明所采用的技术方案是：
一种用于制造高温合金空心叶片的型芯，所述型芯放置在压蜡模具中制作蜡模，使用包裹型芯的蜡模制作陶瓷模壳；所述型芯的叶顶芯头的前后两面的中心位置上设置有两个定位槽，该定位槽是内锥形的凹槽、两者的中心线重合；对应压蜡模具的叶顶位置上设置一对与之配合的凸销。
所述型芯的叶顶芯头前后两面上的两个定位槽的底部打通，形成一个贯通型芯、两端设置有锥形过渡导台的定位通孔。
所述型芯的叶根芯头为型芯的轴向外延、呈长方体状，压蜡模具内侧、对应型芯叶根芯头的四周设置有平头方销。
所述型芯叶根芯头的截面最大尺寸不大于型芯主体的截面最大尺寸。
本发明所产生的有益效果是：
本发明在型芯设计时，简化芯头部分的形状，消除叶根芯头的外露以减少与压蜡模具和与陶瓷模壳的牵连，大大减少型芯的变形和断裂，从而显著提高空心叶片的成品率。由于芯头部分形状的简化和尺寸的减小，也使制芯工作变得容易。本发明的型芯在陶瓷模壳内、进行高温合金空心叶片的定向凝固过程中，叶顶芯头具有一定的转动自由度，叶根芯头在垂直方向上能够完全自由伸缩。
附图说明
图1为现有的高温合金空心叶片的型芯结构示意图；
图2为现有的高温合金空心叶片的蜡模压制结构示意图；
图3为图2的侧视示意图；
图4为现有的高温合金空心叶片的陶瓷模壳结构示意图；
图5为本发明高温合金空心叶片的型芯结构示意图；
图6为本发明型芯叶顶芯头处的局部放大侧视示意图；
图7为本发明高温合金空心叶片的蜡模压制结构示意图；
图8为图7的侧视示意图；
图9为本发明高温合金空心叶片的陶瓷模壳结构示意图；
图10为本发明型芯叶顶芯头与模壳的结合处的局部放大侧视示意图；
图11为本发明的另一种具体实施方式的型芯叶顶芯头处的局部放大侧视示意图；
图12为本发明的另一种具体实施方式的型芯叶顶芯头与模壳的结合处的局部放大侧视示意图；
图中标号表示：1、叶根芯头，2、型芯，3、叶顶芯头，4、压蜡模具，5、蜡模型腔，6、陶瓷模壳，7、模壳型腔，8、型芯叶顶定位孔，9、压蜡模具夹持叶根芯头的平头方销，10、压蜡模具固定叶顶芯头的凸销，11、陶瓷模壳夹持叶根芯头的凸台，12、陶瓷模壳固定叶顶芯头的连接柱，13、型芯叶顶凹槽，14、陶瓷模壳固定叶顶芯头的凸台。
具体实施方式
如图5～12所示，本发明是一种用于制造高温合金空心叶片的型芯2，型芯2放置在压蜡模具4中制作蜡模，使用包裹型芯2的蜡模制作陶瓷模壳6。本发明根据空心叶片和型芯2的形状尺寸，运用新型芯头结构理念设计出一种型芯2和压蜡模具4，使得型芯2在陶瓷模壳6内、进行高温合金空心叶片的定向凝固过程中，在叶顶芯头3具有一定的转动自由度，叶根芯头1在垂直方向上能够自由伸缩。具体的：
型芯2的叶顶芯头3的前后两面的中心位置上设置有两个定位槽，该定位槽是内锥形的凹槽、即型芯叶顶凹槽13，两个型芯叶顶凹槽13的中心线重合；对应压蜡模具4的叶顶位置上设置一对与内锥形的型芯叶顶凹槽13配合的凸销（如半球形的圆头销或锥台形凸头销等）、即压蜡模具固定叶顶芯头的凸销10。
需要注意的是，型芯叶顶凹槽13是在型芯2较厚时使用的定位方法，如果型芯2较薄，则可以将型芯2的叶顶芯头3前、后面上的两个型芯叶顶凹槽13的底部打通，形成一个贯通型芯2、两端设置有锥形过渡导台的定位通孔，即型芯叶顶定位孔8。
本具体实施方式中，改进后的型芯2下端的叶顶芯头3的前后两面开有一个贯通的定位孔、即型芯叶顶定位孔8，在压蜡模具4中由一对压蜡模具固定叶顶芯头的凸销10（圆头销）定位。型芯叶顶定位孔8内涂有薄蜡膜或贴薄蜡纸，压蜡模具固定叶顶芯头的凸销10由软硬适度的材料做成。这样型芯2在蜡模型腔5内没有刚性固定，大大减少了断裂的可能性。
压蜡模具4在充蜡、压出蜡模后，将蜡模型腔5得到的蜡模保留在型芯2表面，整体用作制作陶瓷模壳6。制作陶瓷模壳6时，蜡模上压蜡模具固定叶顶芯头的凸销10形成的空腔被砂料填充，构成贯通型芯2、哑铃状的陶瓷模壳固定叶顶芯头的连接柱12。陶瓷模壳固定叶顶芯头的连接柱12与压蜡模具固定叶顶芯头的凸销10的作用基本一致、与叶顶芯头3的型芯叶顶定位孔8形成绞接，作为固定端定位型芯2。两者之间的蜡膜化去后，为型芯2提供了一定的转动自由度，减少了因刚性固定引起的型芯2断裂。
如果型芯2的叶顶芯头3较厚，型芯叶顶定位孔8可以不贯穿，只在叶顶芯头3的前后两面的中心位置上设置有两个定位槽，该定位槽是内锥形的凹槽、即型芯叶顶凹槽13，两个型芯叶顶凹槽13的中心线重合。制作陶瓷模壳6时，两个型芯叶顶凹槽13被陶瓷料充填，脱蜡后形成一对陶瓷模壳固定叶顶芯头的凸台14，与型芯2形成关节式绞接，也能保持型芯2在陶瓷模壳6内的定位，又有一定的转动自由度。
型芯2的叶根芯头1为型芯2的轴向外延、呈长方体状，型芯2的叶根芯头1的截面最大尺寸不大于型芯2主体的截面最大尺寸。压蜡模具4内侧、对应型芯2的叶根芯头1的四周设置有平头方销，即压蜡模具夹持叶根芯头的平头方销9。
本具体实施方式中，改进后的型芯2上端的叶根芯头1向内收缩、四面垂直，不再有外廓上的突出。压蜡模时，叶根芯头1靠压蜡模具4上的压蜡模具夹持叶根芯头的平头方销9四面定位，叶根芯头1与压蜡模具夹持叶根芯头的平头方销9接触的表面贴蜡纸。压蜡模具4在充蜡、压出蜡模后，将蜡模型腔5得到的蜡模保留在型芯2表面，整体用作制作陶瓷模壳6。制作陶瓷模壳6时，蜡模上压蜡模具夹持叶根芯头的平头方销9形成的空腔被砂料填充，构成4个陶瓷模壳夹持叶根芯头的凸台11。陶瓷模壳夹持叶根芯头的凸台11与压蜡模具夹持叶根芯头的平头方销9的作用基本一致、分别从四个方向抵住型芯2的叶根芯头1的四面。之后脱蜡时，蜡纸熔化消除、形成了叶根芯头1与陶瓷模壳夹持叶根芯头的凸台11之间的间隙，使得型芯2在制作高温合金空心叶片时、在高温合金试样定向凝固的过程中能够在陶瓷模壳6内的垂直方向上自由伸缩。
本发明型芯2、压蜡模具4、陶瓷模壳6和高温合金空心叶片的制作方法的具体操作步骤为：
（1）根据叶片和型芯2的形状尺寸，运用上述新型叶顶芯头3和叶根芯头1的结构理念，设计并制造出型芯2和压蜡模具4；
（2）压制出带有新型叶顶芯头3和叶根芯头1的型芯2，分别在叶根芯头1与压蜡模具夹持叶根芯头的平头方销9、叶顶芯头3与压蜡模具固定叶顶芯头的凸销10接触的表面涂蜡膜或贴薄蜡纸；
（3）将型芯2放入压蜡模具4，合型压蜡、制得蜡模；
（4）打开压蜡模具4、取出包裹着型芯2的蜡模，检查叶根芯头1与压蜡模具平头方销9接触处和叶顶芯头3与压蜡模具凸销10接触处的蜡纸和蜡膜状况，必要时修补；
（5）使用包裹着型芯2的蜡模、采用通常熔模法（沾浆、淋砂、脱蜡、烧结）制得陶瓷模壳6；
（6）使用带有型芯2的陶瓷模壳6、在真空炉内，进行高温合金空心叶片的浇注和定向凝固。
Claims (4)
1. 一种用于制造高温合金空心叶片的型芯，所述型芯放置在压蜡模具中制作蜡模，使用包裹型芯的蜡模制作陶瓷模壳；其特征在于：所述型芯的叶顶芯头的前后两面的中心位置上设置有两个定位槽，该定位槽是内锥形的凹槽、两者的中心线重合；对应压蜡模具的叶顶位置上设置一对与之配合的凸销。
2.根据权利要求1所述的用于制造高温合金空心叶片的型芯，其特征在于：所述型芯的叶顶芯头前后两面上的两个定位槽的底部打通，形成一个贯通型芯、两端设置有锥形过渡导台的定位通孔。
3.根据权利要求1所述的用于制造高温合金空心叶片的型芯，其特征在于：所述型芯的叶根芯头为型芯的轴向外延、呈长方体状，压蜡模具内侧、对应型芯叶根芯头的四周设置有平头方销。
4.根据权利要求3所述的用于制造高温合金空心叶片的型芯，其特征在于：所述型芯叶根芯头的截面最大尺寸不大于型芯主体的截面最大尺寸。
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