CN103317087A - 硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型壳的锥形嵌入式定位方法 - Google Patents

Abstract

硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型壳的锥形嵌入式定位方法，要求是：1)在陶瓷型芯定位面处设计出定位槽；当选用一个定位槽时选取方锥形孔槽，当选取两个定位槽时两定位槽具体为锥形孔槽；2)在蜡模设计中，蜡件上设置有对应1）中定位槽位置的定位孔；3)其它辅助定位选择小平面定位方式；叶片排气缝所在的薄弱区设置自曲端；厚度控制在0.1mm～0.5mm。本发明型芯在型壳中定位稳定且型芯高温相变时的膨胀和收缩有足够空间，解决了硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型壳定位问题导致的叶片尺寸超差和叶片偏、漏、断芯等冶金缺陷。其操作简单可靠，附加成本极低，产品合格率由20%提高到90%。

Description

硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型壳的锥形嵌入式定位方法

技术领域

本发明涉及熔模铸造方法单晶(定向)空心无余量涡轮叶片技术领域，特别提供了一种硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型壳的锥形嵌入式定位方法。

背景技术

新型航空发动机对其涡轮叶片的性能要求越来越高,致使发动机热断最关键的部件之一的涡轮叶片设计结构越来越复杂,制备工艺要求越来越高,具有复杂气冷结构的空心、无余量特点和采用定向和单晶置各工艺的涡轮叶片在在新型发动机设计中已经成为主流,发达国家已经普遍应用,国内近几年也在进行广泛、深入的研究,由于该类叶片制备技术复杂,国内起步较晚,技术基础薄弱,存在的技术瓶颈较多,其中硅基型芯和铝基型壳的匹配定位问题就是一大技术难提,长期影响该类叶片制各合格率,其原因是:新型发动机涡轮叶片,内腔结构较复杂,采用定向凝固或单晶制备技术,陶瓷型芯和陶瓷型壳在1500℃以上的高温下长时间工作。由于硅基型芯和铝基型壳基体材料的差异,致使二者的收缩率存在不一致性,易产生叶片尺寸超差和偏、漏、断芯等冶金缺陷,严重影响叶片质量。

目前,国内现有的硅基陶瓷型芯和铝基型壳的定位方法有大平面定位和点定位两种,其中大平面定位由于定位面大易形成定位过盈和过定位,不同基体材料的型芯和型壳收缩率的差异造成陶瓷型壳制备烧结后型芯断裂、型壳胀裂,浇注的叶片断芯严重。点定位则是由于定位面较小,高温下不同基体材料的型芯和型壳收缩率的差异,型芯和型壳的配合松弛,在金属液的冲击力和浮力的作用下,相对位置变化较大,叶片内腔尺寸和壁厚难以保证,叶片偏、漏芯等冶金缺陷严重。

人们迫切希望获得一种技术效果优良的硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型壳的锥形嵌入式定位方法。

发明内容

本发明的目的是提供一种技术效果优良的硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型壳的锥形嵌入式定位方法。其具体硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型壳的新方法，解决了硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型壳在1500℃～1600℃的高温下长时间工作由于两种材料的收缩率的不―致性导致叶片尺寸超差和叶片偏、漏、断芯问题。

本发明硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型壳的锥形嵌入式定位方法，其特征在于：

1)在陶瓷型芯定位面处设计出定位槽，定位槽具体是锥形孔槽或方锥形孔槽；定位槽选取一个或两个以免引起过定位；当选用一个定位槽时选取方锥形孔槽，当选取两个定位槽时两定位槽具体为锥形孔槽；

2)在蜡模设计中，蜡件上设置有对应1）中定位槽位置的定位孔；

3)其它辅助定位选择小平面定位方式；叶片排气缝所在的薄弱区设置自曲端；厚度控制在0.1mm～0.5mm。

所述硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型壳的锥形嵌入式定位方法中，为实现硅基型芯与铝基型壳具各更好的匹配,防止高温下两种不同材料的收缩差异导致叶片尺寸超差和断、漏、芯等冶金缺陷,二者合理匹配至关重要。在陶瓷型芯结构设计中制定锥形嵌入式定位1,该定位系统用做陶瓷型芯检测定位,同时也要做为蜡件制各中型芯与蜡件模具的定位,以确保定位系统的一致和稳定。锥形嵌入式定位1,同时实现了叶片长度方向定位和扭转定位,其它辅助定位点选取小平面定位4,该定位方式给予型芯高温相变收缩空间,防止了陶瓷型芯收缩受阻变形或断裂,同时也保证了尺寸；

具体操作步骤和内容如下：

步骤一：在陶瓷型芯定位端面设计出锥形定位凹槽，根据叶片陶瓷型芯的结构和定位端尺寸大小设计成圆锥槽或方锥槽；

步骤二：设计陶瓷型芯尺寸检测测具和蜡件制造模具，陶瓷型芯尺寸检测测具的定位点必须以锥形定位凹槽为主定位；同时，蜡件制造模具中型芯在模具中的定位应以锥形定位凹槽为主定位；从而实现陶瓷型芯检测控制和陶瓷型芯在蜡件中的定位位置一致和稳定，实现尺寸继承；

步骤三：蜡件的固定端的制作,蜡件中的陶瓷型芯固定端采用八点定位,即榫头定位面盆、背方向各两点,叶尖定位面盆、背方向各两点,定位点包含锥形定位凹槽,盆、背定位点相互对应；

步骤四：蜡件的自由端的制作，由于锥形凹槽定位的存在，蜡件的陶瓷型芯在三个维度方向得到了有效控制，因此型芯榫头端面2和型芯叶尖端面3自由无需限位，型芯最薄弱的部位排气缝给予0.1～0.5mm的自由度。

本发明通过制定锥形嵌入式型芯定位方法、合理制定自由端,使型芯和型壳的合理匹配,即保证型芯在型壳中定位稳定,又为型芯高温相变时的膨胀和收缩提供足够空间,解决硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型壳定位问题导致的叶片尺寸超差和叶片偏、漏、断芯等冶金缺陷。

发明的嵌入式定位方法使型芯与型壳具各更好的相容性,解决了大平面定位带来的定位过盈、过定位问题和点定位配合松弛问题,通过采用锥形嵌入式定位方式,结合型芯定位点、自由端的合理设置,使型芯和型壳的合理匹配,避免了型芯受合金液浮力上浮发生长度方向位置变化和盆背位置偏移,同时更方便了自由端的设置,为型芯高温相变时尺寸收缩提供充足空间,从而大大降低了叶片尺寸超差和偏、漏、断芯废品率。

利用新的定位方法使硅基型芯与铝基型壳具备更好的相容性,解决高温下由于硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型壳基体材料的差异,二者的收缩率不同,导致叶片尺寸超差和叶片偏、漏、断芯等冶金缺陷。该方法操作简单可靠,附加成本极低,应用于某定向叶片制造,叶片的壁厚尺寸超差和偏、漏、断芯冶金废品率大幅度下降,叶片合格率由13%提高到65%以上;用于某单晶叶片制造,叶片壁厚尺寸超差和偏、漏、断芯冶金废品率也得到很大改善,合格率由20%提高到90%。

附图说明

下面结合附图及实施方式对本发明作进一步详细的说明：

图1为两点圆锥嵌入定位的陶瓷型芯示意图之一；

图2为与图1对应的A-A剖视图；

图3为两点圆锥嵌入定位的蜡件示意图之一；

图4为两点圆锥嵌入定位的蜡件示意图之二；

图5为与图4对应的A-A剖视图；

图6为型芯在型壳中的圆锥嵌入式定位原理图；

图7为两点方锥嵌入定位的陶瓷型芯示意图之一；

图8为与图7对应的A-A剖视图；

图9为两点方锥嵌入定位的蜡件示意图之一；

图10为与图9对应的B-B剖视图；

图11为两点方锥嵌入定位的蜡件示意图之二；

图12为与图11对应的A-A剖视图；

图13为型芯在型壳中的方锥嵌入式定位原理图。

具体实施方式

附图表及含义如下：1为嵌入定位点，2为型芯榫头端面，3为型芯叶尖端面，4为辅助定位点，5为陶瓷型壳，6为陶瓷型芯，7为蜡件。

图6中1为圆锥嵌入定位点，图13中为1为方锥嵌入定位点。

实施例1

硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型壳的锥形嵌入式定位方法，其特征在于：

1)在陶瓷型芯定位面处设计出定位槽，定位槽具体是锥形孔槽或方锥形孔槽；定位槽选取一个或两个以免引起过定位；当选用一个定位槽时选取方锥形孔槽，当选取两个定位槽时两定位槽具体为锥形孔槽；

2)在蜡模设计中，蜡件上设置有对应1）中定位槽位置的定位孔；

3)其它辅助定位选择小平面定位方式；叶片排气缝所在的薄弱区设置自曲端；厚度控制在0.1mm～0.5mm。

所述硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型壳的锥形嵌入式定位方法中，为实现硅基型芯与铝基型壳具各更好的匹配,防止高温下两种不同材料的收缩差异导致叶片尺寸超差和断、漏、芯等冶金缺陷,二者合理匹配至关重要。在陶瓷型芯结构设计中制定锥形嵌入式定位1,该定位系统用做陶瓷型芯检测定位,同时也要做为蜡件制各中型芯与蜡件模具的定位,以确保定位系统的一致和稳定。锥形嵌入式定位1,同时实现了叶片长度方向定位和扭转定位,其它辅助定位点选取小平面定位4,该定位方式给予型芯高温相变收缩空间,防止了陶瓷型芯收缩受阻变形或断裂,同时也保证了尺寸；

具体操作步骤和内容如下：

步骤一：在陶瓷型芯定位端面设计出锥形定位凹槽，根据叶片陶瓷型芯的结构和定位端尺寸大小设计成圆锥槽或方锥槽；

步骤二：设计陶瓷型芯尺寸检测测具和蜡件制造模具，陶瓷型芯尺寸检测测具的定位点必须以锥形定位凹槽为主定位；同时，蜡件制造模具中型芯在模具中的定位应以锥形定位凹槽为主定位；从而实现陶瓷型芯检测控制和陶瓷型芯在蜡件中的定位位置一致和稳定，实现尺寸继承；

步骤三：蜡件的固定端的制作,蜡件中的陶瓷型芯固定端采用八点定位,即榫头定位面盆、背方向各两点,叶尖定位面盆、背方向各两点,定位点包含锥形定位凹槽,盆、背定位点相互对应；

步骤四：蜡件的自由端的制作，由于锥形凹槽定位的存在，蜡件的陶瓷型芯在三个维度方向得到了有效控制，因此型芯榫头端面2和型芯叶尖端面3自由无需限位，型芯最薄弱的部位排气缝给予0.1～0.5mm的自由度。

本实施例通过制定锥形嵌入式型芯定位方法、合理制定自由端,使型芯和型壳的合理匹配,即保证型芯在型壳中定位稳定,又为型芯高温相变时的膨胀和收缩提供足够空间,解决硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型壳定位问题导致的叶片尺寸超差和叶片偏、漏、断芯等冶金缺陷。

发明的嵌入式定位方法使型芯与型壳具各更好的相容性,解决了大平面定位带来的定位过盈、过定位问题和点定位配合松弛问题,通过采用锥形嵌入式定位方式,结合型芯定位点、自由端的合理设置,使型芯和型壳的合理匹配,避免了型芯受合金液浮力上浮发生长度方向位置变化和盆背位置偏移,同时更方便了自由端的设置,为型芯高温相变时尺寸收缩提供充足空间,从而大大降低了叶片尺寸超差和偏、漏、断芯废品率。

利用新的定位方法使硅基型芯与铝基型壳具备更好的相容性,解决高温下由于硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型壳基体材料的差异,二者的收缩率不同,导致叶片尺寸超差和叶片偏、漏、断芯等冶金缺陷。该方法操作简单可靠,附加成本极低,应用于某定向叶片制造,叶片的壁厚尺寸超差和偏、漏、断芯冶金废品率大幅度下降,叶片合格率由13%提高到65%以上;用于某单晶叶片制造,叶片壁厚尺寸超差和偏、漏、断芯冶金废品率也得到很大改善,合格率由20%提高到90%。

实施例2

本实施例主要内容可以参照实施例1理解，具体参见附图1-6。

实施例3

本实施例主要内容可以参照实施例1理解，具体参见附图7-13。

Claims (2)

1.硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型壳的锥形嵌入式定位方法，其特征在于：具体要求是：

1)在陶瓷型芯定位面处设计出定位槽，定位槽具体是锥形孔槽或方锥形孔槽；定位槽选取一个或两个以免引起过定位；当选用一个定位槽时选取方锥形孔槽，当选取两个定位槽时两定位槽具体为锥形孔槽；

2)在蜡模设计中，蜡件上设置有对应1）中定位槽位置的定位孔；

3)其它辅助定位选择小平面定位方式；叶片排气缝所在的薄弱区设置自曲端；厚度控制在0.1mm～0.5mm。

2.按照权利要求1所述硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型壳的锥形嵌入式定位方法，其特征在于：所述硅基陶瓷型芯和铝基陶瓷型壳的锥形嵌入式定位方法中，具体操作步骤和内容如下：

步骤一：在陶瓷型芯定位端面设计出锥形定位凹槽，根据叶片陶瓷型芯的结构和定位端尺寸大小设计成圆锥槽或方锥槽；

步骤二：设计陶瓷型芯尺寸检测测具和蜡件制造模具，陶瓷型芯尺寸检测测具的定位点必须以锥形定位凹槽为主定位；同时，蜡件制造模具中型芯在模具中的定位应以锥形定位凹槽为主定位；从而实现陶瓷型芯检测控制和陶瓷型芯在蜡件中的定位位置一致和稳定，实现尺寸继承；

步骤三：蜡件的固定端的制作,蜡件中的陶瓷型芯固定端采用八点定位,即榫头定位面盆、背方向各两点,叶尖定位面盆、背方向各两点,定位点包含锥形定位凹槽,盆、背定位点相互对应；

步骤四：蜡件的自由端的制作，由于锥形凹槽定位的存在，蜡件的陶瓷型芯在三个维度方向得到了有效控制，因此型芯榫头端面2和型芯叶尖端面3自由无需限位，型芯最薄弱的部位排气缝给予0.1～0.5mm的自由度。

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