CN103418754A

CN103418754A - 一种用于铸造航空发动机机匣部件的铸型的制造方法

Info

Publication number: CN103418754A
Application number: CN2013103882432A
Authority: CN
Inventors: 欧阳春芳; 胡斌; 黄艳松
Original assignee: China National South Aviation Industry Co Ltd
Current assignee: AECC South Industry Co Ltd
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2013-08-30
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2033-08-30
Also published as: CN103418754B

Abstract

本发明提出了一种用于铸造航空发动机机匣部件的铸型的制造方法，所述方法首先通过计算机形成虚拟型芯，然后分割成多个虚拟三维铸型块，之后通过芯盒单独制造获得相对应于每个三维铸型块的多个实体铸型块，在铸型组合过程中，将多个实体铸型块在支撑底座上组合、定位在安装环上，然后用固定环将全部实体铸型块可靠的固定在一起，在铸型组合时将组合好的这些实体铸型块整体一起组合到铸型中，然后套上支承环，最后形成铸型。这样，多个实体铸型块通过安装环、固定环、支承环等连接成一个整体后可作为一箱铸型组合到铸型组合中，浇注出尺寸精度高的复杂产品。

Description

一种用于铸造航空发动机机匣部件的铸型的制造方法

技术领域

本发明涉及一种用于航空发动机零部件的铸型的制造方法，尤其是一种可用于铸造获得航空发动机机匣部件的铸型的制造方法，例如，该机匣部件可以是航空发动机的前机匣带有叶片的结构部分。

背景技术

航空发动机中机匣类零件，例如前机匣等，其尺寸一般较大，直径一般在Φ800mm以上，壁厚较薄，结构复杂，主要形状为螺旋锥体结构，构成材料一般为高温有色合金。采用传统有色合金砂型铸造铸型组合和浇注成型非常困难，尤其是叶片部位成型难度很大。

例如，某高温合金机匣铸件轮廓尺寸为Φ900mm，主体壁厚平均大约为2-3mm，内外、环由多个厚度类似的斜支板连接，并带有多个15～40mm厚的凸耳、凸台，壁厚不均，结构复杂，铸件一次浇注成型、内部冶金质量控制、大型薄壁件的尺寸保证等工艺难度相当大。

该类零件传统的制造工艺为：采用不同的加工工艺加工各个单体零件，然后用焊接加工方法，组焊成整体机匣。这种机匣加工成型方法，大量占用生产资源，加工周期长，金属材料浪费大，成本高，零件重量重。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于铸造航空发动机机匣部件的铸型的制造方法，以减少或避免前面所提到的问题。

具体来说，为解决上述技术问题，本发明提出了一种用于铸造航空发动机机匣部件的铸型的制造方法，所述机匣部件平均壁厚为2.5-3mm，呈螺旋圆锥体形状，直径为900-1200mm，外侧表面至少围绕分布有多个螺旋扭转的叶片，所述制造方法包括如下步骤：

步骤A：根据所述机匣部件的外形结构，在计算机中形成可用于铸造获得所述机匣部件外侧表面结构的虚拟铸型的整体三维模型，所述整体三维模型至少设计具有适于水平固定在一个安装环上的底面、适于与一个圆筒状支撑环的内表面贴合的柱状外表面以及适于被一个圆环状固定环固定套住的颈部；

步骤B：将所述整体三维模型沿半径方向放射状分割成多三维铸型块，根据每个三维铸型块的结构，通过芯盒单独制造获得相对应于每个三维铸型块的多个实体铸型块；

步骤C：提供一个水平放置的外表面呈光滑圆锥体形状的支撑底座，在所述支撑底座上水平套置所述安装环，在所述安装环上将所述多个实体铸型块依次沿所述支撑底座的表面放置并固定在所述安装环上形成铸型块组合体，然后将所述安装环连同其上固定的多个实体铸型块从所述支撑底座上取下并水平放置；

步骤D：在所述铸型块组合体的颈部套置所述固定环，将所述铸型块组合体固定，然后在所述铸型块组合体的光滑外表面套置所述支撑环，即可获得所述可用于铸造航空发动机机匣部件的铸型。

优选地，所述安装环上设置有至少一个定位孔，与所述定位孔对应的所述实体铸型块上设置有一个定位销。

优选地，所述定位销是在单独制造的时候预埋在所述实体铸型块中的金属柱状部件。

优选地，所述步骤C中，在所述安装环上放置所述实体铸型块的时候，首先将具有所述定位销的所述实体铸型块定位安装在所述安装环上，然后贴着此实体铸型块依次将其它实体铸型块一块一块摆放整齐。

优选地，所述步骤C中，在所述安装环上放置所述实体铸型块的时候，在所述实体铸型块之间以及所述安装环上涂抹粘结剂，以将所述实体铸型块和所述安装环牢固的粘接成整体。

本发明提出的上述用于铸造航空发动机机匣部件的铸型的制造方法，首先通过计算机形成虚拟型芯，然后分割成多个三维铸型块，之后通过芯盒单独制造获得对应于每个三维铸型块的多个实体铸型块，在铸型组合过程中，将多个实体铸型块在支撑底座上组合、定位在安装环上，然后用固定环将全部实体铸型块可靠的固定在一起，在铸型组合时将组合好的这些实体铸型块整体一起组合到铸型中，然后套上支承环，最后形成铸型。这样，多个实体铸型块通过安装环、固定环、支承环等连接成一个整体后可作为一箱铸型组合到铸型组合中，浇注出尺寸精度高的复杂产品。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1所示的是一种航空发动机机匣的局部剖视示意图；

图2显示的是一种航空发动机铝、镁合金机匣的铸型组合的分解透视图；

图3显示的是图2所示铸型组合的截面示意图；

图4显示的是本发明的铸型制造过程的分解示意图；

图5显示的是步骤C完成之后的情形；

图6显示的是最终获得本发明的铸型时的情形。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

正如背景技术部分所述，航空发动机机匣类零部件直径大、壁厚薄、结构复杂，难以通过传统的有色合金砂型铸造铸型组合和浇注成型。

例如，图1所示的是一种航空发动机机匣的局部剖视示意图，该航空发动机机匣整体上呈螺旋椎体形状，即一头大一头小，其大头一端的直径通常可以达到900-1200mm，而机匣主体壁厚又非常薄，一般平均壁厚大约为2.5-3mm，机匣内、外侧分布有各种复杂结构，例如外侧表面通常围绕分布有多个螺旋扭转的叶片等结构。

传统铝、镁合金砂型铸造铸型组合和浇注成型工艺中，首先需要根据这种航空发动机大直径复杂薄壁结构的铝、镁合金机匣设计铸型组合，然后根据铸型组合制造砂芯，之后将砂芯与模具组装成一体进行浇注，最后获得所需的铸件。

然而，如图1所示，由于整体上呈螺旋椎体形状的机匣结构非常复杂，简单通过一套砂芯配合模具根本无法形成如此复杂结构的浇注通道。因此，图2中提供了一种可用于铸造形成机匣的铸型组合，用以通过不同的砂芯组合浇注完成这种航空发动机大直径复杂薄壁结构的铝、镁合金机匣。

如图2所示，其中显示的是一种航空发动机铝、镁合金机匣的铸型组合的分解透视图，图中可见，本发明的铸型组合提供了至少两层砂芯结构，包括形成航空发动机机匣的型腔内侧的内部型芯1，以及形成航空发动机机匣的型腔外侧的外部型芯2。

如图所示，由于机匣内部结构相对简单，因此用于形成机匣的型腔内侧的上述内部型芯1可以通过多个型芯组合成椎体形状，这些型芯组合内部形成有紧固结构，例如预埋有螺套等，从而可以在装配的时候通过螺栓进行固定。图3显示的是图2所示铸型组合的截面示意图，可以清楚看出构成内部型芯1的多个结构相互之间通过螺栓11以及预埋的螺套12以机械方式固定连接在一起。

另一方面，由于机匣外部结构很复杂，因此用于形成机匣的型腔外侧的上述外部型芯2很难通过简单的型芯组合形成，因此，图示铸型组合中采用了多箱的形式形成所述外部型芯，也就是说，提供了多个砂箱21，分别在其中形成一部分外部型芯2。

然而，即便如上所述，可以通过多个外部型芯2组合形成机匣的型腔外侧部分，也就是形成机匣的外侧结构，然后，对于机匣外侧围绕分布的多个螺旋扭转的叶片来说，根本就找不到什么好的方法用传统的铸型组合方式来形成叶片的型腔，现有技术通常采用的是事后焊接叶片的方式来解决。

因此，本发明特别针对航空发动机大直径复杂薄壁结构部件提出了一种新的铸型A的制造方法，所述部件可以是，例如航空发动机前机匣外侧具有叶片的部分，该方法特别适于制造可用于铸造形成所述机匣部件的铸型，所述机匣部件外侧表面围绕分布有多个螺旋扭转的叶片等复杂结构。

下面参照附图4-6具体描述根据本发明的一个具体实施例的一种用于铸造航空发动机机匣部件的铸型A的制造方法，所述机匣部件平均壁厚为2.5-3mm，呈螺旋圆锥体形状，直径为900-1200mm，外侧表面至少围绕分布有多个螺旋扭转的叶片，所述制造方法包括如下步骤：

步骤A：根据所述机匣部件的外形结构，在计算机中形成可用于铸造获得所述机匣部件外侧表面结构的虚拟铸型的整体三维模型，所述整体三维模型至少设计具有适于水平固定在一个安装环10上的底面41、适于与一个圆筒状支撑环20的内表面贴合的柱状外表面42以及适于被一个圆环状固定环30固定套住的颈部43。

其中，图4显示的是本发明的铸型制造过程的分解示意图，其中未显示支撑环20，支撑环20显示在图6中。

步骤B：将所述整体三维模型沿半径方向放射状分割成多个三维铸型块，根据每个三维铸型块的结构，通过芯盒（图中未示出）和型砂单独制造获得相对应于每个三维铸型块的多个实体铸型块40。

本步骤中，由于铸型虽然可以在计算机中虚拟形成，但是实际上是非常复杂的，完全没有办法实际制造出来。因此，本发明创造性的采用计算机虚拟方式先设计出整个铸型，然后将其根据本发明的铸造航空发动机机匣部件的结构特点，沿半径方向放射状分割成多个三维铸型块，这些三维铸型块的结构已经不是那么复杂了。此时，本发明又采用了一种现有技术没有的方式来制造每个实体铸型块，用芯盒和型砂来单独制造，也就是说，通常有人会想到用芯盒和型砂来单独生产型芯，但是可没人会想到用这种方式来直接制造铸型。所以，通过上述步骤获得了每个实体铸型块40之后，就不需要通常铸造过程中的砂箱等结构了，这正是本发明的创新点之处。

步骤C：提供一个水平放置的外表面呈光滑圆锥体形状的支撑底座50，在所述支撑底座50上水平套置所述安装环10，在所述安装环10上将所述多个实体铸型块40依次沿所述支撑底座50的表面放置并固定在所述安装环10上形成铸型块组合体，然后将所述安装环10连同其上固定的多个实体铸型块40从所述支撑底座50上取下并水平放置。如图5所示，其中显示的是步骤C完成之后的情形。

本发明中，考虑到航空发动机机匣部件的结构特点，外表面结构复杂难以成型，但是内表面相对要简单一些，可以通过图2、3中所示的内部型芯1来获得该机匣部件的内部结构。因此，本发明的铸型在制造的时候可以不用考虑内侧的造型问题，内表面直接做成与机匣部件结构匹配的圆锥筒状即可。因此，在本步骤中，提供了圆锥体形状的支撑底座50，用于与铸型的内表面相匹配。同时，由于圆锥体形状的支撑底座50外表面光滑，便于每个实体铸型块40沿其表面进行定位。

进一步的，为了便于实体铸型块40更好更快的组装，可以在安装环10上设置至少一个定位孔44，与所述定位孔44对应的实体铸型块40上设置有一个定位销45，该定位销45可以是在单独制造的时候预埋在实体铸型块40中的金属柱状部件。在所述安装环上放置所述实体铸型块的时候，首先将具有定位销45的所述实体铸型块40定位安装在安装环10上，然后贴着这此实体铸型块40依次将其它实体铸型块40一块一块摆放整齐。在一个具体实施例中，还可以在所述安装环上放置所述实体铸型块的时候，在实体铸型块40之间以及安装环10上涂抹粘结剂，以将实体铸型块40和安装环10牢固的粘接成整体。

步骤D：在所述铸型块组合体的颈部43套置所述固定环30，将所述铸型块组合体固定，然后在所述铸型块组合体的柱状外表面42套置所述支撑环20，即可获得所述可用于铸造航空发动机机匣部件的铸型A。如图6所示，其中显示的是最终获得本发明的铸型A时的情形。

以上即可获得本发明的铸型A，这个铸型A就可以用于图2中所示的铸型组合，也就是说，通过本发明的制造方法获得的铸型A，配合前述的内部型芯1以及外部型芯2以及砂箱等结构，可以获得图2所示的铸型组合，从而能够用于整体铸造航空发动机机匣。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims

1.一种用于铸造航空发动机机匣部件的铸型的制造方法，所述机匣部件平均壁厚2.5-3mm，呈螺旋圆锥体形状，直径为900-1200mm，外侧表面至少围绕分布有多个螺旋扭转的叶片，所述制造方法包括如下步骤：

步骤B：将所述整体三维模型沿半径方向放射状分割成多个三维铸型块，根据每个三维铸型块的结构，通过芯盒单独制造获得相对应于每个三维铸型块的多个实体铸型块；

2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述安装环上设置有至少一个定位孔，与所述定位孔对应的所述实体铸型块上设置有一个定位销。

3.如权利要求2所述的制造方法，其特征在于，所述定位销是在单独制造的时候预埋在所述实体铸型块中的金属柱状部件。

4.如权利要求3所述的制造方法，其特征在于，所述步骤C中，在所述安装环上放置所述实体铸型块的时候，首先将具有所述定位销的所述实体铸型块定位安装在所述安装环上，然后贴着此实体铸型块依次将其它实体铸型块一块一块摆放整齐。

5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述步骤C中，在所述安装环上放置所述实体铸型块的时候，在所述实体铸型块之间以及所述安装环上涂抹粘结剂，以将所述实体铸型块和所述安装环牢固的粘接成整体。