CN104338905B - 一种定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置 - Google Patents

一种定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置 Download PDF

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Abstract

一种定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置,构成如下:上模板(1)、上模(2)、下模(3)、上模活块(4)、上模压紧压紧块(5)、下模活块(6)、下模镶块(7)、下模前活块(8)、下模后活块(9)、联动板(10)、前缘活块(11)、注蜡板(12)、阶形螺钉(13)、把手(14)和定位销(15);所述下模(3)包括:下模正面a和下模底面b,在下模正面a的左边A处开设注芯口,且在左端面分别开设定位孔和螺纹孔,通过圆柱销(15)及阶形螺钉(13)将注蜡板(12)固定在下模(3)上,所述定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置加工精度高、装配紧凑、空间小、重量轻、操作方便。

Description

一种定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置
技术领域
本发明涉及定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置的结构设计和应用技术领域。
背景技术
为不断提高航空发动机的推重比。目前的解决方式是提高航空发动机涡轮前燃气温度与改善叶片的冷却结构。但现有高温合金材料的承温状况都已接近极限,所以涡轮叶片的设计普遍采用空腔结构,以提高叶片冷却效率。空心叶片的复杂内腔由陶瓷型芯形成,所以陶瓷型芯的制造也成为了涡轮叶片铸造的关键技术。叶片的制造从最初的等轴多晶叶片发展到具有复杂气冷通道的定向凝固柱晶叶片和单晶叶片。众所周知定向凝固叶片陶瓷型芯本身结构异常复杂,因此其成形装置的分型面及结构设计将直接影响陶瓷型芯成形的成败,成形装置设计的不合理将出现装配精度不高;操作不方便;陶瓷型芯取不出、裂纹、变形及表面光洁度不好等缺陷。
人们迫切希望获得一种技术效果优良的定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置。
发明内容
本发明的目的是提供一种技术效果优良的定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置。解决装置装配精度不高、操作不方便以及陶瓷型芯取不出、裂纹、变形及表面光洁度不好等问题。
所述定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置整体为长方体结构,具体参见附图1,定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置的材料为P20,整体分型面为平面与复杂曲面的复合体。
所述定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置构成如下:上模板1、上模2、下模3、上模活块4、上模压紧压紧块5、下模活块6、下模镶块7、下模前活块8、下模后活块9、联动板10、前缘活块11、注蜡板12、阶形螺钉13、把手14和定位销15;
所述下模3包括:下模正面a和下模底面b,在下模正面a的左边A处开设注芯口,且在左端面分别开设定位孔和螺纹孔,通过圆柱销15及阶形螺钉13将注蜡板12固定在下模3上,具体参见附图1中的W处,在下模正面a的四个角B处分别设有撬口,紧邻撬口的位置C处设有定位通孔,具体参见附图2,所述上模2包括:上模正面c和上模底面d;所述上模正面c的L处设置有通孔,具体参见附图4,所述下模3与上模2通过定位销15、C处和L处的通孔定位连接,所述下模正面a的中间D处为陶瓷型芯成形型腔部分,在H处相间开设定位孔和阶梯通孔,通过连接件和H处相间开设定位孔和阶梯通孔将下模镶块7固定在下模3上,作为叶片陶瓷型芯排气边尾缝的下模活块6通过下模镶块7定位并可在下模镶块7特定的方向上滑动,具体参见附图7,所述下模活块6由开设在上模正面c的S处的楔形面进行锁紧;具体参见附图4,下模正面a的两端F处和Q处设有两个下沉的凹槽,具体参见附图2,下模前活块8和下模后活块9分别通过此凹槽定位,且下模前活块8和下模后活块9通过两个联动板10连接,并可在垂直于下模底面b的方向上移动,所述下模前活块8、下模后活块9、联动板10共同构成陶瓷型芯顶出机构,具体参见附图10,所述顶出机构通过安装在下模镶块7上Y处开设定位孔的圆柱销进行限位,防止顶出机构滑出,具体参见附图1;前缘活块11在下模正面a的G处构成叶片陶瓷型芯前缘“鱼翅状”凹槽,并通过开设在上模正面c的M处的楔形面锁紧,具体参见附图4,下模正面a的E处开设用来安装工艺球的定位孔,作为机加和日后修模的基准,具体参见附图2,在下模底面b,对称铣加工凹槽2处,深15mm,具体参见附图3,在上模正面c的K处对称开设4个螺纹孔,把手14通过螺钉、下模底面b上的凹槽和上模正面c上K处的螺纹孔固定在上模2的Z处,具体参见附图1,所述上模正面c的中间部位为陶瓷型芯成形型腔部分,具体参见附图4,在上模底面d的的O处开设用来安装工艺球的定位孔,作为机加和日后修模的基准;具体参见附图5,上模活块4通过上模底面d的R处的凹槽定位并约束在上模2上滑动,并通过上模压紧压紧块5进行压紧,上模压紧压紧块5通过螺钉将其固定在上模板1上,具体参见附图11,所述上模底面d的P处设置有用以取出上模活块4的撬口,所述上模板1的V处开设有用以取上模板1及上模压紧压紧块5的撬口,具体参见附图1。
所述下模正面a的左边A处开设的注芯口直径为6mm~10mm。
所述下模正面a的四个角B处的撬口形状为方形,且其中一边倒圆,下沉下沉1.5mm~5mm。
所述下模前活块8、下模后活块9与联动板10通过圆柱销16和圆柱头内六角螺钉19进行固定。
所述连接件具体为内螺纹圆柱销17、圆柱头内六角螺钉18。
所述定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置使用过程如下:将定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置整体预热到(30~45)℃后,将其放在美国产50吨MPI压蜡机工作台上。用撬板撬上模板1的撬口处,参见附图1的V处,将上模板1和上模压紧压紧块5从上模2中取出,接着用撬扳撬上模2的撬口P处,具体参见附图5的P处,将上模活块4从上模2中取出,然后双手握住把手14,将上模2与下模3分离。接着在定向凝固叶片陶瓷型芯成形型腔各个部位分别刷分型剂(甲基硅油),最后将上模2合在下模3上,装入上模活块4,装入上模压紧压紧块5和上模板1后,将注芯板12的注芯口对准MPI设备的注芯嘴,最后将该装置固定在MPI的操作平台上。将配置好的定向凝固叶片陶瓷型芯芯料搅拌加热到(80~120)℃,在一定的工艺参数下进行注芯料,其中注射压力为(2.5~5)MPa,合模力为5.5MPa,保压时间为(13~14)秒。此时,用手转动注芯板12,使其活动。之后用撬板撬上模板1的撬口处,具体参见附图1中的V处,将上模板1和上模压紧压紧块5从上模2中取出,接着用撬扳撬上模2的撬口P处,具体参见附图5的P处,将上模活块4从上模2中取出,然后双手握住把手14,将上模2与下模3分离。紧接着沿一定的方向滑出前缘活块11、下模活块6,然后,用压缩空气轻吹定向凝固叶片陶瓷型芯,双手握住联动杆10,在顶出机构的作用下,顶出定向凝固叶片陶瓷型芯,最后将取出的陶瓷型芯放在专用的校型胎具上校型。
所述定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置,其结构为整体分型、局部活块结构,较分体结构的装置加工精度高、装配紧凑、空间小、重量轻、操作方便,其顶出机构可有效防止定向凝固叶片陶瓷型芯出模时变形、断裂及取不出等情形,压制定向凝固叶片陶瓷型芯效率高,工人劳动强度低。此外,该装置材料为P20材料,主要零部件经3D设计后直接由数控加工,不经热处理直接装配使用,缩短了装置生产周期,能加快定向凝固叶片的研制进度。
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为定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置总体示意图;
图2为下模正面a示意图;
图3为下模底面b示意图;
图4为上模正面c示意图;
图5为上模底面d示意图;
图6为内螺纹圆柱销和圆柱头内六角螺钉配合示意图;
图7为下模活块与下模镶块配合示意图;
图8为下模镶块示意图;
图9为下模活块示意图;
图10为顶出机构示意图;
图11为上模活块和上模压紧压紧块配合示意图;
图12为上模板、上模和下模配合示意图;
图13为下模前活块和下模后活块配合示意图。
具体实施方式
实施例1
所述定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置整体为长方体结构,具体参见附图1,定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置的材料为P20,整体分型面为平面与复杂曲面的复合体。
所述定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置构成如下:上模板1、上模2、下模3、上模活块4、上模压紧压紧块5、下模活块6、下模镶块7、下模前活块8、下模后活块9、联动板10、前缘活块11、注蜡板12、阶形螺钉13、把手14和定位销15;
所述下模3包括:下模正面a和下模底面b,在下模正面a的左边A处开设注芯口,且在左端面分别开设定位孔和螺纹孔,通过圆柱销15及阶形螺钉13将注蜡板12固定在下模3上,具体参见附图1中的W处,在下模正面a的四个角B处分别设有撬口,紧邻撬口的位置C处设有定位通孔,具体参见附图2,所述上模2包括:上模正面c和上模底面d;所述上模正面c的L处设置有通孔,具体参见附图4,所述下模3与上模2通过定位销15、C处和L处的通孔定位连接,所述下模正面a的中间D处为陶瓷型芯成形型腔部分,在H处相间开设定位孔和阶梯通孔,通过连接件和H处相间开设定位孔和阶梯通孔将下模镶块7固定在下模3上,作为叶片陶瓷型芯排气边尾缝的下模活块6通过下模镶块7定位并可在下模镶块7特定的方向上滑动,具体参见附图7,所述下模活块6由开设在上模正面c的S处的楔形面进行锁紧;具体参见附图4,下模正面a的两端F处和Q处设有两个下沉的凹槽,具体参见附图2,下模前活块8和下模后活块9分别通过此凹槽定位,且下模前活块8和下模后活块9通过两个联动板10连接,并可在垂直于下模底面b的方向上移动,所述下模前活块8、下模后活块9、联动板10共同构成陶瓷型芯顶出机构,具体参见附图10,所述顶出机构通过安装在下模镶块7上Y处开设定位孔的圆柱销进行限位,防止顶出机构滑出,具体参见附图1;前缘活块11在下模正面a的G处构成叶片陶瓷型芯前缘“鱼翅状”凹槽,并通过开设在上模正面c的M处的楔形面锁紧,具体参见附图4,下模正面a的E处开设用来安装工艺球的定位孔,作为机加和日后修模的基准,具体参见附图2,在下模底面b,对称铣加工凹槽2处,深15mm,具体参见附图3,在上模正面c的K处对称开设4个螺纹孔,把手14通过螺钉、下模底面b上的凹槽和上模正面c上K处的螺纹孔固定在上模2的Z处,具体参见附图1,所述上模正面c的中间部位为陶瓷型芯成形型腔部分,具体参见附图4,在上模底面d的的O处开设用来安装工艺球的定位孔,作为机加和日后修模的基准;具体参见附图5,上模活块4通过上模底面d的R处的凹槽定位并约束在上模2上滑动,并通过上模压紧压紧块5进行压紧,上模压紧压紧块5通过螺钉将其固定在上模板1上,具体参见附图11,所述上模底面d的P处设置有用以取出上模活块4的撬口,所述上模板1的V处开设有用以取上模板1及上模压紧压紧块5的撬口,具体参见附图1。
所述下模正面a的左边A处开设的注芯口直径为6mm~10mm。
所述下模正面a的四个角B处的撬口形状为方形,且其中一边倒圆,下沉下沉1.5mm~5mm。
所述下模前活块8、下模后活块9与联动板10通过圆柱销16和圆柱头内六角螺钉19进行固定。
所述连接件具体为内螺纹圆柱销17、圆柱头内六角螺钉18。
所述定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置使用过程如下:将定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置整体预热到(30~45)℃后,将其放在美国产50吨MPI压蜡机工作台上。用撬板撬上模板1的撬口处,参见附图1的V处,将上模板1和上模压紧压紧块5从上模2中取出,接着用撬扳撬上模2的撬口P处,具体参见附图5的P处,将上模活块4从上模2中取出,然后双手握住把手14,将上模2与下模3分离。接着在定向凝固叶片陶瓷型芯成形型腔各个部位分别刷分型剂(甲基硅油),最后将上模2合在下模3上,装入上模活块4,装入上模压紧压紧块5和上模板1后,将注芯板12的注芯口对准MPI设备的注芯嘴,最后将该装置固定在MPI的操作平台上。将配置好的定向凝固叶片陶瓷型芯芯料搅拌加热到(80~120)℃,在一定的工艺参数下进行注芯料,其中注射压力为(2.5~5)MPa,合模力为5.5MPa,保压时间为(13~14)秒。此时,用手转动注芯板12,使其活动。之后用撬板撬上模板1的撬口处,具体参见附图1中的V处,将上模板1和上模压紧压紧块5从上模2中取出,接着用撬扳撬上模2的撬口P处,具体参见附图5的P处,将上模活块4从上模2中取出,然后双手握住把手14,将上模2与下模3分离。紧接着沿一定的方向滑出前缘活块11、下模活块6,然后,用压缩空气轻吹定向凝固叶片陶瓷型芯,双手握住联动杆10,在顶出机构的作用下,顶出定向凝固叶片陶瓷型芯,最后将取出的陶瓷型芯放在专用的校型胎具上校型。
所述定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置,其结构为整体分型、局部活块结构,较分体结构的装置加工精度高、装配紧凑、空间小、重量轻、操作方便,其顶出机构可有效防止定向凝固叶片陶瓷型芯出模时变形、断裂及取不出等情形,压制定向凝固叶片陶瓷型芯效率高,工人劳动强度低。此外,该装置材料为P20材料,主要零部件经3D设计后直接由数控加工,不经热处理直接装配使用,缩短了装置生产周期,能加快定向凝固叶片的研制进度。
实施例2
本实施例与实施例1基本相同,不同之处在于:
所述下模正面a的左边A处开设的注芯口直径为8mm。
所述下模正面a的四个角B处的撬口形状为方形,且其中一边倒圆,下沉下沉1.5mm。
实施例3
本实施例与实施例1基本相同,不同之处在于:
所述下模正面a的左边A处开设的注芯口直径为6~7mm。
所述下模正面a的四个角B处的撬口形状为方形,且其中一边倒圆,下沉下沉3.5mm~5mm。

Claims (5)

1.一种定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置,包括:上模(2)和下模(3),其特征在于:所述定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置还包括:上模板(1)、上模活块(4)、上模压紧压紧块(5)、下模活块(6)、下模镶块(7)、下模前活块(8)、下模后活块(9)、联动板(10)、前缘活块(11)、注蜡板(12)、阶形螺钉(13)、把手(14)和定位销(15);所述下模(3)包括:下模正面a和下模底面b,在下模正面a的左边A处开设注芯口,且在左端面分别开设定位孔和螺纹孔,通过圆柱销(15)及阶形螺钉(13)将注蜡板(12)固定在下模(3)上,在下模正面a的四个角B处分别设有撬口,紧邻撬口的位置C处设有定位通孔,所述上模(2)包括:上模正面c和上模底面d;所述上模正面c的L处设置有通孔,所述下模(3)与上模(2)通过定位销(15)、C处和L处的通孔定位连接,所述下模正面a的中间D处为陶瓷型芯成形型腔部分,在H处相间开设定位孔和阶梯通孔,通过连接件和H处相间开设定位孔和阶梯通孔将下模镶块(7)固定在下模(3)上,下模活块(6)通过下模镶块(7)定位并可在下模镶块(7)上滑动,所述下模活块(6)由开设在上模正面c的S处的楔形面进行锁紧;下模正面a的两端F处和Q处设有两个下沉的凹槽,下模前活块(8)和下模后活块(9)分别通过此凹槽定位,且下模前活块(8)和下模后活块(9)通过两个联动板(10)连接,并可在垂直于下模底面b的方向上移动,所述下模前活块(8)、下模后活块(9)、联动板(10)共同构成陶瓷型芯顶出机构,所述顶出机构通过安装在下模镶块(7)上Y处开设定位孔的圆柱销进行限位,防止顶出机构滑出,前缘活块(11)在下模正面a的G处构成叶片陶瓷型芯前缘凹槽,并通过开设在上模正面c的M处的楔形面锁紧,下模正面a的E处开设用来安装工艺球的定位孔,在下模底面b,对称铣加工凹槽,在上模正面c的K处对称开设螺纹孔,把手(14)通过螺钉、下模底面b上的凹槽和上模正面c上K处的螺纹孔固定在上模(2)的Z处,所述上模正面c的中间部位为陶瓷型芯成形型腔部分,在上模底面d的的O处开设用来安装工艺球的定位孔,上模活块(4)通过上模底面d的R处的凹槽定位并约束在上模(2)上滑动,并通过上模压紧压紧块(5)进行压紧,上模压紧压紧块(5)通过螺钉将其固定在上模板1上,所述上模底面d的P处设置有用以取出上模活块(4)的撬口,所述上模板(1)的V处开设有用以取上模板(1)及上模压紧压紧块(5)的撬口。
2.按照权利要求1所述定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置,其特征在于:所述下模正面a的左边A处开设的注芯口直径为6mm~10mm。
3.按照权利要求2所述定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置,其特征在于:所述下模正面a的四个角B处的撬口形状为方形,且其中一边倒圆,下沉1.5mm~5mm。
4.按照权利要求3所述定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置,其特征在于:所述下模前活块(8)、下模后活块(9)与联动板(10)通过圆柱销(16)和圆柱头内六角螺钉(19)进行固定。
5.按照权利要求4所述定向凝固叶片陶瓷型芯成形装置,其特征在于:所述连接件具体为内螺纹圆柱销(17)、圆柱头内六角螺钉(18)。
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Address after: 110043 Dong TA street, Dadong District, Shenyang, Liaoning Province, No. 6

Patentee after: Chinese Hangfa Shenyang Liming Aero engine limited liability company

Address before: 110043 Dong TA street, Dadong District, Shenyang, Liaoning Province, No. 6

Patentee before: Liming Aeroplane Engine (Group) Co., Ltd., Shenyang City

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