CN105499508B - 一种大尺寸薄壁环形窄通道铸件的陶芯制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大尺寸薄壁环形窄通道铸件的陶芯制作方法，解决了此类铸件整体陶芯制作困难问题。将分段陶芯在工装上进行粘接拼接，一方面拼接成的整体陶芯的圆度尺寸有保证，提高了铸件的加工成功率，另一方面避免了采用整体陶芯方案的昂贵生产成本，提高了铸件合格率，缩短了生产周期，实现了大尺寸环形窄通道铸件的短周期、低成本生产，铸件形状尺寸良好，满足了航空发动机中此类铸件的需求。

Description

一种大尺寸薄壁环形窄通道铸件的陶芯制作方法

技术领域

本发明属于铸造成形技术领域，涉及一种大尺寸环形窄通道铸件的陶芯制作方法，特别是关于一种对圆度要求极高、通道狭窄的环形铸件的蜡模成型工艺，是大尺寸环形陶芯在精密铸造过程中的应用。

背景技术

目前，在精密铸造行业对铸件型腔的形成有两种方法：用陶瓷型芯和可溶型芯。陶瓷型芯是采用耐火材料按一定的比例混合、烧结成型，在压蜡过程中埋入，铸件浇注成型后进行脱除。可溶型芯也是一种制备空心铸件常用的工具，将可溶性各组元按一定的比例混合成膏体，在一定的温度和压力下进行压制，在压蜡过程中埋入，待蜡模成形后，在制壳前脱除。

对于大尺寸环形窄通道铸件结构而言，如图1所示，蜡模成型有如下两个方案：

(1)采用羰芯，即可溶芯，但不能是整体，必须是分段羰芯，然后将分段蜡模再拼接上，方案可行，但是狭小的通道导致蜡模无法对接缝修型，即使能修，在修型的过程中，蜡模收缩和挪放会影响蜡模的圆度，导致铸件无法满足机加要求，同时对制壳提出非常高的要求，狭窄的通道有一小处漏钢即前功尽弃。

(2)整体陶芯，此类陶芯国外有尝试做成整体环的，但是最多也不超过5％的比例，原因很多，主要就是模具的费用；由于模具复杂及整体焙烧匣钵所占用的空间极其大，使其模具费用在国外高达12万英镑，且陶芯制造成本上升到原来的7-10倍左右。所以在近15年，整体陶芯的方案基本上消失，原因就是成本太高了。

目前国内在制作大型环形狭窄通道铸件方面缺少足够的经验，仍为研制阶段，往往采用板筋和叶片钎焊的工艺方法，且叶片数量多，生产成本高，周期长，同时由于通道圆度不够造成后期焊接困难。对于薄壁环形件来说，圆度误差太大即宣告了铸件机加报废。同时研制一件需较长的生产周期，过多的人工抛磨，如果铸件批产，目前的工艺方法难以满足生产需求。同时，如此大尺寸的整体陶芯制作仍存在困难，无论是模具、陶芯烧制等方面均存在技术问题，无法保证陶芯的形状尺寸。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明的目的在于提供一种大尺寸薄壁环形窄通道铸件的整体陶芯制作方法，该方法解决了整体陶芯难于制作的问题。该方法是采用陶芯粘接胶将分段陶芯在工装上进行粘接拼接而成形。一方面拼接成的整体陶芯的圆度尺寸有保障，通道圆度好，从而保证了内外环的机加，提高了铸件的加工成功率；另一方面拼接陶芯避免了采用整体陶芯加工方案带来的昂贵生产成本问题。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：一种大尺寸薄壁环形窄通道铸件的陶芯制作方法，其特征在于：是指先将陶芯分段制作，然后采用粘接胶在拼接工装上对各分段陶芯进行拼接，形成为整体陶芯的过程；其中，

所述陶芯是按设计尺寸均分为段制作的；

各分段陶芯的拼接处为阶梯型断面；

所述拼接工装包括：底盘、支撑腿、陶芯定位杆、固定螺栓、分度定位环、分度定位销；所述陶芯定位杆是对每一分段陶芯在工装上定位，所述分度定位环上通过固定螺栓固定陶芯，所述分段陶芯随分度定位环旋转拼接；分度定位销用于在分度定位环的位置确定后，固定分度定位环。

进一步讲，所述陶芯为硅基陶瓷型芯。

进一步讲，对各分段陶芯在拼接前要在检测工装上进行圆度检测，所述检测工装包括平台、测头、扇形滑块、固定螺栓；

所述扇形滑块的滑动轨迹圆心与测头的圆心一致，且与分段陶芯的理论弧线一致，通过扇形滑块的滑动是否顺利通过陶芯来检测陶芯是否合格，如果碰到则不合格。

本发明利用分段陶芯的圆心和工装测头圆心的重合来检测陶芯的弧度是否符合尺寸设计要求，圆心重合为合格。工装结构特点为其基准面设置在陶芯的一个平面上，制作一个与陶芯理论弧度相同的扇形滑块，另包括定位陶芯的固定螺栓；滑块滑动轨迹的圆心与陶芯定位后的圆心一致，可以检测扇形分段陶芯的弧度是否满足设计要求，此检测工装设计简单。

进一步讲，分段陶芯拼接的方法是先将一个分段陶芯固定在工装上，将另一个分段陶芯的端面涂抹上粘接胶，然后与先固定在工装上的一个分段陶芯粘接，以这样的步骤直到拼接完最后一个分段陶芯。

进一步讲，拼接时，陶芯的内壁紧贴在分度定位环上，分度定位环的直径为铸件通道放缩后的直径。

紧贴定位环可以保证拼接后的陶芯的圆度和直径尺寸。用固定螺栓固定一段陶芯后，拔下分度定位销，旋转分度定位环，旋转至下一段陶芯拼接位置，插上分度定位销。拼接陶芯后用固定螺栓固定已拼接完的陶芯，防止陶芯移动，破坏胶的粘接性。铸件通道的叶片分度由分段陶芯保证，粘接处两侧的叶片分度由拼装保证。有多少分段陶芯，拼装就要设计多少分度定位孔来插拔分度定位销。工装所有配合尺寸公差控制在0.02mm以内。

进一步讲，将粘接完的分段陶芯连同工装，放置在干燥环境中24h以上干燥。

待分段陶芯粘接胶干燥硬化后，将整体陶芯从工装上取下，检查陶芯粘接牢固性，然后用600#砂纸将粘接处多余的已凝固的胶磨去，直到磨成和陶芯一样的型面；然后再用1000#砂纸对粘接胶处光滑磨平，保证铸件通道的粗糙度。

本发明有益效果是利用了铸件的蜡模拼接手段，使用在大尺寸陶芯上，使此类铸件具有较好的圆度，更低的粗糙度，满足设计者的使用需求，同时降低生产成本，提高铸件合格率。为将来研制大型整体窄通道的铸件积累技术经验。

本工艺可以缩短铸件生产周期，提高铸件合格率，降低生产成本，满足设计要求。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为实施例1的铸件图；

图2为实施例1分段陶芯图；

图3-1为实施例1的分段陶芯的检测工装立体图；

图3-2为实施例1的分段陶芯的检测工装纵剖面图；

图4为实施例1陶芯拼接工装；

图5为实施例1的整体陶芯的结构图；

图6为实施例2铸件图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。

由于此类铸件的通道狭窄，往往只在3mm～5mm之间，陶芯尺寸薄，拼成整体后直径大，铸件机加后要求的壁厚薄，要求拼成的整体陶芯圆度必须满足机加，所以分段陶芯的设计原则是，参照铸件直径，对整体陶芯合理分段，分段陶芯的长度要利于陶芯的制作，不易变形，陶芯拼接处的结构应设计成阶梯型，增加粘接胶与陶芯的接触面积；陶芯采用硅基陶瓷型芯，经高温烧结、强化后可直接在拼装上进行拼接。

具体制作和拼接工艺如下：

1)分段陶芯的制作：在设计阶段，将整体陶芯分为均匀的几段，然后分段制作，如图2所示。

2)分段陶芯的检测：针对大尺寸薄壁环形窄通道铸件而言，对每个烧制好的分段陶芯在检测工装上首先进行检验。

如图3-1、3-2所示，分段陶芯主要检测其圆度。检测工装简单，包括工装平台101、测头102、扇形滑块103、固定螺栓104。检测是否合格的标准是利用分段陶芯的圆心和测头102圆心的重合来检测陶芯的弧度是否符合尺寸设计要求，圆心重合为合格。因此设计一个与分段陶芯的理论弧度相同的扇形滑块103，检测时，选取陶芯的一个平面作为基准面，用固定螺栓104固定在工装平台101上，将扇形滑块103安装在滑道内，滑道紧贴陶芯，也就是与陶芯有相同的理论弧线，且滑道的圆心与测头102的圆心一致，同时与理论上的分段陶芯的定位圆心也应一致，检测时滑动滑块，如果滑块能顺利通过分段陶芯，则陶芯检测合格，否则陶芯形状不合格。

3)分段陶芯的拼装：如图4所示，总体方法就是先将一个分段陶芯固定在工装上，将另一个分段陶芯的端面涂抹上粘接胶，然后与先固定在工装上的一个分段陶芯粘接，以这样的步骤直到拼接完最后一个分段陶芯。

分段陶芯在取放时，一定要轻拿轻放，陶芯粘接后请勿移动，否则粘接胶会裂开。粘接胶成分与陶芯成分类似，具有粘接性的胶泥。

陶芯粘接工装结构包括底盘201、支撑腿202、陶芯定位杆203、陶芯固定螺栓204、分度定位环205、分度定位销206。

粘接工装的设计原则是，由于此类铸件狭窄通道都有叶片，所以选择铸件通道叶型上的一个点做为定位点，工装方面设计一个可以与此点接触的陶芯定位杆203，定位杆装配在工装上，拼接时用陶芯定位杆203接触定位点定位陶芯，定位后将一段陶芯通过陶芯固定螺栓204固定在分度定位环205上开始拼接。拼接时定位杆不动，陶芯随分度定位环205旋转拼接。

工装上有分度定位环205，分度定位销206是用于在分度定位环的位置确定后，固定分度定位环205。分度定位环205上有分度孔，用于插入分度定位销206，保证叶片分度。拼接时，陶芯的内壁紧贴在分度定位环上，分度定位环的直径为铸件通道放缩后的直径，紧贴分度定位环可以保证拼接后的陶芯的圆度和直径尺寸。用固定螺栓204固定一段陶芯后，拔下分度定位销206，旋转分度定位环205，旋转至下一段陶芯拼接位置，再插上分度定位销固定住定位环。拼接陶芯后用固定螺栓204固定已拼接完的陶芯，防止陶芯移动，破坏胶的粘接性。

铸件通道的叶片分度由分段陶芯保证，粘接处两侧的叶片分度由拼装保证。有多少分段陶芯，拼接工装就要设计多少分度定位孔来插拔分度定位销。工装所有配合尺寸公差控制在0.02mm以内。

4)将粘接完的分段陶芯连同工装，放置在干燥环境中24h以上。

5)待分段陶芯粘接处的胶干燥硬化后，将粘接后的由数段分段陶芯组成的整体陶芯从专用工装上取下，检查陶芯粘接牢固性，然后用600#砂纸将粘接处多余的已凝固的胶磨去，直到磨成和陶芯一样的型面即可。

6)再用更细的1000#砂纸对粘接胶处光滑磨平，保证铸件通道的粗糙度。待精修完毕后，检查粘接处有无孔洞缝隙，如有可在局部进行填补胶，干燥后磨去即可。

7)用三坐标测量仪对已制作完毕的整体陶芯做圆度检测，圆度在0.5mm以内方可投入生产使用。

实施实例1：

铸件结构如附图5所示，本实施例的铸件为航空发动机中一种预旋喷嘴，它由一圈小型导向叶片组成，叶片间的通道呈收敛形，由于喷出的气流在预旋喷嘴中膨胀降温，使冷却气流的温度也得到一定的降低，进而改善发动机叶片冷却效果。类似的措施已在很多发动机中应用。叶片间的通道呈收敛形，通道仅为4.4mm，直径达到约420mm，根据本工艺方法来制作此铸件通道陶芯：

步骤1：对每个烧制好的分段陶芯扇形段在工装上进行检验。工装如附图2所示；

步骤2：将一个分段陶芯扇形段固定在拼接工装上，在另一个分段陶芯的端面，涂抹上粘接胶，然后在工装上与第一个陶芯粘接，以这样的步骤直到拼接完最后一个分段陶芯。工装如图4所示；

步骤3：将粘接完的分段陶芯连同工装，放置在干燥环境中24h以上；

步骤4：待分段陶芯粘接处的胶干燥硬化后，将粘接后的由13段分段陶芯扇形段组成的整体陶芯从专用工装上取下，检查陶芯粘接牢固性，然后用600#砂纸将粘接处多余的已凝固的胶磨去，直到磨成和陶芯一样的型面即可；

步骤5：最后用更细的1000#砂纸对粘接胶处光滑磨平，保证铸件通道的粗糙度；

待精修完毕后，检查粘接处有无孔洞缝隙，如有可在局部进行填补，干燥后磨去即可。拼接出的整体陶芯如附图5所示，经三坐标检查，通道圆度0.5，保证了内外壁的加工，铸件研制成功。

实施实例2：

铸件结构如附图6所示，本实施例的铸件为某在研发动机用预旋喷嘴，通道仅为3.5mm，直径达到约350mm；同时具有前后法兰端面，叶片进气边侧设计有较长的通道内外壁，内外壁间还有连接筋，且与叶片有分度要求。根据本工艺方法来制作此铸件通道陶芯：

步骤1：对每个烧制好的分段陶芯扇形段在检测工装上进行检验。

步骤2：将一个分段陶芯扇形段固定在拼接工装上，在另一个分段陶芯的端面，涂抹上粘接胶，然后在工装上与第一个陶芯粘接，以这样的步骤直到拼接完最后一个分段陶芯。

步骤3：将粘接完的分段陶芯连同工装，放置在干燥环境中24h以上。

步骤4：待分段陶芯粘接处的胶干燥硬化后，将粘接后的由9段分段陶芯扇形段组成的整体陶芯从专用工装上取下，检查陶芯粘接牢固性，然后用600#砂纸将粘接处多余的已凝固的胶磨去，直到磨成和陶芯一样的型面即可。

步骤5：最后一步，用更细的1000#砂纸对粘接胶处光滑磨平，保证铸件通道的粗糙度。待精修完毕后，检查粘接处有无孔洞缝隙，如有可在局部进行填补，干燥后磨去即可。经三坐标检查，通道圆度0.4，保证了内外壁的加工，铸件研制成功。

以上仅为本发明较佳的具体实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

在此方法之前，仅能通过快速成型方案实现蜡模成型，采用此方案后，通道可以整作成整体陶芯，然后在整体陶芯的基础上实现了具有大尺寸窄通道的带有复杂内外环结构的铸件生产，顺利的完成了铸件研制，且尺寸及冶金质量符合要求。

Claims (5)

1.一种大尺寸薄壁环形窄通道铸件的陶芯制作方法，其特征在于：是指先将陶芯分段制作，然后采用粘接胶在拼接工装上对各分段陶芯进行拼接，形成为整体陶芯的过程；其中，

所述陶芯为硅基陶瓷型芯，是按设计尺寸均分为段制作的；

各分段陶芯的拼接处为阶梯型断面；

所述拼接工装包括：底盘、支撑腿、陶芯定位杆、固定螺栓、分度定位环、分度定位销；所述陶芯定位杆是对每一分段陶芯在工装上定位，所述分度定位环上通过固定螺栓固定陶芯，所述分段陶芯随分度定位环旋转拼接；分度定位销用于在分度定位环的位置确定后，固定分度定位环；

对各分段陶芯在拼接前要在检测工装上进行圆度检测，所述检测工装包括平台、测头、扇形滑块、固定螺栓；

所述扇形滑块的滑动轨迹圆心与测头的圆心一致，且与分段陶芯的理论弧线一致，通过扇形滑块的滑动是否顺利通过陶芯来检测陶芯是否合格，如果扇形滑块能顺利通过陶芯则陶芯合格。

2.根据权利要求1所述的大尺寸薄壁环形窄通道铸件的陶芯制作方法，其特征在于：分段陶芯拼接的方法是先将一个分段陶芯固定在工装上，将另一个分段陶芯的端面涂抹上粘接胶，然后与先固定在工装上的一个分段陶芯粘接，以这样的步骤直到拼接完最后一个分段陶芯。

3.根据权利要求2所述的大尺寸薄壁环形窄通道铸件的陶芯制作方法，其特征在于：拼接时，陶芯的内壁紧贴在分度定位环上，分度定位环的直径为铸件放缩后通道的直径。

4.根据权利要求2所述的大尺寸薄壁环形窄通道铸件的陶芯制作方法，其特征在于：将粘接完的分段陶芯连同工装，放置在干燥环境中24h以上干燥。

5.根据权利要求3所述的大尺寸薄壁环形窄通道铸件的陶芯制作方法，其特征在于：待分段陶芯粘接胶干燥硬化后，将整体陶芯从工装上取下，检查陶芯粘接牢固性，然后用600#砂纸将粘接处多余的已凝固的胶磨去，直到磨成和陶芯一样的型面；然后再用1000#砂纸对粘接胶处光滑磨平，保证铸件通道的粗糙度。