CN105855468A - 陶瓷型壳制备方法及制备透平叶片的陶瓷型壳的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种陶瓷型壳制备方法，包括以下步骤：步骤一，在陶瓷型壳外的浇铸时至少容易发生鼓胀变形的部位固定加强筋；以及步骤二，待所述步骤一所得到的陶瓷型壳充分干燥后，脱除该陶瓷型壳内部的蜡模，再除去残蜡，进行焙烧，最终得到所需陶瓷型壳。应用该方法制备的陶瓷型壳，施工时，能够至少减轻因其强度太高而造成铸件热裂及因其强度太低而造成铸件鼓胀变形的问题。本发明公开一种制备透平叶片的陶瓷型壳的制造方法，采用上述的陶瓷型壳制备方法。

Description

陶瓷型壳制备方法及制备透平叶片的陶瓷型壳的制造方法

技术领域

本发明涉及陶瓷型壳制备技术，具体涉及陶瓷型壳制备方法及制备透平叶片的陶瓷型壳的制造方法。

背景技术

重型燃气轮机透平叶片均采用失蜡精密铸造的方法。失蜡精密铸造过程如下，首先压制透平叶片蜡模,浇注系统蜡模，然后将叶片蜡模和浇注系统蜡模组装成蜡树，将蜡树清洗后，浸入耐火陶瓷粉料配制成的浆料，待模组表面均匀包裹上一层陶瓷浆料后，将蜡树放入淋沙机，待陶瓷浆料表面均匀的覆盖上一层耐火沙子即可，陶瓷浆料覆盖层和上面镶嵌的耐火沙子构成型壳的一层，该层充分干燥后再次进行浸浆和淋沙操作。以上过程，反复进行，直至模组表面的型壳达到一定的层数，如8层（不限于此数值）。陶瓷型壳最后一层，只浸浆，不淋沙，叫封严层。待封严层干燥充分后，采用脱蜡釜将陶瓷型壳内部的蜡脱掉后，烧掉残蜡，然后在钢水浇注之前将陶瓷型壳焙烧至指定温度，将钢水浇入，然后充分冷却，将铸件表面型壳清除即可。

以上过程中，如果型壳层数较少，则陶瓷型壳浇注时的整体强度较低，在钢水浇注时，型壳难以抵抗钢水压力而发生变形-如胀壳，从而在铸件上产生鼓胀的现象，造成铸件因尺寸超差而报废。如果陶瓷型壳层数较多，则陶瓷型壳浇注时的整体强度较高，钢水浇注后，铸件铸件冷却收缩，由于型壳强度较高，铸件收缩受阻，超过该温度点合金的抗拉强度，则在铸件表面形成热裂，直接导致铸件报废。因此在制备陶瓷型壳时，型壳强度既不能太高造成铸件热裂，也不能太低造成铸件鼓胀变形。因此采用常规的精密铸造方法制备陶瓷型壳工艺控制难度较大，也造成了燃机透平叶片精密铸造合格率较低。

发明内容

一方面，本发明要解决的技术问题是，提供一种陶瓷型壳制备方法，应用该方法制备的陶瓷型壳，施工时，能够至少减轻因其强度太高而造成铸件热裂及因其强度太低而造成铸件鼓胀变形的问题。

另一方面，本发明要解决的技术问题是，提供一种制备透平叶片的陶瓷型壳的制造方法，应用该方法制备的透平叶片，施工时，能够至少减轻因其强度太高而造成铸件热裂及因其强度太低而造成铸件鼓胀变形的问题。

为解决一方面的问题，本发明采用如下技术方案。

一种陶瓷型壳制备方法，包括以下步骤：

步骤一，在陶瓷型壳外的浇铸时至少容易发生鼓胀变形的部位固定加强筋；以及

步骤二，待所述步骤一所得到的陶瓷型壳充分干燥后，脱除该陶瓷型壳内部的蜡模，再除去残蜡，进行焙烧，最终得到所需陶瓷型壳。

在所述步骤一之后且所述步骤二之前，还包括在所述步骤一所得到的陶瓷型壳外再制备至少一层陶瓷型壳的步骤。

所述步骤一中，同等温度条件下，所述加强筋的高温强度高于所述陶瓷型壳的高温强度。

所述步骤一中，所述加强筋采用高温耐火材料与所述陶瓷型壳粘接固定。

所述加强筋采用模压或注射成型的方法制备。

为解决另一方面的问题，本发明采用如下技术方案。

一种制备透平叶片的陶瓷型壳的制造方法，采用上述陶瓷型壳制备方法，该制造方法的所述步骤一中所述的加强筋的制备包括如下步骤：

取所述透平叶片的检测截面位置型线数据，按照所述陶瓷型壳所需层数总厚度，进行法向偏置放大，将偏置放大后的型线沿法向和该透平叶片长度方向拉伸得到预定厚度的加强筋模型，然后生成模具模型，开加强筋模具；或者，取除前述检测截面位置外的透平叶片铸件尺寸难以控制的部位型线，开加强筋模具；或者取浇注系统陶瓷加强筋在浇铸时容易发生鼓胀变形的部位型线，开加强筋模具；以及

配制高耐火度陶瓷浆料，采用注射成型方式或者模压成型方式得到加强筋素坯，然后经高温烧结得到高耐火度陶瓷加强筋。

该制造方法的所述步骤一中所述的陶瓷型壳的制备包括如下步骤：压制透平叶片蜡模,浇注系统蜡模，然后将透平叶片蜡模和浇注系统蜡蜡树装成蜡树，将蜡树清洗后，浸入耐火陶瓷粉料配制成的浆料，待蜡树表面均匀包裹上一层陶瓷浆料后，将蜡树放入淋沙机，待陶瓷浆料表面均匀的覆盖上一层耐火沙子即可，陶瓷浆料覆盖层和上面镶嵌的耐火沙子构成型壳的一层，该层充分干燥后再次进行浸浆和淋沙操作，重复前述过程，得到所需层数的陶瓷型壳。

所述所需层数的陶瓷型壳为3-5层的陶瓷型壳。

所述容易发生鼓胀变形的部位为所述陶瓷型壳与所述透平叶片的叶盆、叶背、叶根及浇注系统相对应的至少其中之一部位。

所述将偏置放大后的型线沿法向和该透平叶片长度方向拉伸得到预定厚度为8-10mm。

所述除前述检测截面位置外的透平叶片铸件尺寸难以控制的部位为透平叶片的叶根、榫头以及浇注系统容易发生陶瓷型壳鼓胀的部位至少其中之一部位。

本发明具有如下有益技术效果。

本发明突出特点是采用陶瓷加强筋技术，在陶瓷型壳内部形成局部加强的结构。由于加强筋的存在，形成了骨架支撑加强结构，不影响陶瓷型壳在透平叶片长度方向的退让性，一方面可控制陶瓷加强筋加强部位的透平叶片铸件尺寸，另外一方面可以有效的降低铸件的热裂倾向。钢水浇注后，在带有加强筋部位的型壳由于强度较高，不易在叶身截面法线方向发生变形，因此可以有效的保证这些部位的铸件尺寸。同时由于，在叶身长度方向，也就是铸件受阻收缩方向，由于无加强筋的设置，这些部位的陶瓷型壳强度较弱，当铸件沿长度方向的收缩时，可以挤压陶瓷型壳，陶瓷型壳发生压溃，进而降低铸件热裂倾向。

附图说明

图1示意性示出一种常见的透平叶片的外形的正视图。

图2为图1的右视图。

图3为沿图2的A-A向剖面图。

图4为沿图2的B-B向剖面图。

图5为沿图2的C-C向剖面图。

图6为常见的透平叶片模组图。

图7为传统的透平叶片精密铸造过程。

图8为因胀壳造成的铸件鼓胀（图2的A-A剖面示意）。

图9示意性示出一种型壳粘接陶瓷加强筋示的实施例。

图10示意性示出型壳粘接陶瓷加强筋示意图（正视图）。

图11示意性示出型壳粘接陶瓷加强筋示意图（侧视图）。

图12为本发明涉及的一种使用陶瓷加强筋后的透平叶片精密铸造流程图（图2的A-A截面示意）。

具体实施方式

为能详细说明本发明的技术特征及功效，并可依照本说明书的内容来实现，下面结合附图对本发明的实施方式进一步说明。

为更清晰说明本发明，图1至图5示意性示出一种常见的透平叶片的实施例。

参见图1、2，该常见的透平叶片包括燃机透平级动叶片和静止叶片。透平叶片一般包括叶根、榫头、叶身、叶顶（静止叶片还包括内外缘板）。其中叶身凹面为叶盆，叶身凸面为叶背，接受气流冲击的部位为进气边，燃气最后流过透平叶片的部位为排气边。

图2至图5示意性示出常见透平叶片的铸件尺寸检测截面，如A-A截面；B-B截面；C-C截面，从截面A-A至截面C-C，透平叶片截面最大厚度逐渐变小。

便于理解，图6示意性示出常见透平叶片的蜡模模组结构，组模过程为，将浇注系统蜡模与透平叶片蜡模粘接。

为更清晰说明本发明，图7示意性示出传统的透平叶片精密铸造过程，其中，①为蜡模制备并组树；②为在蜡模表面制备N层厚度的陶瓷型壳；③为将带蜡模的陶瓷型壳采用脱蜡釜将蜡模去除得到空心的陶瓷型壳；④为将陶瓷型壳烧掉残蜡并焙烧至指定温度，然后进行钢水浇注；⑤为钢水浇注完成后，将铸件表面的陶瓷型壳去除，从而得到透平叶片铸件。

图8示意性示出传统的透平叶片精密铸造过程因胀壳造成的铸件鼓胀，仅仅示意性示出上述图3所呈现的结果的鼓胀状况，其他部位的鼓胀状况类似，在此不再累述。

基于上述，本发明提出一些解决方案。

例如，在图7所呈现的传统的透平叶片精密铸造过程的基础上，本发明提出一种陶瓷型壳制备方法，如图12所示，陶瓷型壳制备方法该包括以下步骤：

步骤一，在陶瓷型壳外的浇铸时至少容易发生鼓胀变形的部位固定加强筋。

例如，对于该步骤中的陶瓷型壳的制备过程，可参照图7所呈现的①、②进行。对于加强筋的制备，将在下文参见图9进行具体说明。

步骤二，待步骤一所得到的陶瓷型壳充分干燥后，脱除该陶瓷型壳内部的蜡模，再除去残蜡，进行焙烧，最终得到所需陶瓷型壳。

参见图12，在一些实施例中，在步骤一之后且步骤二之前，还包括在步骤一所得到的陶瓷型壳外再制备至少一层陶瓷型壳的步骤。

在一些实施例中，步骤一中，同等温度条件下，加强筋的高温强度高于陶瓷型壳的高温强度。

在一些实施例中，步骤一中，加强筋采用高温耐火材料例如耐火水泥与陶瓷型壳粘接固定。

在一些实施例中，加强筋模压或注射成型的方法制备。

例如，以某种透平叶片为例，对本发明进行进一步说明。

一种制备透平叶片的陶瓷型壳的制造方法，采用上述的陶瓷型壳制备方法，该制造方法的所述步骤一中所述的加强筋的制备包括如下步骤：

取透平叶片的检测截面位置型线数据，按照陶瓷型壳所需层数总厚度，进行法向偏置放大，将偏置放大后的型线沿法向和该透平叶片长度方向拉伸得到预定厚度的加强筋模型，然后生成模具模型，开加强筋模具；或者，取除前述检测截面位置外的透平叶片铸件尺寸难以控制的部位例如叶根、榫头以及浇注系统容易发生陶瓷型壳鼓胀的部位等至少其中之一部位型线，开加强筋模具；或者取浇注系统陶瓷加强筋在浇铸时容易发生鼓胀变形的部位型线，开加强筋模具；以及

配制高耐火度陶瓷浆料，例如，高耐火度陶瓷材料采用单不限于高纯氧化铝或氧化硅，采用注射成型方式或者模压成型方式得到加强筋素坯，然后经高温烧结得到高耐火度陶瓷加强筋。

该制造方法的所述步骤一中所述的陶瓷型壳的制备包括如下步骤：压制透平叶片蜡模,浇注系统蜡模，然后将透平叶片蜡模和浇注系统蜡蜡树装成蜡树，将蜡树清洗后，浸入耐火陶瓷粉料配制成的浆料，待蜡树表面均匀包裹上一层陶瓷浆料后，将蜡树放入淋沙机，待陶瓷浆料表面均匀的覆盖上一层耐火沙子即可，陶瓷浆料覆盖层和上面镶嵌的耐火沙子构成型壳的一层，该层充分干燥后再次进行浸浆和淋沙操作，重复前述过程，得到所需层数的陶瓷型壳。该所需层数的陶瓷型壳为3-5层的陶瓷型壳较佳。

上述容易发生鼓胀变形的部位为所述陶瓷型壳与透平叶片的叶盆、叶背、叶根及浇注系统相对应的至少其中之一部位。

上述将偏置放大后的型线沿法向和该透平叶片长度方向拉伸得到预定厚度为8-10mm较佳。

具体的，图9示意性示出一种加强筋形状的实施例。基于上述，此处以某种透平叶片为例，取透平叶片检测截面位置（不限于此位置）型线数据，按照陶瓷型壳层数总厚度，进行法向偏置放大，将偏置放大后的型线沿法向和透平叶片长度方向拉伸得到厚度为8-10mm（不限于此数值）的加强筋模型，然后生成模具模型；配制高纯氧化铝或氧化硅陶瓷浆料，采用注射成型方式得到加强筋素坯，然后经高温烧结得到氧化铝或氧化硅加强筋。加强筋的宽度约为8-10mm（不限于此数值），厚度约为8-10mm（不限于此数值）。加强筋可采用但不限于陶瓷制成。

加强筋的形状是按照陶瓷型壳外形形状，随形进行设计的，因此加强筋可以很好的和陶瓷型壳对应部位贴合起来，达到很好的支撑和加强作用。

图10示意性示出型壳粘接陶瓷加强筋示意图（正视图）。图11示意性示出型壳粘接陶瓷加强筋示意图（侧视图）。

图10、11示意性示出再型壳粘接陶瓷加强筋，在铸件检测截面A-A；B-B；C-C截面，叶盆和叶背位置均采用耐火水泥粘接陶瓷加强筋。但是陶瓷加强筋的使用部位不限于这些截面，只要在陶瓷型壳容易发生鼓胀的部位，均可以使用陶瓷加强筋，如截面D-D和E-E。

图12为本发明涉及的一种使用陶瓷加强筋后的透平叶片精密铸造流程图，仅以图10、11所呈现中的A-A截面示意实施例说明，其他各截面截面示意实施例类似，不再具体说明。

图12中，首先是制备透平叶片蜡模和组模，如①所示；在蜡模表面制备N层陶瓷型壳后，得到陶瓷型壳，如②所示；在②上采用耐火水泥粘接陶瓷加强筋，叶盆叶背均有。在③所示基础上继续制备陶瓷型壳，如1层，将陶瓷加强筋包裹住；④-⑤继续制备N层陶瓷型壳，使得陶瓷型壳达到一定厚度后，进行脱蜡，得到空心的陶瓷型壳，如⑥所示；将⑥中得到的陶瓷型壳焙烧至指定温度，然后将钢水浇注进入陶瓷型壳，得到带铸件的陶瓷型壳；待铸件冷却后，将陶瓷型壳震碎，进而得到透平叶片铸件，如⑧所示。

应当指出，以上以透平叶片为例示意性说明本发明的陶瓷型壳制备方法，但不能理解为是对本发明的限制，除此之外，其他铸件例如非高温合金铸件的陶瓷型壳的制备可参照上述方法进行。

需要说明的是，上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何适合的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再进行描述。

上面参照实施例对本发明进行了详细描述，是说明性的而不是限制性的，在不脱离本发明总体构思下的变化和修改，均在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1. 一种陶瓷型壳制备方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一，在陶瓷型壳外的浇铸时至少容易发生鼓胀变形的部位固定加强筋；以及

步骤二，待所述步骤一所得到的陶瓷型壳充分干燥后，脱除该陶瓷型壳内部的蜡模，再除去残蜡，进行焙烧，最终得到所需陶瓷型壳。

2.根据权利要求1所述的陶瓷型壳制备方法，其特征在于，在所述步骤一之后且所述步骤二之前，还包括在所述步骤一所得到的陶瓷型壳外再制备至少一层陶瓷型壳的步骤。

3.根据权利要求1所述的陶瓷型壳制备方法，其特征在于，所述步骤一中，同等温度条件下，所述加强筋的高温强度高于所述陶瓷型壳的高温强度。

4.根据权利要求1所述的陶瓷型壳制备方法，其特征在于，所述步骤一中，所述加强筋采用高温耐火材料与所述陶瓷型壳粘接固定。

5.根据权利要求1至4任一项所述的陶瓷型壳制备方法，其特征在于，所述加强筋采用模压或注射成型的方法制备。

6.一种制备透平叶片的陶瓷型壳的制造方法，其特征在于，采用权利要求1至4任一项所述的陶瓷型壳制备方法，该制造方法的所述步骤一中所述的加强筋的制备包括如下步骤：

取所述透平叶片的检测截面位置型线数据，按照所述陶瓷型壳所需层数总厚度，进行法向偏置放大，将偏置放大后的型线沿法向和该透平叶片长度方向拉伸得到预定厚度的加强筋模型，然后生成模具模型，开加强筋模具；或者，取除前述检测截面位置外的透平叶片铸件尺寸难以控制的部位型线，开加强筋模具；或者取浇注系统陶瓷加强筋在浇铸时容易发生鼓胀变形的部位型线，开加强筋模具；以及

配制高耐火度陶瓷浆料，采用注射成型方式或者模压成型方式得到加强筋素坯，然后经高温烧结得到高耐火度陶瓷加强筋。

7.根据权利要求6所述的制备透平叶片的陶瓷型壳的制造方法，其特征在于，该制造方法的所述步骤一中所述的陶瓷型壳的制备包括如下步骤：压制透平叶片蜡模,浇注系统蜡模，然后将透平叶片蜡模和浇注系统蜡蜡树装成蜡树，将蜡树清洗后，浸入耐火陶瓷粉料配制成的浆料，待蜡树表面均匀包裹上一层陶瓷浆料后，将蜡树放入淋沙机，待陶瓷浆料表面均匀的覆盖上一层耐火沙子即可，陶瓷浆料覆盖层和上面镶嵌的耐火沙子构成型壳的一层，该层充分干燥后再次进行浸浆和淋沙操作，重复前述过程，得到所需层数的陶瓷型壳。

8.根据权利要求7所述的制备透平叶片的陶瓷型壳的制造方法，其特征在于，所述所需层数的陶瓷型壳为3-5层的陶瓷型壳。

9.根据权利要求7所述的制备透平叶片的陶瓷型壳的制造方法，其特征在于，所述容易发生鼓胀变形的部位为所述陶瓷型壳与所述透平叶片的叶盆、叶背、叶根及浇注系统相对应的至少其中之一部位。

10.根据权利要求6所述的制备透平叶片的陶瓷型壳的制造方法，其特征在于，所述将偏置放大后的型线沿法向和该透平叶片长度方向拉伸得到预定厚度为8-10mm。

11.根据权利要求6所述的制备透平叶片的陶瓷型壳的制造方法，其特征在于，所述除前述检测截面位置外的透平叶片铸件尺寸难以控制的部位为透平叶片的叶根、榫头以及浇注系统容易发生陶瓷型壳鼓胀的部位至少其中之一部位。