CN107598097B - 一种涡轮导向叶片的蜡模组合及其精铸方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡轮导向叶片的蜡模组合，包括浇注系统蜡模和叶片蜡模，所述浇注系统蜡模包括浇口杯、上横浇道和下横浇道，所述浇口杯通过直流道与上横浇道连通，所述上横浇道和下横浇道通过直浇道连通，所述上横浇道的上内浇口与叶片蜡模的上缘板连通，所述下横浇道的下内浇口与叶片蜡模的下缘板连通，所述直浇道与上横浇道连通的端部为缩径结构，在浇铸后，所述直浇道的缩径结构所在位置断裂。本发明通过直浇道一端缩径结构的设计，使其在浇铸后的缩径结构位置可以断裂，从而消除了铸件凝固收缩带来的应力，起到了释放应力，改善铸件变形的目的。

Description

一种涡轮导向叶片的蜡模组合及其精铸方法

技术领域

本发明属于精密铸造技术领域，特别涉及一种主要用于联体空心涡轮导向叶片的蜡模组合及其精铸方法。

背景技术

现有技术中，熔模精密铸造是高温合金涡轮叶片制造的最常用方法。联体空心涡轮导向叶片多采用顶注加底注的组合方案生产该类型铸件，如图1、2和3所示，为现有技术中常规的一组两件组模方案，制壳后包裹一层陶瓷棉，这种方案虽然可以减轻铸件的疏松情况，但不能完全消除铸件的疏松及变形缺陷，尤其是在直浇道部分，在铸件凝固时会产生较大的收缩应力，从而造成铸件的变形。

另外，对于叶身内侧出现的疏松很难补焊，造成铸件最终等于废品，而多数铸件则需要对缘板位置进行补焊才能达标。而且浇铸后的热裂、浇不足、夹杂等缺陷也严重影响铸件的合格率。

发明内容

本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提供一种能够消除铸件凝固时收缩带来的应力，从而改善铸件变形的涡轮导向叶片的蜡模组合及其精铸方法。

本发明技术的技术方案是这样实现的：一种涡轮导向叶片的蜡模组合，包括浇注系统蜡模和叶片蜡模，所述浇注系统蜡模包括浇口杯、上横浇道和下横浇道，所述浇口杯通过直流道与上横浇道连通，所述上横浇道和下横浇道通过直浇道连通，所述上横浇道的上内浇口与叶片蜡模的上缘板连通，所述下横浇道的下内浇口与叶片蜡模的下缘板连通，其特征在于：在所述直浇道上设置有缩径结构，在浇铸后，所述直浇道的缩径结构所在位置断裂。

本发明所述的涡轮导向叶片的蜡模组合，其所述直浇道上的缩径结构设置在直浇道中部以上的位置。

本发明所述的涡轮导向叶片的蜡模组合，其所述直浇道的缩径结构处直径为5mm～15mm。

本发明所述的涡轮导向叶片的蜡模组合，其所述上横浇道的上内浇口设置在叶片蜡模的上缘板的中间位置，所述下横浇道的下内浇口设置在叶片蜡模的下缘板的中间位置。

本发明所述的涡轮导向叶片的蜡模组合，其所述上横浇道和下横浇道整体呈Z字形或V字形，所述上横浇道和下横浇道的两端分别与联体涡轮导向叶片中对应的叶片蜡模的上缘板和下缘板连通。

一种涡轮导向叶片的蜡模组合的精铸方法，其特征在于：包括以下步骤：

a）制造蜡模组合，所述蜡模组合包括浇注系统蜡模和叶片蜡模，所述浇注系统蜡模包括浇口杯、上横浇道和下横浇道，所述浇口杯通过直流道与上横浇道连通，所述上横浇道和下横浇道通过直浇道连通，所述上横浇道的上内浇口与叶片蜡模的上缘板连通，所述下横浇道的下内浇口与叶片蜡模的下缘板连通，所述上横浇道的上内浇口设置在叶片蜡模的上缘板的中间位置，所述下横浇道的下内浇口设置在叶片蜡模的下缘板的中间位置，所述直浇道与上横浇道连通的端部为缩径结构；

b）对步骤a）制得的蜡模组合采用沾浆淋砂制备型壳，经过蒸汽脱蜡后得到叶片型壳；

c）将叶片型壳包裹陶瓷保温棉，然后转入焙烧炉中；

d）焙烧后的叶片型壳转入真空炉中进行浇铸，在浇铸后，所述直浇道的缩径结构所在位置断裂。

本发明所述的涡轮导向叶片的蜡模组合的精铸方法，其在所述步骤c）中，将型壳叶身排气边包裹一层陶瓷保温棉，在型壳的上、下横浇道包裹一层陶瓷保温棉，最后再将型壳整体包裹一层陶瓷保温棉，然后再转入焙烧炉中进行焙烧。

本发明所述的涡轮导向叶片的蜡模组合的精铸方法，其所述陶瓷保温棉的厚度为6mm～12mm。

本发明所述的涡轮导向叶片的蜡模组合的精铸方法，其在所述步骤d）中，在浇铸时，在直流道中设置耐高温陶瓷过滤网。

本发明的技术方案与现有技术相比，具有以下有效效果：

1、本发明通过直浇道一端缩径结构的设计，使其在浇铸后的缩径结构位置可以断裂，从而消除了铸件凝固收缩带来的应力，起到了释放应力，改善铸件变形的目的。

2、本发明中上下横浇道的上下内浇口设置在上下缘板的中间位置，而常规直的横浇道无法让每个浇口都设置在缘板中间位置，而缘板位置正是疏松缺陷常出现的位置，本发明通过对内浇口位置的合理设置，有效提高了铸件整体的补缩效率，很好的解决了铸件疏松问题。

3、本发明通过在浇铸时，在直流道内设置耐高温陶瓷过滤网，有效改善了杂质缺陷。

4、本发明通过对型壳叶身排气边部位包裹一层陶瓷保温棉，使得该位置散热变慢，消除该处浇不足；通过上下横浇道包裹一层陶瓷保温棉，确保凝固顺序上叶片先彻底凝固，以达到上下横浇道充分补缩、提高补缩效率的目的；最后一层陶瓷保温棉的设置，可以提高型壳的整体保温性，有益于铸件凝固的均匀和稳定。

附图说明

图1是现有技术中一组两件蜡模组合的正视图。

图2是图1的俯视图。

图3是图1的仰视图。

图4是本发明中一种蜡模组合结构的正视图。

图5是图4的俯视图。

图6是图4的仰视图。

图7是本发明中另一种蜡模组合结构的正视图。

图8是图7的仰视图。

附图标记：1为浇注系统蜡模，11为浇口杯，12为上横浇道，13为下横浇道，14为直流道，15为直浇道，16为上内浇口，17为下内浇口，18为缩径结构；

2为叶片蜡模，21为上缘板，22为下缘板。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图4-8所示，本实施例以一种联体空心涡轮导向叶片的蜡模组合为例，所述蜡模组合包括浇注系统蜡模1和叶片蜡模2，所述浇注系统蜡模1包括浇口杯11、上横浇道12和下横浇道13，所述浇口杯11通过直流道14与上横浇道12连通，所述上横浇道12和下横浇道13通过直浇道15连通，所述上横浇道12的上内浇口16与叶片蜡模2的上缘板21连通，所述下横浇道13的下内浇口17与叶片蜡模2的下缘板22连通，所述直浇道15与上横浇道12连通的端部为缩径结构18，所述直浇道15的缩径结构18处直径为5mm～15mm，在浇铸后，所述直浇道15的缩径结构18所在位置断裂，从而消除了铸件凝固收缩带来的应力，起到了释放应力，改善铸件变形的目的。

其中，所述上横浇道12的上内浇口16设置在叶片蜡模2的上缘板21的中间位置，所述下横浇道13的下内浇口17设置在叶片蜡模2的下缘板22的中间位置，所述上横浇道12和下横浇道13整体呈Z字形或V字形，所述上横浇道12和下横浇道13的两端分别与联体空心涡轮导向叶片中对应的叶片蜡模2的上缘板21和下缘板22连通。

本实施例以一种联体空心涡轮导向叶片的蜡模组合的精铸方法为例，其具体包括以下步骤：

a）按照常规制作陶瓷型芯的方法制作陶瓷型芯：配制陶瓷型芯模料，采用压型设备利用陶瓷型芯模具压制陶瓷型芯素坯，打磨修整陶瓷型芯素坯的毛刺、分型线等，打磨修整后的陶芯型芯素坯装钵放入焙烧炉中焙烧，焙烧后出芯并清理表面粉尘，对陶瓷型芯进行强化处理，最终打磨修整陶瓷型芯。所述陶瓷型芯用于空心叶片蜡模的制作，若叶片为实心结构，则无需制作陶瓷型芯。

b）制造蜡模组合，所述蜡模组合包括浇注系统蜡模和叶片蜡模。

具体的，压制所需的浇注系统蜡模，所述浇注系统蜡模包括浇口杯、上横浇道和下横浇道，所述浇口杯通过直流道与上横浇道连通，所述上横浇道和下横浇道通过直浇道连通，所述上横浇道的上内浇口与叶片蜡模的上缘板连通，所述下横浇道的下内浇口与叶片蜡模的下缘板连通，所述直浇道与上横浇道连通的端部为缩径结构。

准备型芯，将型芯放入蜡模模具中合模，采用压型设备利用蜡模模具压制叶片蜡模，取出压制好的叶片蜡模后矫形，并摆放在中转盒里。

c）将压制好的浇注系统蜡模和叶片蜡模进行焊接组装，使上横浇道的上内浇口设置在叶片蜡模的上缘板的中间位置，下横浇道的下内浇口设置在叶片蜡模的下缘板的中间位置，且连通上横浇道一端的直浇道局部直径缩小到10mm。

d）对上述步骤制得的蜡模组合采用沾浆淋砂的方法制作陶瓷型壳，蜡模组合面层浆料涂挂，蜡模组合撒砂、自干，然后依次沾浆淋砂制作过渡层、加固层。在完成每一层加固层后在空气中风干约1小时，去除表面浮砂再进行下一步加固层的涂挂，直到陶瓷型壳的厚度达到工艺要求即可。然后蒸汽脱蜡得到联体空心涡轮导向叶片型壳。

e）将型壳叶身排气边包裹一层陶瓷保温棉，在型壳的上、下横浇道包裹一层陶瓷保温棉，最后再将型壳整体包裹一层陶瓷保温棉，然后再转入焙烧炉中进行焙烧，其中，所述陶瓷保温棉的厚度为9mm。

f）焙烧模壳与浇铸，型壳焙烧后在真空炉中进行浇铸，在浇铸时，在直流道中设置耐高温陶瓷过滤网，在浇铸后，所述直浇道的缩径结构所在位置断裂。

具体实施例：

按照本发明的方法进行实验，对MM247合金制备的重型燃机透平联体导向叶片精密铸造进行了研究实验。本发明通过组模时采用Z字形横浇道，确保了上下缘板处的內浇口都设置在对应缘板的中间位置，而且让连通上横浇道一端的直浇道局部直径缩小，并改进包棉工艺以及浇铸时放置耐高温陶瓷过滤网等优化措施，提供了一种补缩效率高，能够完全解决铸件疏松、消除应力带来的铸件变形以及防止排气边浇不足的联体空心叶片的蜡模组装及精铸的方法。

按照图4、5和6所示的组模方案实施蜡模焊接组装，采用沾浆淋砂的方法制作陶瓷型壳,脱蜡、焙烧型壳直到浇铸完成，目视发现直浇道局部缩小位置断裂，释放了一定凝固收缩时的应力，达到预定期望，另外排气边没有发现浇不足的现象，最后对叶片铸件进行X射线检测，从结果看，叶身及缘板位置出现疏松概率极低，与现有技术工艺实施得到的铸件相比，高温合金叶片铸件合格率大幅提高，显示了多种优点，通过本实施例证明了本发明的可行性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种涡轮导向叶片的蜡模组合，包括浇注系统蜡模(1)和叶片蜡模(2)，所述浇注系统蜡模(1)包括浇口杯(11)、上横浇道(12)和下横浇道(13)，所述浇口杯(11)通过直流道(14)与上横浇道(12)连通，所述上横浇道(12)和下横浇道(13)通过直浇道(15)连通，所述上横浇道(12)的上内浇口(16)与叶片蜡模(2)的上缘板(21)连通，所述下横浇道(13)的下内浇口(17)与叶片蜡模(2)的下缘板(22)连通，其特征在于：在所述直浇道(15)上设置有缩径结构(18)，所述直浇道(15)上的缩径结构(18)设置在直浇道(15)中部以上的位置，所述直浇道(15)的缩径结构(18)处直径为5mm～15mm，在浇铸后，所述直浇道(15)的缩径结构(18)所在位置断裂，所述上横浇道(12)和下横浇道(13)整体呈Z字形，所述上横浇道(12)的上内浇口(16)设置在叶片蜡模(2)的上缘板(21)的中间位置，所述下横浇道(13)的下内浇口(17)设置在叶片蜡模(2)的下缘板(22)的中间位置。

2.根据权利要求1所述的涡轮导向叶片的蜡模组合，其特征在于：所述上横浇道(12)和下横浇道(13)的两端分别与联体涡轮导向叶片中对应的叶片蜡模(2)的上缘板(21)和下缘板(22)连通。

3.一种用于权利要求1或2所述的涡轮导向叶片的蜡模组合的精铸方法，其特征在于：包括以下步骤：

a)制造蜡模组合，所述蜡模组合包括浇注系统蜡模和叶片蜡模，所述浇注系统蜡模包括浇口杯、上横浇道和下横浇道，所述浇口杯通过直流道与上横浇道连通，所述上横浇道和下横浇道通过直浇道连通，所述上横浇道的上内浇口与叶片蜡模的上缘板连通，所述下横浇道的下内浇口与叶片蜡模的下缘板连通，所述上横浇道和下横浇道整体呈Z字形，所述上横浇道的上内浇口设置在叶片蜡模的上缘板的中间位置，所述下横浇道的下内浇口设置在叶片蜡模的下缘板的中间位置，所述直浇道与上横浇道连通的端部为缩径结构，所述直浇道上的缩径结构设置在直浇道中部以上的位置，所述直浇道的缩径结构处直径为5mm～15mm；

b)对步骤a)制得的蜡模组合采用沾浆淋砂制备型壳，经过蒸汽脱蜡后得到叶片型壳；

c)将叶片型壳包裹陶瓷保温棉，具体为将型壳叶身排气边包裹一层陶瓷保温棉，在型壳的上、下横浇道包裹一层陶瓷保温棉，最后再将型壳整体包裹一层陶瓷保温棉，然后再转入焙烧炉中进行焙烧；

d)焙烧后的叶片型壳转入真空炉中进行浇铸，在浇铸后，所述直浇道的缩径结构所在位置断裂。

4.根据权利要求3所述的涡轮导向叶片的蜡模组合的精铸方法，其特征在于：所述陶瓷保温棉的厚度为6mm～12mm。

5.根据权利要求3所述的涡轮导向叶片的蜡模组合的精铸方法，其特征在于：在所述步骤d)中，在浇铸时，在直流道中设置耐高温陶瓷过滤网。

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