CN109396438B - 一种航空发动机叶片铸件的热等静压尺寸控制装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种航空发动机叶片铸件的热等静压尺寸控制装置及方法，所述控制装置包括外筒，所述外筒包括筒壁和筒底以及固定安装在外筒筒底中心位置的中心定位杆；固定安装在外筒筒底且用于固定叶片的数个底座；所述底座设有用于固定叶片铸件的榫根定位槽；固定安装在外筒外壁的用于吊起外筒的吊钩;还包括用于套装在底座上的内套筒；用于固定连接数个内套筒的连接支架；用于提拉内套筒的把手和用于与中心定位杆套装固定的内筒定位杆；所述整个控制装置放在热等静压设备托盘上。本发明可实现快速定位、装夹；本发明零件所处的热等静压处理环境具有较高的一致性，避免处理环境的差异造成尺寸无规则的变化，以及降低尺寸变化的幅度。

Description

一种航空发动机叶片铸件的热等静压尺寸控制装置及方法
技术领域
本发明涉及热等静压领域，尤其涉及一种航空发动机叶片铸件的热等静压尺寸控制装置及其应用方法。
背景技术
燃气涡轮发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，被广泛应用于航空航天、能源、舰船等领域，作为涡轮发动机的核心部件，涡轮叶片具有结构复杂，其制造过程十分复杂，发动机的性能很大程度上取决于叶片的制造水平。为了提高叶片铸件合格率，减少叶片内部显微疏松等冶金缺陷，热等降压处理技术被广泛应用于燃气涡轮发动机叶片的加工制造过程之中。
热等静压在铸件致密化处理方面的应用研究开发较早，是热等静压应用较成熟和完善的领域。热等静压工艺是一种以氮气、氩气等惰性气体为传压介质，将制品放置到密闭的容器中，在高温（900～2000℃）和高压（100～200MPa）的共同作用下，向制品施加各向同等的压力，对制品进行压制烧结处理的技术。在高温高压的共同作用下，被加工件的各向均衡受压。故加工产品的致密度高、均匀性好、性能优异。热等静压技术经过近60年的发展已日趋成熟，目前已广泛用于核材料、航空航天材料、硬质合金、高温合金与陶瓷材料等领域，是研制与处理材料、提高材料性能的一种先进生产工艺与手段，已成为当今许多高性能材料生产中一项实用技术，也是新材料开发不可缺少的一种新技术。
热等静压法不仅可以使新的铸件致密化，而且还可以用以修复正在使用的铸件，使铸件在使用中降低的性能得以恢复。铸件在指定的温度和应力条件下，具有一定的计算寿命值，使用一段时间后，将不断产生微观缺陷，并产生晶间的相对运动，在晶界出现缺陷。这些类似常见缩孔的内部缺陷就可采用热等静压法进行处理。用这样的处理方法，能够将使用中的发动机零件的机械性能和疲劳性能恢复到新铸件的水平。用热等静压处理叶片铸件的效用和意义可归纳如下：
1.热等静压处理后，能减少铸件在X射线检查和表面投射检查的报废率；
2.与未处理的铸件相比，经热等静压处理的铸件在焊接后产生的裂纹较少，因而减少了补焊的成本；
3.采用热等静压处理，可提高铸造参数范围和扩大新的铸造合金品种；
4.改善了疲劳强度和延展性的热等静压铸件可取代价格昂贵的锻件。
目前，对铸件进行热等静压处理，主要希望改善其内部缺陷、提升铸件冶金性能。在热等静压工艺处理的过程中，通常将铸件自由或水平摆放在热等静压设备的托盘、工装当中。这样的零件摆放方式，容易导致以下问题：
1.零件的随意摆放，以及工艺过程当中吊运热等静压设备的托盘、工装，会造成铸件磕碰损伤报废；
2.对于燃气涡轮发动机叶片铸件，尤其是叶身较薄、叶身扭转较大的零件，铸件叶身极易发生变形、扭转，造成尺寸超差报废。
本发明针对热等静压设备处理航空发动机叶片铸件时，零件在热等静压托盘上随意摆放易产生磕碰损伤，以及零件随意摆放后由于其摆放位置和方向不同，进而导致热等静压处理后尺寸变化大、变化趋势不一致的问题，采用专用设计的叶片铸件摆放装置配合埋砂的方法，达到固定叶片铸件以控制其尺寸变化的目的。本方法充分利用了砂状填充物依靠重力自由下落后对零件的定位作用，以及对叶片铸件各个方向施加的均衡压力，装置结构稳定、操作简单。
发明内容
一种航空发动机叶片铸件的热等静压尺寸控制装置，所述控制装置包括外筒，所述外筒包括筒壁和筒底以及固定安装在外筒筒底中心位置的中心定位杆；固定安装在外筒筒底且用于固定叶片榫根的数个底座；所述底座设有用于固定叶片铸件的榫根定位槽；固定安装在外筒外壁的用于吊起外筒的吊钩;还包括用于套装在底座上的内套筒；用于固定连接数个内套筒的连接支架；用于提拉内套筒的把手和用于与中心定位杆套装固定的内筒定位杆；所述整个控制装置放在热等静压设备托盘上。
进一步的，所述外筒内壁上有尺寸标识。
一种航空发动机叶片铸件的热等静压尺寸控制装置的应用方法，包括如下步骤：
步骤一：通过将内筒定位杆套装在中心定位杆上，将内套筒套装在底座上，实现将内套筒放置在外筒上，内套筒可上下移动；
步骤二：将叶片铸件放置在内套筒内底座榫根定位槽内；
步骤三：将砂状填充物添加于内套筒和外筒之间的间隙处；
步骤四：通过提拉把手，沿中心定位杆方向竖直取出内套筒，让砂状填充物根据重力的作用自由落下，将叶片铸件沿垂直方向埋于砂状填充物当中；
步骤五：继续添加砂状填充物，确保叶片铸件完全埋于砂状填充物当中，且砂状填充物高度高于叶片铸件顶部、不高于外筒顶部;
步骤六：通过提拉吊钩，将装满砂状填充物、热等静压待处理叶片铸件的尺寸控制装置吊入热等静压设备的托盘上；
步骤七：根据叶片铸件的参数对叶片铸件进行热等静压处理；
步骤八：热等静压处理结束后，将装满砂状填充物、热等静压处理叶片铸件的尺寸控制装置吊出热等静压设备；
步骤九：待温度冷却接近室温后，清理装置中的砂状填充物，取出热等静压处理铸件，并用压缩空气喷枪清洁叶片铸件表面，完成处理过程。
进一步的，所述砂状填充物不与叶片铸件产生化学反应。
进一步的，所述砂状填充物为刚玉、石英、锆英石、铝硅酸盐耐火砂料。
进一步的，步骤五所述砂状填充物高度高于叶片铸件顶部2-5cm。
本发明可通过套筒装置实现叶片铸件的快速定位、装夹；套筒可以沿垂直方向上下移动，并通过热等静压装置上的底座，保证重复定位的位置；通过取出套筒，使砂状填充物借助重力的作用自由落下，填满铸件周围，并确保零件沿垂直方向埋于砂状填充物当中；热等静压装置内壁，增加尺寸标尺，便于控制砂状填充物的高度和叶片铸件的埋砂高度。零件摆放整齐、方向一致，零件与零件之间不会接触，不易因零件磕碰造成报废；本发明零件所处的热等静压处理环境具有较高的一致性，避免处理环境的差异造成尺寸无规则的变化，以及降低尺寸变化的幅度。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明的外筒侧视剖面图。
图3是本发明的内套筒装置结构示意图。
图4是本发明的装配侧视剖面图。
具体实施方式
参考图1、2、3和4，一种航空发动机叶片铸件的热等静压尺寸控制装置，所述控制装置包括外筒1，所述外筒1包括筒壁和筒底以及固定安装在外筒1筒底中心位置的中心定位杆2；固定安装在外筒1筒底且用于固定叶片榫根的数个底座3；所述底座3设有用于固定叶片铸件10的榫根定位槽9；固定安装在外筒1外壁的用于吊起外筒1的吊钩4;还包括用于套装在底座3上的内套筒5；用于固定连接数个内套筒5的连接支架6；用于提拉内套筒5的把手7和用于与中心定位杆2套装固定的内筒定位杆8；所述整个控制装置放在热等静压设备托盘上。
所述外筒1内壁上有尺寸标识。
一种航空发动机叶片铸件的热等静压尺寸控制装置的应用方法，包括如下步骤：
步骤一：通过将内筒定位杆8套装在中心定位杆2上，将内套筒5套装在底座3上，实现将内套筒5放置在外筒1上，内套筒5可上下移动；
步骤二：将叶片铸件10放置在内套筒5内底座3榫根定位槽9内；
步骤三：将砂状填充物添加于内套筒5和外筒1之间的间隙处；
步骤四：通过提拉把手7，沿中心定位杆2方向竖直取出内套筒5，让砂状填充物根据重力的作用自由落下，将叶片铸件10沿垂直方向埋于砂状填充物当中；
步骤五：继续添加砂状填充物，确保叶片铸件10完全埋于砂状填充物当中，且砂状填充物高度高于叶片铸件10顶部、不高于外筒1顶部;
步骤六：通过提拉吊钩4，将装满砂状填充物、热等静压处理叶片铸件10的尺寸控制装置吊入热等静压设备的托盘上；
步骤七：根据叶片铸件10的参数对叶片铸件10进行热等静压处理；
步骤八：热等静压处理结束后，将装满砂状填充物、热等静压处理叶片铸件10的尺寸控制装置吊出热等静压设备；
步骤九：待温度冷却接近室温后，清理装置中的砂状填充物，取出热等静压处理后的铸件，并用压缩空气喷枪清洁叶片铸件10表面，完成处理过程。
所述砂状填充物不与叶片铸件10产生化学反应。
所述砂状填充物为刚玉、石英、锆英石、铝硅酸盐耐火砂料。
步骤五所述砂状填充物高度高于叶片铸件10顶部2-5cm。

Claims (5)

1.一种航空发动机叶片铸件的热等静压尺寸控制装置的应用方法，其特征在于：所述尺寸控制装置包括外筒（1），所述外筒（1）包括筒壁和筒底以及固定安装在外筒（1）筒底中心位置的中心定位杆（2）；固定安装在外筒（1）筒底且用于固定叶片榫根的数个底座（3）；所述底座（3）设有用于固定叶片铸件（10）的榫根定位槽（9）；固定安装在外筒（1）外壁的用于吊起外筒（1）的吊钩（4）;还包括用于套装在底座（3）上的内套筒（5）；用于固定连接数个内套筒（5）的连接支架（6）；用于提拉内套筒（5）的把手（7）和用于与中心定位杆（2）套装固定的内筒定位杆（8）；整个所述尺寸控制装置放在热等静压设备托盘上，该尺寸控制装置的应用方法，包括如下步骤：
步骤一：通过将内筒定位杆（8）套装在中心定位杆（2）上，将内套筒（5）套装在底座（3）上，实现将内套筒（5）放置在外筒（1）上，内套筒（5）可上下移动；
步骤二：将叶片铸件（10）放置在内套筒（5）内底座（3）榫根定位槽（9）内；
步骤三：将砂状填充物添加于内套筒（5）和外筒（1）之间的间隙处；
步骤四：通过提拉把手（7），沿中心定位杆（2）方向竖直取出内套筒（5），让砂状填充物根据重力的作用自由落下，将叶片铸件（10）沿垂直方向埋于砂状填充物当中；
步骤五：继续添加砂状填充物，确保叶片铸件（10）完全埋于砂状填充物当中，且砂状填充物高度高于叶片铸件（10）顶部、不高于外筒（1）顶部；
步骤六：通过提拉吊钩（4），将装满砂状填充物、热等静压处理叶片铸件（10）的尺寸控制装置吊入热等静压设备的托盘上；
步骤七：根据叶片铸件（10）的参数对叶片铸件（10）进行热等静压处理；
步骤八：热等静压处理结束后，将装满砂状填充物、热等静压处理叶片铸件（10）的尺寸控制装置吊出热等静压设备；
步骤九：待温度冷却接近室温后，清理尺寸控制装置中的砂状填充物，取出热等静压处理后的铸件，并用压缩空气喷枪清洁叶片铸件（10）表面，完成处理过程。
2.根据权利要求1所述的一种航空发动机叶片铸件的热等静压尺寸控制装置的应用方法，其特征在于：所述外筒（1）内壁上有尺寸标识。
3.根据权利要求1所述的一种航空发动机叶片铸件的热等静压尺寸控制装置的应用方法，其特征在于：所述砂状填充物不与叶片铸件（10）产生化学反应。
4.根据权利要求1所述的一种航空发动机叶片铸件的热等静压尺寸控制装置的应用方法，其特征在于：所述砂状填充物为刚玉、石英、锆英石、铝硅酸盐耐火砂料。
5.根据权利要求1所述的一种航空发动机叶片铸件的热等静压尺寸控制装置的应用方法，其特征在于：步骤五所述砂状填充物高度高于叶片铸件（10）顶部2-5cm。
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