CN110328359B - 窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形方法，采用定位芯头与定位槽、定位块与定位环相结合的多向定位方法，减少了传统制模技术因定位工装使用而造成的精度不高问题，解决了研制技术“瓶颈”。与电火花加工、数控铣削加工加工技术相比，无需复杂的电极、刀具，生产效率大幅提高，制造成本显著降低，为窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形提供了一种高可靠、高准确性的低成本的技术方案，解决了生产“瓶颈”，为产品的批量化生产、技术的工程化应用奠定了坚实的基础，同时有力推动先进设计结构在航天型号产品上成熟应用。
Description
技术领域
本发明属于熔模精密铸造技术领域，具体涉及一种窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形方法。
背景技术
新型液氧煤油高压补燃发动机采用富氧燃气发生器循环方式，通过发生器产生高压、高温燃烧产物吹动亚声速涡轮做功，为发动机提供补充动力源，提高了发动机的性能，解决了燃气发生器循环积碳和燃烧不稳定问题。而涡轮静子是亚音速涡轮的关键部件，直接决定了涡轮的效率，是进行系统调整计算的重要参数，其性能偏差直接影响发动机设计功能实现及推力调节的准确性。
图1为某型号涡轮静子的结构示意图，主要由内环、外环及叶栅组成，其中，叶栅由39个均匀分布的涡轮叶片组成，叶片为弯叶片鱼头形状，其型面由多段、变曲率的曲面组成，叶片间歇狭小，属于典型窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件。该零件的流通面积是衡量发动机主涡轮工作效率的关键指标，设计要求公差仅50mm2，对叶片型面尺寸及形位尺寸精度要求较高。当前，该类零件的制造方法分为数控铣削加工、电火花加工、熔模精密铸造。
数控铣削加工难点在于数控程序编制、刀具及切削工艺参数，该方法针对多段、变曲率且弯扭程度大、窄间隙叶栅类结构，不可避免易产生刀具干涉、过切问题，无法实现流道的整体的加工。其次，对于难切削的高温合金材料，加工效率低、制造成本高。
电火花加工技术通过合理设计加工路径、电极，可解决产品成形问题。但是该方法针对多段、变曲率且弯扭程度大、窄间隙叶栅类结构，需设计复杂的数控程序以及多组异形电极，且加工过程中需反复更换电极，加工效率低、制造成本高。
熔模精密铸造作为一种近净成形技术，具有不受成形结构及材料限制、成形成本低的特点，是特殊功能、特殊结构零部件研制不可替代的工艺技术。其中蜡模制造是其关键控制环节及制造难点，常用的蜡模制造方法有选择性激光烧结技术、整体金属压型制模技术、分体式水溶芯制模技术。
选择性激光烧结技术是一种以激光为热源沿设计轨迹层层叠加粉料成为实体的蜡模成形技术，但因激光热源的不均匀加热以及粉料分层烧结的成形台阶，存在成形尺寸精度不高、变形严重等问题，适用于尺寸精度要求不高的产品。
金属压型制模技术通过专用成形设备将膏态或液态的蜡料注入产品专用模具，产品尺寸精度及表面质量直接由专用模具保证，优于选择性激光烧结技术。但是对于窄间隙、扭曲叶片结构类零件，金属型芯尺寸过小，易磕伤，且存在空间干涉，难以取模。
水溶芯制模技术是对整体金属压型制模技术的改进，其通过水溶蜡成形的型芯替代传统金属型芯，扩展了金属压型制模技术的应用范围。针对窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件，因其成形间歇小、尺寸精度、形位精度要求高、叶片数量多，水溶芯装配组合难度较大，而传统定位工装传递定位方式，水溶芯与定位工装、定位工装与外型模具在装配组合过程中均会产生装配误差，尺寸精度及流通面积难以达到航天型号产品的设计要求。
窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类的低成本制造成为制造领域的一大难题，影响着型号产品的性能和成本，制约着先进设计结构的实现，成为研制技术“瓶颈”、生产“瓶颈”。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形方法。
本方法的技术解决方案是：
窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形方法，包括如下步骤：
(1)建立零件三维模型，抽取流道型面信息，重新构造流道三维模型，以流道三维模型为基础，设计水溶芯模具，以零件三维模型为基础，设计中温蜡模模具结构，所述的水溶芯模具用于成形分体式水溶芯，中温蜡模模具用于成形带有水溶芯的外型蜡模；
(2)加工水溶芯模具和中温蜡模模具的各组成部件，并装配组合水溶芯模具和中温蜡模模具，设定压蜡机成形参数，压制水溶芯，并对蜡模表面进行精修，水溶芯个数由每件产品实际需求确定；
(3)将步骤(2)得到的多个水溶芯依次装入中温蜡模模具，完成水溶芯与中温蜡模模具的组合装配，设定压蜡机成形参数，压制蜡模；
(4)配制水溶芯滤取溶液，将步骤(3)获得的带有水溶芯的蜡模浸入溶液中，去除水溶芯，取出与产品结构完全一致的蜡模；
(5)制作浇注系统、补缩系统蜡模，将步骤(4)得到的蜡模与浇注系统、补缩系统焊接组合，获得模组；
(6)配制涂料，对模组进行制壳，获得具有一定厚度的模壳；
(7)将步骤(6)得到的模壳置于电热式蒸汽脱蜡炉中脱去蜡料，获得空腔模壳，并将其置于高温焙烧炉进行烧结强化；
(8)采用真空熔炼炉将金属液注入步骤(7)中的空腔模壳。
(9)脱去外层型壳，去除浇注系统；
(10)对步骤(9)得到的铸件进行表面处理、热等静压和热处理，所述表面处理为吹砂、打磨精修、抛丸处理；
(11)对步骤(10)处理后的铸件依据设计要求进行各项质量检查，包括X光透视、表面荧光检查、尺寸检查及吹风量检查，如果检查通过，则成形结束，如果检查不通过，则进行补焊处理，直至检查合格。
所述水溶芯模具包括水溶芯和水溶芯外型；
水溶芯包括水溶芯上定位芯头、水溶芯上定位块、水溶芯下定位块、水溶芯下定位芯头和水溶芯主体；所述流道模型即为水溶芯主体，水溶芯上定位块和水溶芯下定位块为与水溶芯主体一体设计的空腔，水溶芯上定位芯头插入水溶芯上定位块中，水溶芯下定位块插入水溶芯下定位芯头中；
水溶芯外型包括水溶芯上模、水溶芯左半型、水溶芯右半型、型面活块、水溶芯注蜡嘴、水溶芯下模，所述水溶芯上模包含水溶芯上定位芯头定位槽、紧固内六角螺母和水溶芯上模定位块；水溶芯左半型下表面加工有左定位导轨，上表面加工有左定位槽；水溶芯右半型下表面加工有右定位导轨，上表面加工有右定位槽；水溶芯下模包含水溶芯下定位芯头定位槽和定位导轨定位槽；
所述水溶芯模具的装配组合过程如下：
a.用压缩空气吹除模具各组成部件型面部位的多余物；
b.将水溶芯下定位芯头置于水溶芯下模的水溶芯下定位芯头定位槽中；
c.将水溶芯左半型上的左定位导轨和水溶芯右半型上的右定位导轨插入水溶芯下模的定位导轨定位槽中，实现水溶芯左半型和水溶芯右半型合模，并在水溶芯左半型上安装型面活块，所述型面活块与流道模型的内凹面贴合；
d.将水溶芯上定位芯头置于水溶芯上模的水溶芯上定位芯头定位槽中，并通过紧固内六角螺母进行紧固；
e.通过水溶芯上模定位块与水溶芯左半型的左定位槽、水溶芯右半型的右定位槽进行合模，安装水溶芯注蜡嘴，所述水溶芯注蜡嘴与水溶芯主体空腔连通。
所述水溶芯模具的起模过程如下：
a.松开紧固内六角螺母，取水溶芯上模；
b.解除型面活块与水溶芯左半型的固定，推拉型面活块；
c.取出水溶芯注蜡嘴，沿水溶芯下模的定位导轨定位槽左右推拉取出水溶芯左半型、水溶芯右半型；
d.将水溶芯上定位芯头、水溶芯下定位芯头与水溶芯一同从水溶芯下模取下；
e.清除模具残留的多余物，并擦拭硅油，等待下一次装配。
所述步骤(2)中，压制水溶芯的工艺参数如下：
模具温度：30-35℃；
化蜡温度：80-85℃；
射蜡温度65±2℃；
射蜡压力3.5±0.5MPa；
射蜡速度0.2L/min；
射蜡时间：5±2s；
保压压力：3.0±0.5MPa；
保压时间：30±20s；
冷却时间：1-5min。
中温蜡模模具包括定位芯、蜡模模具上模、定位环、蜡模模具左半型、蜡模模具右半型、蜡模模具注蜡嘴、蜡模模具下模；
所述蜡模模具上模包括蜡模模具上定位芯头定位槽、定位芯上定位槽和上定位螺纹孔；定位环包括定位芯中部定位槽和中部定位螺纹孔，蜡模模具下模包括蜡模模具下定位芯头定位槽、定位芯及定位环下定位槽；
水溶芯与中温蜡模模具的组合装配过程如下：
a.用压缩空气吹除中温蜡模模具各组成部件型面部位的多余物；
b.将蜡模模具上模与定位环通过螺母与上定位螺纹孔、中部定位螺纹孔进行装配；
c.装入定位芯，定位芯上端插入定位芯上定位槽，中部穿过定位芯中部定位槽，下端装入定位芯及定位环下定位槽；
d.将多个水溶芯顺时针依次通过水溶芯下定位芯头推入蜡模模具下定位芯头定位槽、水溶芯上定位芯头推入蜡模模具上定位芯头定位槽，以保证轴向的准确定位；
e.分别从左侧推入蜡模模具左半型，从右侧推入蜡模模具右半型，通过紧固螺栓进行紧固，保证水溶芯上定位块、水溶芯下定位块的各平面紧密贴合，实现零件在切向、径向准确定位；
f.安装蜡模模具注蜡嘴，所述蜡模模具注蜡嘴贯穿蜡模模具左半型或蜡模模具右半型。
中温蜡模模具的起模过程如下：
a.松开紧固螺栓，依次取出蜡模模具上模、定位环、蜡模模具注蜡嘴、蜡模模具左半型、蜡模模具右半型；
b.取出蜡模；
c.清除模具残留的多余物，并擦拭硅油，等待下一次装配。
所述步骤(3)中，压制蜡模的工艺参数如下：
模具温度：35-40℃；
化蜡温度：80-85℃；
射蜡温度：68±2℃；
射蜡压力：4.0±0.5MPa；
射蜡速度：0.2L/min；
射蜡时间：30±10s；
保压压力：4.5±0.5MPa；
保压时间：2-3min；
冷却时间：5-10min。
所述步骤(4)中，水溶芯滤取溶液为柠檬酸溶液，溶液温度为30-60℃。
所述步骤(6)中，涂料为锆英粉硅溶胶涂料，面层粘度为40-60s，背层粘度为20-50s，面层采用锆英砂，背层采用上店砂。
所述步骤(7)中，脱去蜡料的工艺参数如下：
脱蜡温度：160-180℃；
保压压力：0.55-0.70MPa；
保压时间：10±2min；
高温焙烧炉进行烧结强化的工艺参数如下：
焙烧温度：1000±50℃；
焙烧时间：≥4h。
所述步骤(8)中，真空熔炼的温度1490-1510℃。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
(1)本发明提出了一种定位芯头与定位槽、定位块与定位环相结合的多向定位方法，通过对定位芯头、定位块及与之相匹配定位槽的精确设计，成功实现了多个水溶型芯的精确组合与配合，减少了传统因定位工装使用而造成的精度不高问题，解决研制技术“瓶颈”。与电火花加工、数控铣削加工加工技术相比，无需复杂的电极、刀具，生产效率大幅提高及制造成本显著降低，为窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形，提供了一种高可靠、高准确性的低成本的技术方案，解决了生产“瓶颈”，为产品的批量化生产、技术的工程化应用奠定了坚实的基础，同时有力推动先进设计结构在航天型号产品上成熟应用。
(2)本发明生产的叶栅关键尺寸精度可控制在CT6，一般尺寸精度为CT7，表面粗糙度为6.3μm，燃气流通面积处于设计中值，散差值仅10mm2。
(3)与选择性激光烧结制模工艺相比，本发明方法无一氧化碳有毒气体产生，实现环保的同时，满足了发展“绿色铸造”的要求。
附图说明
图1是本发明实施例涡轮静子结构示意图，其中(a)为主视图，(b)为A-A剖视图；
图2是本发明水溶芯示意图，其中(a)为主视图，(b)为左视图；
图3是本发明工艺流程图；
图4是本发明水溶芯模具图，其中(a)为立体示意图，(b)为俯视图，(c)为A-A剖视图，(d)为B-B剖视图，(e)为C-C剖视图，(f)为D-D剖视图；
图5是本发明中温蜡模模具图，其中(a)为立体示意图，(b)为俯视图，(c)为A-A剖视图，(d)为B-B剖视图，(e)为C-C剖视图；
图6是模组组合方案，其中(a)为主视图，(b)为A-A剖视图。
具体实施方式
结合附图，对本发明进行进一步说明。
为了解决现有制造技术的上述不足，本发明提供了一种低成本的窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类的成形方法。本发明采用水溶蜡成形分次成形叶片之间流道区域，随后通过定位系统实现了各个水溶芯的精确组合，确保关键流道区域尺寸的精确性；组合好的水溶芯作为外型模具的“型芯”，配合完成蜡模制作；采用特制溶液滤去水溶芯，获得与铸件实体完全一致的蜡模。再经过浇注系统制作、模组组合、型壳制备、脱蜡焙烧、熔炼浇注、型壳脱除、锯切浇冒口、表面处理、热等静压、热处理、质量检查等工序，最终完成零件成形。
为了解决水溶芯装配组合精度不高问题，本发明提出了一种定位芯头与定位槽、定位块与定位环相结合的多向定位方法，无需设计复杂的定位工装，实现了多组水溶芯的精确组合，满足流通面积的设计要求。
以新型液氧煤油发动机亚速涡轮中涡轮静子为例，其结构如图1所示，主要由内环1、外环2及39个均匀分布的叶片3组成，叶片为弯叶片鱼头形状，叶片间隙狭小，其型面由多段、变曲率的曲面组成。图1中(a)为主视图，(b)为A-A剖视图。
利用本发明方法，采用水溶蜡成形分次成形涡轮静子叶片之间流道区域，水溶芯如图2所示，其中(a)为主视图，(b)为左视图，包括水溶芯上定位芯头4、水溶芯上定位块5、水溶芯主体6、水溶芯下定位块7及水溶芯下定位芯头8。水溶芯上定位芯头4及水溶芯下定位芯头8与中温蜡模模具定位槽的组合，实现了水溶芯与中温蜡模模具的精准组合及确保轴向的可靠定位。水溶芯上定位块51、53平面、水溶芯下定位块71、73平面作为水溶芯组合搭接平台，确保了切向的可靠定位，水溶芯上定位块52、54平面、水溶芯下定位块72、74平面，通过与中温蜡模模具定位环的配合，确保了径向的可靠定位。通过上述的多向定位模式，实现了水溶芯的精确组合，确保关键流道区域尺寸的精确性；组合好的水溶芯作为中温蜡模模具的“型芯”，配合完成蜡模制作；采用特制溶液滤去水溶芯，获得与铸件实体完全一致的蜡模。具体实施方案如图3所示。
本发明解决实施例的具体技术方案包括以下步骤：
(1)模具结构设计
以零件轴向中心为基准，采用三维建模软件，如UG、catia、Pro/Engineer等，建立零件三维模型，抽取流道型面信息，重构生成流道模型，以零件三维模型为基础，设计水溶芯模具，以零件三维模型为基础，设计中温蜡模模具结构，其中水溶芯模具用于成形分体式水溶芯，中温蜡模模具用于成形带有水溶芯的外型蜡模。
流道模型作为水溶芯主体6。设计水溶芯上定位芯头4、水溶芯上定位块5、水溶芯下定位块7、水溶芯下定位芯头8，完成分体式水溶芯定位系统设计。随即，依次设计水溶芯上定位芯头、水溶芯下定位块的配合定位槽及水溶芯上定位块5、水溶芯下定位块7、水溶芯主体6所对应的内腔、模具各部分的定位系统、组合系统、浇注系统，完成水溶芯模具设计。图4为水溶芯外型模具，主要分为水溶芯上模9(包含水溶芯上定位芯头定位槽91、紧固内六角螺母92、水溶芯上模定位块93)、水溶芯左半型10(包含定位导轨101)、水溶芯右半型12(包含定位导轨121)、型面活块11(包含型面活块紧固内六角螺母111)、水溶芯注蜡嘴13、水溶芯下模14(包含水溶芯下定位芯头定位槽141、定位导轨定位槽142)。图4中(a)为立体示意图，(b)为俯视图，(c)为A-A剖视图，(d)为B-B剖视图，(e)为C-C剖视图，(f)为D-D剖视图
采用三维建模软件，如UG、CATIA、Pro/Engineer等，去除零件流道、叶片，保留内环1、外环2，设计中温蜡模模具内腔。以水溶芯为依据，设计与水溶芯上定位芯头、水溶芯下定位芯头相匹配的定位槽，设计与水溶芯上定位块、水溶芯下定位块相配合的定位环，完成水溶芯组合定位系统设计。随即，依次设计模具各部分的定位系统、组合系统、浇注系统，完成中温蜡模模具设计。图5为中温蜡模模具，主要分为定位芯15、蜡模模具上模16(包括蜡模模具上定位芯头定位槽161、定位芯上定位槽162、定位螺纹孔163)、定位环17(包括定位芯中部定位槽171、中部定位螺纹孔172)、蜡模模具左半型18、蜡模模具右半型19、蜡模模具注蜡嘴20、蜡模模具半型紧固螺栓21、蜡模模具下模22(包括蜡模模具下定位芯头定位槽221、定位芯及定位环下定位槽222)。图5中(a)为立体示意图，(b)为俯视图，(c)为A-A剖视图，(d)为B-B剖视图，(e)为C-C剖视图
以两种模具三维模型为依据，采用适当的机械加工方法加工制造模具。
(2)分体式水溶芯制作
模具装配组合：
a.用压缩空气吹除模具各组成部件型面部位的多余物；
b.将水溶芯下定位芯头8置于水溶芯下模的水溶芯下定位块定位槽141中；
c.将水溶芯左半型10上的左定位导轨101和水溶芯右半型12上的右定位导轨121插入水溶芯下模的定位导轨定位槽142中，实现水溶芯左半型10和水溶芯右半型12合模，并在水溶芯左半型10上安装型面活块11，型面活块11与水溶芯左半型10通过型面活块紧固内六角螺母111连接，所述型面活块11与流道模型的内凹面贴合；
d.将水溶芯上定位芯头4置于水溶芯上定位芯头定位槽91，并通过紧固内六角螺母92进行紧固；
e.通过水溶芯上模定位块93与水溶芯左半型10的左定位槽、水溶芯右半型12的右定位槽进行合模，安装水溶芯注蜡嘴13，所述水溶芯注蜡嘴13与水溶芯主体空腔连通。
将装配好的模具置于压蜡机模板中心，调整射蜡嘴位置，确保射蜡嘴与模具注蜡嘴对准并紧密贴合，设置成形工艺参数，进行水溶芯压制。
模具起模过程如下：
a.松开紧固内六角螺母92，取水溶芯上模9；
b.松开型面活块紧固内六角螺母111，推拉型面活块；
c.取出水溶芯注蜡嘴13，沿水溶芯下模定位导轨定位槽142左、右推拉取出水溶芯左半型10、水溶芯右半型12；
d.将水溶芯上定位芯头4、水溶芯下定位芯头8与水溶芯一同从水溶芯下模取下；
e.清除模具残留的蜡料、批缝等多余物，并擦拭硅油，等待下一次装配。
水溶芯压制后，用刀片切除水溶芯残留浇道，并刮除上定位芯头4下定位芯头8及模具配合面产生的批缝。
以上循环往复，完成39个水溶芯制作。
上述所述的水溶芯的成形工艺参数：模具温度：30-35℃、化蜡温度：80-85℃、射蜡温度65±2℃、射蜡压力3.5±0.5MPa、射蜡速度0.2L/min、射蜡时间：5±2s、保压压力3.0±0.5MPa、保压时间：30±20s、冷却时间：1-5min。所选用的水溶蜡牌号为KC4057P。
(3)外型蜡模压制
模具装配组合：
a.用压缩空气吹除模具各组成部件型面部位的多余物；
b.蜡模模具上模16与定位环17通过内六角螺母与上定位螺纹孔163、中部定位螺纹孔172进行装配；
c.装入定位芯15，定位芯15上端插入定位芯上定位槽162，中部穿过定位芯中部定位槽171，下端装入定位芯及定位环下定位槽222；
d.将39个水溶芯顺时针依次通过水溶芯下定位芯头8依次推入蜡模模具下定位芯头定位槽221、水溶芯上定位芯头4推入蜡模模具上定位芯头定位槽161，以保证轴向的准确定位；
e.分别从左侧推入蜡模模具左半型18，从右侧推入蜡模模具右半型19，通过蜡模模具半型紧固螺栓21进行紧固，保证水溶芯上定位块5、水溶芯下定位块7的各平面紧密贴合，实现零件在切向、径向准确定位；
f.安装蜡模模具注蜡嘴20，所述蜡模模具注蜡嘴20贯穿蜡模模具左半型18或蜡模模具右半型19。
将装配好的模具置于压蜡机模板中心，调整射蜡嘴位置，确保射蜡嘴与模具注蜡嘴对准并紧密贴合，设置成形工艺参数，进行蜡模压制。
模具起模：
a.松开蜡模模具半型紧固螺栓21，依次取出蜡模模具上模16、定位环17、蜡模模具注蜡嘴20、蜡模模具左半型18、蜡模模具右半型19；
b.取出蜡模；
c.清除模具残留的蜡料、批缝等多余物，并擦拭硅油，等待下一次装配。
蜡模的成形工艺参数：模具温度：35-40℃、化蜡温度：80-85℃、射蜡温度68±2℃、射蜡压力4.0±0.5MPa、射蜡速度0.2L/min、射蜡时间：30±10s、保压压力4.5±0.5MPa、保压时间：2-3min、冷却时间：5-10min。所采用的水溶蜡牌号为KC2656L。
(4)水溶芯滤取
配制水溶芯滤取溶液。原材料：柠檬酸、水，比例为1：10，溶液温度为30-60℃。在塑料或不锈钢专用干净容器内配置水解液，溶液体积保证完全浸没蜡模整体。水解后，及时取出水溶芯上定位芯头4、水溶芯下定位芯头8，用压缩空气将其吹干，并在其表面擦拭硅油，放回专用的储存盒待用。清除蜡模表面残留物体，用压缩空气吹干蜡模表面水分。
(5)模组组合
制作浇注系统、补缩系统蜡模将步骤(4)得到的蜡模与浇注系统、补缩系统依据图6所示进行焊接组合，获得模组。图6中(a)为主视图，(b)为A-A剖视图。
(6)型壳制备
配制涂料，对模组进行制壳，获得具有一定厚度的模壳。
涂料为锆英粉硅溶胶涂料，浆料粘度采用专用涂-4粘度计测量，面层粘度：40-60s，背层粘度：20-50s。制壳工艺参数：层数为9层，砂粒种类：第1、2层(面层)：锆英砂；第3层～第8层(背层)：上店砂；干燥时间：第1层：36～42h；第2层～第8层：22～26h；第九层(封浆)：≥48h。
(7)脱蜡焙烧
将步骤(6)得到的模壳置于电热式蒸汽脱蜡炉中脱蜡料，获得空腔模壳，并将其置于高温焙烧炉进行烧结强化；
脱蜡工艺参数：脱蜡温度：160-180℃，保压压力：0.55-0.70MPa，保压时间：10±2min；
高温焙烧炉进行烧结强化工艺参数：焙烧温度：1000±50℃，焙烧时间：≥4h。
(8)熔炼浇注
采用真空熔炼炉将金属液注入步骤(5)中的空腔模壳；
真空熔炼浇注工艺参数：1490-1510℃。
(9)脱壳、锯切浇冒口
脱去外层型壳，去除浇注系统及补缩系统(又称浇冒口)；
(10)表面处理、热处理、热等静压
对步骤(9)得到的零件进行表面处理、热处理和热等静压，所述表面处理为吹砂、打磨精修、抛丸处理。
(11)质量检查
对步骤(10)处理后的零件依据设计文件要求进行各项检查，包括X光透视、表面荧光检查、尺寸检查及吹风量检查。如果检查通过，则成形结束，如果检查不通过，则进行补焊处理，直至检查合格。
本发明提出了一种定位芯头与定位槽、定位块与定位环相结合的多向定位方法，通过对定位芯头、定位块及与之相匹配定位槽的精确设计，成功实现了多个水溶型芯的精确组合与配合，减少了传统因定位工装使用而造成的精度不高问题，解决研制技术“瓶颈”。与电火花加工、数控铣削加工加工技术相比，无需复杂的电极、刀具，生产效率更高，制造成本更低，为窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形，提供了一种高可靠、高准确性的低成本的技术方案，生产效率大幅提高及制造成本显著降低，解决了生产“瓶颈”，为产品的批量化生产、技术的工程化应用奠定了坚实的基础，同时有力推动先进设计结构在航天型号产品上成熟应用。
本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
Claims (10)
1.窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形方法，其特征在于包括如下步骤：
(1)建立零件三维模型，抽取流道型面信息，重新构造流道三维模型，以流道三维模型为基础，设计水溶芯模具，以零件三维模型为基础，设计中温蜡模模具结构，所述的水溶芯模具用于成形分体式水溶芯，中温蜡模模具用于成形带有水溶芯的外型蜡模；
所述水溶芯模具包括水溶芯上定位芯头(4)、水溶芯上定位块(5)、水溶芯下定位块(7)、水溶芯下定位芯头(8)、水溶芯主体(6)和水溶芯外型；
所述流道三维模型即为水溶芯主体(6)，水溶芯上定位块(5)和水溶芯下定位块(7)为与水溶芯主体(6)一体设计的空腔，水溶芯上定位芯头(4)插入水溶芯上定位块(5)中，水溶芯下定位块(7)插入水溶芯下定位芯头(8)中；
水溶芯外型包括水溶芯上模(9)、水溶芯左半型(10)、水溶芯右半型(12)、型面活块(11)、水溶芯注蜡嘴(13)、水溶芯下模(14)，所述水溶芯上模(9)包含水溶芯上定位芯头定位槽(91)、紧固内六角螺母(92)和水溶芯上模定位块(93)；水溶芯左半型(10)下表面加工有左定位导轨(101)，上表面加工有左定位槽；水溶芯右半型(12)下表面加工有右定位导轨(121)，上表面加工有右定位槽；水溶芯下模(14)包含水溶芯下定位芯头定位槽(141)和定位导轨定位槽(142)；
(2)加工水溶芯模具和中温蜡模模具的各组成部件，并装配组合水溶芯模具和中温蜡模模具，设定压蜡机成形参数，压制水溶芯，并对蜡模表面进行精修，水溶芯个数由每件产品实际需求确定；
所述水溶芯模具的装配组合过程如下：
a.用压缩空气吹除模具各组成部件型面部位的多余物；
b.将水溶芯下定位芯头(8)置于水溶芯下模的水溶芯下定位芯头定位槽(141)中；
c.将水溶芯左半型(10)上的左定位导轨(101)和水溶芯右半型(12)上的右定位导轨(121)插入水溶芯下模的定位导轨定位槽(142)中，实现水溶芯左半型(10)和水溶芯右半型(12)合模，并在水溶芯左半型(10)上安装型面活块(11)，所述型面活块(11)与流道三维模型的内凹面贴合；
d.将水溶芯上定位芯头(4)置于水溶芯上模的水溶芯上定位芯头定位槽(91)中，并通过紧固内六角螺母(92)进行紧固；
e.通过水溶芯上模定位块(93)与水溶芯左半型(10)的左定位槽、水溶芯右半型(12)的右定位槽进行合模，安装水溶芯注蜡嘴(13)，所述水溶芯注蜡嘴(13)与水溶芯主体空腔连通；
(3)将步骤(2)得到的多个水溶芯依次装入中温蜡模模具，完成水溶芯与中温蜡模模具的组合装配，设定压蜡机成形参数，压制蜡模；
(4)配制水溶芯滤取溶液，将步骤(3)获得的带有水溶芯的蜡模浸入溶液中，去除水溶芯，取出与产品结构完全一致的蜡模；
(5)制作浇注系统、补缩系统蜡模，将步骤(4)得到的蜡模与浇注系统、补缩系统焊接组合，获得模组；
(6)配制涂料，对模组进行制壳，获得具有一定厚度的模壳；
(7)将步骤(6)得到的模壳置于电热式蒸汽脱蜡炉中脱去蜡料，获得空腔模壳，并将其置于高温焙烧炉进行烧结强化；
(8)采用真空熔炼炉将金属液注入步骤(7)中的空腔模壳；
(9)脱去外层型壳，去除浇注系统；
(10)对步骤(9)得到的铸件进行表面处理、热等静压和热处理，所述表面处理为吹砂、打磨精修、抛丸处理；
(11)对步骤(10)处理后的铸件依据设计要求进行各项质量检查，包括X光透视、表面荧光检查、尺寸检查及吹风量检查，如果检查通过，则成形结束，如果检查不通过，则进行补焊处理，直至检查合格。
2.根据权利要求1所述的窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形方法，其特征在于：
所述水溶芯模具的起模过程如下：
a.松开紧固内六角螺母(92)，取水溶芯上模(9)；
b.解除型面活块(11)与水溶芯左半型(10)的固定，推拉型面活块；
c.取出水溶芯注蜡嘴(13)，沿水溶芯下模的定位导轨定位槽(142)左右推拉取出水溶芯左半型(10)、水溶芯右半型(12)；
d.将水溶芯上定位芯头(4)、水溶芯下定位芯头(8)与水溶芯一同从水溶芯下模取下；
e.清除模具残留的多余物，并擦拭硅油，等待下一次装配。
3.根据权利要求2所述的窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形方法，其特征在于：所述步骤(2)中，压制水溶芯的工艺参数如下：
模具温度：30-35℃；
化蜡温度：80-85℃；
射蜡温度65±2℃；
射蜡压力3.5±0.5MPa；
射蜡速度0.2L/min；
射蜡时间：5±2s；
保压压力：3.0±0.5MPa；
保压时间：30±20s；
冷却时间：1-5min。
4.根据权利要求1所述的窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形方法，其特征在于：中温蜡模模具包括定位芯(15)、蜡模模具上模(16)、定位环(17)、蜡模模具左半型(18)、蜡模模具右半型(19)、蜡模模具注蜡嘴(20)、蜡模模具下模(22)；
所述蜡模模具上模(16)包括蜡模模具上定位芯头定位槽(161)、定位芯上定位槽(162)和上定位螺纹孔(163)；定位环(17)包括定位芯中部定位槽(171)和中部定位螺纹孔(172)，蜡模模具下模(22)包括蜡模模具下定位芯头定位槽(221)、定位芯及定位环下定位槽(222)；
水溶芯与中温蜡模模具的组合装配过程如下：
a.用压缩空气吹除中温蜡模模具各组成部件型面部位的多余物；
b.将蜡模模具上模(16)与定位环(17)通过螺母与上定位螺纹孔(163)、中部定位螺纹孔(172)进行装配；
c.装入定位芯(15)，定位芯(15)上端插入定位芯上定位槽(162)，中部穿过定位芯中部定位槽(171)，下端装入定位芯及定位环下定位槽(222)；
d.沿顺时针方向，将水溶芯依次推入蜡模模具定位槽，其中水溶芯下定位芯头(8)推入下定位芯头定位槽(221)，水溶芯上定位芯头(4)推入蜡模模具上定位芯头定位槽(161)，以保证轴向的准确定位；
e.分别从左侧推入蜡模模具左半型(18)，从右侧推入蜡模模具右半型(19)，通过紧固螺栓进行紧固，保证水溶芯上定位块(5)、水溶芯下定位块(7)的各平面紧密贴合，实现零件在切向、径向准确定位；
f.安装蜡模模具注蜡嘴(20)，所述蜡模模具注蜡嘴(20)贯穿蜡模模具左半型(18)或蜡模模具右半型(19)。
5.根据权利要求4所述的窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形方法，其特征在于：
中温蜡模模具的起模过程如下：
a.松开紧固螺栓，依次取出蜡模模具上模(16)、定位环(17)、蜡模模具注蜡嘴(20)、蜡模模具左半型(18)、蜡模模具右半型(19)；
b.取出蜡模；
c.清除模具残留的多余物，并擦拭硅油，等待下一次装配。
6.根据权利要求5所述的窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形方法，其特征在于：所述步骤(3)中，压制蜡模的工艺参数如下：
模具温度：35-40℃；
化蜡温度：80-85℃；
射蜡温度：68±2℃；
射蜡压力：4.0±0.5MPa；
射蜡速度：0.2L/min；
射蜡时间：30±10s；
保压压力：4.5±0.5MPa；
保压时间：2-3min；
冷却时间：5-10min。
7.根据权利要求1所述的窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形方法，其特征在于：所述步骤(4)中，水溶芯滤取溶液为柠檬酸溶液，溶液温度为30-60℃。
8.根据权利要求1所述的窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形方法，其特征在于：所述步骤(6)中，涂料为锆英粉硅溶胶涂料，面层粘度为40-60s，背层粘度为20-50s，面层采用锆英砂，背层采用上店砂。
9.根据权利要求1所述的窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形方法，其特征在于：所述步骤(7)中，脱去蜡料的工艺参数如下：
脱蜡温度：160-180℃；
保压压力：0.55-0.70MPa；
保压时间：10±2min；
高温焙烧炉进行烧结强化的工艺参数如下：
焙烧温度：1000±50℃；
焙烧时间：≥4h。
10.根据权利要求1所述的窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形方法，其特征在于：所述步骤(8)中，真空熔炼的温度1490-1510℃。
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