CN110617115B - 利用增材制造方式生产的涡轮发动机导流环组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种利用增材制造方式生产的涡轮发动机导流环组件，属于发动机技术领域。本发明通过合理的结构设计实现了一体化，适用于涡轮发动机，且具有尺寸小、重量轻，成形进度快、效率高，与模型吻合度高，内部缺陷少且小以及加工材料通用性强等优点。

Description

利用增材制造方式生产的涡轮发动机导流环组件
技术领域
本发明属于发动机技术领域，具体涉及一种利用增材制造方式生产的涡轮发动机导流环组件。
背景技术
涡轮发动机导流环组件前接燃烧室壳体和涡轮导向器，后接发动机喷管，其上安装火药起动器，并由火药起动器壳体充当原喷管中心锥的作用。导流环组件中心环形均布导流叶片，引导火药起动器发火后的高温高压燃气快速经由喷管排出到发动机外部。
导流环组件原设计方案为分体结构，将高温合金GH648锻件和高温合金K487铸件分别经过机加工后焊接成一个整体，再组合机加工程序。这需要先期制作金属模具，再进行铸造。
现有设计制作方法存在的明显不足在于：前期加工金属模具的周期较长，存在反复过程，需调试模具到符合设计的铸造精度；安装部位需要预留足够的厚度后期加工成法兰盘，而叶片和支板部位局部厚度很小，给铸造成形带来一定困难；分体式加工，焊接后带来的变形给零件配合精度机加工带来困难；为适应铸造和焊接加工，零件尺寸重量较大；锻件加工成薄壁件，材料利用率较低。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何设计一种一体化设计，适用于涡轮发动机的导流环组件。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用增材制造方式生产的涡轮发动机导流环组件，包括外环1、支板2、内环3、整流叶片4和螺柱5；
其中，所述内环3与外环1同轴，且通过支板2相连，所述外环1具有前法兰和后法兰，通过前法兰上的M个通孔与涡轮导向器和燃烧室壳体相连，所述后法兰上的N个通孔用于安装发动机喷管，M大于N；支板2在涡轮发动机导流环组件的轴向、周向均为倾斜均布且支板2的轴向延长线不过发动机的轴心；内环3里设置多个空腔，所述支板2连接内环3的部位延伸到内环3的空腔内，且该延伸到内环3空腔内的部分设计为加强筋6的结构；整流叶片4周向均布在内环3内侧，且其中周向间隔90度的四个叶片上加工有螺纹孔，用来安装螺柱5，螺柱5用于安装并固定火药起动器；外环1和内环3之间形成的通道作为发动机主气流通道的一部分。
优选地，所述外环1、支板2、内环3、整流叶片4和螺柱5的材料都采用GH4169，且在制造时采用3D打印的增材制造技术方法生产毛坯。
优选地，在采用3D打印的增材制造技术方法生产毛坯之后，经过机加工的工艺加工成型。
优选地，所述外环1的后法兰上设计开槽。
优选地，所述外环1和内环3的型面设计为能够防止主燃气突扩加剧流动损失。
优选地，所述通过前法兰上的48个通孔。
优选地，所述后法兰上的16个通孔用于安装发动机喷管。
(三)有益效果
本发明通过合理的结构设计实现了一体化，适用于涡轮发动机，且具有尺寸小、重量轻，成形进度快、效率高，与模型吻合度高，内部缺陷少且小以及加工材料通用性强等优点。
附图说明
图1为本发明的导流环组件的前向视图；
图2为本发明的导流组件的后向视图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
本发明提供一种利用增材制造方式生产的涡轮发动机导流环组件，如图1、图2所示，包括外环1、支板2、内环3、整流叶片4和螺柱5；
其中，所述内环3与外环1同轴，且通过支板2相连，解决了火药起动器与发动机本体相连的问题，所述外环1具有前法兰和后法兰，通过前法兰上的48个通孔与涡轮导向器和燃烧室壳体相连，起到固定导流环组件的作用，所述后法兰上的16个通孔用来安装发动机喷管，外环1的前后两个法兰设计，解决了导流环组件与发动机本体和喷管相连的问题；所述外环1上还设计开槽，能够与总体结构协调，避让其它设备；为减小支板2的热变形而产生的对外环1和内环3的“抵触”作用，支板2在涡轮发动机导流环组件的轴向、周向均为倾斜均布且支板2的轴向延长线不过发动机的轴心；内环3里设置多个空腔，一方面能够减轻重量，另一方面，所述支板2连接内环3的部位延伸到内环3的空腔内，且该延伸到内环3空腔内的部分设计为加强筋6的结构，以防止内环3一端悬臂，起到加强作用；整流叶片4周向均布在内环3内侧，且其中周向间隔90度的四个叶片上加工有螺纹孔，用来安装螺柱5，螺柱5用于安装并固定火药起动器；外环1和内环3之间形成的通道作为发动机主气流通道的一部分，且型面设计为能够防止主燃气突扩加剧流动损失。
上述涡轮发动机导流环组件中的所有零件材料都采用GH4169，且在制造时采用3D打印的增材制造技术方法生产毛坯，再辅以机加工的工艺方案加工成型，这种加工方式，使传统铸造难以高效率成形的复杂设计得以快速实现。
与现有设计制造方法相比，本发明提供的加工解决方案具有如下优点：
(1)3D打印的加工方式使得零件能够实现一体化设计：实现了零件的整体化结构，避免了原始多个零件组合时存在的连接结构，如焊缝等，降低零件复杂程度；
(2)尺寸小，重量轻：一体化设计简化了结构复杂程度，缩小了尺寸，同时减轻了重量；
(3)成形进度快：几天即可成形；
(4)成形效率高：加工参数固定后，可保证每次加工成形状态一致；
(5)材料利用率高，后续加工余量少：加工余量可保持在0.5mm及以下，相比铸造加工的毛坯，后续的机加工余量大幅缩减；
(6)与模型吻合度高：计算机控制成形，三维扫描可保证产品与模型较高吻合度；
(7)内部缺陷少且小：通过逐层铺粉(或送粉)，逐层熔化凝固堆积的方式，可实现产品内部较高加工质量；
(8)加工材料通用性强：本发明所采用的材料是在增材制造中比较常用的高温合金材料，可打印性好、成形质量高，价格适中，通用性强。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种利用增材制造方式生产的涡轮发动机导流环组件，其特征在于，包括外环(1)、支板(2)、内环(3)、整流叶片(4)和螺柱(5)；
其中，所述内环(3)与外环(1)同轴，且通过支板(2)相连，所述外环(1)具有前法兰和后法兰，通过前法兰上的M个通孔与涡轮导向器和燃烧室壳体相连，所述后法兰上的N个通孔用于安装发动机喷管，M大于N；支板(2)在涡轮发动机导流环组件的轴向、周向均为倾斜均布且支板(2)的轴向延长线不过发动机的轴心；内环(3)里设置多个空腔，所述支板(2)连接内环(3)的部位延伸到内环(3)的空腔内，且该延伸到内环(3)空腔内的部分设计为加强筋(6)的结构；整流叶片(4)周向均布在内环(3)内侧，且其中周向间隔90度的四个整流叶片上加工有螺纹孔，用来安装螺柱(5)，螺柱(5)用于安装并固定火药起动器；外环(1)和内环(3)之间形成的通道作为发动机主气流通道的一部分。
2.如权利要求1所述的涡轮发动机导流环组件，其特征在于，所述外环(1)、支板(2)、内环(3)、整流叶片(4)和螺柱(5)的材料都采用GH4169，且在制造时采用3D打印的增材制造技术方法生产毛坯。
3.如权利要求2所述的涡轮发动机导流环组件，其特征在于，在采用3D打印的增材制造技术方法生产毛坯之后，经过机加工的工艺加工成型。
4.如权利要求1所述的涡轮发动机导流环组件，其特征在于，所述外环(1)的后法兰上设计开槽。
5.如权利要求3所述的涡轮发动机导流环组件，其特征在于，所述外环(1)和内环(3)的型面设计为能够防止主燃气突扩加剧流动损失。
6.如权利要求5所述的涡轮发动机导流环组件，其特征在于，所述通过前法兰上的48个通孔。
7.如权利要求6所述的涡轮发动机导流环组件，其特征在于，所述后法兰上的16个通孔用于安装发动机喷管。
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