CN111390113A - 一种空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法 - Google Patents

一种空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法 Download PDF

Info

Publication number
CN111390113A
CN111390113A CN202010304940.5A CN202010304940A CN111390113A CN 111390113 A CN111390113 A CN 111390113A CN 202010304940 A CN202010304940 A CN 202010304940A CN 111390113 A CN111390113 A CN 111390113A
Authority
CN
China
Prior art keywords
blade
tenon
shrinkage
edge plate
axis direction
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN202010304940.5A
Other languages
English (en)
Inventor
杨亮
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials
Original Assignee
AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials filed Critical AECC Beijing Institute of Aeronautical Materials
Priority to CN202010304940.5A priority Critical patent/CN111390113A/zh
Publication of CN111390113A publication Critical patent/CN111390113A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/02—Sand moulds or like moulds for shaped castings
    • B22C9/04—Use of lost patterns
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B22—CASTING; POWDER METALLURGY
    • B22C—FOUNDRY MOULDING
    • B22C9/00—Moulds or cores; Moulding processes
    • B22C9/22—Moulds for peculiarly-shaped castings
    • B22C9/24—Moulds for peculiarly-shaped castings for hollow articles
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B11/00—Single-crystal growth by normal freezing or freezing under temperature gradient, e.g. Bridgman-Stockbarger method
    • C30B11/006—Controlling or regulating
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C30—CRYSTAL GROWTH
    • C30B—SINGLE-CRYSTAL GROWTH; UNIDIRECTIONAL SOLIDIFICATION OF EUTECTIC MATERIAL OR UNIDIRECTIONAL DEMIXING OF EUTECTOID MATERIAL; REFINING BY ZONE-MELTING OF MATERIAL; PRODUCTION OF A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; SINGLE CRYSTALS OR HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; AFTER-TREATMENT OF SINGLE CRYSTALS OR A HOMOGENEOUS POLYCRYSTALLINE MATERIAL WITH DEFINED STRUCTURE; APPARATUS THEREFOR
    • C30B29/00—Single crystals or homogeneous polycrystalline material with defined structure characterised by the material or by their shape
    • C30B29/10—Inorganic compounds or compositions
    • C30B29/52—Alloys

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Crystallography & Structural Chemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

本发明一种空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法，在空心单晶涡轮工作叶片的蜡模压制模具的设计过程中，将叶片叶身作为一部分、叶片缘板及榫头作为另一部分，分别设置收缩系数，该设置方式采用以下方法之一：第一种方式：当叶片叶身与叶片缘板及榫头收缩系数不同时，叶片缘板及榫头在积叠轴方向的收缩系数‑叶片叶身在积叠轴方向的收缩系数＝0.1％～0.5％；第二种方式：当叶片叶身与叶片缘板及榫头收缩系数相同时，叶片缘板及榫头部分的位置沿叶片积叠轴向叶身方向移动0.05mm～0.3mm；本发明能有效避免因外形尺寸超差造成的手工打磨抛修，实现叶片外形尺寸的精确控制，大幅提高空心单晶涡轮工作叶片的外形尺寸合格率。

Description

一种空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法
技术领域
本发明是一种空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法，属于航空发动机单晶高温合金涡轮叶片熔模精密铸造技术领域。
背景技术
航空发动机单晶高温合金涡轮工作叶片整体结构可划分为叶身、缘板及榫头部位，叶片叶身复合弯扭，且壁厚薄，从叶身到缘板存在明显的截面突变，即缘板和榫头的横截面尺寸明显大于叶身。目前，单晶涡轮工作叶片均采用熔模精密铸造工艺，主要工序包括模具设计制造、型芯制备、蜡模制备、型壳制备、熔炼浇注等。
在进行空心单晶涡轮工作叶片的蜡模压制模具(以下简称外形模具)设计时，有一关键技术环节是进行收缩系数的设置，因为在叶片的整个研制过程中，存在蜡模的收缩、液态金属的凝固收缩等，通过设置收缩系数以补偿蜡模收缩及液态金属凝固收缩等。
目前，单晶涡轮工作叶片收缩系数的设置均采用恒定数值，收缩系数的设置并未考虑叶片结构造成的影响。叶片蜡模的制备过程是将陶瓷型芯放入外形模具中，将具有一定温度(50℃～70℃)的蜡料注入到外形模具中，蜡料包裹型芯。从外形模具中取出叶片蜡模后，蜡模的温度逐渐降低至环境温度，蜡模会发生收缩。与叶片缘板及榫头相比，由于叶片叶身壁厚薄、且有陶瓷型芯的阻碍作用，使得叶身的收缩较小，而叶片缘板及榫头部位蜡模厚度大、热量积聚多、陶瓷型芯的阻碍作用小，使得缘板及榫头收缩较大。同样，在叶片熔炼浇注工序的定向凝固过程中，金属由液态凝固成固态亦发生收缩。与蜡模收缩相似，叶身液态金属的凝固收缩亦小于榫头及缘板。若叶片外形模具收缩系数设置为恒定数值，即叶身与缘板及榫头的收缩系数相同，必会导致叶片的型面尺寸较理论值偏差较大，造成叶身型面的轮廓度、扭转角、位置度等超差，后续工序必须通过手工打磨抛修调整叶身型面尺寸以满足叶片图样的要求，严重影响了单晶涡轮工作叶片的外形尺寸合格率。因此，空心单晶涡轮工作叶片收缩系数的合理设置是有效提高叶片合格率的关键因素之一。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术中存在的问题而设计提供了一种空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法，其目的是充分考虑叶片结构特征导致的收缩系数差异性，避免因收缩系数设置不合理导致叶身型面的轮廓度、扭转角、位置度等超差，提高叶片精铸件的尺寸符合性，满足先进航空发动机对单晶涡轮工作叶片尺寸精确控制的需求。
为了实现上述目标，本发明的技术方案是：
该种空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法的特征在于：在空心单晶涡轮工作叶片的蜡模压制模具的设计过程中，将叶片叶身作为一部分、叶片缘板及榫头作为另一部分，分别设置收缩系数，该设置方式采用以下方法之一：
第一种方式：当叶片叶身与叶片缘板及榫头收缩系数不同时，叶片缘板及榫头在积叠轴方向的收缩系数-叶片叶身在积叠轴方向的收缩系数＝0.1％～0.5％；
第二种方式：当叶片叶身与叶片缘板及榫头收缩系数相同时，叶片缘板及榫头部分的位置沿叶片积叠轴向叶身方向移动0.05mm～0.3mm；
所述收缩系数是指包含蜡料温度降低引起的收缩和金属由液体凝固成固态引起的收缩的综合收缩系数。
进一步，第一种方式中，叶片叶身部分在积叠轴方向的收缩系数设置为0.5％～2％。
进一步，第一种方式中，叶片缘板及榫头部分在积叠轴方向的收缩系数设置为0.5％～2.5％。
进一步，第一种方式中，叶片缘板及榫头在积叠轴方向的收缩系数-叶片叶身在积叠轴方向的收缩系数＝0.4％。
进一步，第二种方式中，叶片叶身部分和叶片缘板及榫头部分在积叠轴方向的收缩系数设置为0.5％～2％。
进一步，第二种方式中，叶片缘板及榫头部分的位置沿叶片积叠轴向叶身方向移动0.15mm。
进一步，第一种方式中，叶片叶身部分在积叠轴方向的收缩系数设置为1.4％。
进一步，第一种方式中，叶片缘板及榫头部分在积叠轴方向的收缩系数设置为1.6％。
本发明的优点及有益效果为：
通过将叶片叶身与缘板及榫头分开进行收缩系数设置，即将叶身与缘板及榫头设置不同的收缩系数，或叶身与缘板及榫头收缩系数相同，但缘板及榫头沿叶片积叠轴向叶身方向移动一定距离，消除因叶片结构特征造成的蜡模收缩及液态金属凝固收缩差异，大大提高了叶片精铸件的尺寸符合性。该方法的有益效果如下：
(1)本发明因充分考虑叶片结构特征导致的不同部位收缩系数差异性，避免了叶片型面轮廓度、扭转角、位置度等出现超差的情况，故无需再对叶片进行打磨抛修，有效避免了打磨抛修对叶片表面造成的损伤，保障了叶片的使用安全。
(2)本发明可实现叶片外形尺寸的精确控制，避免了多次尺寸测量与反复打磨抛修，提高了叶片精铸件的研制生产效率。
附图说明
图1为空心单晶涡轮工作叶片铸件示意图
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作详细说明。
实施例1
参见附图1所示，本实施中以空心单晶涡轮工作叶片为例，其铸件具有叶片叶身1复合弯扭，且壁厚薄，叶片缘板2及榫头3厚大等特点，为了保证叶片外形尺寸满足叶片图样的要求，在进行单晶涡轮工作叶片外形模具设计时，将叶片叶身作为一部分、叶片缘板及榫头作为另一部分，分别设置收缩系数，具体为：叶片叶身1在积叠轴方向收缩系数为1.4％，叶片缘板2及榫头3在积叠轴方向收缩系数为1.8％，叶片缘板2及榫头3在积叠轴方向收缩系数-叶片叶身1在积叠轴方向收缩系数＝0.4％。
使用上述收缩系数设置方法制造的外形模具，通过熔模精密铸造工艺研制出空心单晶涡轮工作叶片，经三坐标测量机检测叶片外形尺寸，各检测截面的型面轮廓度、扭转角、位置度等均满足叶片图样的要求，表明上述方法可有效保障叶片的外形尺寸符合性。
实施例2：
参见附图1所示，本实施中以空心单晶涡轮工作叶片为例，其铸件具有叶片叶身1复合弯扭，且壁厚薄，叶片缘板2及榫头3厚大等特点，为了保证叶片外形尺寸满足叶片图样的要求，在进行单晶涡轮工作叶片外形模具设计时，将叶片叶身作为一部分、叶片缘板及榫头作为另一部分，分别设置收缩系数，
具体为：叶片叶身1在积叠轴方向收缩系数为1.6％，叶片缘板2及榫头3在积叠轴方向收缩系数为1.6％，叶片缘板及榫头部分的位置沿叶片积叠轴向叶身方向移动0.15mm。
采用本发明提出的空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法，能有效避免叶身型面的轮廓度、扭转角、位置度等出现超差情况，进而避免因需调整外形尺寸超差造成的手工打磨抛修，大幅提高了空心单晶涡轮工作叶片的外形尺寸合格率。

Claims (8)

1.一种空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法，其特征在于：在空心单晶涡轮工作叶片的蜡模压制模具的设计过程中，将叶片叶身作为一部分、叶片缘板及榫头作为另一部分，分别设置收缩系数，该设置方式采用以下方法之一：
第一种方式：当叶片叶身与叶片缘板及榫头收缩系数不同时，叶片缘板及榫头在积叠轴方向的收缩系数-叶片叶身在积叠轴方向的收缩系数＝0.1％～0.5％；
第二种方式：当叶片叶身与叶片缘板及榫头收缩系数相同时，叶片缘板及榫头部分的位置沿叶片积叠轴向叶身方向移动0.05mm～0.3mm；
所述收缩系数是指包含蜡料温度降低引起的收缩和金属由液体凝固成固态引起的收缩的综合收缩系数。
2.根据权利要求1所述的空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法，其特征在于：第一种方式中，叶片叶身部分在积叠轴方向的收缩系数设置为0.5％～2％。
3.根据权利要求1所述的空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法，其特征在于：第一种方式中，叶片缘板及榫头部分在积叠轴方向的收缩系数设置为0.5％～2.5％。
4.根据权利要求1所述的空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法，其特征在于：第一种方式中，叶片缘板及榫头在积叠轴方向的收缩系数-叶片叶身在积叠轴方向的收缩系数＝0.4％。
5.根据权利要求1所述的空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法，其特征在于：第二种方式中，叶片叶身部分和叶片缘板及榫头部分在积叠轴方向的收缩系数设置为0.5％～2％。
6.根据权利要求1所述的空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法，其特征在于：第二种方式中，叶片缘板及榫头部分的位置沿叶片积叠轴向叶身方向移动0.15mm。
7.根据权利要求2所述的空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法，其特征在于：第一种方式中，叶片叶身部分在积叠轴方向的收缩系数设置为1.4％。
8.根据权利要求3所述的空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法，其特征在于：第一种方式中，叶片缘板及榫头部分在积叠轴方向的收缩系数设置为1.6％。
CN202010304940.5A 2020-04-17 2020-04-17 一种空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法 Pending CN111390113A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010304940.5A CN111390113A (zh) 2020-04-17 2020-04-17 一种空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010304940.5A CN111390113A (zh) 2020-04-17 2020-04-17 一种空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN111390113A true CN111390113A (zh) 2020-07-10

Family

ID=71426045

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010304940.5A Pending CN111390113A (zh) 2020-04-17 2020-04-17 一种空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN111390113A (zh)

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104325080A (zh) * 2014-10-30 2015-02-04 西安航空动力股份有限公司 一种多叶组导叶精铸模具的收缩率设计方法
CN104525853A (zh) * 2014-11-11 2015-04-22 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种消除超薄细长涡轮工作叶片蜡模变形的方法
CN104594954A (zh) * 2014-12-15 2015-05-06 中国南方航空工业(集团)有限公司 涡轮结构及具有其的燃气轮机
CN106503335A (zh) * 2016-10-21 2017-03-15 无锡飞而康精铸工程有限公司 一种多联叶片收缩率添加方法
CN107097415A (zh) * 2017-06-08 2017-08-29 西安工业大学 一种带气膜孔涡轮叶片的制造方法
CN107199311A (zh) * 2017-06-08 2017-09-26 西安工业大学 一种结合面向涡轮叶片快速成型与熔模铸造的熔失熔模方法
CN107577874A (zh) * 2017-09-06 2018-01-12 厦门大学 一种空心涡轮叶片精铸模具设计收缩率的确定方法
CN107838372A (zh) * 2017-10-25 2018-03-27 中国航发航空动力股份有限公司 一种无余量精铸涡轮导向叶片尺寸精度控制方法
CN109465385A (zh) * 2018-12-04 2019-03-15 沈阳航发精密铸造有限公司 一种无余量叶片蜡模状态校正检测工装
CN110523929A (zh) * 2019-08-30 2019-12-03 中国航发动力股份有限公司 一种叶片叶型尺寸控制方法

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104325080A (zh) * 2014-10-30 2015-02-04 西安航空动力股份有限公司 一种多叶组导叶精铸模具的收缩率设计方法
CN104525853A (zh) * 2014-11-11 2015-04-22 沈阳黎明航空发动机(集团)有限责任公司 一种消除超薄细长涡轮工作叶片蜡模变形的方法
CN104594954A (zh) * 2014-12-15 2015-05-06 中国南方航空工业(集团)有限公司 涡轮结构及具有其的燃气轮机
CN106503335A (zh) * 2016-10-21 2017-03-15 无锡飞而康精铸工程有限公司 一种多联叶片收缩率添加方法
CN107097415A (zh) * 2017-06-08 2017-08-29 西安工业大学 一种带气膜孔涡轮叶片的制造方法
CN107199311A (zh) * 2017-06-08 2017-09-26 西安工业大学 一种结合面向涡轮叶片快速成型与熔模铸造的熔失熔模方法
CN107577874A (zh) * 2017-09-06 2018-01-12 厦门大学 一种空心涡轮叶片精铸模具设计收缩率的确定方法
CN107838372A (zh) * 2017-10-25 2018-03-27 中国航发航空动力股份有限公司 一种无余量精铸涡轮导向叶片尺寸精度控制方法
CN109465385A (zh) * 2018-12-04 2019-03-15 沈阳航发精密铸造有限公司 一种无余量叶片蜡模状态校正检测工装
CN110523929A (zh) * 2019-08-30 2019-12-03 中国航发动力股份有限公司 一种叶片叶型尺寸控制方法

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9205522B2 (en) Equipment comprising a rotatable cradle and intended for encasing the airfoil of a turbine blade in order to machine the root
CN107717364B (zh) 空心涡轮叶片内腔精密铸造外形机械加工的冷热复合制造方法
US10357819B2 (en) Investment casting of hollow components
CN111496182B (zh) 一种防止单晶双联整铸涡轮导叶缘板变形的精铸方法
CN102231170B (zh) 一种涡轮叶片模具型腔的参数化定型方法
CN103111588B (zh) 一种钛合金叶轮精密铸件的制造方法
CN109317616A (zh) 三维取向可精控的高温合金单晶叶片用籽晶的制备方法
CN102169518A (zh) 精铸涡轮叶片模具型腔精确定型方法
CN109465385B (zh) 一种无余量叶片蜡模状态校正检测工装
CN112548035A (zh) 一种基于型芯自适应定位的铸造空心叶片壁厚控制方法
CN108637568A (zh) 一种适用于复杂钛合金零件的超塑成形扩散连接模具设计与制造方法
CN107008857B (zh) 可消除变截面零件铸造热裂缺陷的陶瓷模壳及其成型方法
CN114589290A (zh) 一种高温合金空心导向叶片内腔成型的方法
CN111390113A (zh) 一种空心单晶涡轮工作叶片外形尺寸精确控制的方法
CN106503335A (zh) 一种多联叶片收缩率添加方法
CN110328359A (zh) 窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形方法
CN106002112A (zh) 涡轮叶片陶芯软芯撑加工方法
Mavromihales et al. A case of reverse engineering for the manufacture of wide chord fan blades (WCFB) used in Rolls Royce aero engines
CN110052583A (zh) 一种空心导向叶片精密铸造工艺
CN206326095U (zh) 薄壁弧形板类铸件防变形加工模型
CN115041630B (zh) 一种分截面可调式涡轮叶片蜡模校正方法
CN205949550U (zh) 一种用于熔模铸造发动机叶片的校型处理的校型胎具
Zhang et al. Numerical simulation of deformation in large scale hydroturbine blade casting
CN217315731U (zh) 一种大型燃机导向叶片定型胎具
CN219378881U (zh) 一种燃气轮机导向叶片缘板蜡模矫形的胎模结构

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination