CN111702351A - 一种基于陶瓷型芯的涡轮叶片气膜孔一体化制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于陶瓷型芯的涡轮叶片气膜孔一体化制造方法，包括以下步骤：首先，待涡轮叶片铸造成型后，保留铸造工序中需去除的涡轮叶片型腔中的陶瓷型芯；然后，对型腔中保留有陶瓷型芯的涡轮叶片进行气膜孔加工；最后，待气膜孔加工完成后，再去除涡轮叶片型腔中的陶瓷型芯。本发明形成一体化成套加工方法，实现涡轮叶片气膜孔背壁无损伤一体化加工，加工后叶片内腔无损伤且工艺流程简单，满足设计要求。

Description

一种基于陶瓷型芯的涡轮叶片气膜孔一体化制造方法
技术领域
本发明属于特种加工技术领域，具体涉及一种基于陶瓷型芯的涡轮叶片气膜孔一体化制造方法。
背景技术
目前国内外，涡轮叶片气膜冷却孔多采用激光、电火花、电液束、超快激光或复合加工方式，但都存在背壁损伤问题，激光加工工艺尤为重要和明显。
面对新型航空发动机涡轮叶片气膜孔的发展需求，背壁防护问题将更加突出，叶片型腔空间将越来越窄，可防护的空间更加有限，无论是主动防护还是被动防护技术将面临更加苛刻的条件，均无法实现叶片背壁完全防护。
发明内容
针对现有技术中的技术问题，本发明提供了一种基于陶瓷型芯的涡轮叶片气膜孔一体化制造方法，形成一体化成套加工方法，实现涡轮叶片气膜孔背壁无损伤一体化加工，加工后叶片内腔无损伤且工艺流程简单，满足设计要求。
为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种基于陶瓷型芯的涡轮叶片气膜孔一体化制造方法，包括以下步骤：
步骤1：待涡轮叶片铸造成型后，保留铸造工序中需去除的涡轮叶片型腔中的陶瓷型芯；
步骤2：对型腔中保留有陶瓷型芯的涡轮叶片进行气膜孔加工；
步骤3：待气膜孔加工完成后，再去除涡轮叶片型腔中的陶瓷型芯。
进一步地，还包括：步骤4：对去除陶瓷型芯的涡轮叶片进行清洗。
进一步地，所述步骤2中，采用长脉冲激光、超快激光或复合加工方式对涡轮叶片气膜孔进行加工。
进一步地，采用五轴激光加工设备对涡轮叶片气膜孔进行加工。
进一步地，采用五轴激光加工设备加工时，加工参数为：激光脉冲宽度为0.5～0.8ms，脉冲频率为60～100Hz，激光功率百分比为70～90％，离焦量为-1～1mm，进给速度为60～80mm/min，辅助气体为氩气，辅助气体压力为0.6～0.8MPa。
进一步地，所述步骤3中，去除型腔中的陶瓷型芯的方法为：将涡轮叶片浸泡在碱液中，直至陶瓷型芯去除。
进一步地，将涡轮叶片浸泡在NaOH溶液中去除陶瓷型芯，具体参数为：脱芯釜工作温度为145～150℃、脱芯釜压力为100～120psi、压缩空气压力为90～100psi、NaOH溶液的浓度为18～25％、脱芯循环时间为10～15小时。
进一步地，陶瓷型芯去除后，将涡轮叶片进行中和处理，中和液为10～15％(重量比)的柠檬酸水溶液，PH值＜7，中和时间为40～60分钟。
进一步地，所述步骤4中，利用超声波清洗机对去除陶瓷型芯的涡轮叶片进行清洗。
进一步地，清洗时选用纯净水作为清洗液。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：本发明提供的一种基于陶瓷型芯的涡轮叶片气膜孔一体化制造方法，首先，待涡轮叶片铸造成型后，保留涡轮叶片型腔中的陶瓷型芯；然后，对型腔中保留有陶瓷型芯的涡轮叶片进行气膜孔加工；最后，待气膜孔加工完成后，去除涡轮叶片型腔中的陶瓷型芯。因为在叶片铸造技术领域，人们一直按照固化的思维偏见，在每次完成叶片铸造成型后，都会按照传统的工序将型腔中的陶瓷型芯去除，然后在进行气膜孔的加工，此时，因型腔中没有防护材料，导致叶片背壁损伤的问题发生，即使二次添加防护材料进去，也会导致加工效率大大降低。本发明突破传统的思维定式，利用叶片在铸造工序遗留的陶瓷型芯作为涡轮叶片气膜孔加工时的防护材料，完成气膜孔加工后，再去除陶瓷型芯，加工方法较传统工艺简化了加工流程，实现了叶片背壁完全防护，同时提高加工质量及效率。
本发明将陶瓷型芯防护技术、激光高效加工技术以及陶瓷型芯去除技术，融合创新，形成一体化成套加工方法，是一种创新工艺。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为无陶瓷型芯防护示意图；
图2为陶瓷型芯防护示意图。
图中：1-激光束；2-气膜孔；3-叶片内腔背壁；4-叶片工件；5-陶瓷型芯。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
作为本发明的某一具体实施方式，如图2所示，一种基于陶瓷型芯的涡轮叶片气膜孔一体化制造方法，包括以下步骤：
步骤1：待涡轮叶片铸造成型后，保留涡轮叶片型腔中的陶瓷型芯；也就是说，在叶片铸造工序，保留铸造时的陶瓷型芯，利用叶片铸造工序遗留的陶瓷型芯作为涡轮叶片气膜孔加工时的防护材料。
步骤2：对型腔中保留有陶瓷型芯的涡轮叶片进行气膜孔加工，可采用长脉冲激光、超快激光或复合加工方式对涡轮叶片气膜孔进行加工；
本实施方式中，采用五轴激光加工设备定位涡轮叶片并对涡轮叶片气膜孔进行加工；采用五轴激光加工设备加工时，需要确定以下主要工艺参数：①确定激光脉冲宽度为0.5～0.8ms；②确定脉冲频率为60～100Hz；③确定激光功率百分比为70～90％；④离焦量为-1～1mm；⑤确定进给速度为60～80mm/min；⑥辅助气体以及气体压力(流量)参数，辅助气体为为氩气，辅助气体压力为0.6～0.8MPa。
步骤3：待气膜孔加工完成后，去除涡轮叶片型腔中的陶瓷型芯，具体方法为，将涡轮叶片浸泡在碱液中，直至陶瓷型芯去除；
本实施方式中，将涡轮叶片浸泡在NaOH溶液中去除陶瓷型芯，主要工艺参数为：①脱芯釜工作温度为145～150℃；②脱芯釜压力为100～120psi；③压缩空气压力为90～100psi；④氢氧化钠水溶液(18～25％)、配比(重量比)(NaOH：水＝1:4)；⑤脱芯循环时间为10～15小时；
脱芯后叶片在中和槽内进行中和处理，中和液为10～15％(重量比)柠檬酸水溶液，PH值＜7，中和时间为40～60分钟。
步骤4：对去除陶瓷型芯的涡轮叶片进行清洗，具体的，将陶瓷型芯脱芯完成的叶片放置在超声波清洗机中，加如清洗溶液(纯净水)，进行叶片清洗，去除杂质。
如图1所示为无陶瓷型芯防护时气膜孔2的加工示意图，这种传统的加工方式下，叶片内腔背壁3非常容易被激光束1击伤。如图2所示，当保留了叶片工件4型腔内的陶瓷型芯5后进行加工，则陶瓷型芯有效的保护了叶片内腔背壁3，未被击伤。
为了更加详细的介绍本发明的技术方案，下面结合某一具体实施例对本发明进行解释说明。
以某型号涡轮叶片气膜孔加工为例：叶片叶身分布3排共计39个气膜孔，孔径Φ0.5mm，要求叶片内腔背壁无损伤。其步骤是：
(1)陶瓷型芯防护：在叶片铸造工序，保留铸造时的陶瓷型芯，利用叶片铸造工序遗留的陶瓷型芯作为涡轮叶片气膜孔加工时的防护材料；
(2)激光高效加工叶片气膜孔：确定合理的激光加工参数，利用五轴激光加工设备，定位加工气膜孔；
(3)陶瓷型芯脱芯：利用特定浓度的NaOH碱液，在一定温度、压力下，浸泡气膜孔加工完成的叶片，进行陶瓷型芯脱芯处理；
(4)叶片清洗：将陶瓷型芯脱芯完成的叶片放置在超声波清洗机中，加入清洗溶液，进行叶片清洗，去除杂质；
(5)叶片气膜孔检查：检查气膜孔加工质量，叶片气膜孔背壁无损伤。
当陶瓷型芯脱芯不彻底时，重复步骤(3)即可；同理，当叶片清洗不彻底时，重复步骤(4)即可。
此气膜孔制造方法将陶瓷型芯防护技术、激光高效加工技术、陶瓷型芯去除技术，融合创新，形成一体化成套加工方法，是一种创新工艺，一种基于陶瓷型芯的涡轮叶片气膜孔一体化制造方法较传统工艺简化了加工流程，实现了叶片背壁完全防护无损伤，同时提高加工质量及效率。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种基于陶瓷型芯的涡轮叶片气膜孔一体化制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1：待涡轮叶片铸造成型后，保留铸造工序中需去除的涡轮叶片型腔中的陶瓷型芯；
步骤2：对型腔中保留有陶瓷型芯的涡轮叶片进行气膜孔加工；
步骤3：待气膜孔加工完成后，再去除涡轮叶片型腔中的陶瓷型芯。
2.根据权利要求1所述的一种基于陶瓷型芯的涡轮叶片气膜孔一体化制造方法，其特征在于，还包括：步骤4：对去除陶瓷型芯的涡轮叶片进行清洗。
3.根据权利要求1所述的一种基于陶瓷型芯的涡轮叶片气膜孔一体化制造方法，其特征在于，所述步骤2中，采用长脉冲激光、超快激光或复合加工方式对涡轮叶片气膜孔进行加工。
4.根据权利要求3所述的一种基于陶瓷型芯的涡轮叶片气膜孔一体化制造方法，其特征在于，采用五轴激光加工设备对涡轮叶片气膜孔进行加工。
5.根据权利要求4所述的一种基于陶瓷型芯的涡轮叶片气膜孔一体化制造方法，其特征在于，采用五轴激光加工设备加工时，加工参数为：激光脉冲宽度为0.5～0.8ms，脉冲频率为60～100Hz，激光功率百分比为70～90％，离焦量为-1～1mm，进给速度为60～80mm/min，辅助气体为氩气，辅助气体压力为0.6～0.8MPa。
6.根据权利要求1所述的一种基于陶瓷型芯的涡轮叶片气膜孔一体化制造方法，其特征在于，所述步骤3中，去除型腔中的陶瓷型芯的方法为：将涡轮叶片浸泡在碱液中，直至陶瓷型芯去除。
7.根据权利要求6所述的一种基于陶瓷型芯的涡轮叶片气膜孔一体化制造方法，其特征在于，将涡轮叶片浸泡在NaOH溶液中去除陶瓷型芯，具体参数为：脱芯釜工作温度为145～150℃、脱芯釜压力为100～120psi、压缩空气压力为90～100psi、NaOH溶液的浓度为18～25％、脱芯循环时间为10～15小时。
8.根据权利要求6所述的一种基于陶瓷型芯的涡轮叶片气膜孔一体化制造方法，其特征在于，陶瓷型芯去除后，将涡轮叶片进行中和处理，中和液为10～15％(重量比)的柠檬酸水溶液，PH值＜7，中和时间为40～60分钟。
9.根据权利要求2所述的一种基于陶瓷型芯的涡轮叶片气膜孔一体化制造方法，其特征在于，所述步骤4中，利用超声波清洗机对去除陶瓷型芯的涡轮叶片进行清洗。
10.根据权利要求9所述的一种基于陶瓷型芯的涡轮叶片气膜孔一体化制造方法，其特征在于，清洗时选用纯净水作为清洗液。
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