CN112661521B - 一种陶瓷基复合材料零件沉积校型工装及方法 - Google Patents

一种陶瓷基复合材料零件沉积校型工装及方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种陶瓷基复合材料零件沉积校型工装及方法,以解决陶瓷基复合材料零件预制体在脱模后继续沉积时会出现高温变形情况,而传统的校型方法难以保证零件外型准确,还会影响沉积效果的问题。该工装包括陶瓷基复合材料的校型板,校型板上设置有校型槽,校型槽的形状与待校型零件的截面轮廓相匹配,且其宽度h比待校型零件壁厚宽1‑3mm;校型槽的内壁为锯齿状,且其相对两侧内壁的锯齿交错分布,锯齿端面宽度大于相邻两个锯齿端面间的距离。校型方法包括:1)取至少一个陶瓷基复合材料的校型板,按照待校型零件的截面轮廓,在校型板上加工校型槽;2)将待校型零件装入校型槽内并固定;3)对带有校型板的待校型零件进行CVI沉积,同时进行校型。

Description

一种陶瓷基复合材料零件沉积校型工装及方法
技术领域
本发明涉及陶瓷基复合材料零件制备领域,具体涉及一种陶瓷基复合材料零件沉积校型工装及方法。
背景技术
陶瓷基复合材料是一种兼有金属材料、陶瓷材料和碳材料性能优点的热结构/功能一体化新型材料,具有耐高温、低密度、高比强、高比模、抗氧化、抗烧蚀、对裂纹不敏感,不发生灾难性毁损等特点,在机械、航空航天、核、能源等领域有着广泛的应用。陶瓷基复合材料产品均是通过各个不同外型的单个零件进行装配而成,故零件的制备过程对最终产品的装配尤为重要。
陶瓷基复合材料零件的制备必须经过化学气象沉积(CVI),而零件在此过程中,由于沉积炉内的温度极高,陶瓷基复合材料零件预制体在脱模后继续沉积时会出现高温变形情况,零件外型变形后,将会导致此零件无法进行产品装配,或直接报废。传统的校型方法是采用石墨外模或内模进行沉积校型,此校型方法存在一定的弊端:第一,带石墨模具侧的陶瓷基复合材料零件表面被石墨模具完全挡住,沉积时零件表面无气流流通,影响沉积质量;第二,石墨模具校型容易出现校型失败的情况,例如对于大凸面零件,无法确定其凸面是否与模具完全贴合;第三,石墨模具作为校型工装时,装夹难度大,且不易拆卸;第四,成本较高。因此,必须通过合适的校型方法对零件外型进行沉积校型,且此校型方法不仅要保证零件外型准确,而且不会影响CVI沉积效果。
发明内容
本发明的目的是解决现有技术中存在的陶瓷基复合材料零件预制体在脱模后继续沉积时会出现高温变形情况,而传统的校型方法难以保证零件外型准确,并且会影响沉积效果的问题,而提供了一种陶瓷基复合材料零件沉积校型工装及方法。
本发明所采用的技术方案是:
一种陶瓷基复合材料零件沉积校型工装,其特殊之处在于:
包括至少一个陶瓷基复合材料的校型板;
所述校型板上设置有校型槽,所述校型槽的形状与待校型零件的截面轮廓相匹配,且其宽度h比待校型零件壁厚宽1-3mm;
所述校型槽的内壁为锯齿状,且其相对两侧内壁的锯齿交错分布;所述校型槽内壁的锯齿端面为平面,所述锯齿端面的宽度大于相邻两个锯齿端面间的距离。
进一步地,所述校型槽内壁的锯齿和齿槽均为矩形。
进一步地,所述校型板的密度≥1.8g/cm3
进一步地,所述校型板上还设置有多个减重透气孔。
一种陶瓷基复合材料零件沉积校型方法,其特殊之处在于,包括以下步骤:
1)取至少一个陶瓷基复合材料的校型板,按照待校型零件的截面轮廓,在校型板上加工校型槽,所述校型槽的宽度h比待校型零件壁厚宽1-3mm;所述校型槽的内壁为锯齿状,且其相对两侧内壁的锯齿交错分布;所述校型槽内壁的锯齿端面为平面,所述锯齿端面的宽度大于相邻两个锯齿端面间的距离;
2)将待校型零件装入校型板的校型槽内,并使待校型零件一侧紧贴校型槽一侧的锯齿端面,其另一侧与校型槽另一侧的锯齿端面之间存有间隙,将陶瓷基复合材料平板料或石墨块塞入所述间隙,从而将待校型零件挤紧固定在校型槽内;
3)对带有校型板的待校型零件进行CVI沉积,同时进行校型。
进一步地,所述步骤2)和步骤3)之间还包括:
a)对校型槽内壁的齿槽进行清理,保证气流畅通。
进一步地,步骤1)中,所述校型槽内壁的锯齿和齿槽均为矩形。
进一步地,步骤1)中,所述校型板的密度≥1.8g/cm3
进一步地,所述步骤1)和步骤2)之间还包括:
b)在校型板上加工多个减重透气孔。
本发明相比现有技术的有益效果是:
(1)本发明提供的陶瓷基复合材料零件沉积校型工装,通过校型板上的校型槽对待校型零件的外型进行限定,防止零件在沉积过程中发生高温变形,保证零件外型准确;校型槽的内壁为锯齿状,锯齿间空隙可保证沉积过程中零件表面的气流通畅,确保沉积质量可靠;该工装结构简单,便于装夹及拆卸,且可采用现场零件料头进行加工,有利于节约成本;
(2)校型板的密度≥1.8g/cm3,可保证校型板在沉积过程中不会发生高温变形;
(3)在校型板上设置多个减重透气孔,便于校型板的装夹和拆卸操作,也能在沉积过程中使气流循环流动;
(4)本发明提供的陶瓷基复合材料零件沉积校型方法,通过在校型板上加工内壁为锯齿状的校型槽,利用校型槽对待校型零件的外型进行限定,从而在后续沉积过程中对零件进行准确校型,利用锯齿间空隙保证沉积过程中零件表面的气流通畅,确保沉积质量可靠,该方法简单易操作,不仅能够保证零件外型准确,且不会影响沉积效果。
附图说明
图1是一种待校型的陶瓷基复合材料零件的结构示意图;
图2是本发明陶瓷基复合材料零件沉积校型工装一个实施例的结构示意图;
图3是本发明陶瓷基复合材料零件沉积校型工装的实施例中校型槽的局部示意图;
图4是本发明陶瓷基复合材料零件沉积校型工装实施例的使用状态示意图。
图中,01-待校型零件;
1-校型板,2-校型槽,3-锯齿端面,4-减重透气孔。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
以某产品叶肋零件(如图1所示)的校型工装及校型过程为例。
适用于该叶肋零件的校型工装如图2所示,包括至少一个密度≥1.8g/cm3的陶瓷基复合材料的校型板1,校型板1上设置有校型槽2和多个减重透气孔4。
校型槽2的形状与待校型零件01的截面轮廓相匹配,校型槽2的内壁为锯齿状,且其相对两侧内壁的锯齿交错分布。校型槽2内壁的锯齿端面3为平面,锯齿端面3的宽度大于相邻两个锯齿端面3间的距离,本实施例中,校型槽2内壁的锯齿和齿槽均为矩形,方便加工且可靠性较高。校型槽2的宽度h如图3所示,即为校型槽2相对两侧内壁的锯齿端面3之间的垂直距离,宽度h比待校型零件01壁厚宽1-3mm。
对脱模后的叶肋零件进行沉积校型,具体过程如下:
1)取两个密度≥1.8g/cm3的陶瓷基复合材料的校型板1,按照待校型零件01两个不同高度的截面轮廓,分别在两个校型板1上加工校型槽2,使得两个校型板1上的校型槽2形状分别与待校型零件01两个不同高度的截面轮廓相匹配,且校型槽2的宽度h比待校型零件01壁厚宽3mm,便于后续固定操作;同时,将校型槽2的内壁加工成矩形锯齿状,且其相对两侧内壁的锯齿交错分布,锯齿的宽度大于相邻两个锯齿间的距离,以保证待校型零件01在固定后两侧受力均衡。
2)在校型板1上加工多个减重透气孔4。
3)将待校型零件01装入两个校型板1的校型槽2内,并使待校型零件01一侧紧贴校型槽2一侧的锯齿端面3,其另一侧与校型槽2另一侧的锯齿端面3之间存有间隙,将3mm厚的陶瓷基复合材料平板料或石墨块塞入间隙,从而将待校型零件01挤紧固定在两个校型槽2内,如图4所示。
4)对两个校型槽2内壁的齿槽进行清理,保证后续CVI沉积过程中气流畅通。
5)对带有两个校型板1的待校型零件01进行CVI沉积,同时进行校型。
采用上述方法进行沉积校型的叶肋零件出炉后无变形情况,经无损检测,零件内部密度均匀,沉积质量良好。

Claims (9)

1.一种陶瓷基复合材料零件沉积校型工装,其特征在于:
包括至少一个陶瓷基复合材料的校型板(1);
所述校型板(1)上设置有校型槽(2),所述校型槽(2)的形状与待校型零件(01)的截面轮廓相匹配,且其宽度h比待校型零件(01)壁厚宽1-3mm;
所述校型槽(2)的内壁为锯齿状,且其相对两侧内壁的锯齿交错分布;所述校型槽(2)内壁的锯齿端面(3)为平面,所述锯齿端面(3)的宽度大于相邻两个锯齿端面(3)间的距离。
2.根据权利要求1所述的陶瓷基复合材料零件沉积校型工装,其特征在于:
所述校型槽(2)内壁的锯齿和齿槽均为矩形。
3.根据权利要求2所述的陶瓷基复合材料零件沉积校型工装,其特征在于:
所述校型板(1)的密度≥1.8g/cm3
4.根据权利要求1或2或3所述的陶瓷基复合材料零件沉积校型工装,其特征在于:
所述校型板(1)上还设置有多个减重透气孔(4)。
5.一种陶瓷基复合材料零件沉积校型方法,其特征在于,包括以下步骤:
1)取至少一个陶瓷基复合材料的校型板(1),按照待校型零件(01)的截面轮廓,在校型板(1)上加工校型槽(2),所述校型槽(2)的宽度h比待校型零件(01)壁厚宽1-3mm;所述校型槽(2)的内壁为锯齿状,且其相对两侧内壁的锯齿交错分布;所述校型槽(2)内壁的锯齿端面(3)为平面,所述锯齿端面(3)的宽度大于相邻两个锯齿端面(3)间的距离;
2)将待校型零件(01)装入校型板(1)的校型槽(2)内,并使待校型零件(01)一侧紧贴校型槽(2)一侧的锯齿端面(3),其另一侧与校型槽(2)另一侧的锯齿端面(3)之间存有间隙,将陶瓷基复合材料平板料或石墨块塞入所述间隙,从而将待校型零件(01)挤紧固定在校型槽(2)内;
3)对带有校型板(1)的待校型零件(01)进行CVI沉积,同时进行校型。
6.根据权利要求5所述的陶瓷基复合材料零件沉积校型方法,其特征在于:
所述步骤2)和步骤3)之间还包括:
a)对校型槽(2)内壁的齿槽进行清理,保证气流畅通。
7.根据权利要求5或6所述的陶瓷基复合材料零件沉积校型方法,其特征在于:
步骤1)中,所述校型槽(2)内壁的锯齿和齿槽均为矩形。
8.根据权利要求7所述的陶瓷基复合材料零件沉积校型方法,其特征在于:
步骤1)中,所述校型板(1)的密度≥1.8g/cm3
9.根据权利要求8所述的陶瓷基复合材料零件沉积校型方法,其特征在于:
所述步骤1)和步骤2)之间还包括:
b)在校型板(1)上加工多个减重透气孔(4)。
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