CN112705671B - 一种盖板整铸、悬臂结构单晶叶片的蜡模组模结构 - Google Patents

一种盖板整铸、悬臂结构单晶叶片的蜡模组模结构 Download PDF

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Abstract

本发明属于复杂空心单晶叶片铸造领域，具体涉及一种盖板整铸、悬臂结构单晶叶片的蜡模组模结构。由于叶片盖板整铸且盖板上铸造孔径小，导致叶片陶瓷型芯(形成叶尖铸造孔部位)极易断裂。另外，叶片为悬臂结构，无法定位，导致定向凝固过程中叶片极易发生偏芯、露芯和产生杂晶、条纹晶等缺陷。然而，蜡模的组合方式是影响上述缺陷的主要因素。本发明通过在叶片叶尖余量处合理设计陶芯凸台解决叶片偏芯问题；基于型芯、型壳膨胀差值合理设计型芯自由度和固定端，避免型芯断裂；调整浇道位置降低叶片缺陷形成倾向。采用本发明的组模方法成型的单晶叶片合格率较高。

Description

一种盖板整铸、悬臂结构单晶叶片的蜡模组模结构
技术领域
本发明属于复杂空心单晶叶片铸造领域，具体涉及一种盖板整铸、悬臂结构单晶叶片的蜡模组模结构。
背景技术
单晶高温合金叶片是先进航空航天、燃气轮机和舰船发动机等核心热端部件，其性能很大程度上决定了先进动力系统的综合性能。
随着先进发动机的不断发展，传统叶片和盖板分体铸造、组合焊接的工艺路线不能满足发动机的发展需求。因此，盖板整铸技术被认为是未来复杂空心叶片的发展趋势。另外，目前国内很少开展悬臂单晶叶片铸件的研究。
由于叶片盖板整铸且盖板上铸造孔径小，导致叶片陶瓷型芯(形成叶尖铸造孔部位)极易断裂。另外，叶片为悬臂结构，无法定位，导致定向凝固过程中叶片极易发生偏芯、露芯和产生杂晶、条纹晶等缺陷。然而，蜡模的组合方式是影响上述缺陷的主要因素。所以，开展盖板整铸、悬臂结构单晶叶片的蜡模组模结构研制及工程化应用工作迫在眉睫。
发明内容
本发明的目的是提供一种盖板整铸、悬臂结构单晶叶片的蜡模组模结构，提高复杂空心单晶叶片的合格率。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种盖板整铸、悬臂结构单晶叶片的蜡模组模结构，该蜡模组模结构包括蜡模和蜡模内的叶片型芯，所述型芯的顶部和底部分别设有芯头和尾梁，其叶片型芯没有严格意义的固定端；所述型芯上设有型芯凸台，以增加叶片壁厚，解决悬臂叶片偏芯问题；取消传统模组中注管，提高叶片温度梯度，降低叶片缺陷形成倾向。
本发明提供的一种盖板整铸、悬臂结构单晶叶片的蜡模组模结构中，型芯尾梁中止于蜡片内部，通过在尾梁侧面开两对直径为4-7mm的窗口，进而通过涂料固定。
本发明提供的一种盖板整铸、悬臂结构单晶叶片的蜡模组模结构中，叶尖余量处的型芯上增加两对型芯凸台，凸台离蜡片的距离小于0.1mm。
本发明提供的一种盖板整铸、悬臂结构单晶叶片的蜡模组模结构中，叶片浇道设置在模壳外侧，浇道管最外侧距离底盘中心的距离与选晶器最内侧距离底盘中心的距离一样。
本发明设计主要基于如下理由：
考虑到叶片型芯存在薄弱部位(叶尖形成铸造孔的陶瓷柱)，型芯在叶片制备的各个环节都应遵循尽量少受力的原则。型芯材料为二氧化硅，模壳材料为氧化铝，一旦二者接触(存在固定端)，在高温下膨胀会引发陶瓷柱断裂。另外，单晶叶片为顺序凝固，倘若存在固定端，凝固应力也会导致陶瓷柱断裂。所以，本发明提出了叶片型芯没有严格意义的固定端原则。
叶片的陶瓷型芯终止于叶身内部，即为悬臂结构，使得型芯很难固定。另外，叶片排气边壁厚较薄，型芯的微小摆动，都会造成露芯或偏芯。所以，通过在叶尖余量处合理设计型芯凸台可解决悬臂叶片偏芯问题。
传统模壳都采用中注管浇注，由于中注管的存在会影响保温炉温度梯度，使得叶片靠近中注管部位易产生凝固缺陷。所以，本发明取消传统模组中注管，浇道安置在靠近底盘外部区域。
本发明的优点及有益效果说明如下：
(1)解决了型芯薄弱部位易发生断裂的问题。
(2)解决了悬臂叶片易偏芯或露芯问题。
(4)极大降低了复杂空心叶片凝固缺陷的形成倾向。
附图说明
图1叶片传统型芯固定工艺，底部尾梁延伸出蜡片，作为固定端；
图2为本发明底部尾梁处理工艺，通过侧面开两对直径为4-7mm的窗口，进而通过涂料固定；
图3为图2在I截面处的剖切图，本发明叶尖余量处的型芯上增加两对型芯凸台，通过凸台保证叶片壁厚；
图4为传统单晶叶片浇道设计工艺，叶片通过中注管浇注；
图5为本发明单晶叶片浇道设计工艺，取消传统模组中注管，降低叶片缺陷形成倾向。
具体实施方式
以下实施例将对本发明予以进一步的说明，但并不因此而限制本发明。
本发明提供一种盖板整铸、悬臂结构单晶叶片的蜡模组模结构，具体制备顺序包括：型芯制备、压蜡、组合、涂料、脱蜡等。
传片传统型芯固定工艺如图1，其底部尾梁延伸出蜡片，作为固定端；而本发明蜡模组模结构的叶片型芯没有严格意义的固定端，叶片型芯的顶部设有芯头、底部设置尾梁，型芯尾梁中止于蜡片内部，通过在尾梁侧面开两对直径为4-7mm的窗口，进而通过涂料固定，如图2所示。
本发明在叶尖余量处的型芯上增加两对型芯凸台，凸台离蜡片的距离小于0.1mm，该设置能够增加叶片壁厚，解决悬臂叶片偏芯问题；如图3。
传统单晶叶片浇道设计中，是通过中注管进行浇注，如图5。而本发明取消传统模组中注管，将叶片浇道设置在模壳外侧，浇道管最外侧距离底盘中心的距离与选晶器最内侧距离底盘中心的距离一样。该设计能够提高叶片温度梯度，降低叶片缺陷形成倾向。

Claims (1)

1.一种盖板整铸、悬臂结构单晶叶片的蜡模组模结构，其特征在于：该蜡模组模结构包括蜡模和蜡模内的叶片型芯，所述型芯的顶部和底部分别设有芯头和尾梁，叶片型芯没有固定端；所述型芯上设有型芯凸台，以增加叶片壁厚，解决悬臂叶片偏芯问题；取消传统模组的中注管，提高叶片温度梯度，降低叶片缺陷形成倾向；
该蜡模组模结构中，型芯尾梁中止于蜡片内部，通过在尾梁侧面开两对直径为4-7mm的窗口，进而通过涂料固定；
叶尖余量处的型芯上增加两对型芯凸台，凸台离蜡片的距离小于0.1mm；
该蜡模组模结构中，浇道设置在模壳外侧，浇道最外侧距离底盘中心的距离与选晶器最内侧距离底盘中心的距离一样。
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