CN113458324A - 一种航空发动机无余量整体叶盘的加工方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航空发动机技术领域,尤其是一种航空发动机无余量整体叶盘的加工方法,包括以下步骤:对整体叶盘蜡模模型进行模型热收缩设计预处理;利用多喷头熔融沉淀成型3D打印机打印整体叶盘蜡模模型,打印蜡模材料为紫蜡,打印用支撑蜡材料为聚乙二醇;将异丙醇溶剂加入热搅拌器进行加热、搅拌均匀;将打印完成的整体叶盘蜡模模型加入热搅拌器中,利用异丙醇溶剂将整体叶盘蜡模模型中的支撑蜡溶解、清洗掉,取出整体叶盘蜡模模型,放至温度范围为22±1℃的环境中存储;对整体叶盘蜡模模型依次进行组树、制壳、蒸汽脱蜡、真空熔炼浇注、后处理,得到无余量整体叶盘铸件,本申请加工出的产品精度高,且能够节省时间和成本。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域,尤其是一种航空发动机无余量整体叶盘的加工方法。
背景技术
整体叶盘是为了满足高性能航空发动机而设计的新型结构件,其将发动机转子叶片和轮盘形成一体,省去了传统连接中的榫头、榫槽及锁紧装置等,减少结构重量及零件数量,避免榫头气流损失,提高气动效率,使发动机结构大为简化,现已在各国军用和民用航空发动机上得到广泛应用。
熔模精密铸造是目前无余量整体叶盘的最优成型方法,有良好的尺寸精度,表面光洁度,力学性能,经济性和产品可靠性。
对于一种新型的小推力航空发动机中无余量整体叶盘的设计,开发和试机过程来讲,传统的制造流程为:制造模具,压蜡,组树,制壳,脱蜡,熔炼浇注,后处理,机加工,装配,试机。这个过程中,制造模具占用整个开发周期过程中30%的时间,而试机后需要再次调整整体叶盘设计,需要重新制造模具,这个过程复杂而冗长。使得开发周期大大被拉长,也增加了开发成本。
发明内容
本申请人针对上述现有生产技术中的缺点,提供一种航空发动机无余量整体叶盘的加工方法,加工出的产品精度高,且能够节省时间和成本。
本发明所采用的技术方案如下:一种航空发动机无余量整体叶盘的加工方法,包括以下步骤:
对整体叶盘蜡模模型进行模型热收缩设计预处理,整体叶盘蜡模模型径向收缩为0.7±0.1%,整体叶盘蜡模模型轴向收缩为0.4±0.1%;
利用多喷头熔融沉淀成型3D打印机打印整体叶盘蜡模模型,打印蜡模材料为紫蜡,打印用支撑蜡材料为聚乙二醇;
将异丙醇溶剂加入热搅拌器进行加热、搅拌均匀,热搅拌器的加热温度范围为35℃-37℃;
将打印完成的整体叶盘蜡模模型加入热搅拌器中,利用异丙醇溶剂将整体叶盘蜡模模型中的支撑蜡溶解、清洗掉,取出整体叶盘蜡模模型,放至温度范围为22±1℃的环境中存储;
对整体叶盘蜡模模型依次进行组树、制壳、蒸汽脱蜡、真空熔炼浇注、后处理,得到无余量整体叶盘铸件。
所述紫蜡中包含90%的蜡基和10%的色素。
所述聚乙二醇为PEG-1000。
所述多喷头熔融沉淀成型3D打印机的打印分辨率为1200×1200×600DPI,打印的单层厚度为16微米。
本发明的有益效果如下:本发明的应用直接省去了模具和模具制造周期,节约了模具费用,大大缩短了验证开发周期,节约大量开发成本;本发明所使用的支撑蜡为高分子聚乙二醇,溶于异丙醇溶液,反应后形成脂肪酸,不会造成环境污染,处理成本低;本发明得到的小推力航空发动机无余量整体叶盘,其叶型表面,通道表面,粗糙度为Ra3.2以内,叶型面轮廓度0.1mm,通道公差尺寸可达到HB6103-CT4。超过熔模精密铸造的通用标准要求,符合产品设计要求。
附图说明
图1是本发明中整体叶盘的结构图。
具体实施方式
下面结合附图1,说明本发明的具体实施方式。
一种航空发动机无余量整体叶盘的加工方法,包括以下步骤:
对整体叶盘蜡模模型进行模型热收缩设计预处理,整体叶盘蜡模模型径向收缩为0.7±0.1%,整体叶盘蜡模模型轴向收缩为0.4±0.1%;
利用多喷头熔融沉淀成型3D打印机打印整体叶盘蜡模模型,打印蜡模材料为紫蜡,紫蜡中包含90%的蜡基和10%的色素,紫蜡的型号选用Wax Jet 400,打印用支撑蜡材料为聚乙二醇;聚乙二醇优选PEG-1000。多喷头熔融沉淀成型3D打印机的型号优选ProjectMJP 2500W,打印分辨率为1200×1200×600DPI,打印的单层厚度为16微米。
将异丙醇溶剂加入热搅拌器进行加热、搅拌均匀,热搅拌器的加热温度范围为35℃-37℃;
将打印完成的整体叶盘蜡模模型加入热搅拌器中,利用异丙醇溶剂将整体叶盘蜡模模型中的支撑蜡溶解、清洗掉,取出整体叶盘蜡模模型,放至温度范围为22±1℃的环境中存储;
对整体叶盘蜡模模型依次进行组树、制壳、蒸汽脱蜡、真空熔炼浇注、后处理,得到无余量整体叶盘铸件。具体的,准备3D打印的整体叶盘蜡模模型和浇道蜡模,使用由硅溶胶、铝酸钴和锆英砂按照一定的粉液比制成的浆料,涂挂在蜡模表面,再淋200目数的锆英砂,形成第一次模壳,如此往复,形成具有高温强度的陶瓷模壳;在130-150℃的蒸汽高温脱蜡釜里面,将陶瓷模壳包裹里的蜡熔化,形成空腔模壳。脱完后的蜡,可回收再处理再使用;将上述模壳通过焙烧,放入真空感应炉中,将熔炼后的高温合金浇注至模壳,冷却后去除模壳,得到铸件;再通过后处理,喷砂,热处理等工序及检验,形成合格的无余量整体叶盘铸件。
采用本申请的加工方法,得到的整体叶盘蜡模模型表面粗造度为R1.6-R3.2,流道及叶型这种无余量尺寸满足HB6103-2004和设计图纸的要求,达到CT3级,关键尺寸面轮廓度均能达到0.2mm的苛刻要求,是航空发动机熔模精密铸造成型领域一次较大的突破。研发合格率达到98%以上,3D打印蜡模的成型过程和相关产物清洁无污染,符合绿色可持续发展的战略要求。
本发明所使用的支撑蜡为高分子聚乙二醇,PEG-1000,羟基分子量为107-118,常温为白色蜡状固态,PH值为6-8,熔点为37±2℃,无毒无味,处理方法也简单,溶于异丙醇溶液,反应后形成脂肪酸,不会造成环境污染,处理成本低。
本发明所使用的3D打印蜡模,紫蜡(蜡基90%,色素10%,型号Wax Jet 400),属于中温蜡,不溶于水和异丙醇,不与硅溶胶等制壳材料发生化学反应,22±1℃的温度收缩稳定性好,蜡模通过130-150℃蒸汽融化后可回收利用,是很理想的一种熔模精密铸造用蜡模。
本发明通过多喷头熔融沉淀成型3D打印机(型号Project MJP 2500W)所得到的蜡模,表面光洁度好,尺寸精度高,成本低,便于制壳涂料挂浆。
本发明得到的小推力航空发动机无余量整体叶盘,其叶型表面,通道表面,粗糙度为Ra3.2以内,叶型面轮廓度0.1mm,通道公差尺寸可达到HB6103-CT4。超过熔模精密铸造的通用标准要求,符合产品设计要求。
本发明的应用直接省去了模具和模具制造周期,节约了模具费用,大大缩短了验证开发周期,节约大量开发成本。
以上描述是对本发明的解释,不是对发明的限定,本发明所限定的范围参见权利要求,在本发明的保护范围之内,可以作任何形式的修改。
Claims (4)
1.一种航空发动机无余量整体叶盘的加工方法,包括以下步骤:
对整体叶盘蜡模模型进行模型热收缩设计预处理,整体叶盘蜡模模型径向收缩为0.7±0.1%,整体叶盘蜡模模型轴向收缩为0.4±0.1%;
利用多喷头熔融沉淀成型3D打印机打印整体叶盘蜡模模型,打印蜡模材料为紫蜡,打印用支撑蜡材料为聚乙二醇;
将异丙醇溶剂加入热搅拌器进行加热、搅拌均匀,热搅拌器的加热温度范围为35℃-37℃;
将打印完成的整体叶盘蜡模模型加入热搅拌器中,利用异丙醇溶剂将整体叶盘蜡模模型中的支撑蜡溶解、清洗掉,取出整体叶盘蜡模模型,放至温度范围为22±1℃的环境中存储;
对整体叶盘蜡模模型依次进行组树、制壳、蒸汽脱蜡、真空熔炼浇注、后处理,得到无余量整体叶盘铸件。
2.如权利要求1所述的航空发动机无余量整体叶盘的加工方法,其特征在于:所述紫蜡中包含90%的蜡基和10%的色素。
3.如权利要求1所述的航空发动机无余量整体叶盘的加工方法,其特征在于:所述聚乙二醇为PEG-1000。
4.如权利要求1所述的航空发动机无余量整体叶盘的加工方法,其特征在于:所述多喷头熔融沉淀成型3D打印机的打印分辨率为1200×1200×600DPI,打印的单层厚度为16微米。
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