CN113458324B - 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 (2)
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，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，
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；
准备3D打印的整体叶盘蜡模模型和浇道蜡模，使用浆料，涂挂在蜡模表面，再淋200目数的锆英砂，形成第一次模壳；往复涂挂，形成陶瓷模壳，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；
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，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。
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