CN113798478B - 一种减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的工装及方法 - Google Patents

一种减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的工装及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的方法，包括以下步骤：步骤a：利用三维制图软件找到透平叶片的重心，调整姿态使得透平叶片的惯性主轴方向与重力方向平行；步骤b：设计工装，使叶根容腔的形状与步骤a调整后透平叶片的叶根相匹配；步骤c：将透平叶片放入工装进行热等静压，使热等静压过程中，一直保持透平叶片的惯性主轴方向与重力方向平行。还包括一种减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的工装，包括水平放置的工装基座，所述工装基座设置叶根容腔；所述叶根容腔的形状，与透平叶片的惯性主轴方向和重力方向平行时的叶根形状相匹配。采用本发明的一种减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的工装及方法，降低了透平叶片变形的风险，提升了铸件尺寸的一致性。

Description

一种减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的工装及方法
技术领域
本发明涉及一种减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的工装及方法，属于重型燃机透平叶片的熔模精密铸造技术领域。
背景技术
重型燃气轮机透平叶片均采用熔模铸造的方法。熔模铸造过程如下，制备“蜡模→蜡模组树→制备陶瓷型壳→型壳脱蜡→型壳焙烧→型壳预热→钢水熔炼浇注→清壳→热等静压→热处理”。
以上过程中，热等静压可以闭合铸件内部疏松及缩孔，可以极大提升铸件综合力学性能，但是由于热等静压过程，温度较高，接近0.9倍合金熔点，合金组织通过蠕变及扩散过程实现诉讼及缩孔闭合，此过程中铸件极易变形。在热等静压前，将叶片放在方孔料框里面，每只叶片铸件的位置均存在差异，当叶片摆放方向与叶片重心方向偏差较大时，在高温下，铸件受重力影响发生变形，降低了铸件的尺寸合格率。
我国自主研发的F级50MW重型燃气轮机项目(G50项目)，填补了国内重型燃机研发的空白，作为核心之一的透平叶片也是重点研发对象，以提高透平叶片的合格率及稳定性。
发明内容
本发明的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的工装及方法，本发明降低了透平叶片变形的风险，提升了铸件尺寸的一致性。
本发明采用的技术方案如下：
一种减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的方法，热等静压过程中，一直保持透平叶片的惯性主轴方向与重力方向平行。
一种减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的方法，包括以下步骤：
步骤a：利用三维制图软件找到透平叶片的重心，调整姿态使得透平叶片的惯性主轴方向与重力方向平行；
步骤b：设计具有叶根容腔的工装，使叶根容腔的形状与步骤a调整后透平叶片的叶根相匹配；
步骤c：将透平叶片放入工装进行热等静压，使热等静压过程中，一直保持透平叶片的惯性主轴方向与重力方向平行。
透平叶片包括叶顶、叶身和叶根，使透平叶片的惯性主轴方向与重力方向平行，然后设计专用工装使得工装的叶根容腔与调整后透平叶片的叶根形状相匹配，将透平叶片放入工装在进行热等静压。在本发明中，透平叶片在热等静压过程中，使得透平叶片的惯性主轴方向始终与重力方向平行，透平叶片受到重力影响程度最小，从而减小了叶片的变形倾向，保证透平叶片的合格率。
作为优选，所述三维制图软件为UG、SolidWorks或ProE。
作为优选，步骤c中，根据热等静压料框的尺寸，将多个带透平叶片的工装组合在一起，以最大限度利用热等静压料框。
作为优选，步骤c中，所述工装完全贴合透平叶片的叶根。
作为优选，多个带透平叶片的工装组合时，透平叶片的方向一致。
在上述方案中，所有透平叶片都保持相同的方向，使叶片之间变形的差异减小，保证产品稳定性。
作为优选，多个带透平叶片的工装组合时，相邻透平叶片之间的间距一致。
在上述方案中，多个带透平叶片的工装组合时，相邻透平叶片之间的间距一致，保证了热等静压时叶片间距的一致性，减小了叶片之间传热的差异性。
作为优选，步骤c中，透平叶片放入工装后锁紧，防止透平叶片放置后晃动。
在上述方案中，通过锁紧透平叶片和工装的位置，防止透平叶片放置后晃动，避免透平叶片在热等静压过程中因为透平叶片晃动位移发生的形变。
一种减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的工装，包括水平放置的工装基座，所述工装基座设置叶根容腔；
所述叶根容腔的形状，与透平叶片的惯性主轴方向和重力方向平行时的叶根形状相匹配。
在上述方案中，工装基座水平放置于热等静压料框中，叶根容腔用于容纳透平叶片的叶根，工装完全贴合透平叶片的叶根，透平叶片放入工装后保证透平叶片的惯性主轴方向与重力方向平行，从而使叶片受重力影响程度最小，减小了叶片的变形倾向。
作为优选，所述工装基座侧面设置连通叶根容腔的顶紧孔。
在上述方案中，通过锁紧孔能够锁紧透平叶片的叶根和工装，防止透平叶片放置后晃动，影响热等静压的效果。
作为优选，所述顶紧孔倾斜设置。
作为优选，所述透平叶片在工装基座上的投影全部位于工装基座上。
在上述方案中，使透平叶片不超出工装的范围，从而在多个工装组合在一起时，能够避免相邻两个透平叶片在热等静压中发生接触粘连，从而使得透平叶片不合格。
作为优选，所述工装基座为长方体。
在上述方案中，长方体的工装方便多个安装透平叶片的工装组合在一起，能够提高热等静压的使用效率，并能够保证相邻透平叶片之间的间距一致，同时保证所有叶片都保持相同的方向。
本发明的一种减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的工装及方法，通过设计专用工装保证透平叶片的惯性主轴方向与重力方向平行，并在热等静压过程中，能够一直保持透平叶片的惯性主轴方向与重力方向平行，使透平叶片受到重力影响程度最小，从而减小了叶片的变形倾向；并且通过多个工装的组合能够保证相邻透平叶片之间的间距一致，减小了叶片之间传热的差异性，并保证所有叶片都保持相同的方向，使叶片之间变形的差异减小；最终达到降低了透平叶片变形的风险，提升了铸件尺寸的一致性，保证产品稳定性的效果。
本发明的工装相比其他工装，只容纳单个透平叶片，可以根据需要将多个工装组合并设置工装之间的距离，设置更加灵活。工装完全贴合透平叶片的叶根，使得透平叶片在工装内不会发生移动或晃动，保证热等静压过程中透平叶片的稳定，避免透平叶片直接放入方孔料框中出现的每只叶片铸件的位置均存在差异，倾斜等问题，造成热等静压后透平叶片质量不合格不稳定。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、工装结构简单，使用方便；
2、能够在热等静压过程中一直保持透平叶片的惯性主轴方向与重力方向平行，减小了叶片的变形倾向；
3、多个工装组合时，能够保证相邻透平叶片之间的间距一致，减小了叶片之间传热的差异性；
3、多个工装组合时，保证所有叶片都保持相同的方向，使叶片之间变形的差异减小。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1是透平叶片的结构示意图；
图2是透平叶片的惯性主轴方向Ix与重力方向G平行示意图；
图3-4是透平叶片发生倾斜示意图；
图5是工装结构示意图；
图6是工装剖面图；
图7是透平叶片安装示意图；
图8是多个安装透平叶片的工装的组装示意图。
图中标记：11-叶顶、12-叶身、13-叶根、21-工装基座、22-叶根容腔、23-顶紧孔。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
本实施例的一种减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的方法，一种减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的方法，包括以下步骤：
步骤a：利用SolidWorks三维制图软件设计透平叶片，并通过SolidWorks软件找到透平叶片的重心，如图2所示，通过调整调整姿态使得透平叶片的惯性主轴方向与重力方向平行；
步骤b：设计工装，如图5所示，工装包括水平放置的工装基座21，工装基座21设置叶根容腔22，叶根容腔22的形状与步骤a调整后透平叶片的叶根13相匹配，使得透平叶片安装到工装上后，透平叶片的惯性主轴方向与重力方向平行；
步骤c：将透平叶片放入工装进行热等静压，使工装完全贴合透平叶片的叶根13，并将多个方有透平叶片的工装组合放置到热等静压料框中，保证热等静压过程中，一直保持透平叶片的惯性主轴方向与重力方向平行。
在本发明中，如图1所示，透平叶片包括叶顶11、叶身12和叶根13，在使用UG、SolidWorks或ProE等三维制图软件进行透平设计时，找到透平叶片的惯性主轴方向与重力方向平行的姿态，并根据此时叶根13的位置形状，设置专用的工装，工装的形状于此时的叶根13形状相匹配，使得透平叶片放入工装后，如图7所示同样能够保持透平叶片的惯性主轴方向与重力方向平行，进而在热等静压过程中，一直保持透平叶片的惯性主轴方向与重力方向平行，使透平叶片受到重力影响程度最小，从而减小了叶片的变形倾向，保证透平叶片的合格率。
作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，如图8所示，多个带透平叶片的工装组合时，透平叶片的方向一致，使叶片之间变形的差异减小，保证产品稳定性。
作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，如图8所示，多个带透平叶片的工装组合时，相邻透平叶片之间的间距一致，保证了热等静压时叶片间距的一致性，减小了叶片之间传热的差异性。
作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，如图5所示，工装基座21侧面设置连通叶根容腔22的顶紧孔23，通过在锁紧孔内设置顶紧螺母能够锁紧透平叶片的叶根13和工装，防止透平叶片放置后晃动，，避免透平叶片在热等静压过程中因为透平叶片晃动位移发生的形变。
作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，如图6所示，顶紧孔23倾斜设置。
作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，透平叶片在工装基座21上的投影全部位于工装基座21上，使透平叶片不超出工装的范围，从而在多个工装组合在一起时，能够避免相邻两个透平叶片在热等静压中发生接触粘连，从而使得透平叶片不合格。
作为上述实施例的可选方式，在其他实施例中，工装基座21为长方体，方便多个安装透平叶片的工装组合在一起，能够提高热等静压的使用效率，并能够保证相邻透平叶片之间的间距一致，同时保证所有叶片都保持相同的方向。
使用本发明的方法和工装，能够避免使用现有技术中透平叶片在工装中可能会出现如图3-4中所展现的透平叶片倾斜的问题(如中国专利申请202020516676.7、201721871378.4的工装或料框，其放置透平叶片的空间并不能于透平叶片匹配，其不能保证热等静压过程中透平叶片在高温下不会发生位移或倾斜，从而造成增加变形倾向、多个透平叶片的形变差异大的问题)，多个工装组合进行热等静压时能够始终保持相邻透平叶片之间的间距一致，多个透平叶片的方向一致。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (9)

1.一种减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤a：利用三维制图软件找到透平叶片的重心，调整姿态使得透平叶片的惯性主轴方向与重力方向平行；
步骤b：设计具有叶根容腔（22）的工装，使叶根容腔（22）的形状与步骤a调整后透平叶片的叶根（13）相匹配；
步骤c：将透平叶片放入工装进行热等静压，使热等静压过程中，一直保持透平叶片的惯性主轴方向与重力方向平行。
2.如权利要求1所述的减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的方法，其特征在于：步骤c中，根据热等静压料框的尺寸，将多个带透平叶片的工装组合在一起，以最大限度利用热等静压料框。
3.如权利要求1所述的减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的方法，其特征在于：步骤c中，所述工装完全贴合透平叶片的叶根（13）。
4.如权利要求2所述的减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的方法，其特征在于：多个带透平叶片的工装组合时，透平叶片的方向一致。
5.如权利要求2所述的减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的方法，其特征在于：多个带透平叶片的工装组合时，相邻透平叶片之间的间距一致。
6.如权利要求1所述的减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的方法，其特征在于：步骤c中，透平叶片放入工装后锁紧，防止透平叶片放置后晃动。
7.一种减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的工装，其特征在于：包括水平放置的工装基座（21），所述工装基座（21）设置叶根容腔（22）；所述叶根容腔（22）的形状，与透平叶片的惯性主轴方向和重力方向平行时的叶根（13）形状相匹配。
8.如权利要求7所述的减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的工装，其特征在于：所述工装基座（21）侧面设置连通叶根容腔（22）的顶紧孔（23）。
9.如权利要求7所述的减小熔模铸造透平叶片热等静压变形的工装，其特征在于：所述透平叶片在工装基座（21）上的投影全部位于工装基座（21）上。
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