CN114749652B - 一种涡轮叶片铸造流量控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡轮叶片铸造流量控制方法，将涡轮叶片铸造用陶瓷型芯模具的排气齿缝型块设计为与模具本体可拆卸连接；检测所述陶瓷型芯模具的排气齿缝型块的排气齿缝直径，结合预先建立的排气齿缝直径与流量模型，预估铸造得到的涡轮叶片的流量；若所述预估铸造得到的涡轮叶片的流量出现流量超差，则更换所述陶瓷型芯模具的排气齿缝型块，完成涡轮叶片铸造流量控制。本发明能够有效地解决铸件在工程化生产过程中涡轮工作叶片流量超差问题，实现该类叶片流量的精确高效控制，针对不可避免的模具磨损问题，不仅节约了返修周期快，返修成本低，生产效率高，而且可实现全流程可视化窗口控制，操作简单、推广性以及系统应用性强，具备现实工程意义。

Description

一种涡轮叶片铸造流量控制方法

技术领域

本发明属于熔模精密铸造领域，特别涉及一种涡轮叶片铸造流量控制方法。

背景技术

涡轮工作叶片作为发动机的关键部件，处于发动机环境最严苛的部位，在航机上或燃机上均有着极其关键的作用。工作时需要承受高温、高离心载荷，发动机预提高性能，增加前进口温度是一项关键指标，相应的涡轮叶片冷却技术需要提升，近年来涡轮叶片均采用结构复杂的空心交叉肋式结构，以增强叶片的冷却效果。冷却效果的好坏直接决定发动机使用性能的可靠性。批量化生产过程中通过检查叶片内腔流通能力，进而评价内腔冷却系数，即检测叶片的水流量，故流量作为叶片冷却的重要指标，铸造水流量能否有效控制关系到叶片冷却性能是否满足装配要求。

涡轮工作叶片多是经熔模精密铸造直接成形，保证涡轮工作叶片的冷却能力，铸造过程需要在陶瓷型芯模具设计以及制备过程中严格控制排气齿缝尺寸，保证铸造过程一致性以及稳定性。实际在工程化生产过程中，存在如下几方面突出问题：(1)陶瓷型芯模具在使用过程中受到制芯料浆冲击，导致排气齿缝尺寸逐步磨损增大，进而造成涡轮工作叶片流量的不稳定性；(2)陶瓷型芯模具在磨损后，必然会造成排气齿缝尺寸增大，陶瓷型芯在使用过程中不可避免地存在磨损，特别是针对排气齿缝较多，尺寸较小的涡轮工作叶片，极易造成排气齿缝磨损，进而导致流量超差。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种涡轮叶片铸造流量控制方法，能够有效地解决铸件在工程化生产过程中涡轮工作叶片流量超差问题，实现该类叶片流量的精确高效控制，针对不可避免的模具磨损问题，不仅节约了返修周期快，返修成本低，生产效率高，而且可实现全流程可视化窗口控制，操作简单、推广性以及系统应用性强，具备现实工程意义。

为了解决上述技术问题，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种涡轮叶片铸造流量控制方法，包括：

将涡轮叶片铸造用陶瓷型芯模具的排气齿缝型块设计为与模具本体可拆卸连接；

检测所述陶瓷型芯模具的排气齿缝型块的排气齿缝直径，结合预先建立的排气齿缝直径与流量模型，预估铸造得到的涡轮叶片的流量；

若所述预估铸造得到的涡轮叶片的流量出现流量超差，则更换所述陶瓷型芯模具的排气齿缝型块，完成涡轮叶片铸造流量控制。

进一步地，所述排气齿缝直径与流量模型的建立方法为：

按照设定周期，检测所述陶瓷型芯模具的排气齿缝型块的排气齿缝直径，以及检测所述排气齿缝直径下铸造得到的涡轮叶片的流量；

根据若干所述排气齿缝直径以及所述排气齿缝直径下铸造得到的涡轮叶片的流量，建立得到所述排气齿缝直径与流量模型。

进一步地，采用流量检测仪器检测所述排气齿缝直径下铸造得到的涡轮叶片的流量。

进一步地，所述涡轮叶片铸造用陶瓷型芯模具采用自动化开模设计结构。

进一步地，所述更换所述陶瓷型芯模具的排气齿缝型块具体包括：

采用人工更换或者自动化更换。

一种涡轮叶片铸造流量控制方法，包括：

将涡轮叶片铸造用陶瓷型芯模具的排气齿缝型块设计为与模具本体可拆卸连接，所述涡轮叶片铸造用陶瓷型芯模具包括上模板和下模板，所述上模板和下模板之间还设计有压型计数器，所述压型计数器用于累计所述涡轮叶片铸造用陶瓷型芯模具的铸造次数；

根据所述压型计数器累计的铸造次数，结合预先建立的铸造次数与流量模型，预估铸造得到的涡轮叶片的流量；

若所述预估铸造得到的涡轮叶片的流量出现流量超差，则更换所述陶瓷型芯模具的排气齿缝型块，完成涡轮叶片铸造流量控制。

进一步地，所述铸造次数与流量模型的建立方法为：

按照设定周期，获取所述压型计数器累计的铸造次数，以及检测所述铸造次数下铸造得到的涡轮叶片的流量；

根据若干所述铸造次数以及所述铸造次数下铸造得到的涡轮叶片的流量，建立得到所述铸造次数与流量模型。

进一步地，采用流量检测仪器检测所述排气齿缝直径下铸造得到的涡轮叶片的流量。

进一步地，所述涡轮叶片铸造用陶瓷型芯模具采用自动化开模设计结构。

进一步地，所述更换所述陶瓷型芯模具的排气齿缝型块具体包括：

采用人工更换或者自动化更换。

与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：

本发明提供的一种涡轮叶片铸造流量控制方法，将涡轮叶片铸造用陶瓷型芯模具的排气齿缝型块设计为与模具本体可拆卸连接，在铸造过程中，随时检测陶瓷型芯模具的排气齿缝型块的排气齿缝直径，然后结合预先建立的排气齿缝直径与流量模型，对铸造得到的涡轮叶片的流量进行预估，当预估铸造得到的涡轮叶片的流量出现流量超差，则可实现快速的更换陶瓷型芯模具的排气齿缝型块，进而实现对涡轮叶片铸造流量控制，确保涡轮叶片的流量正常，能够有效地解决铸件在工程化生产过程中涡轮工作叶片流量超差问题，实现该类叶片流量的精确高效控制，针对不可避免的模具磨损问题，不仅节约了返修周期快，返修成本低，生产效率高，而且可实现全流程可视化窗口控制，操作简单、推广性以及系统应用性强，具备现实工程意义。

另外，本发明在模具上模板和下模板之间还设计有压型计数器，还根据压型计数器累计的铸造次数，结合预先建立的铸造次数与流量模型，对铸造得到的涡轮叶片的流量进行预估，若预估铸造得到的涡轮叶片的流量出现流量超差，则更换陶瓷型芯模具的排气齿缝型块，实现涡轮叶片铸造流量控制，同样能够有效地解决铸件在工程化生产过程中涡轮工作叶片流量超差问题，实现该类叶片流量的精确高效控制，针对不可避免的模具磨损问题，不仅节约了返修周期快，返修成本低，生产效率高，而且可实现全流程可视化窗口控制，操作简单、推广性以及系统应用性强，具备现实工程意义。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为涡轮工作叶片铸造流量控制方法流程图；

图2为陶瓷型芯模具设计示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

作为本发明的某一具体实施方式，结合图1和图2所示，一种涡轮叶片铸造流量控制方法，具体如下：

(1)陶瓷型芯模具设计

空心涡轮叶片在制备过程中，陶瓷型芯模具的设计至关重要，陶瓷型芯模具决定了涡轮叶片的内腔结构，进而保证涡轮叶片的内腔结构，特别是针对流量控制要求。

本发明将涡轮叶片铸造用陶瓷型芯模具的排气齿缝型块设计为与模具本体可拆卸连接，便于后期的跟换维修。具体的陶瓷型芯模具设计结构如图1所示，涡轮叶片铸造用陶瓷型芯模具包括上模板1和下模板2，上模板1和下模板2之间还设计有压型计数器3，压型计数器4用于累计涡轮叶片铸造用陶瓷型芯模具的铸造次数。在陶瓷型芯模具开模部位设计压型计数器，可对陶瓷型芯模具压型数量准确监控，为后续数据模型化处理提供可视化窗口。

优选的，本发明涡轮叶片铸造用陶瓷型芯模具设计时采用自动化开模设计结构，即陶瓷型芯模具在合模开模过程中由设备直接将模块顶起，避免人为的接触操作引起陶芯的变形。

在陶瓷型芯模具确定后，为保证流量问题，需要对排气齿缝进行检测，在陶瓷型芯模具制备完成后，对陶芯排气齿缝进行100％检测，确保排气齿缝在设计尺寸要求范围内。

(2)陶瓷型芯模具排气齿缝直径检测以及涡轮叶片流量预估，或压型计数器累计的铸造次数获取以及涡轮叶片流量预估。

检测陶瓷型芯模具的排气齿缝型块的排气齿缝直径，结合预先建立的排气齿缝直径与流量模型，预估铸造得到的涡轮叶片的流量。

具体地说，排气齿缝直径与流量模型的建立方法为：

按照设定周期，检测陶瓷型芯模具的排气齿缝型块的排气齿缝直径，采用流量检测仪器检测排气齿缝直径下铸造得到的涡轮叶片的流量；

根据若干排气齿缝直径以及排气齿缝直径下铸造得到的涡轮叶片的流量，建立得到排气齿缝直径与流量模型。

或，根据压型计数器累计的铸造次数，结合预先建立的铸造次数与流量模型，预估铸造得到的涡轮叶片的流量。

具体地说，铸造次数与流量模型的建立方法为：

按照设定周期，获取压型计数器累计的铸造次数，以及采用流量检测仪器检测排气齿缝直径下铸造得到的涡轮叶片的流量；

根据若干铸造次数以及铸造次数下铸造得到的涡轮叶片的流量，建立得到铸造次数与流量模型。

(3)陶瓷型芯模具处理

若预估铸造得到的涡轮叶片的流量出现流量超差，则更换陶瓷型芯模具的排气齿缝型块，完成涡轮叶片铸造流量控制。也就是说，对陶瓷型芯模具的排气齿缝型块进行快速地更换返修，进而达到此类涡轮工作叶片流量控制研究。本发明所述的涡轮叶片流量工艺路线控制图见附图2所示，建立起完整的流量监控体系。通过压型计数器示数的显性化显示，对陶瓷型芯模具起到显性化显示控制，有利于对模具的维护保养，提高使用寿命。

本发明适用于涡轮叶片铸造流量控制，以下将参照附图2来描述根据本发明的示例性实施例的涡轮叶片铸造流量控制方法，具体实施实例如下。

实施例一：

(1)某机涡轮第1级动叶，铸件100％进行流量检测控制，依据本发明方案，陶瓷型芯模具采用自动化开模设计，在模具设计时排气齿缝采用独立化型块设计，并且在陶瓷型芯模具设计时增加压型计数器，对于影响流量较大，极易磨损的排气齿缝模具型块采用独立设计。

(2)依据本发明控制流程图，针对不同阶段生产的陶瓷型芯，进行压型计数器数值统计、排气齿缝平均直径、流量检测值记录，结果如下表1所示(每个阶段以100件陶瓷型芯为例)。从表1中可得出不同陶瓷型芯制造阶段，随着模具的使用次数增加，排气齿缝直径逐步增大，且流量相应增加。

表1某机涡轮第1级动叶陶瓷型芯模具使用

结合上表进行反馈机制模型化处理，在压型计数器使用到30000次后，排气齿缝直径已明显增大，由理论值0.9mm增加至1.08mm，流量已增大至5147.77g/min，依据设计要求，水流量值不得超过5150g/min，在模具使用30000次后进行排气齿缝独立型块更换，延长了模具的使用寿命，且节约了返修周期，返修周期由25天减少至5天，流量得到有效控制，提升了产品质量。

实施例二：

某机涡轮第2级动叶，铸件100％进行流量检测控制，依据本发明技术方案，陶芯模具采用自动化开模设计，在模具设计时25根排气齿缝采用独立化型块设计，并且在陶瓷型芯模具设计时增加压型计数器，对于影响流量较大，极易磨损的排气齿缝模具型块采用独立设计。

依据本发明控制流程图，针对不同阶段生产的陶瓷型芯，进行压型计数器数值统计、排气齿缝平均直径、流量检测值记录，结果如下表2所示(每个阶段以100件陶瓷型芯为例)。从表中可得出不同陶瓷型芯制造阶段，随着模具的使用次数增加，排气齿缝直径逐步增大，且流量相应增加。

表2某机涡轮第2级动叶陶瓷型芯模具使用

结合上表进行反馈机制模型化处理，在压型计数器使用到20000次后，排气齿缝直径已明显增大，理论值为1.0mm，在使用过程中排气齿缝直径已增加至1.18mm，流量已增大至5562.3g/min，依据设计要求，水流量值不得超过5600g/min，存在极大的风险，故在模具使用25000次后进行排气齿缝独立型块更换，延长了模具的使用寿命，且节约了返修周期，返修周期由30天减少至7天，该涡轮空心叶片流量得到有效控制，提升了产品质量。

本发明是根据具体的优选实施方案进行书写，不能将本发明的具体实施方案认定只局限于本说明，对本发明所述技术领域的技术人员来讲，在不脱离本发明总体构思的前提下，可以派生出一些列产品，只做出若干简单的推演和替换，都应当视为属于本发明的所交的权利要求书确定的专利保护范围。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种涡轮叶片铸造流量控制方法，其特征在于，包括：

将涡轮叶片铸造用陶瓷型芯模具的排气齿缝型块设计为与模具本体可拆卸连接，所述涡轮叶片铸造用陶瓷型芯模具包括上模板和下模板，所述上模板和下模板之间还设计有压型计数器，所述压型计数器用于累计所述涡轮叶片铸造用陶瓷型芯模具的铸造次数；

检测所述陶瓷型芯模具的排气齿缝型块的排气齿缝直径，结合预先建立的排气齿缝直径与流量模型，预估铸造得到的涡轮叶片的流量；所述排气齿缝直径与流量模型的建立方法为：按照设定周期，检测所述陶瓷型芯模具的排气齿缝型块的排气齿缝直径，以及检测所述排气齿缝直径下铸造得到的涡轮叶片的流量；根据若干所述排气齿缝直径以及所述排气齿缝直径下铸造得到的涡轮叶片的流量，建立得到所述排气齿缝直径与流量模型；

或者，根据所述压型计数器累计的铸造次数，结合预先建立的铸造次数与流量模型，预估铸造得到的涡轮叶片的流量；所述铸造次数与流量模型的建立方法为：按照设定周期，获取所述压型计数器累计的铸造次数，以及检测所述铸造次数下铸造得到的涡轮叶片的流量；根据若干所述铸造次数以及所述铸造次数下铸造得到的涡轮叶片的流量，建立得到所述铸造次数与流量模型；

若所述预估铸造得到的涡轮叶片的流量出现流量超差，则更换所述陶瓷型芯模具的排气齿缝型块，完成涡轮叶片铸造流量控制。

2.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片铸造流量控制方法，其特征在于，采用流量检测仪器检测所述排气齿缝直径下铸造得到的涡轮叶片的流量。

3.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片铸造流量控制方法，其特征在于，所述涡轮叶片铸造用陶瓷型芯模具采用自动化开模设计结构。

4.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片铸造流量控制方法，其特征在于，所述更换所述陶瓷型芯模具的排气齿缝型块具体包括：

采用人工更换或者自动化更换。