CN115106482A - 一种大尺寸空心导向叶片内腔成型及壁厚尺寸控制工艺方法 - Google Patents
一种大尺寸空心导向叶片内腔成型及壁厚尺寸控制工艺方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及熔模精密铸造技术领域,具体为一种大尺寸空心导向叶片内腔成型及壁厚尺寸控制工艺方法。在设计蜡模模具时,进气边一侧内腔的结构及尺寸采用模具成型,设计为模具分块结构;排气边一侧内腔的结构及尺寸采用半结构的陶瓷型芯成型,设计为半结构陶瓷型芯模具。将制备好的半结构陶瓷型芯和蜡模模具分块组合后成型整个导向叶片的内腔,利用蜡模模具和模具分块来保证导向叶片进气边一侧的壁厚尺寸和内腔尺寸,利用半结构陶瓷型芯尺寸小的特点,降低了型壳—陶瓷型芯及合金液—陶瓷型芯之间的收缩差异,对大尺寸导向叶片疏松、裂纹、夹杂等难点问题有显著的优化作用,同时解决了大尺寸导向叶片壁厚尺寸的难题。
Description
技术领域
本发明涉及熔模精密铸造技术领域,具体为一种大尺寸空心导向叶片内腔成型及壁厚尺寸控制工艺方法。
背景技术
随着燃气轮机功率和工作温度的不断提高,大尺寸空心导向叶片(其技术参数:长为150~1000mm、宽为100~500mm、高为100~500mm,对角线长250~1500mm)的需求也在不断增加,但大尺寸空心导向叶片在实际制备过程中,应力裂纹、偏芯、漏芯、壁厚不均匀、再结晶和夹杂等缺陷一直是限制叶片生产合格率的主要问题,亟待解决。
发明内容
为了解决上述空心导向叶片在生产中遇到的难题,本发明的目的在于提供一种大尺寸空心导向叶片内腔成型及壁厚尺寸控制工艺方法,进气边一侧内腔尺寸采用模具成型,设计为实心分块结构,排气边一侧内腔尺寸采用半结构陶瓷型芯成型,主要适用于内腔结构较为复杂,内腔通透且宽度≥20mm的空心导向叶片。
本发明的技术方案是:
一种大尺寸空心导向叶片内腔成型及壁厚尺寸控制工艺方法,在设计蜡模模具时,进气边一侧内腔的结构及尺寸采用模具成型,将进气边一侧内腔设计为实心的蜡模模具分块结构;排气边一侧内腔的结构及尺寸采用半结构的陶瓷型芯成型,将排气边一侧内腔设计为陶瓷型芯模具。
所述的大尺寸空心导向叶片内腔成型及壁厚尺寸控制工艺方法,压制并烧结成型排气边一侧内腔的半结构陶瓷型芯后,将半结构陶瓷型芯放入蜡模模具内进行蜡模压制,压制后的空心导向叶片内腔结构由进气边模具分块和排气边半结构陶瓷型芯组成;取出成型进气边一侧内腔的蜡模模具分块后,空心导向叶片蜡模用于蜡模组合和型壳制备。
所述的大尺寸空心导向叶片内腔成型及壁厚尺寸控制工艺方法,在蜡模组合前,半结构陶瓷型芯的排气边附近设置为自由端,刷漆、粘贴蜡纸或刷蜡;半结构陶瓷型芯另一端宽厚处设置为固定端,半结构陶瓷型芯的固定端与蜡模模具分块相对应,并通过错位或插装方式配合连接。
所述的大尺寸空心导向叶片内腔成型及壁厚尺寸控制工艺方法,采用蜡模模具成型的空心导向叶片,空心导向叶片的进气边蜡模内腔通道在制备型壳时,能够正常干燥。
所述的大尺寸空心导向叶片内腔成型及壁厚尺寸控制工艺方法,空心导向叶片的内腔通道通透且宽度为≥20mm,进气边一侧内腔能够制成蜡模模具分块。
所述的大尺寸空心导向叶片内腔成型及壁厚尺寸控制工艺方法,在制备型壳时,空心导向叶片蜡模的进气边一侧内腔为空心、通透结构,进行型壳料浆的涂挂和干燥操作,利用型壳成型空心导向叶片进气边一侧内腔;再利用成型进气边一侧内腔的型壳固定成型排气边一侧内腔的半结构陶瓷型芯,来成型空心导向叶片的整个内腔。
本发明的设计思想是:
在设计蜡模模具时,进气边一侧内腔尺寸采用模具成型,设计为实心分块结构,排气边一侧内腔尺寸采用半结构陶瓷型芯成型。压制蜡模时,将半结构陶瓷型芯和蜡模模具进气边模具分块组合在一起进行蜡模的压制,成型整个蜡模内腔,再将压制后带有半结构陶瓷型芯和进气边内腔模具分块的蜡模从蜡模模具中取出,再将蜡模进气边的内腔模具分块取出后进行蜡模组合和型壳制备。最终采用型壳成型进气边一侧内腔,利用进气边一侧内腔型壳固定排气边一侧半结构陶瓷型芯的方法成型导向叶片整个内腔。相比常规整体结构陶瓷型芯成型导向叶片的内腔,采用本发明成型导向叶片的内腔,不仅能够降低因陶瓷型芯和金属液收缩差异产生的铸造应力,还可以缩短陶瓷型芯固定端到自由端的距离,从而极大改善浇注后叶片的壁厚尺寸,降低单晶叶片再结晶和等轴晶叶片裂纹倾向;同时,因型壳和陶瓷型芯存在收缩差异,缩减陶瓷型芯尺寸后能够降低断芯、偏漏芯产生的几率,并且有效降低型芯生产成本,改善导向叶片因壁厚和断芯问题产生的冶金质量,提高叶片生产合格率。
本发明具有如下优点及有益效果:
1、本发明采用半结构的陶瓷型芯,降低了陶瓷型芯生产难度,节约了型芯生产成本。
2、本发明利用蜡模模具成型导向叶片进气边一侧内腔,能够确保叶片壁厚尺寸的准确度和一致性,解决了大尺寸空心导向叶片壁厚尺寸控制工艺难的问题。
3、本发明易操控,避免了大尺寸陶瓷型芯易变形问题,同时降低了型壳—型芯、金属—型芯之间收缩差异导致的一些列冶金问题和尺寸问题的产生几率。
附图说明
图1为本发明空心导向叶片结构示意图。
图2为本发明空心导向叶片内腔结构示意图。
图3为本发明进气边一侧内腔蜡模模具分块和排气边一侧内腔半结构陶瓷型芯组合结构示意图。
图4为本发明进气边一侧内腔蜡模模具分块组成示意图。
图中,1进气边一侧内腔,2排气边一侧内腔,3蜡模模具分块,4半结构陶瓷型芯,5蜡模模具定位结构,6错位连接结构,7叶背部,8叶盆部,9螺孔一,10螺孔二。
具体实施方式
在具体实施过程中,本发明在设计蜡模模具时,进气边一侧内腔尺寸采用模具成型,设计为实心分块结构,排气边一侧内腔尺寸采用半结构陶瓷型芯成型。压制蜡模时,将半结构陶瓷型芯和蜡模模具进气边模具分块组合在一起进行蜡模的压制,成型整个蜡模内腔,再将压制后带有半结构陶瓷型芯和进气边内腔模具分块的蜡模从蜡模模具中取出,再将蜡模进气边的内腔模具分块取出后进行蜡模组合和型壳制备。最终采用型壳成型进气边一侧内腔,利用进气边一侧内腔型壳固定排气边一侧半结构陶瓷型芯的方法成型导向叶片整个内腔。
如图1所示,空心导向叶片的外形结构,叶片尺寸较大,内腔通透,内腔通道宽度≥20mm。
如图2为所示,空心导向叶片的内腔结构,将空心导向叶片的整个内腔分成两部分组成,即进气边一侧内腔1和排气边一侧内腔2。进气边一侧内腔1尺寸采用模具成型,设计为蜡模模具分块3,排气边一侧内腔2尺寸成型采用半结构陶瓷型芯4。蜡模模具分块3用于形成空心导向叶片的进气边一侧内腔1,半结构陶瓷型芯4用于形成空心导向叶片的排气边一侧内腔2,蜡模模具分块3的两端设计成蜡模模具定位结构5。压制空心导向叶片蜡模时,将蜡模模具分块3放置于蜡模模具中,依靠蜡模模具定位结构5,使用于成型进气边一侧内腔1的蜡模模具分块3固定在蜡模模具中,利用蜡模模具分块3和用于成型排气边一侧内腔2的半结构陶瓷型芯4之间的错位连接结构6,使其组合连接成整个内腔结构(图3),组合后合模,按指定工艺压制蜡模。其中,蜡模模具分块3与半结构陶瓷型芯4可通过错位、插装等方式连接,半结构陶瓷型芯的“半结构”含义是:用于成型叶片完整内腔的陶瓷型芯为整体结构陶瓷型芯,用于成型叶片部分内腔(或半个内腔)的陶瓷型芯为半结构陶瓷型芯。半结构陶瓷型芯的作用是:1)采用整体结构陶瓷型芯成型大尺寸导向叶片内腔时,型芯尺寸大,型芯的收缩尺寸不易控制,同时型壳—型芯之间材料的收缩差异较大,导致浇注的导向叶片叶身壁厚尺寸超差严重,采用半结构型芯可以解决大尺寸导向叶片壁厚超差的问题;2)采用半结构陶瓷型芯可以降低合金液—陶瓷型芯之间的收缩差异,降低导向叶片产生裂纹、夹杂缺陷的倾向;3)均匀的内腔壁厚有利于导向叶片疏松缺陷的控制,有利于冶金质量的一致性;4)半结构陶瓷型芯相比常规的整体陶瓷型芯,浇注过程中蓄热更小,有利于降低或消除叶片的疏松缺陷。
如图4所示,金属材质的蜡模模具分块3由分块①~⑦组成,与空心导向叶片的进气边对应处为分块⑦,与空心导向叶片的叶背部7对应处为分块③、分块④,分块③两端分别与分块⑦、分块④的一部分对接;与空心导向叶片的叶盆部8对应处为分块⑤、分块⑥,分块⑤两端分别与分块⑦、分块⑥的一部分对接,分块③以及分块⑤之间设置分块①,分块④以及分块⑥之间设置分块②,分块①的两端分别与分块⑦、分块②对接,分块①与分块⑦对接一端的面积小于分块①与分块②对接一端的面积,分块①与分块⑦对接一端插装配合,分块①与分块②对接一端分别与分块②的端面、分块④的端面一部分、分块⑥的端面一部分紧密接触,分块②与分块①接触一端的面积大于另一端的面积,便于分块②的取出。另外,分块①上开设有M8mm螺孔一9,用于安装螺杆将分块①取出;分块②上开设有M8mm螺孔二10,用于安装螺杆将分块②取出。
蜡模压制完成后,将含有蜡模模具分块3的蜡模从模具中取出,按蜡模模具分块3组成中①~⑦的顺序依次取出蜡模模具分块3,剩余包含半结构陶瓷型芯的蜡模用于制备型壳。制备型壳前,需对半结构陶瓷型芯4做固定端、自由端处理,半结构陶瓷型芯4靠近进气边的一侧作为与蜡模模具分块3连接的固定端,半结构陶瓷型芯4的固定端与蜡模模具分块3相对应,并可通过错位、插装等方式配合连接,半结构陶瓷型芯4与空心导向叶片的排气边对应处作为自由端,可用贴蜡纸、刷漆或刷蜡等方法设计半结构陶瓷型芯的自由端,完成半结构陶瓷型芯固定端、自由端的设计后,进行蜡模组合和型壳制备。
制备型壳时,空心导向叶片蜡模的进气边一侧内腔1为空心、通透结构,其内腔宽度≥20mm以上,可正常进行型壳料浆的涂挂和干燥操作,利用型壳成型空心导向叶片进气边一侧内腔1。再利用成型进气边一侧内腔1的型壳固定成型排气边一侧内腔2的半结构陶瓷型芯4,来成型空心导向叶片的整个内腔。
利用本发明方法制备的空心导向叶片,其进气边一侧内腔1尺寸和壁厚尺寸均为模具保证尺寸,而排气边一侧内腔2采用大幅缩减尺寸的半结构陶瓷型芯,降低了型壳—陶瓷型芯及合金液—陶瓷型芯的收缩差异,对空心导向叶片的壁厚尺寸、裂纹、夹杂、疏松等难点问题有特别显著的优化作用。
下面,通过实施例进一步详述本发明。
实施例1
本实施例中,制备一种等轴晶空心导向叶片。此叶片尺寸较大:长为200mm、宽为195mm、高为266mm,对角线长395mm,采用常规整体陶瓷型芯制备铸件容易产生裂纹、夹杂、偏芯、漏芯、壁厚尺寸超差等缺陷。测量叶片内腔型芯通道通透,宽度为36mm;进气边一侧内腔结构及尺寸可用模具保证,采用型壳成型;排气边一侧内腔结构复杂、尺寸较小,利用半结构陶瓷型芯成型。在模具设计时,将该导向叶片的整体内腔分为排气边和进气边两块设计模具,进气边一侧内腔型块制成蜡模模具分块结构,排气边一侧内腔型块制成半结构陶瓷型芯模具,蜡模模具分块和半结构陶瓷型芯设置错位组合结构。压制蜡模时,将提前制备好的半结构陶瓷型芯与固定在蜡模模具中的蜡模模具分块通过错位组成导向叶片的整体内腔进行蜡模压制。压制蜡模后,按顺序取出模具分块,取出过程中严禁蜡模模具分块刮伤蜡模内腔型壁。将半结构陶瓷型芯靠近进气边的一侧作为固定端,排气边作为自由端后,进行型壳制备,在原来蜡模模具分块所在的进气边位置形成一部分内腔型壳,利用该内腔型壳固定半结构陶瓷型芯的方法制备空心导向叶片。
将型壳脱蜡、焙烧、包棉预烧后进行浇注,浇注后的叶片进行清壳、吹砂和脱芯处理。经检验,叶片型面尺寸合格,壁厚均匀,内腔表面粗糙度为1.56μm,包芯率达到100%,壁厚的合格率达到100%。
实施例结果表明,本发明采用蜡模模具来保证导向叶片进气边一侧壁厚尺寸,并且采用半结构陶瓷型芯后,减小了常规方法中整体陶瓷型芯的体积,极大程度提高了导向叶片壁厚尺寸合格率,同时降低了型壳—陶瓷型芯及合金液—陶瓷型芯的收缩差异,对疏松、裂纹、夹杂等难点问题有显著的优化作用,并且极大程度的解决了壁厚尺寸难控制的问题。
Claims (6)
1.一种大尺寸空心导向叶片内腔成型及壁厚尺寸控制工艺方法,其特征在于,在设计蜡模模具时,进气边一侧内腔的结构及尺寸采用模具成型,将进气边一侧内腔设计为实心的蜡模模具分块结构;排气边一侧内腔的结构及尺寸采用半结构的陶瓷型芯成型,将排气边一侧内腔设计为陶瓷型芯模具。
2.按照权利要求1所述的大尺寸空心导向叶片内腔成型及壁厚尺寸控制工艺方法,其特征在于,压制并烧结成型排气边一侧内腔的半结构陶瓷型芯后,将半结构陶瓷型芯放入蜡模模具内进行蜡模压制,压制后的空心导向叶片内腔结构由进气边模具分块和排气边半结构陶瓷型芯组成;取出成型进气边一侧内腔的蜡模模具分块后,空心导向叶片蜡模用于蜡模组合和型壳制备。
3.按照权利要求2所述的大尺寸空心导向叶片内腔成型及壁厚尺寸控制工艺方法,其特征在于,在蜡模组合前,半结构陶瓷型芯的排气边附近设置为自由端,刷漆、粘贴蜡纸或刷蜡;半结构陶瓷型芯另一端宽厚处设置为固定端,半结构陶瓷型芯的固定端与蜡模模具分块相对应,并通过错位或插装方式配合连接。
4.按照权利要求1所述的大尺寸空心导向叶片内腔成型及壁厚尺寸控制工艺方法,其特征在于,采用蜡模模具成型的空心导向叶片,空心导向叶片的进气边蜡模内腔通道在制备型壳时,能够正常干燥。
5.按照权利要求1所述的大尺寸空心导向叶片内腔成型及壁厚尺寸控制工艺方法,其特征在于,空心导向叶片的内腔通道通透且宽度为≥20mm,进气边一侧内腔能够制成蜡模模具分块。
6.按照权利要求1所述的大尺寸空心导向叶片内腔成型及壁厚尺寸控制工艺方法,其特征在于,在制备型壳时,空心导向叶片蜡模的进气边一侧内腔为空心、通透结构,进行型壳料浆的涂挂和干燥操作,利用型壳成型空心导向叶片进气边一侧内腔;再利用成型进气边一侧内腔的型壳固定成型排气边一侧内腔的半结构陶瓷型芯,来成型空心导向叶片的整个内腔。
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