[发明专利]一种面向涡轮叶片的金属模具快速制造方法

说明书

技术领域

本发明属于快速制模技术领域，涉及一种面向涡轮叶片的金属模具快速制造方法。

背景技术

失蜡法是一种熔模铸造的方法，将蜡模表面包覆耐火材料制成型壳，融模失蜡后在高温下焙烧后即可浇铸得到精密铸件。熔模铸造得到的铸件可以实现近净成形，在航空航天、汽车等精度要求很高的零件上应用广泛。在失蜡法铸造中，蜡型是精密铸造的中间三维形状传递件，其质量直接决定了铸件的精度。涡轮叶片是发动机工作环境最恶劣，结构最复杂的零件之一，其制造方法一直是工业界的重点和难点。传统精密铸造是采用压蜡模具批量制造蜡型，但使用机加工方法制造金属模具耗时耗力，尤其对于用于复杂结构的零件，制造金属模具需要大量的时间和成本。

光固化快速成型技术具有制造精度高，可以制造复杂内腔结构的优点。利用光固化快速成型技术作为中间态进行转化，进而快速制作金属模具是缩短模具周期、降低制造成本的有效途径。

随形冷却管道是注塑模具设计要考虑的结构，使用光固化快速成形技术可以制造树脂材料的随形冷却通道，由于一般树脂材料的导热系数非常低（小于0.5W/(m·℃)），树脂模具蜡型冷却速度慢，导致蜡模制造周期长，蜡模和模具的热变形大，冷却过程中蜡模的质量缺陷多，直接影响精密铸造铸件质量。

发明内容

本发明解决的问题在于提供一种面向涡轮叶片的金属模具快速制造方法，通过光固化快速成形、电弧喷涂、树脂腐蚀等技术的结合得到涡轮叶片金属模具，节省模具制造成本，可以快速制造复杂金属叶片模具。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种面向涡轮叶片的金属模具快速制造方法，包括以下步骤：

1）根据目标制备物的结构设计模具结构，模具结构分解为公模、母模，将模具结构抽壳3～5mm并去除一个非配合面后，使用光固化快速成形方法制造模具树脂件；在所制造的模具树脂件的内表面和内侧壁喷涂3～6mm厚的低熔点合金，再将树脂腐蚀后获得金属模具型壳；

2）根据模具结构设计其随形冷却管道，然后使用光固化快速成形方法制造随形冷却管道树脂件；在所制备的冷却管道树脂件的外壁喷涂2～4mm厚的低熔点合金，再将树脂腐蚀后获得金属形冷却管道；

3）将金属模具型壳和金属形冷却管道组装后获得组装型壳，在组装型壳空腔内填充融化的低熔点钎料和金属粉的混合材料，填满组装型壳并将表面均匀涂平；然后在常温条件下冷却固化得到金属模具，再将其表面打磨平整。

所述的公模、母模的内形面由树脂模具的形面反复制而来；

将公模和母模分别制备金属模后再进行组装，形成一个完整的金属模具。

所述的光固化快速成形方法包括：首先使用分层软件将设计好的树脂模具转化为若干薄层平面图形数据输入到光固化快速成型机中；光固化快速成形时，使用激光器逐层扫描液体树脂液面，逐层固化后的树脂构成所需要的树脂模具；常温下固化时间为6-24h，在30-35℃条件下固化时间为3-12h。

所述的光固化快速成形方法中所采用的光固化树脂，在液体时30℃下粘度约为240cps，密度1.1～1.2g/cm³，光固化后拉伸强度45.4～45.7MPa，弹性模量2460～2500MPa，邵氏硬度为D约为81。

所述的喷涂是电弧喷涂，喷涂使用的合低温金为ZnAl合金，喷涂过程中喷涂电压为28～30V，电流为50～80A，气压0.4-0.5MPa，扫描速度8m/min，喷涂距离200mm。

所述的低熔点合金材料的熔点低于200℃。

所述的树脂腐蚀过程是将树脂在化学腐蚀液中腐蚀1～4h，将光固化树脂去除；所述的化学腐蚀液为用氢氧化钠或氢氧化钾的醇溶液。

所述的低熔点钎料的熔点温度要低于所喷涂的低熔点合金的熔点温度，混合材料中金属粉的质量比例为30～60%。

所述的混合材料是在180～220℃温度下填充的，低熔点钎料的熔点低于200℃；所述的金属粉为铜粉、铝粉或铁粉；在混合浆料的填充时使用振动设备辅助灌浆。

所述的模具尺寸精度和表面质量高于目标制备物蜡模的精度质量，同时在混合材料灌注的时候保持装配模具外形尺寸不变形；所述的金属模具被打磨后表面光滑，无气泡或者凸起。

与现有技术相比，本发明具有以下有益的技术效果：