[发明专利]一种结合面向涡轮叶片快速成型与熔模铸造的熔失熔模方法

说明书

技术领域

本发明涉及熔模铸造领域，具体涉及一种结合面向涡轮叶片快速成型与熔模铸造的熔失熔模方法。

背景技术

涡轮叶片随着计算机辅助设计技术的提高，弯、宽、掠、扭、薄叶片设计技术走向成熟。早期叶片为窄弦，在叶身上距叶尖1/3处有向两侧伸出的阻尼凸肩(减振凸台)，凸肩在叶片之间相互抵紧构成一个加强环。从性能和工艺等方面来看，带凸肩的实心叶片不适应更大推力发动机对叶片的性能要求。原因之一是由于气流流过凸肩处会产生分离，使气流效率降低，且实心叶片重量过大；其二是叶片的加工工艺性不好，制造成本过高。

如何更快、更好的制造出复杂外形的叶片零件已经成为航空发动机制造中的关键技术之一。从叶片等典型零件到更多的空间曲面零件，以及复杂形状零件的加工都是一个工业难点，当然解决问题的工艺也不止一种，但是在诸多工艺中走得最快的一种解决方案是熔模精铸，其作为一种近净成型工艺产品成型后，少量二次加工或者不二次加工的优点，在很多领域应用广泛，也成为解决航空航天等很多复杂零件的首选加工方案，在快速成型同熔模铸造结合得关键领域内，树脂型芯的熔失熔模问题一直是两种技术结合的难点，在实际的熔模铸造过程中，快速成型的树脂型壳在熔失熔模过程中，胀碎型壳的比率十分大，尤其针对复杂零件的3D打印件，更是如此，因而在一方面保证型壳的精度，一方面保证陶瓷型壳的胀破率问题，成为一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的目的就是提供一种结合面向涡轮叶片快速成型与熔模铸造的熔失熔模方法，其可有效解决上述问题，有效降低采用增材制造材料作为“蜡模”在熔失熔模中的陶瓷型壳胀破率过高的问题。

为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：

一种结合面向涡轮叶片快速成型与熔模铸造的熔失熔模方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：根据涡轮叶片的外形设计型芯内部结构，利用空气的膨胀系数与快速成型材料膨胀系数不同的特点，在型芯的内部结构构建密闭小气室，利用支撑肋板同外部大气室连接，完成结构设级，同时生成数字文件；

S2：将S1中的涡轮叶片型芯的三维模型利用激光快速成型机打印出树脂材料的型芯实体，同时进行表面处理待用；

S3：将S2中快速成型后的型芯结构进行沾浆、撒沙、干燥硬化处理得到型壳；

S4：将S3得到的型壳进行加热温度，在浇注口接通大气室与外界，保证大气室内空气与大气的连接实现加热过程中型芯内部的塌陷，快速高质量的得到符合要求的型壳。

进一步的方案为：

步骤S1的具体操作为：

S11：设计涡轮叶片的外形，涡轮叶片的建模，分为叶冠、下缘板、伸根、榫头和叶身五部分；

S12：涡轮叶片型芯的内部结构的设计，分为小气室和大气室，小气室的结构采用椭圆的形结构，小气室从上之下连贯且封闭，大气室被肋板隔断，但在每个肋板中留出气道，留出浇道焊接位置；

S13：内部结构的建模，选取适当椭圆结构密度和大小，以及排列方式，已达到设计目的。

步骤S2的具体操作为：

S21：确定液态光敏树脂在光固化快速成形过程中的收缩率、浇注蜡模过程中温蜡的收缩率以及浇注熔液时钢的收缩率，通过UG的“缩放体”命令对涡轮叶片型芯三维模型进行放大；

S22：涡轮叶片的三维模型在UG中另存为“STL”格式文件进行导出，并随后导入到3D打印前处理软件Cura中；

S23：根据所使用的激光快速成形机的型号在Cura软件中添加相应的机器并设置打印机成型平台的大小，其次建立控制激光快速成形机的G代码初始文件；

S24：在Cura软件中设置“基础参数”项：综合考虑涡轮叶片型芯树脂模型的打印精度和加工效率选择合适的层高及打印速度；根据层高和所使用的激光快速成型机的喷嘴直径确定外壳厚度及顶层、底层厚度；根据所选的液态光敏树脂型号设定相应的打印温度；设置相应的“支撑类型”及“平台附着类型”，并开启“回抽”以防打印头空移时产生拉丝现象；

在Cura软件中设置“高级参数”项：设置首层层高、内/外层打印速度、喷嘴移动速度这些参数，并保持其他参数不变，完成光固化快速成形的参数设置；

S25：根据设置的参数利用Cura软件对导入的涡轮叶片型芯的三维模型进行自动切片处理，在切片完成后信息将自动保存在所建立的G代码文件中，将该G代码文件导入到SD卡上，并将SD卡插入到激光快速成型机上即可快速打印出涡轮叶片型芯的树脂实体；