[发明专利]内腔带扰流柱结构的薄壁空心叶片尾劈缝的保护工装

说明书

本发明涉及内腔带扰流柱结构的薄壁空心叶片尾劈缝的保护工装，采用Fe‑Mn‑Si系形状记忆合金制作。在其插入叶片尾劈缝一端设有与叶片内腔扰流柱结构相嵌的半圆形凹槽，其外露部分设有凹槽与绳索或皮筋配合防止使用过程工装脱落，其外露部分设有两个圆孔与销钉等相配合便于取出。工装表面经过渗碳处理，在其表面形成耐磨层以提高其使用寿命。本发明的制备工艺简单易行，可有效降低薄壁叶片运输、加工过程中磕碰伤及打磨修整造成的排气边变形及涂层制备过程中造成的尾劈缝漏渗，以提高铸件尾缘尺寸精度，进而大幅提高产品合格率，减少经济损失，可满足大规模生产需求，同时该工装可重复使用，形状记忆效应避免了铸件尺寸波动对工装精度的影响，可降低成本。

技术领域

本发明属于熔模精密铸造高温合金技术领域，具体涉及一种内腔带扰流柱结构的薄壁空心叶片的尾缘排气边保护工装，可防止空心叶片在运输、打磨修整及机械加工过程中因外力作用导致的排气边变形及涂层制备过程中的涂层通过叶片尾劈缝漏渗至内腔。

背景技术

涡轮叶片作为航空发动机的重要部件，长期服役在高温、高压的严苛工作环境下，其可靠性对于航空发动机的稳定性与服役寿命至关重要。为提高发动机工作效率，需相应提升涡轮进口温度，因此高性能航空发动机均采用铸造高温合金空心涡轮叶片，在其内腔中通入冷却气流实现对叶身降温。为了最大程度上优化冷却空气利用率，通常在叶片尾缘内腔设计扰流柱结构以强化换热。

为追求优良的气动性能，典型航空发动机叶片尾缘排气边厚度通常较薄(0.5mm～1mm)，而直升机用小尺寸涡轴发动机叶片的排气边厚度甚至可达0.4mm。铸造叶片的壁厚尺寸存在一定程度的波动，在对尾缘尺寸打磨修整过程中因外力作用而导致尾劈缝闭合的情况时有发生。此外，叶片在各工序流转过程中及机加过程中亦存在磕碰伤风险，造成局部缝宽较小或完全闭合。当叶片尾劈缝尺寸超差时，内腔冷却空气无法有效流经尾劈缝进入内流道，导致叶身局部超温，增加了烧蚀及断裂的风险。因此，叶片排气边的尺寸精度对于涡轮叶片的可靠性至关重要，进而关乎航空发动机的安全性与可靠性。叶片类零件研制生产单位亟需空心薄壁叶片排气边保护工装，确保叶片在打磨、运输、机加过程中尾缘尺寸精度，避免因排气边变形导致的叶片报废。此外，在采用EB-PVD或APS等方法制备涂层的过程中，如不采用特定的保护工装易导致涂层渗入尾劈缝内腔中，将严重影响服役状态下尾劈缝冷却空气的流量，进而可能导致叶片局部超温。

发明内容

本发明的目的在于针对铸造高温合金空心薄壁叶片尾缘排气边制定变形防护措施，避免因外力作用导致的排气边变形、磕伤及裂纹等情况发生，进而保证叶片尾缘排气边尺寸精度，为高品质航空发动机涡轮叶片提供一种简单易行且可重复使用的变形保护工装。

为实现上述目的，本发明的技术解决方案是：

内腔带扰流柱结构的薄壁空心叶片尾劈缝的保护工装，保护工装插入薄壁空心叶片内腔的一端设有齿状结构，齿状结构与薄壁空心叶片最外排扰流柱结构及尺寸相对应，齿状结构齿底1为跑道形，齿顶2设有平直段；保护工装外露一端棱边设有多个凹槽结构3；保护工装外露一端靠近叶片叶尖及叶根的两侧位置各设有圆孔4。

优选地，工装整体厚度与薄壁空心叶片尾劈缝宽度相同，保护工装插入薄壁空心叶片扰流柱之间的齿尖区域小于尾劈缝宽度。

优选地，保护工装的齿状结构的齿间距与薄壁空心叶片最外排相邻扰流柱的圆心间距相同。

优选地，保护工装的齿底半圆弧直径大于等于薄壁空心叶片最外排扰流柱直径。

优选地，当保护工装处于完全插入状态时，保护工装外露一端棱边的多个凹槽处于薄壁空心叶片排气边棱边以外。

优选地，当保护工装处于完全插入状态时，圆孔4完全处于薄壁空心叶片排气边棱边以外。

优选地，保护工装制作材料为Fe-Mn-Si系形状记忆合金，保护工装表面进行渗碳处理。

优选地，保护工装整体为薄片状结构。