[发明专利]一种浇注三联整铸定向凝固空心导向叶片的模组结构

说明书

本发明提供一种三联整铸定向凝固空心导向叶片的浇注系统，其特征在于：所述十字型横浇道(2)配合每个模组四件叶片的浇注系统使用，浇道中心正上方连接浇口杯(1)，正下方连接中柱管(4)，十字浇道四端分别接单件叶片蜡模模组。所述叶片蜡模小缘板(7)通过补缩片(6)与横浇道(2)相连，所述大缘板(8)通过包裹芯头的引晶段(5)与圆底盘相连，所述补缩弯块(11)一端与大缘板(8)的侧面相接，另一端通过蜡棍(12)与小缘板(7)侧面相接。本发明可有效控制叶片夹杂、疏松等冶金缺陷的产生，对于叶身柱状晶晶粒度的控制较好，叶片铸件合格率明显提升。该叶片采用一组四件的组合方式，可满足大规模生产需求。

技术领域

本发明属于铸造高温合金技术领域，具体涉及一种叶身晶粒度为柱晶的大尺寸三联整铸空心叶片制备工艺。

背景技术

由于航空发动机工作于高温、高压及高转速的环境中，其制造技术在一定程度上体现了一个国家的工业水平，被誉为“工业之花”。而作为航空发动机中最核心热端部件之一的涡轮叶片，为航空发动机直接提供动力，其承温能力与可靠性对发动机推重比的提升至关重要。相比于传统的等轴晶高温合金，柱状晶的组织设计消除了横向晶界，使得叶片承温能力大幅提高。另一方面，为提高发动机的涡轮效率，降低导向叶片缘板间的漏气损失，多联叶片相比于传统的单联叶片具有明显的优势，因此对于多联整铸叶片的需求日益凸显。然而，世界上仅少数几个国家掌握了多联整铸叶片的制备工艺，相关技术细节高度保密。我国航空领域近些年发展势头迅猛，为实现高推重比发动机的设计方案，亟需攻克多联整铸空心叶片的制备工艺。

某型低压涡轮导向叶片为三联整体铸造结构的大尺寸空心叶片，其工艺难度主要体现在：1.三联叶片叶身存在各自的积叠轴，为同时保证各联叶片的晶粒度使其满足柱晶生长控制要求，需优化浇注系统设计及模组角度设计方案； 2.传统每个模组一件叶片的方式生产效率较低，且模组位于炉腔中心区域，温度场分布不利于柱状晶生长；3.传统引晶结构设计多采用片状引晶条，考虑到对三联叶片的盆、背均需要引晶，在局部空间内的引晶条数目过多，不利于型壳干燥，进而导致叶片夹杂报废。因此，亟需研究一种定向柱晶的大尺寸三联空心叶片制备工艺，降低叶片铸件晶粒度、疏松等冶金缺陷报废率，在提高叶片铸造合格率的同时采用每组四件的组合方式提高生产效率，保障型号任务需求。

发明内容

本发明的目的在于针对目前叶身晶粒为柱状晶的多联整铸空心涡轮叶片普遍存在的疏松、晶粒度不合格等问题，以某三联整铸大尺寸空心叶片为例，提供一种浇注系统设计方案，在提高铸造合格率的同时缩短研发周期。

本发明的技术解决方案是：一种三联整铸定向凝固空心导向叶片的浇注系统，包括浇口杯、十字型横浇道、圆底盘、中柱管、引晶段、补缩片、叶片蜡模、补缩弯块、蜡棍，其中叶片蜡模包括小缘板、大缘板、叶身三联及叶身包裹的陶瓷型芯。所述十字型横浇道配合一组四件的浇注系统使用，浇道中心正上方连接浇口杯，正下方连接中柱管，十字浇道四端分别接单件叶片蜡模模组。所述叶片蜡模小缘板通过补缩片与横浇道相连，所述大缘板通过包裹芯头的引晶段与圆底盘相连，所述补缩弯块一端与大缘板的侧面相接，另一端通过蜡棍与小缘板侧面相接。

所述十字型横浇道为曲面，浇道中心与浇口杯连接位置的高度高于浇道四端与单件叶片蜡模模组连接位置的高度，由中心至四端的倾角为5°-40°，十字浇道整体厚度为5mm-15mm。

所述补缩弯块宽度为10mm-30mm，厚度为10mm-15mm。

所述引晶段沿大缘板侧型芯芯头的形状将其包裹住，厚度1mm-3mm，并在芯头进气边与排气边侧各挖一个直径2mm-4mm的定位点。

所述蜡棍直径3mm-8mm。

所述圆底盘直径300mm-500mm，在蜡制底盘内部嵌有金属材质圆板。