[发明专利]一种双联定向空心叶片浇注系统的设计方法

说明书

本发明提供一种双联定向空心叶片浇注系统的设计方法。包括：浇注系统的组合；对蜡模模组进行型壳的制造；将型壳放入三室真空炉完成浇注，铸件采用浇注温度为1480℃，拉晶速度4mm/min。其中，浇注系统的组合具体包括：确立模组底盘的直径；确定叶片的工艺外延；确定起始段在模组底盘上的位置；确定模组中直管的高度；连接浇注系统充型路径；设置同中直管及浇口杯连接的横浇道；在中直管上方连接浇口杯；通过对浇注系统的组合方式的设计优化，成功解决了柱状晶在排气边位置的断晶、斜晶、露头晶等冶金缺陷问题，并有效控制了铸件在浇注过程中的变形。

技术领域

本发明属于熔模精密铸造领域，特别涉及一种双联定向空心叶片浇注系统的设计方法。

背景技术

新一代航空发动机高压涡轮导向器叶片多为气冷结构的双联定向空心叶片，具有空心、薄壁、复杂、宽弦等几何结构特征，熔模铸造方面存在晶粒度、疏松、裂纹等技术难点，同时拉晶过程中随着温度场的变化，合金及壳、芯间的匹配收缩等问题尺寸控制难度较大。

目前，空心气冷双联体结构的导向器叶片采用定向结晶工艺铸造在国内尚属起步阶段，因此可借鉴的资料较少，本发明的双联定向空心叶片的浇注系统设计，对保证该类型叶片的研制交付，助推新型发动机的研制批产具有重大意义。

针对现有双联定向空心叶片浇注系统对柱状晶生长取向控制水平的不足及其它冶金问题，本发明提供一种浇注系统的设计方法，其目的是控制双联定向空心叶片柱状晶的生长方向，确保控制柱状晶生长的偏离度及发散度，偏离度即柱状晶生长方向与叶片主轴的夹角，发散度即相邻两柱状晶偏离夹角，同时提高稳定叶片的冶金质量，提高叶片精铸合格率。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种双联定向空心叶片浇注系统的设计方法。通过对浇注系统的组合方式的设计优化，成功解决了柱状晶在排气边位置的断晶、斜晶、露头晶等冶金缺陷问题，并有效控制了铸件在浇注过程中的变形。

一种双联定向空心叶片浇注系统的设计方法，包括如下步骤：

1)浇注系统的组合；

2)对蜡模模组进行型壳的制造；

3)将型壳放入三室真空炉完成浇注，铸件采用浇注温度为1480℃，拉晶速度4mm/min。

其中，浇注系统的组合具体采取以下方式：

步骤一：确立模组底盘的直径。由叶片的轮廓尺寸及摆放叶片数量选取合适的三室真空炉。为避免模组突出于三室真空炉结晶器导致拉晶过程出现刮碰，模组底盘的直径应小于三室真空炉结晶器直径5-10mm；为避免生成型壳后底部不平，可采用铝制模组底盘代替熔模铸造通用的蜡制模组底盘。

步骤二：确定叶片的工艺外延。在每片叶片蜡模模具设计时附带内浇口及起始段。叶片蜡模模具设计制造时附带内浇口及起始段工艺外延，可以减少蜡模与浇道间拼焊焊缝的数量，从而降低夹杂几率，并减少人为操作提高铸件一致性。

(1)选取浇注系统的浇筑方向。选取浇注系统的浇筑方向为〈001〉方向。〈001〉方向即竖直方向，通常是z向，使浇注系统的〈001〉方向处在叶片两叶身主轴夹角的角平分线上，使每片叶片的两叶身晶粒取向与〈001〉方向的夹角均等，配合浇注温度及拉晶速度，保证叶身内外辐射散热均匀，使得两叶身柱状晶粒沿着竖直方向生长，取向偏离度及发散度符合设计要求。

(2)设置起始段位置。结合双联定向空心叶片中叶片下缘板包含叶身进气边、叶身排气边及中间安装边三处凸起部位的几何特点，将起始段位置设置在这三个凸起部位，并同时引晶，从而达到对叶身部位引入足够的形核晶粒数量，避免柱状晶从模组底盘生长到叶身部位产生宽晶问题。