[发明专利]一种空心涡轮导向叶片陶瓷型芯在模具中的定位方法

说明书

本发明涉及高温合金熔模精密铸造技术领域，具体为一种空心涡轮导向叶片陶瓷型芯在模具中的定位方法。模具设计时在模具中加入控制三维自由度的孔，用于安装定位支撑柱，通过定位支撑柱控制陶瓷型芯的位移和旋动；在蜡模压制过程中，通过调整模具中控制位移和弯扭支撑来改变陶瓷型芯在模具中的位置。从而，实现陶瓷型芯在三维空间内可调，进而达到调节陶瓷型芯位置和壁厚的目的。本发明方法具有定位结构稳定、定位精度高等特点，尤其是对内腔结构复杂且曲率较大的涡轮导向叶片，可大幅提高铸件的完整性和壁厚的均匀性。本发明可以有效降低后续铸造过程中的偏芯、漏芯等缺陷，减少叶片铸件壁厚的偏差，提高空心涡轮叶片铸件的成品率。

技术领域

本发明涉及高温合金熔模精密铸造技术领域，具体为一种空心涡轮导向叶片陶瓷型芯在模具中的定位方法。

背景技术

为了满足航空发动机不断提高的推力和工作温度的需求，镍基高温合金仍是叶片的首选材料。但高温合金的承温能力不超过1150℃，而涡轮进口的燃气温度可达1500℃以上。除了在叶片表面涂覆涂层，设计复杂内腔冷却结构也是一种有效的方法。因此，复杂内腔结构的叶片已成为先进航空发动机的标志。但由此也增加了铸造的工艺难度，尤其是叶片成型和壁厚尺寸的控制问题。

在空心导向叶片的生产过程中，由于陶瓷型芯的变形、陶瓷型芯在模具中受蜡冲击串动以及型壳与陶瓷型芯膨胀系数不一样等因素影响，会使最终铸件偏芯导致叶片报废。为了解决这一问题，需采用更合理的陶瓷型芯定位技术，来实现空心叶片的成型。因此，陶瓷型芯的定位方法对于空心叶片至关重要，直接决定涡轮叶片的成型率及壁厚合格率。

现有控制空心涡轮导向叶片壁厚的方法是在陶瓷型芯上贴标准厚度蜡纸或者塑料芯撑，但这些方法存在以下两个问题：

(1)蜡纸和塑料芯撑本身的精度误差。

(2)蜡纸软在温度稍高挥着受力的情况下极容易产生变形，塑料芯撑自身精度和稳定性很好，但是材料过硬压制过程中容易是陶瓷型芯产生微裂纹的缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种空心涡轮导向叶片陶瓷型芯在模具中的定位方法，主要适用于内腔结构复杂，且具有局部薄厚差距较大的陶瓷型芯定位，同时也适用于普通结构的空心工作叶片的陶瓷型芯定位。

本发明的技术方案是：

一种空心涡轮导向叶片陶瓷型芯在模具中的定位方法，模具设计时在模具中加入控制三维自由度的孔，用于安装定位支撑柱，通过定位支撑柱控制陶瓷型芯的位移和旋动；在压制蜡片的过程中，通过调节定位支撑柱位置控制陶瓷型芯在模具中的位置，从而实现陶瓷型芯在三维空间内可调，进而达到调节陶瓷型芯位置和壁厚的目的。

所述的空心涡轮导向叶片陶瓷型芯在模具中的定位方法，基于六点定位原理，采用六个定位支撑柱的支撑点来限制陶瓷型芯的六个自由度，其中每一个支撑点限制相应的一个自由度。

所述的空心涡轮导向叶片陶瓷型芯在模具中的定位方法，与叶片前缘对应的陶瓷型芯端面平行设有两个定位支撑柱，所述两个定位支撑柱的两个定位支撑点沿水平方向呈直线排列，限制X方向的移动自由度和Z方向的旋转自由度；

与叶片背侧对应的陶瓷型芯底面沿竖直方向设有三个定位支撑柱，所述三个定位支撑柱的三个定位支撑点呈三角形排列控制主定位面，限制X、Y方向的旋转自由度和Z方向的移动自由度；

与叶片侧面对应的陶瓷型芯一侧沿水平方向设有一个控制轴向定位的定位支撑柱，所述定位支撑柱的定位支撑点限制Y方向的移动自由度。

所述的空心涡轮导向叶片陶瓷型芯在模具中的定位方法，与叶片前缘对应的陶瓷型芯端面两个定位支撑柱直径在φ2mm～φ20mm之间，与叶片背侧对应的陶瓷型芯底面三个定位支撑柱直径在φ2mm～φ20mm之间，与叶片侧面对应的陶瓷型芯一侧控制轴向定位的定位支撑柱直径在φ2mm～φ20mm之间。