[發(fā)明專(zhuān)利]空心渦輪葉片內(nèi)腔精密鑄造外形機(jī)械加工的冷熱復(fù)合制造方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710762347.3
• 申請(qǐng)日: 2017-08-30
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107717364B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-21
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 張?jiān)?/a>;陳志同;夏崢嶸;全芳;朱正清
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 棗莊北航機(jī)床創(chuàng)新研究院有限公司;中國(guó)航發(fā)貴州黎陽(yáng)航空動(dòng)力有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): B23P15/02
• 分類(lèi)號(hào): B23P15/02
• 代理公司: 北京凱特來(lái)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;趙鎮(zhèn)勇

本發(fā)明公開(kāi)了一種空心渦輪葉片內(nèi)腔精密鑄造外形機(jī)械加工的冷熱復(fù)合制造方法，包括步驟：設(shè)計(jì)渦輪葉片鑄造毛坯模型，鑄造出葉片毛坯，保留葉片的6個(gè)自由度的定位基準(zhǔn)點(diǎn)或其等效結(jié)構(gòu)；在葉片榫頭部位安裝上快換夾具托盤(pán)或測(cè)量夾具，對(duì)葉片進(jìn)行準(zhǔn)確定位；采用工業(yè)CT測(cè)量裝置對(duì)葉片內(nèi)腔、葉片內(nèi)外形和其它相關(guān)表面及輔助定位基準(zhǔn)等的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，并進(jìn)行擬合后，設(shè)計(jì)坐標(biāo)系，對(duì)葉片上的輔助定位基準(zhǔn)、葉身外形進(jìn)行磨削加工或銑削加工；根據(jù)加工后的葉身外形對(duì)葉片進(jìn)行定位夾緊，并利用榫頭磨削機(jī)床加工葉片榫頭等端部結(jié)構(gòu)；利用榫頭定位對(duì)葉片上的氣膜孔進(jìn)行加工。簡(jiǎn)化了鑄造過(guò)程同時(shí)保證葉片內(nèi)腔和外形制造精度，并保證二者相對(duì)位置精度的嚴(yán)酷要求，可以顯著提高空心渦輪葉片的制造合格率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)空心渦輪葉片的制造技術(shù)，尤其涉及一種空心渦輪葉片內(nèi)腔精密鑄造外形機(jī)械加工的冷熱復(fù)合制造方法，特別適用于采用精密鑄造方法和機(jī)械加工方法結(jié)合的方法制造空心渦輪葉片。

背景技術(shù)

空心渦輪葉片可以通過(guò)氣膜孔噴出的低溫氣體進(jìn)行冷卻，這樣可以顯著降低發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒后的高溫氣體融化渦輪葉片，通常情況下，提高渦輪前溫度的方法是提高發(fā)動(dòng)機(jī)效率的有效方法，但這種方法可以使高溫氣體的溫度超過(guò)渦輪葉片的熔點(diǎn)，因此如何制造帶有大量分布于葉片曲面上的氣膜孔和復(fù)雜的內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的高質(zhì)量渦輪葉片就成為重要的問(wèn)題。目前的工藝方法主要是先制造陶瓷型芯，然后將型芯安裝在模具中并通過(guò)注入液態(tài)石蠟形成包裹陶瓷型芯的結(jié)構(gòu)，在石蠟?zāi)Ｐ偷耐獠空辰佣鄬友趸X微粉制作成砂殼，將它們整體進(jìn)行煅燒去掉蠟?zāi)＞偷玫搅税沾尚托竞蜕靶湍さ蔫T造模型，通過(guò)將金屬液體澆注到其中的空腔中即形成所需要的葉片毛坯，為了得到最終的毛坯，需要通過(guò)機(jī)械方法去掉毛坯外表的模殼，并利用化學(xué)溶劑溶解等方法去掉葉片毛坯內(nèi)部的陶瓷型芯。對(duì)得到的葉片的榫頭進(jìn)行加工，對(duì)表面進(jìn)行適當(dāng)?shù)那謇砗屯繉泳偷玫搅苏降臏u輪葉片。

但是，由于鑄造過(guò)程是一個(gè)熱加工過(guò)程，而葉片內(nèi)腔的很多結(jié)構(gòu)都非常細(xì)小，利用鑄造方法同時(shí)獲得無(wú)需加工的葉片內(nèi)腔和外形就成為重大工藝難題，由于我國(guó)工業(yè)基礎(chǔ)不好，鑄造過(guò)程很多參數(shù)難以進(jìn)行穩(wěn)定控制，使得我國(guó)渦輪葉片鑄造合格率遠(yuǎn)低于世界先進(jìn)水平，單個(gè)葉片的價(jià)格因此居高不下，且一直難以制造出高質(zhì)量渦輪葉片產(chǎn)品。主要問(wèn)題在于

然而當(dāng)前的熔模鑄造技術(shù)不能保證該類(lèi)渦輪葉片的高合格率生產(chǎn)。其中：

(1)陶瓷型芯在模殼中的位置難以固定并難以保證它與模殼之間保持穩(wěn)定和正確的幾何位置；葉片內(nèi)腔為十分復(fù)雜的內(nèi)部冷氣通道，多呈現(xiàn)空間交錯(cuò)特點(diǎn)，其陶瓷型芯壁厚的設(shè)計(jì)尺寸懸殊。在熔模鑄造過(guò)程中，由于型芯在金屬液作用下漂浮移動(dòng)，型芯位置發(fā)生偏錯(cuò)，使得所述葉身內(nèi)腔的形狀、尺寸及與所述葉身外形間的壁厚不符合要求，偏芯、露芯情況嚴(yán)重；

(2)陶瓷型芯在制模過(guò)程和澆鑄過(guò)程會(huì)發(fā)生位置變動(dòng)和變形，其位置將偏離設(shè)定的原始定位基準(zhǔn)，這將使得按照外部基準(zhǔn)加工葉片將導(dǎo)致氣膜孔偏斜等問(wèn)題，嚴(yán)重影響冷卻效果；

(3)葉片上很多微小結(jié)構(gòu)的厚度很小，金屬液難以充滿，容易導(dǎo)致葉片鑄造缺陷發(fā)生；

(4)葉片表面層容易出現(xiàn)鑄造沙眼等缺陷，使葉片成為廢品。

因此，渦輪葉片的精密成形問(wèn)題成為航空發(fā)動(dòng)機(jī)乃至燃?xì)廨啓C(jī)行業(yè)的技術(shù)難題，急需予以解決。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種空心渦輪葉片內(nèi)腔精密鑄造外形機(jī)械加工的冷熱復(fù)合制造方法。

本發(fā)明的目的是通過(guò)以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的：

本發(fā)明的空心渦輪葉片內(nèi)腔精密鑄造外形機(jī)械加工的冷熱復(fù)合制造方法，在精密鑄造階段將葉片內(nèi)腔形狀直接鑄造到符合設(shè)計(jì)要求的形狀和精度并給葉片的外形保留一定數(shù)量的加工余量，通過(guò)工業(yè)CT檢測(cè)裝置檢測(cè)到葉片內(nèi)腔的點(diǎn)云數(shù)據(jù)后計(jì)算出葉片內(nèi)腔對(duì)應(yīng)的實(shí)際坐標(biāo)系的姿態(tài)和位置，并按照該坐標(biāo)系為基準(zhǔn)在數(shù)控機(jī)床上加工葉片的外形到設(shè)計(jì)要求的形狀、位置和精度范圍之內(nèi)，具體的步驟如下：