[發明專利]基于3D打印的空心渦輪葉片陶瓷鑄型及其精度控制方法和應用

有效

• 申請號: 202110384079.2
• 申請日: 2021-04-09
• 公開（公告）號: CN113172726B
• 公開（公告）日: 2022-12-09
• 發明（設計）人: 魯中良;劉亮杰;苗愷;徐文梁;陳義;王程冬;李滌塵
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: B29C64/10
• 分類號: B29C64/10;B28B1/14;B28B7/34;B22C9/06;B22C9/24;B33Y80/00;B33Y10/00;B33Y50/02
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 孟大帥

1.一種基于3D打印的空心渦輪葉片陶瓷鑄型的精度控制方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取終燒后鑄型葉身部位內型面變形規律；

基于獲得的變形規律，對鑄型進行變剛度結構設計并成型一體化樹脂模具原型；

基于所述一體化樹脂模具原型，通過凝膠注模法制備得到空心渦輪葉片陶瓷鑄型；

獲取制備得到的空心渦輪葉片陶瓷鑄型的終燒后偏差統計，分析內型面偏差是否滿足預設閾值要求，若滿足要求，則得到最終鑄型；若不滿足要求，則再次對鑄型進行變剛度結構設計并成型一體化樹脂模具原型，基于再次得到的一體化樹脂模具原型，通過凝膠注模法獲得空心渦輪葉片陶瓷鑄型；

其中，所述獲取終燒后鑄型葉身部位內型面變形規律的具體步驟包括：利用微米X射線三維成像系統對終燒后的空心渦輪葉片陶瓷鑄型葉身部位進行掃描和CT重建，得到鑄型STL文件；將得到的STL文件導入Geomagic Qualify軟件中與原設計模型STL文件進行匹配，得到偏差云圖；選取多個截面位置，進行偏差統計，得到終燒后鑄型內型面變形規律；

所述基于獲得的變形規律，對鑄型進行變剛度結構設計并成型一體化樹脂模具原型的步驟具體包括：對偏差大于預設閾值的部位，對鑄型外側采用變剛度結構，用于抑制內型面變形，控制鑄型內型面精度；根據采用變剛度結構后的鑄型逆向設計樹脂模具原型并采用光固化3D打印技術，成型獲得一體化樹脂模具原型；

所述基于所述一體化樹脂模具原型，通過凝膠注模法獲得空心渦輪葉片陶瓷鑄型的步驟具體包括：向一體化樹脂模具原型中澆注陶瓷漿料，通過凝膠注模法使陶瓷漿料原位固化成型，得到陶瓷鑄型的坯體；將陶瓷鑄型的坯體經過真空冷凍干燥、脫脂預燒和高溫燒結強化，得到采用變剛度結構的空心渦輪葉片陶瓷鑄型。

2.一種基于3D打印的空心渦輪葉片陶瓷鑄型，其特征在于，基于權利要求1所述的精度控制方法制備；

所述空心渦輪葉片陶瓷鑄型基于光固化技術和凝膠注模技術制成；其中，鑄型葉身部位的壁厚為5～8mm；或者，鑄型葉身部位的外壁面設置有肋狀結構；或者，鑄型的前緣部位、尾緣部位的壁厚厚度與其余部位的壁厚厚度之比為(5～8)：4。

3.根據權利要求2所述的一種基于3D打印的空心渦輪葉片陶瓷鑄型，其特征在于，所述肋狀結構為葉盆肋、葉背肋或全肋結構。

4.根據權利要求2所述的一種基于3D打印的空心渦輪葉片陶瓷鑄型，其特征在于，肋狀結構的肋厚度與鑄型的壁厚度之比為1：(4～1)；肋狀結構的肋間距與鑄型的葉身高度之比為1：(5～2)；肋狀結構的肋高度為與鑄型的葉身高度之比為1：(10～4)。

5.根據權利要求2所述的一種基于3D打印的空心渦輪葉片陶瓷鑄型，其特征在于，所述空心渦輪葉片陶瓷鑄型的鑄型葉身部位的內型面最大弦長范圍為30～120mm。

6.一種權利要求2所述的基于3D打印的空心渦輪葉片陶瓷鑄型的應用，其特征在于，用于制備航空渦輪發動機或燃氣輪機的渦輪葉片。