CN115921790A - 一种细长薄壁叶片浇注***设计方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及航空发动机叶片精密铸造技术领域，且公开了一种细长薄壁叶片浇注***设计方法，解决了叶身疏松缺陷通过在叶身添加补缩浇道来解决，叶身浇道设计不合理则造成浇道对叶身产生较大的拉应力，造成叶片变形，尺寸超差，叶片报废的问题，其包括陶瓷浇口杯、直浇道、叶冠横浇道、叶身横浇道、榫头横浇道、铸件蜡模、蜡模组合工装，所述陶瓷浇口杯与叶冠横浇道连接，陶瓷浇口杯位于叶冠横浇道顶部中心位置；通过台阶式浇道设计、蜡模组合工装简化组模难度，减少组模工作量、保证横浇道的水平与间距一致性，通过叶身浇道缩颈设计既保证细长薄壁叶片的冶金质量又解决叶片变形问题，极大提高铸件的合格率。
Description
技术领域
本发明属于航空发动机叶片精密铸造技术领域，具体为一种细长薄壁叶片浇注***设计方法。
背景技术
航空发动机涡轮叶片对冶金质量、尺寸精度要求较高，细长薄壁涡轮叶片由于其结构特点很难兼顾冶金质量与尺寸精度，涡轮叶片长度较大则叶身补缩通道较长，叶身金属液冷却过程中，补缩通道闭合造成部分位置无法通过浇道补缩，进而产生疏松缺陷，疏松缺陷主要集中在叶身中部位置，叶身一旦产生超标的疏松缺陷，叶片报废。
叶身疏松缺陷通过在叶身添加补缩浇道来解决，叶身浇道设计不合理则造成浇道对叶身产生较大的拉应力，造成叶片变形，尺寸超差，叶片报废，航空领域迫切需求一种能够解决细长薄壁等轴晶涡轮叶片叶身疏松与变形的浇注***设计方法。
发明内容
针对上述情况，为克服现有技术的缺陷，本发明提供一种细长薄壁叶片浇注***设计方法，有效的解决了上述背景技术中叶身疏松缺陷通过在叶身添加补缩浇道来解决，叶身浇道设计不合理则造成浇道对叶身产生较大的拉应力，造成叶片变形，尺寸超差，叶片报废的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种细长薄壁叶片浇注***设计方法，包括陶瓷浇口杯、直浇道、叶冠横浇道、叶身横浇道、榫头横浇道、铸件蜡模、组合工装，所述陶瓷浇口杯与叶冠横浇道连接，陶瓷浇口杯位于叶冠横浇道顶部中心位置，直浇道与叶冠横浇道通过带防错的第一连接梯形块的连接，榫头横浇道通过防错的第二连接梯形块与直浇道连接；
组合工装中设有第一固定凸台和第二固定凸台，螺纹杆通过螺纹与底座连接，通过旋转螺纹调节第一固定凸台和第二固定凸台高度，支承辊通过旋转环与第一固定凸台和第二固定凸台连接，保证组合过程中叶身横浇道水平且高度一致，直浇道外部设有带孔的直浇道凹槽，叶身横浇道通过组合工装与铸件蜡模叶背凸台连接，叶身横浇道另一端与直浇道凹槽连接；
叶身横浇道为缩颈结构，叶身横浇道上设有叶身横浇道缩颈，金属液凝固过程中收缩应力较大时，叶身横浇道上的叶身横浇道缩颈内缩颈断裂，防止应力传递到叶片，导致叶片变形，将叶身横浇道与叶身横浇道凸台连接，叶身横浇道沿直浇道预留凹槽轴线方向移动，通过调整组合工装支撑棍高度，调整叶身横浇道高度，叶身横浇道上的叶身横浇道连接头沿凹槽直径方向***凹槽，凹槽深度与直浇道间隙设计为1.8-2.2毫米，当叶身横浇道与铸件蜡模叶背凸台搭接时，将叶身横浇道与铸件蜡模叶背凸台使用粘接蜡粘接，再将叶身横浇道与直浇道粘接，防止叶身横浇道受力后引起铸件蜡模变形。
优选的，所述叶身横浇道缩颈位置距离直浇道连接位置长度为叶身横浇道长度的三分之一处，内缩颈直径为叶身横浇道直径的二分之一，宽度为8-12毫米，设计为锥形结构，将应力集中在内缩颈位置。
优选的，所述叶身横浇道与铸件蜡模叶背凸台采用台阶式设计。
优选的，所述铸件蜡模与浇道放置时间大于二十四小时，保证铸件蜡模与浇道充分收缩，释放应力。
优选的，所述叶身横浇道与直浇道采用插拔式设计，插拔采用叶背补缩台阶定位距离，实现铸件蜡模与横浇道，保证铸件蜡模与浇道连接而不产生变形应力。
优选的，所述铸件蜡模与直浇道、叶冠横浇道、叶身横浇道、榫头横浇道放置三十小时，铸件蜡模与叶冠横浇道、叶身横浇道、榫头横浇道接触位置间隙均设计为零点0.4-0.6毫米。
优选的，所述直浇道凹槽直径在叶身横浇道直径基础上增大0.4-0.6毫米，凹槽深度为4-6毫米。
优选的，所述组合工装包括带螺纹的螺纹杆，螺纹杆通过底部螺纹***带螺纹凹槽底座内部，通过旋转螺纹调节高度，支撑棍通过旋转环连接螺纹杆，支撑棍高度由螺纹杆上的第一固定凸台和第二固定凸台固定。
优选的，所述螺纹杆设有第一固定凸台和第二固定凸台，支撑棍可以通过旋转环围绕螺纹杆自由旋转，支撑棍高度由第一固定凸台和第二固定凸台固定。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
(1)在工作中，通过台阶式浇道设计简化组模难度，减少组模工作量，通过叶身横浇道缩颈设计既保证细长薄壁叶片的冶金质量又解决叶片变形问题，极大提高铸件的合格率；
(2)直浇道与叶身横浇道连接槽采用梯形结构的防错设计，保证组合的一致性，铸件蜡模与直浇道、叶冠横浇道、叶身横浇道、榫头横浇道放置时间大于二十四小时，保证铸件蜡模与直浇道、叶冠横浇道、叶身横浇道、榫头横浇道充分收缩，释放应力；
(3)叶身横浇道与直浇道采用插拔式设计，插拔采用叶背补缩台阶定位距离，实现铸件蜡模与叶身横浇道连接，保证铸件蜡模与叶身横浇道连接而不产生变形应力，叶身横浇道采用缩颈式设计，保证浇注完成后叶身横浇道较大的拉应力集中在缩颈位置，拉断缩颈而不将应力传递到铸件，保证铸件尺寸；
(4)通过驱动螺纹杆转动使螺纹杆相对底座竖直方向移动，可以改变螺纹杆固定凸台的高度，进而调整支撑棍的的高度，进而改变叶身横浇道的高度，保证叶身横浇道水平和两个叶身横浇道间距的一致性；支撑棍通过旋转环以螺纹杆轴线为中心旋转，调整支撑棍位置，同时支撑棍高度不变，便于实际组装。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
在附图中：
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明铸件蜡模叶背凸台的结构示意图；
图3为本发明叶身横浇道缩颈的结构示意图；
图4为本发明直浇道的结构示意图；
图5为本发明组合工装的结构示意图；
图6为本发明螺纹杆的结构示意图；
图7为本发明底座的结构示意图；
图8为本发明支撑棍的结构示意图；
图中：1、陶瓷浇口杯；2、叶冠横浇道；3、铸件蜡模；4、叶身横浇道；5、榫头横浇道；6、直浇道；304、铸件蜡模叶背凸台；403、叶身横浇道凸台；41、叶身横浇道缩颈；406、叶身横浇道连接头；602、第一连接梯形块；604、直浇道凹槽；605、第二连接梯形块；7、组合工装；8、底座；9、螺纹杆；10、支撑棍；11、螺纹槽；12、螺纹；13、第二固定凸台；14、第一固定凸台；15、旋转环。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一，由图1至图8给出，本发明包括陶瓷浇口杯1、直浇道6、叶冠横浇道2、叶身横浇道4、榫头横浇道5、铸件蜡模3，陶瓷浇口杯1与叶冠横浇道2连接，陶瓷浇口杯1位于叶冠横浇道2顶部中心位置，直浇道6与叶冠横浇道2通过带防错的第一连接梯形块602的连接，榫头横浇道5通过防错的第二连接梯形块605与直浇道6连接，直浇道6的外部开设有直浇道凹槽604，螺纹杆9外部设有第一固定凸台14和第二固定凸台13，支撑棍10通过旋转环15固定在螺纹杆上，通过组合工装叶身横浇道4与铸件蜡模叶背凸台304连接，叶身横浇道4另一端与直浇道凹槽604连接；
叶身横浇道4为缩颈结构，叶身横浇道4上设有叶身横浇道缩颈41，金属液凝固过程中收缩应力较大时，叶身横浇道4上的叶身横浇道缩颈41内缩颈断裂，防止应力传递到叶片，导致叶片变形，将叶身横浇道4与叶身横浇道凸台403连接，叶身横浇道4沿直浇道6预留凹槽轴线方向移动，叶身横浇道4上的叶身横浇道连接头406沿凹槽直径方向***凹槽，凹槽深度与直浇道6间隙设计为1.8-2.2毫米，当叶身横浇道4与铸件蜡模叶背凸台304搭接时，将叶身横浇道4与铸件蜡模叶背凸台304使用粘接蜡粘接，再将叶身横浇道4与直浇道6粘接，防止叶身横浇道4受力后引起铸件蜡模3变形。
实施例二，在实施例一的基础上，由图1、图2和图3给出，叶身横浇道缩颈41缩颈位置距离直浇道6连接位置长度为叶身横浇道4长度的三分之一处，内缩颈直径为叶身横浇道4直径的二分之一，宽度为8-12毫米，设计为锥形结构，将应力集中在内缩颈位置，叶身横浇道4与铸件蜡模叶背凸台304采用台阶式设计，铸件蜡模3与直浇道6、叶冠横浇道2、叶身横浇道4、榫头横浇道5放置时间大于二十四小时，保证铸件蜡模3与直浇道6、叶冠横浇道2、叶身横浇道4、榫头横浇道5充分收缩，释放应力。
实施例三，在实施例一的基础上，由图1、图2和图3给出，叶身横浇道4与直浇道6采用插拔式设计，通过组合工装确定叶身横浇道4高度，插拔采用叶背补缩台阶定位距离，实现铸件蜡模3与叶身横浇道4连接，保证铸件蜡模3与叶身横浇道4连接而不产生变形应力，铸件蜡模3与直浇道6、叶冠横浇道2、叶身横浇道4、榫头横浇道5放置三十小时，蜡模3与直浇道6、叶冠横浇道2、叶身横浇道4、榫头横浇道5接触位置间隙均设计为0.4-0.6毫米，直浇道凹槽604直径在叶身横浇道4道直径基础上增大0.4-0.6毫米，凹槽深度为4-6毫米。
实施例四，在实施例一的基础上，由图5、图6、图7和图8给出，组合工装组件包括底座8，底座8顶部开设螺纹槽11，螺纹杆9通过底部螺纹与螺纹槽11连接，螺纹杆9设有第一固定凸台14和第二固定凸台13，螺纹杆9通过旋转环15贯穿支撑棍10，支撑棍10固定在第一固定凸台14和第二固定凸台13。
通过驱动螺纹杆9转动，使得螺纹杆9相对底座8竖直方向移动，可以改变第一固定凸台14和第二固定凸台13高度，进而改变支撑棍10高度，进而改变叶身横浇道4高度，支撑棍10保证叶身横浇道4水平与两个叶身横浇道4之间的间距，支撑棍10通过旋转环15绕螺纹杆9中心线转动，便于实际组合。
工作原理：工作时，通过台阶式浇道设计与组合工装简化组模难度，减少组模工作量，保证组模的一致性，通过叶身横浇道(4)缩颈设计既保证细长薄壁叶片的冶金质量又解决叶片变形问题，极大提高铸件的合格率，直浇道6与叶身横浇道(4)连接槽采用梯形结构的防错设计，保证组合的一致性，铸件蜡模3与直浇道6、叶冠横浇道2、叶身横浇道4、榫头横浇道5放置时间大于二十四小时，保证铸件蜡模3与直浇道6、叶冠横浇道2、叶身横浇道4、榫头横浇道5充分收缩，释放应力，叶身横浇道4与直浇道6采用插拔式设计，插拔采用叶背补缩台阶定位距离，实现铸件蜡模3与叶身横浇道4连接，保证铸件蜡模3与叶身横浇道4连接而不产生变形应力，叶身横浇道4采用缩颈式设计，保证浇注完成后叶身横浇道4较大的拉应力集中在缩颈位置，拉断缩颈而不将应力传递到铸件，保证铸件尺寸，通过驱动螺纹杆9转动，使得螺纹杆9相对底座8竖直方向移动，可以改变第一固定凸台14和第二固定凸台13高度，进而改变支撑棍10高度，进而改变叶身横浇道4高度，支撑棍10保证叶身横浇道4水平与两个叶身横浇道4之间的间距，支撑棍10通过旋转环15绕螺纹杆9中心线转动，便于实际组合。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种细长薄壁叶片浇注***设计方法，其特征在于：包括陶瓷浇口杯(1)、直浇道(6)、叶冠横浇道(2)、叶身横浇道(4)、榫头横浇道(5)、铸件蜡模(3)，所述陶瓷浇口杯(1)与叶冠横浇道(2)连接，陶瓷浇口杯(1)位于叶冠横浇道(2)顶部中心位置，直浇道(6)与叶冠横浇道(2)通过带防错的第一连接梯形块(602)的连接，榫头横浇道(5)通过防错的第二连接梯形块(605)与直浇道(6)连接，直浇道(6)外部设有固定限位的直浇道凹槽(604)，叶身横浇道(4)通过使用组合工装(7)与铸件蜡模叶背凸台(304)连接；
组合工装(7)包括带螺纹凹槽的底座(8)，螺纹杆(9)通过螺纹与底座(8)连接，螺纹杆(9)外部设有两个支撑棍(10)；
叶身横浇道(4)为缩颈结构，叶身横浇道(4)上设有叶身横浇道缩颈(41)，金属液凝固过程中收缩应力较大时，叶身横浇道(4)上的叶身横浇道缩颈(41)内缩颈断裂，防止应力传递到叶片，导致叶片变形，将叶身横浇道(4)与铸件蜡模叶背凸台(304)连接，叶身横浇道(4)沿直浇道(6)预留凹槽轴线方向移动，叶身横浇道(4)上的叶身横浇道连接头(406)沿凹槽直径方向***凹槽，凹槽深度与叶身横浇道连接头(406)理论位置间隙设计为1.8-2.2毫米，当叶身横浇道(4)与铸件蜡模叶背凸台(304)搭接时，将叶身横浇道(4)与铸件蜡模叶背凸台(304)使用粘接蜡粘接，再将叶身横浇道(4)与直浇道(6)粘接，防止叶身横浇道(4)受力后引起铸件蜡模(3)变形，在连接过程中使用组合工装(7)保证叶身横浇道(4)水平放置，同时保证每个铸件蜡模(3)上连接的两个叶身横浇道(4)之间的距离一致。
2.根据权利要求1所述的一种细长薄壁叶片浇注***设计方法，其特征在于：所述叶身横浇道缩颈(41)缩颈位置距离直浇道(6)连接位置长度为叶身横浇道(4)长度的三分之一处，内缩颈直径为叶身横浇道(4)直径的二分之一，宽度为8-12毫米，设计为锥形结构，将应力集中在内缩颈位置。
3.根据权利要求1所述的一种细长薄壁叶片浇注***设计方法，其特征在于：所述叶身横浇道(4)与铸件蜡模叶背凸台(304)采用台阶式设计。
4.根据权利要求1所述的一种细长薄壁叶片浇注***设计方法，其特征在于：所述铸件蜡模(3)与直浇道(6)、叶冠横浇道(2)、叶身横浇道(4)、榫头横浇道(5)放置时间大于二十四小时，保证铸件蜡模与浇道充分收缩，释放应力。
5.根据权利要求1所述的一种细长薄壁叶片浇注***设计方法，其特征在于：所述叶身横浇道(4)与直浇道(6)采用插拔式设计，插拔采用叶背补缩台阶定位距离，实现铸件蜡模(3)与叶身横浇道(4)连接，保证铸件蜡模(3)与叶身浇道(4)连接而不产生变形应力。
6.根据权利要求1所述的一种细长薄壁叶片浇注***设计方法，其特征在于：铸件蜡模(3)与叶身横浇道(4)接触位置间隙均设计为0.4-0.6mm。
7.根据权利要求1所述的一种细长薄壁叶片浇注***设计方法，其特征在于：所述直浇道凹槽(604)直径在叶身横浇道(4)直径基础上增大0.4-0.6mm，凹槽深度为4-6mm。
8.根据权利要求1所述的一种细长薄壁叶片浇注***设计方法，其特征在于：所述组合工装组件包括底座(8)和开设在底座上的带螺纹的螺纹槽(11)，螺纹杆(9)通过螺纹(12)与螺纹槽(11)连接，支撑棍(10)通过旋转环(15)与螺纹杆(9)连接。
9.根据权利要求8所述的一种细长薄壁叶片浇注***设计方法，其特征在于：所述螺纹杆(9)外部设有第一固定凸台(14)，支撑棍(10)通过旋转环(15)固定在第一固定凸台(14)上，支撑棍(10)通过旋转环(15)固定在第二固定凸台(13)上。
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