帶有異型氣膜孔的空心渦輪葉片制造方法技術

一種帶有異型氣膜孔的空心渦輪葉片制造方法，利用光固化成型技術制造出包含有異型氣膜孔空心渦輪葉片原型的樹脂模具，把陶瓷漿料灌注到樹脂模具型腔中，填充空心渦輪葉片表面異型氣膜孔和內部冷卻通道，復制空心渦輪葉片原型內外結構，在催化劑和引發劑的作用下陶瓷漿料原位固化成型，形成陶瓷坯體，再經干燥、燒失樹脂模具、燒結后，獲得包含有內、外型芯的陶瓷鑄型，最后把高溫金屬液澆注到陶瓷鑄型中，待金屬凝固成型冷卻后，清除陶瓷鑄型，得到帶有異型氣膜孔的空心渦輪葉片精密鑄件。本發明專利技術主要適用于帶有異型氣膜孔的空心渦輪葉片精密鑄件生產，解決異型氣膜孔難以加工成型的問題，也為表面帶有異型孔的精密鑄件提供制造方法。

【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及精密鑄造
，具體涉及一種帶有異型氣膜孔的空心渦 輪葉片制造方法。
技術介紹
氣膜冷卻作為高性能航空發動機空心渦輪葉片冷卻的關鍵技術之一，其 發展歷程已有數十年，并且隨著燃氣溫度的不斷提高，氣膜冷卻技術也在不 斷的發展改進，由最初的低吹風比的應用發展到高吹風比的應用，氣膜孔形 也由最初的圓柱形孔向非圓柱形孔演變。首先發展為出口擴張的孔形，這種 孔形以扇形孔為代表，隨后提出了一種收縮-擴張形孔，使氣膜更好地貼附于 壁面，氣膜冷卻效率更高。現有的激光加工或高速電火花加工能夠進行圓柱形氣膜孔的加工，而對 于非圓柱形孔，如收縮-擴張氣膜孔入口為橢圓形截面，出口為方形截面，在 側視上收縮，在俯視上擴張，且截面積由入口到出口逐漸減小的結構，無法 用激光或高速電火花加工成型。而且采取激光加工或高速電火花加工后氣膜 孔的孔壁一般存在數十微米厚的再鑄層，再鑄層內通常也存在微裂紋，有的 甚至進入基體。這些缺陷的存在直接影響葉片的疲勞壽命，更嚴重的會導致 葉片在工作中疲勞斷裂，造成非常嚴重的后果，因此，設計部門提出了小孔 孔壁無再鑄層、無微裂紋的技術要求，但目前氣膜孔加工技術及工藝水平尚 不能滿足以上技術要求
技術實現思路
本專利技術的目的在于，提供一種帶有異型氣膜孔的空心渦輪葉片制造方法， 該方法通過制造包含有內、外型芯的陶瓷鑄型，直接將異型氣膜孔精密鑄造 出來，解決異型氣膜孔難以加工成型的問題，同時鑄造出渦輪葉片內部冷卻 通道。為了實現上述任務，本專利技術采取如下的技術解決方案1) 首先，利用光固化成型技術制造出包含有異型氣膜孔空心渦輪葉片原 型的樹脂模具，然后將有機物溶于去離子水中，隨后依次加入分散劑和混合 均勻的陶瓷粉末與礦化劑粉末制成陶瓷漿料，灌注前加入引發劑和催化劑， 混合均勻；所說的陶瓷粉末采用粒徑為1 60//附的電熔剛玉粉末； 礦化劑粉末采用粒徑為1 5//m的按1: 1 1: 2的質量比混合的氧化鎂 和氧化釔，礦化劑粉末占陶瓷粉末質量的2% 15%;陶瓷漿料中陶瓷粉末和礦化劑粉末占混合物體積的50% 60%，余量為去 離子水；分散劑為聚丙烯酸鹽，其加入量是陶瓷粉末質量的2. 0% 3. 0%;有機物為丙烯酰胺單體、N， N'-亞甲基二丙烯酰胺和聚亞酰胺按1: (1/20 1《24): (1/5 1/2)的質量比的混合物，有機物在去離子水中的質 量濃度為10% 50%;引發劑和催化劑為過硫酸銨水溶液和四甲基乙二胺，其中引發劑的加入 量為丙烯酰胺單體質量的0. 2% 2%，催化劑的加入量為丙烯酰胺單體質量的 0. 02% 0. 2%;2) 其次，把陶瓷漿料灌注到空心渦輪葉片原型樹脂模具的型腔中，填充 空心渦輪葉片原型樹脂模具表面異型氣膜孔和內部冷卻通道，復制空心渦輪葉片原型內外結構，陶瓷漿料原位固化成型為陶瓷坯體，再經干燥、燒失樹脂模具、燒結后，獲得包含有內、外型芯的陶瓷鑄型；3)最后，把高溫金屬液澆注到陶瓷鑄型中，待金屬凝固成型冷卻后，清 除陶瓷鑄型，得到所需的帶有異型氣膜孔的空心渦輪葉片。本專利技術的空心渦輪葉片原型是指渦輪葉片外表面有一個或多個異型氣膜 孔，內部至少有一條冷卻通道，異型氣膜孔與冷卻通道相互連通或不連通的 空心渦輪葉片；異型氣膜孔是指所有非圓柱形孔，包括扇形孔或收縮-擴張形 孔；樹脂模具采用的是光敏樹脂制備；陶瓷漿料的粘度小于1PS;陶瓷槳 料在干燥過程中線性收縮率小于0. 5%;干燥是指真空干燥或真空冷凍干燥； 燒失樹脂模具和燒結是采取先慢速升溫后快速升溫的加熱方式，在無壓無氣 體保護下，以每小時5r 3(TC升溫至300。C 36CrC，保溫1 2小時，隨后 以每小時300。C 600。C升溫至1350°C 1600°C;保溫2 6小時；隨爐冷卻 至室溫；陶瓷鑄型用濃度為30%硅溶膠浸泡40min 60min，在3(TC烘箱中干 燥2 6小時，通入氨氣硬化30min;陶瓷鑄型預熱到1550。C左右，保溫30min 60min后澆注高溫金屬。本專利技術利用光固化成型技術制造出包含有異型氣膜孔空心渦輪葉片原型 的樹脂模具，并把陶瓷粉末、礦化劑粉末、分散劑、去離子水和有機物等混 合均勻，配制成低粘度、低收縮率的陶瓷漿料，其次，把陶瓷漿料灌注到樹 脂模具型腔中，填充空心渦輪葉片表面異型氣膜孔和內部冷卻通道，復制空 心渦輪葉片原型內外結構，在催化劑和引發劑的作用下陶瓷漿料原位固化成 型，形成陶瓷坯體，再經干燥、燒失樹脂模具、燒結后，獲得包含有內、外 型芯的陶瓷鑄型，最后把高溫金屬液澆注到陶瓷鑄型中，待金屬凝固成型冷 卻后，清除陶瓷鑄型，得到帶有異型氣膜孔的空心渦輪葉片精密鑄件。本專利技術主要適用于帶有異型氣膜孔的空心渦輪葉片精密鑄件生產，解決異型氣膜孔難以加n;成型的問題，也為表面帶有異型孔的精密鑄件提供制造方法。 附圖說明圖i是樹脂模具示意圖。圖中的標號分別表示i、陶瓷漿料澆注系統原 型，2、帶有異型氣膜孔的空心渦輪葉片原型，3、金屬澆注系統原型，4、模具型腔；具體實施例方式下面結合附圖及實話例對本專利技術作進一步詳細說明。 實施例l,參見圖l， 1)制造樹脂模具本實施例中樹脂模具主要有四部分組成，包括陶瓷漿料注入系統原型1、 帶有異型氣膜孔的空心渦輪葉片原型2、金屬澆注系統原型3和模具型腔4。 帶有異型氣膜孔的空心渦輪葉片原型2內部具有復雜冷卻結構，外表面有多 個異型氣膜孔。通過陶漿澆注系統原型1將陶瓷漿料平穩地填充到模具型腔4 和空心渦輪葉片原型2內部冷卻通道和以及外表面異型氣膜孔中。模具型腔4 是陶瓷鑄型的型殼，它尺寸控制在6 8mm之間，避免過于厚大而影響陶瓷鑄 型的冶金工藝性能，影響精密鑄件質量。金屬澆注系統原型3將在后續工序 將燒蝕掉，從而獲得陶瓷型澆注系統，引導高溫金屬液充滿包含有內、外型 芯的陶瓷鑄型中，鑄造出金屬空心渦輪葉片。本專利技術中利用光固化快速成形技術制造樹脂模具，首先利用商用三維軟 件設計出樹脂模具CAD模型，將樹脂模具CAD模型轉換成為STL文件，導入 快速成型系統(陜西恒通智能機器有限公司SPS450型)中，生成分層厚度為 0. lmm的二維切片文件，在切片文件控制下快速、自動制造出樹脂模具光固化 原型，SL樹脂模具制造完畢后，用丙酮清除其表面多余的液態樹脂，再用堿液和自來水依次清洗，晾干。所制造的樹脂模具精度高，剛度大，表面質量 好，完全可以作為陶瓷坯體成型模具。2) 準備陶瓷漿料首先將有機物溶于去離子水中，依次加入分散劑和混合均勻的陶瓷粉末 與礦化劑粉末制成陶瓷漿料，灌注前加入引發劑和催化劑，混合均勻同時抽 真空除去陶瓷槳料中氣泡，制成粘度小于1Pa S，線性收縮率小于0. 5%的陶 瓷漿料；通過澆注系統將陶瓷漿料灌注到空心渦輪葉片原型樹脂模具的型腔 中，填充空心渦輪葉片原型樹脂模具表面異型氣膜孔和內部冷卻通道，復制 空心渦輪葉片原型內外結構；其中陶瓷粉末采用粒徑為1 60//m的電熔剛玉粉末；礦化劑粉末采用粒徑為1 5;/w的按1: 1的質量比混合的氧化鎂和氧化 釔，礦化刑粉末占陶瓷粉末質量的8%;陶瓷漿料中陶瓷粉末和礦化劑粉末占混合物體積的60%,余量為去離子水；分散劑為聚丙烯酸鹽，其加入量是陶瓷粉末質量的2. 8%; 有機物為丙烯酰胺單體、N， N'-亞本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種帶有異型氣膜孔的空心渦輪葉片制造方法，其特征在于：　　　?。保┦紫?，利用光固化成型技術制造出包含有異型氣膜孔空心渦輪葉片原型的樹脂模具，然后將有機物溶于去離子水中，隨后依次加入分散劑和混合均勻的陶瓷粉末與礦化劑粉末制成陶瓷漿料，灌注前加入引發劑和催化劑，混合均勻；　　　　所說的陶瓷粉末采用粒徑為１～６０μｍ的電熔剛玉粉末；　　　　礦化劑粉末采用粒徑為１～５μｍ的按１∶１～１∶２的質量比混合的氧化鎂和氧化釔，礦化劑粉末占陶瓷粉末質量的２％～１５％；　　　　陶瓷漿料中陶瓷粉末和礦化劑粉末占混合物體積的５０％～６０％，余量為去離子水；　　　　分散劑為聚丙烯酸鹽，其加入量是陶瓷粉末質量的２．０％～３．０％；　　　　有機物為丙烯酰胺單體、Ｎ，Ｎ′－亞甲基二丙烯酰胺和聚亞酰胺按１∶（１／２０～１／２４）∶（１／５～１／２）的質量比的混合物，有機物在去離子水中的質量濃度為１０％～５０％；　　　　引發劑和催化劑為過硫酸銨水溶液和四甲基乙二胺，其中引發劑的加入量為丙烯酰胺單體質量的０．２％～２％，催化劑的加入量為丙烯酰胺單體質量的０．０２％～０．２％；　　　?。玻┢浯?，把陶瓷漿料灌注到空心渦輪葉片原型樹脂模具的型腔中，填充空心渦輪葉片原型樹脂模具表面異型氣膜孔和內部冷卻通道，復制空心渦輪葉片原型內外結構，陶瓷漿料原位固化成型為陶瓷坯體，再經干燥、燒失樹脂模具、燒結后，獲得包含有內、外型芯的陶瓷鑄型；　　　?。常┳詈螅迅邷亟饘僖簼沧⒌教沾设T型中，待金屬凝固成型冷卻后，清除陶瓷鑄型，得到所需的帶有異型氣膜孔的空心渦輪葉片。...

【技術特征摘要】
1、一種帶有異型氣膜孔的空心渦輪葉片制造方法，其特征在于1)首先，利用光固化成型技術制造出包含有異型氣膜孔空心渦輪葉片原型的樹脂模具，然后將有機物溶于去離子水中，隨后依次加入分散劑和混合均勻的陶瓷粉末與礦化劑粉末制成陶瓷漿料，灌注前加入引發劑和催化劑，混合均勻；所說的陶瓷粉末采用粒徑為1～60μm的電熔剛玉粉末；礦化劑粉末采用粒徑為1～5μm的按1∶1～1∶2的質量比混合的氧化鎂和氧化釔，礦化劑粉末占陶瓷粉末質量的2％～15％；陶瓷漿料中陶瓷粉末和礦化劑粉末占混合物體積的50％～60％，余量為去離子水；分散劑為聚丙烯酸鹽，其加入量是陶瓷粉末質量的2.0％～3.0％；有機物為丙烯酰胺單體、N，N′-亞甲基二丙烯酰胺和聚亞酰胺按1∶(1/20～1/24)∶(1/5～1/2)的質量比的混合物，有機物在去離子水中的質量濃度為10％～50％；引發劑和催化劑為過硫酸銨水溶液和四甲基乙二胺，其中引發劑的加入量為丙烯酰胺單體質量的0.2％～2％，催化劑的加入量為丙烯酰胺單體質量的0.02％～0.2％；2)其次，把陶瓷漿料灌注到空心渦輪葉片原型樹脂模具的型腔中，填充空心渦輪葉片原型樹脂模具表面異型氣膜孔和內部冷卻通道，復制空心渦輪葉片原型內外結構，陶瓷漿料原位固化成型為陶瓷坯體，再經干燥、燒失樹脂模具、燒結后，獲得包含有內、外型芯的陶瓷鑄型；3)最后，把高溫金屬液澆注到陶瓷鑄型中，待金屬凝固成型冷卻后，清除陶瓷鑄型，得到所需的帶有異型氣膜孔的空心渦輪葉片。2、 根據權利要求1所述的帶有異型氣膜孔的空心渦輪葉片制造方法，其特征在于所說的空心渦輪葉片原型是指渦輪葉片外表面有一個或...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李滌塵，吳海華，郭楠楠，崔峰錄，孫博，徐東陽，
申請(專利權)人：西安交通大學，
類型：發明
國別省市：87[中國|西安]