一种空心叶片蜡模尺寸精度控制方法
阅读说明：本技术 一种空心叶片蜡模尺寸精度控制方法 (Method for controlling dimensional accuracy of hollow blade wax mold ) 是由 陈博文 谢金群 房海涛 高旭 许郭亮 钱满香 陆敏 于 2021-07-01 设计创作，主要内容包括：本发明涉及一种空心叶片蜡模尺寸精度控制方法,包括:设计反变形补偿量的陶瓷型芯,其结构为双U型,具有两个U型空槽；在双U型陶瓷型芯相邻陶芯段上填充蜡,在陶瓷型芯的U型空槽处滴蜡,使陶瓷型芯各部分之间连成一个整体；在陶瓷型芯芯盆上设计型撑；将上述陶瓷型芯放入模具中,在模具中加入定位销；设置工艺参数,注射蜡模。采用该方法下进行蜡模制备时,设计反变形补偿量的陶瓷型芯,对易断裂处进行填蜡和滴蜡处理,并同时运用型撑和定位销,设置合理工艺参数,从而得到尺寸精度合格的空心叶片,节约了蜡模迭代的成本。(The invention relates to a method for controlling the dimensional accuracy of a hollow blade wax mould, which comprises the steps of designing a ceramic core with reversible deformation compensation quantity, wherein the ceramic core is in a double-U shape and is provided with two U-shaped empty grooves; filling wax on adjacent ceramic core sections of the double-U-shaped ceramic core, and dripping the wax on the U-shaped empty groove of the ceramic core to connect all parts of the ceramic core into a whole; designing a mould support on the ceramic core basin; putting the ceramic core into a mould, and adding a positioning pin into the mould; setting technological parameters and injecting wax mold. When the method is adopted to prepare the wax mould, the ceramic core with the anti-deformation compensation amount is designed, the easy-to-break part is subjected to wax filling and dropping treatment, and the mould support and the positioning pin are simultaneously used for setting reasonable process parameters, so that the hollow blade with qualified size precision is obtained, and the cost of wax mould iteration is saved.)
技术领域
本发明涉及熔模精密铸造设备
技术领域
，特别是一种空心叶片蜡模尺寸精度控制方法。背景技术
航空航天发动机和燃气轮机的空心涡轮叶片主要采用熔模铸造，熔模铸造又称脱蜡铸造或失蜡铸造，它是一种近净成形的液态金属成形工艺，应用此工艺获得的每个铸件都是经多种工序、多种材料、多种技术共同协作的综合结果。在空心涡轮叶片熔模铸造中第一道工序就是蜡模的制备。其中压制成型及注射成型是制备空心叶片蜡模的比较常用的成型方法。熔模精密铸造的蜡模研究主要集中在蜡料上的一些基础研究，对于易变形件的蜡模成形工艺，以及蜡模变形控制研究较少。对于空心叶片蜡模的研究主要集中在型芯定位、型芯制备方法、型芯溃散性研究等，对于空心叶片尺寸研究较少。而空心叶片蜡模尺寸决定着叶片最终生产是否合格，因此空心叶片蜡模尺寸研究是空心叶片尺寸合格一个重要的方向。
在传统的蜡模制备过程中，蜡模的尺寸变形都依靠后期矫正或者对蜡料收缩率等进行经验积累对蜡模模具进行反复修模甚至重新制作模具来提高蜡模尺寸精度，这种方法本身就无法保证外形尺寸极高精度，也没有任何针对型腔内部尺寸和壁厚控制的方法和研究，耗费大量的时间与物料，同时对内腔尺寸精度始终无法更进一步。燃气轮机的叶片通常具有扭曲的变截面几何形状和复杂蛇形的内部空心型腔，具有非常接近的轮廓和扭曲公差。这些组件由镍基高温合金制成，由于材料具有高硬度、耐高温、低热扩散率和低热导率等特性，因此难以加工。
因此，在空心涡轮叶片的生产过程中，由于叶片蜡模在填充时壁厚不均匀导致冷却不均、收缩不均等因素影响，使蜡模内腔尺寸不合格，导致最终叶片尺寸超差报废。为了解决可以一步到位解决因冷却不均、收缩不均等各因素造成的叶片尺寸精度问题，需设计反变形补偿量的陶瓷型芯，对受冲击力易断裂的地方进行加固，为后面的工序顺利进行打下基础，为熔模铸造蜡模制备提出新的想法和内容。
发明内容
本发明提供了一种空心叶片蜡模尺寸精度控制方法，采用该方法下进行蜡模制备时，设计反变形补偿量的陶瓷型芯，对易断裂处进行填蜡和滴蜡处理，并同时运用型撑和定位销，设置合理工艺参数，从而得到尺寸精度合格的空心叶片，节约了蜡模迭代的成本。
为解决上述技术问题，本发明提供的空心叶片蜡模尺寸精度控制方法，包括如下步骤：
S1，设计反变形补偿量的陶瓷型芯，其结构为双U型，具有两个U型空槽；
S2，在双U型陶瓷型芯相邻陶芯段上填充蜡，在陶瓷型芯的U型空槽处滴蜡，使陶瓷型芯各部分之间连成一个整体；
S3，在陶瓷型芯芯盆上设计型撑；
S4，将上述陶瓷型芯放入模具中，在模具中加入定位销；
S5，设置工艺参数，注射蜡模。
进一步，在步骤S1中，所述反变形补偿量的陶瓷型芯，根据第一次试模得到的叶片蜡模翘曲变形量进行反变形量计算，对各方向加入反变形补偿系数，设计新陶瓷型芯模具，注射出陶瓷型芯。
进一步，在步骤S2中，在双U型陶瓷型芯相邻陶芯段上填充蜡之前，对陶瓷型芯进行冲洗，晾干后用毛刷清除需要填蜡处表面灰尘，把连接蜡填充进去，充满陶瓷型芯和陶芯段之间，在U型空槽和细小空槽处滴蜡，填满细小空槽和U型空槽，获得叶片蜡模。
进一步，叶片蜡模在蜡模恒温室静置至少2小时以使其固化，至少冷却10小时后进行下一步操作。
进一步，所述型撑分布于陶瓷型芯与模具型腔之间，为固定型撑，保证叶片蜡模壁厚。
进一步，所述定位销个数为4，根据陶瓷型芯的中心点设计定位销位置，分布在陶瓷型芯顶部和中间，为可拆卸定位销。
进一步，连接成整体的陶瓷型芯置于蜡模模具内并缓慢合模，插入定位销，调整陶瓷型芯位置，定位销和型撑共同作用，使模腔和陶瓷型芯顶端预留自由度间隙。
进一步，所述步骤S5中，工艺参数包括控制储料桶温度、射蜡温度、合模压力、射蜡压力、射蜡时间、保压时间、射蜡流量，储料桶温度控制在59-63℃，射蜡温度控制在59-63℃，合模压力控制在35-45Bar，射蜡压力控制在15-20 Bar，射蜡时间控制在30-50S，保压时间控制在40-80S，射蜡流量控制在100-200CC。
本发明上述方法，用于修正叶片蜡模内腔尺寸变形问题，不在从传统的研究蜡料收缩率和冷却不均产生的外形尺寸出发，利用变形蜡模尺寸反补偿原理直接调整陶瓷型芯尺寸，一步到位解决蜡模充填时产生的各种尺寸问题，利用填蜡滴蜡处理，摆脱了陶瓷型芯断裂带来的蜡模报废问题，同时运用型撑和定位销设计，设置合理的工艺参数，综合解决蜡模内腔尺寸精度问题，使叶片蜡模生产合格率大大提高，极大的减少了资源的浪费。
附图说明
下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：
图1是本发明的陶瓷型芯反变形补偿区域的结构示意图；
图2是本发明的陶瓷型芯的结构示意图；
图3是本发明的叶片蜡模型撑设计的位置示意图；
图4是本发明的叶片蜡模定位销的位置示意图；
图5是本发明的定位销的结构示意图；
图中：
陶瓷型芯1，U型空槽11，细小空槽12，叶片蜡模2，型撑3，定位销4，蜡模顶部5，蜡模中部6。
具体实施方式
实施例1
如图1至图5所示，本实施例的空心叶片蜡模尺寸精度控制方法，包括如下步骤：
S1，设计反变形补偿量的陶瓷型芯1，其结构为双U型，具有两个U型空槽11；
S2，在双U型陶瓷型芯1相邻陶芯段上填充蜡，在陶瓷型芯1的U型空槽11处滴蜡，使陶瓷型芯1各部分之间连成一个整体；
S3，在陶瓷型芯1的芯盆上设计型撑3；
S4，将上述陶瓷型芯1放入模具中，在模具中加入定位销4；
S5，设置工艺参数，注射蜡模。
具体的，在步骤S1中，反变形补偿量的陶瓷型芯1需要根据第一次试模得到的叶片蜡模翘曲变形量进行反变形量计算，对各方向加入反变形补偿系数，设计新陶瓷型芯模具，注射出陶瓷型芯1。
具体的，在步骤S2中，在双U型陶瓷型芯1相邻陶芯段上填充蜡之前，对陶瓷型芯1进行冲洗，晾干后用毛刷清除需要填蜡处表面灰尘，把连接蜡填充进去，充满陶瓷型芯1和陶芯段之间，在U型空槽11和细小空槽12处滴蜡，填满细小空槽12和U型空槽11，获得叶片蜡模2，叶片蜡模2在蜡模恒温室静置至少2小时以使其固化，且至少冷却10小时后进行下一步操作。
陶瓷型芯1的连接蜡体积收缩率小，在固化过程中产生小内应力，在连接陶瓷型芯1各部分不易产生变形且提高了陶瓷型芯1整体抗冲击能力。在陶瓷型芯1表面贴型撑3，型撑3分布于陶瓷型芯1与模具型腔之间，为固定型撑，既能够支撑陶瓷型芯1，又保证叶片蜡模2壁厚。
定位销4个数为4，根据陶瓷型芯1的中心点设计定位销4位置，分布在由陶瓷型芯1制得叶片蜡模2的蜡模顶部5和蜡模中部6，为可拆卸定位销，其结构如图5所示。
连接成整体的陶瓷型芯1置于蜡模模具内并缓慢合模，插入定位销4，调整陶瓷型芯1位置，定位销4和型撑3共同作用，使模腔和陶瓷型芯1顶端预留自由度间隙，避免由于陶芯段微小变形导致在合模压力作用下使陶芯段断裂。
作为优选，步骤S5中，工艺参数包括控制储料桶温度、射蜡温度、合模压力、射蜡压力、射蜡时间、保压时间、射蜡流量，储料桶温度控制在60℃，射蜡温度控制在60℃，合模压力控制在40Bar，射蜡压力控制在15Bar，射蜡时间控制在40S，保压时间控制在60S，射蜡流量控制在150CC，且蜡模和模具的冷却方式为空冷，蜡模恒温室的温度控制在18-25℃。
检查注射的叶片蜡模2是否发生断芯，具体操作时，目测是否断裂，若断裂直接报废；目测合格进行仪器扫描，若断裂直接报废，合格则进行后续操作。可以采用以下尺寸参数：陶瓷型芯1的最大尺寸可以为：长63mm×宽24mm×高150mm；叶片蜡模2的最大尺寸可以为：长34mm×宽29mm×高148mm；定位销的最大尺寸可以为：半径为3mm，高为36mm。
综上所述，本发明指出的一种空心叶片蜡模尺寸精度控制方法，通过反变形补偿的方法，改善蜡模制品的多因素尺寸变形，通过第一次试模得到叶片蜡模的详细尺寸变形数据，制定详细的反变形补偿量，重新构建陶瓷型芯模型，利用填蜡滴蜡处理，摆脱了陶瓷型芯1断裂带来的蜡模报废问题，同时运用型撑3和定位销4设计，设置合理的工艺参数，综合解决蜡模内腔尺寸精度各种问题，降低蜡模内腔尺寸变形，此空心叶片蜡模2尺寸精度控制方法可作用于含有陶瓷型芯的复杂铸件。
实施例2
本实施例的空心叶片蜡模尺寸精度控制方法，与实施例1的区别在于：步骤S5中，工艺参数包括控制储料桶温度、射蜡温度、合模压力、射蜡压力、射蜡时间、保压时间、射蜡流量，储料桶温度控制在63℃，射蜡温度控制在63℃，合模压力控制在45Bar，射蜡压力控制在20Bar，射蜡时间控制在50S，保压时间控制在80S，射蜡流量控制在200CC，且蜡模和模具的冷却方式为空冷，蜡模恒温室的温度控制在18-25℃。
实施例3
本实施例的空心叶片蜡模尺寸精度控制方法，与实施例1的区别在于：步骤S5中，工艺参数包括控制储料桶温度、射蜡温度、合模压力、射蜡压力、射蜡时间、保压时间、射蜡流量，储料桶温度控制在59℃，射蜡温度控制在59℃，合模压力控制在35Bar，射蜡压力控制在15Bar，射蜡时间控制在30S，保压时间控制在40S，射蜡流量控制在100CC，且蜡模和模具的冷却方式为空冷，蜡模恒温室的温度控制在18-25℃。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
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