航空发动机超气冷叶片硅基陶瓷型芯随形约束校型方法与流程

本发明涉及航空发动机精密铸造用陶瓷型芯后处理与校型，尤其涉及航空发动机超气冷叶片硅基陶瓷型芯随形约束校型方法。

背景技术：

1、光固化成形能够制造具有双层壁、气膜孔和复杂内腔的航空发动机超气冷叶片硅基陶瓷型芯。型芯素坯在二次固化前的聚合网络和颗粒骨架尚未充分稳定，平台分离、打印支撑拆除以及后续清洗、干燥过程会改变其载荷边界和含液状态，聚合收缩、溶剂挥发、毛细压力与自重共同作用时，容易引起型面翘曲、前后缘扭转、薄壁凹陷、气膜孔轴线偏移及双壁间距变化。

2、现有刚性夹具通常以少量定位点或固定型面压紧素坯，难以连续贴合复杂曲面，也难以针对薄壁、无支承跨距、连接筋和气膜孔邻近区域分配不同约束力。夹紧力不足时不能抵消后处理收缩产生的变形，夹紧力过大时又可能形成压痕、暗裂或连接筋断裂；若清洗、干燥或二次固化前后反复拆装夹具，还会丢失工艺基准并产生二次回弹。

3、因此，需要一种能够解决上述现有技术不足的航空发动机超气冷叶片硅基陶瓷型芯随形约束校型方法。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出航空发动机超气冷叶片硅基陶瓷型芯随形约束校型方法，针对光固化硅基陶瓷型芯素坯在脱平台、拆支撑、清洗、干燥和二次固化过程中容易发生复杂型面与内部结构尺寸失真，且传统刚性夹具难以兼顾随形支承、校正能力和局部结构安全的问题，提出在平台支承状态下建立转运工艺基准，对实测几何进行配准和结构风险分区，以两侧成对分块随形单元的相对法向位移作为局部校正量、以两侧接触载荷之和作为安全约束量，并使法向保持与切向限程释放贯穿清洗、干燥和两侧二次光固化，待质量、收缩和固化剂量稳定后分级解除和复测的技术方案，从而在保持孔位、壁距和型面精度的同时降低压痕、裂纹及连接筋损伤风险。

2、本发明提供了一种航空发动机超气冷叶片硅基陶瓷型芯随形约束校型方法，包括：

3、s1、在素坯由打印平台支承的状态下，将所述素坯的工艺定位部与转运框定位连接，并保持所述定位连接完成平台分离和打印支撑拆除，得到保持工艺基准的待校型素坯；

4、s2、测量所述待校型素坯的三维几何并与标称模型配准，得到几何偏差数据，依据局部结构风险将所述待校型素坯划分为校正区、承托区和避让区；

5、s3、依据所述校正区、承托区和避让区，在所述待校型素坯两侧布置相互对应的分块随形单元，根据所述几何偏差数据施加相对法向位移，并将该对分块随形单元的接触载荷之和限制于接触载荷上限以内，得到受约束素坯；

6、s4、保持所述工艺基准和所述受约束素坯的校型位置，依次进行清洗、干燥和两侧二次光固化，其中，所述分块随形单元沿接触界面的局部法向保持位置，并允许非工艺基准区沿所述接触界面的切向在限定行程内滑移；

7、s5、在所述受约束素坯达到质量稳定条件、收缩稳定条件和二次光固化剂量条件后分级解除所述分块随形单元，并复测所述几何偏差数据及损伤状态，得到校型结果。

8、可选的，s1包括：所述工艺定位部为芯头、榫部和预设工艺块中的至少一种；

9、所述转运框通过与所述工艺定位部配合的定位面及锁紧件建立工艺基准；

10、平台分离和打印支撑拆除按照由所述转运框邻近区域向无支承跨距区域延伸的顺序进行，并由所述转运框承接分离后的素坯载荷。

11、可选的，s2包括：所述几何偏差数据包括型面法向偏差、前后缘扭转量、气膜孔轴线偏移量和双壁间距偏差；

12、将同批素坯试样按不同的局部壁厚、无支承跨距、与连接筋的距离以及与气膜孔边缘的距离分别形成试验组，在固定其余结构参数和接触条件时逐级加载，取得各试验组的损伤起始载荷与对应结构参数的关系，并将所述关系中损伤起始载荷等于目标校正载荷时的结构参数分别确定为壁厚限值、无支承跨距限值、连接筋邻近距离限值和气膜孔边缘距离限值，所述目标校正载荷由同批具有预设几何偏差的素坯试样加载至所述几何偏差进入标称模型尺寸公差时的接触载荷确定；

13、将局部壁厚小于所述壁厚限值、无支承跨距大于所述无支承跨距限值、与连接筋的距离小于所述连接筋邻近距离限值或与气膜孔边缘的距离小于所述气膜孔边缘距离限值的位置确定为避让区，将其余位置中几何偏差超出所述尺寸公差且能够由型芯两侧接触的位置确定为校正区，并将用于分散接触载荷的其余可接触位置确定为承托区。

14、可选的，s3包括：每个所述分块随形单元包括局部随形承载块、设置于所述局部随形承载块接触侧的柔顺面接触垫、限定所述局部随形承载块运动方向的局部法向导向件、限定推进量的位移止挡件以及检测并限制接触载荷的载荷限制件；

15、位于校正区的两个分块随形单元相对设置，位于承托区的分块随形单元的接触面积大于与其相邻的校正区分块随形单元的接触面积，位于避让区的分块随形单元与素坯表面保持间隔；

16、对于校正区，分别推进相对设置的两个分块随形单元，在每个分块随形单元的接触载荷首次达到对应预设单元探触载荷时确定该分块随形单元的初始接触位置，其中，两个预设单元探触载荷之和小于该对分块随形单元的接触载荷上限，且探触过程中两单元接触载荷之和不超过所述接触载荷上限；

17、对于承托区，以小于对应允许承托载荷的探触载荷推进分块随形单元，并将其接触载荷首次达到所述探触载荷时的位置确定为初始接触位置；

18、进一步的，所述接触载荷上限的确定包括：采用同批材料试样，在与对应分块随形单元相同的接触垫材料、接触面积和加载方向下进行加载，取得首次出现压痕、裂纹、薄壁凹陷或连接筋损伤时的损伤起始载荷；

19、根据对应位置的局部壁厚、无支承跨距、与连接筋及气膜孔的距离对所述损伤起始载荷进行折减；

20、对于校正区，将折减后的载荷确定为该对分块随形单元的接触载荷上限，对于承托区，将折减后的载荷确定为对应承托区分块随形单元的允许承托载荷；

21、进一步的，对每对分块随形单元，以两单元的相对法向位移作为局部校正量，以两单元接触载荷之和作为局部安全约束量；

22、当几何偏差未达到对应目标区间且所述局部安全约束量达到所述接触载荷上限时，停止该对分块随形单元推进，并在不超过所述允许承托载荷的范围内增加相邻承托区分块随形单元的承托载荷；

23、当相邻承托区分块随形单元达到所述允许承托载荷时，转由另一未达到允许承托载荷的相邻承托区分块随形单元分担，或者停止对应校正路径并记录未达到目标区间的几何偏差；

24、针对前后缘扭转，沿型芯长度方向错列布置至少两对分块随形单元，并对相邻两对分块随形单元施加方向相反的相对法向位移以形成校扭力偶；

25、所述目标区间由标称模型的尺寸公差确定。

26、可选的，s4包括：所述柔顺面接触垫与所述局部随形承载块之间设置切向微滑层，或者所述局部法向导向件与安装所述局部法向导向件的基座之间设置限程平面微动副；

27、所述位移止挡件限定局部法向位置，所述切向微滑层或所述限程平面微动副限定切向行程限值，使所述工艺定位部与所述转运框定位连接处的切向相对位移为零，并使所述定位连接处以外的非工艺基准区在所述切向行程限值内随素坯收缩而滑移；

28、进一步的，所述柔顺面接触垫和所述局部随形承载块分别设置与素坯表面连通的清洗排液孔、干燥气流孔和二次固化让光区；

29、清洗液从沿重力方向位于上侧的清洗排液孔输入并从位于下侧的清洗排液孔排出；

30、干燥气体经所述干燥气流孔交替通入型芯两侧；

31、二次固化光经所述二次固化让光区从型芯两侧分时照射，且清洗、干燥和二次光固化期间持续检测每对分块随形单元的接触载荷之和，并使所述接触载荷之和不超过该对分块随形单元的接触载荷上限。

32、可选的，s5包括：按照预设时间间隔获取素坯质量和特征点间距；

33、当连续两个预设时间间隔内的质量变化量均不大于质量变化阈值时判定达到质量稳定条件，当连续两个预设时间间隔内的特征点间距变化量均不大于收缩变化阈值时判定达到收缩稳定条件；

34、根据素坯两侧各测点的累计辐照量不小于对应同批材料试样达到目标固化程度所需的辐照量，判定达到二次光固化剂量条件；

35、所述质量变化阈值、收缩变化阈值和预设时间间隔由同批素坯试样的质量与特征点间距随时间的稳定段确定；

36、进一步的，分级解除所述分块随形单元包括先降低校正区分块随形单元的接触载荷，再降低承托区分块随形单元的承托载荷，在每一级降低载荷后复测所述几何偏差数据和损伤状态；

37、当复测偏差相对于解除前偏差的变化量不超过由标称模型尺寸公差确定的回弹阈值、复测偏差不超过对应尺寸公差且未检测到压痕、裂纹、薄壁凹陷或连接筋损伤时，判定该级复测通过，并在各级复测通过后解除所述工艺定位部与所述转运框的定位连接；

38、当检测到所述损伤时，不受所述变化量是否超过所述回弹阈值的限制，停止解除并输出包含不通过标志、残余几何偏差数据和损伤状态的校型结果；

39、当未检测到所述损伤且所述变化量超过所述回弹阈值时，进入异常恢复分支，恢复该级解除前的载荷并延长干燥或二次光固化时间，重新判定所述质量稳定条件、收缩稳定条件和二次光固化剂量条件，满足所述条件后重新执行该级解除和复测，不满足所述条件时保持约束并继续干燥或二次光固化；

40、当未检测到所述损伤、所述变化量不超过所述回弹阈值但复测偏差超过对应尺寸公差时，停止解除并输出包含不通过标志、残余几何偏差数据和损伤状态的校型结果；

41、当异常恢复次数或累计处理时间达到由同批素坯试样确定的停止条件时，停止解除并输出包含不通过标志、残余几何偏差数据和损伤状态的校型结果；

42、当各级复测通过时，记录验证结果并输出包含通过标志的校型结果。

43、本发明的有益效果是：

44、1、在素坯仍由打印平台支承时建立转运框定位连接，并在同一工艺基准下完成平台分离和打印支撑拆除，可减少承载边界突变引起的早期翘曲和扭转。

45、2、依据实测偏差和局部结构风险布置成对分块随形单元，以相对法向位移进行校正并限制两侧接触载荷之和，可将校正量与局部损伤上限分开控制，并通过承托分担和校扭力偶兼顾薄壁、连接筋及气膜孔邻近区域安全。

46、3、法向保持、切向限程滑移的约束边界贯穿清洗、干燥和两侧二次光固化，使素坯在维持校型位置的同时释放面内收缩，并通过稳定条件判定、分级解除和损伤优先停止降低干燥受阻、回弹和暗裂风险。