一种基于超声振动辅助的航空叶片型芯去除方法与流程

本发明属于铸造，尤其是涉及一种基于超声振动辅助的航空叶片型芯去除方法。

背景技术：

1、在航空发动机涡轮叶片等复杂空心构件的精密铸造工艺中，为构筑内部复杂构型的冷却流道，陶瓷型芯预置成型技术已得到广泛应用。待铸件成型后，需将内置陶瓷型芯彻底脱除（即“脱芯工序”），以形成符合设计要求的空心结构，保障叶片内部流道的通流性能与服役可靠性。

2、当前工业界主流的脱芯技术为化学脱芯法，该方法因适用性较强而成为应用最广泛的技术路径。其核心原理是以强碱溶液为脱芯介质，在高温高压工况下，通过强碱与陶瓷型芯的化学反应实现型芯的分解与溃散脱除。然而，该技术存在显著的应用局限性：对于内腔结构简单的叶片，虽可实现型芯的有效脱除，但针对内腔结构复杂的叶片或精铸件，在腔道拐角、u 型槽等复杂区域极易形成陶瓷残芯滞留；尤其对于含al2o3成分的陶瓷型芯，其反应产物易附着于型芯表面形成致密覆盖层，该覆盖层会隔绝强碱溶液与未反应型芯的接触，导致化学反应终止，进而造成型芯难以彻底脱除。此外，单纯化学脱芯法的脱芯周期长达60h以上，过长的反应时间易导致叶片表面发生过度腐蚀，该问题在不耐腐蚀合金牌号的叶片加工中尤为突出，严重制约了空心涡轮叶片精铸件的制造效率提升与性能可靠性保障。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在克服现有技术中的缺陷，提出一种基于超声振动辅助的航空叶片型芯去除方法。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、本发明提供了一种基于超声振动辅助的航空叶片型芯去除方法，包括如下步骤：

4、（1）一次脱芯处理：将待脱芯的空心叶片放入脱芯釜a中，向釜内注入一次脱芯碱液；

5、（2）第一阶段超声脱芯：打开脱芯釜a的排气阀，在加热条件下对叶片进行腐蚀处理后，关闭进排气阀，开启布设于脱芯釜a外壁的超声振子，进行超声振动处理，然后重复多次腐蚀处理与超声振动处理；

6、（3）循环强化脱芯：排出废碱液，配置一次强化碱液，将所述的一次强化碱液注入所述的脱芯釜a中，打开脱芯釜a的排气阀，在加热条件下对叶片进行腐蚀处理后，关闭进排气阀，开启布设于脱芯釜a外壁的超声振子，进行超声振动处理，然后重复多次腐蚀处理与超声振动处理；

7、（4）清洗：将强化脱芯处理后的叶片从脱芯釜a中取出，采用高压水冲洗叶片表面，采用细水流冲洗叶片内腔；

8、（5）二次脱芯处理：将清洗后的叶片放入脱芯釜b中，向釜内注入二次脱芯碱液；

9、（6）第二阶段超声脱芯：打开脱芯釜b的排气阀，在加热条件下对叶片进行腐蚀处理后，关闭进排气阀，开启布设于脱芯釜b外壁的超声振子，进行超声振动处理，然后重复多次腐蚀处理与超声振动处理；

10、（7）反应产物深度脱除：排出废碱液，配置二次强化碱液，将所述的二次强化碱液注入所述的脱芯釜b中，打开脱芯釜b的排气阀，在加热条件下对叶片进行腐蚀处理后，关闭进排气阀，开启布设于脱芯釜b外壁的超声振子，进行超声振动处理，然后重复多次腐蚀处理与超声振动处理；

11、（8）终洗与烘干：采用水冲洗叶片表面，然后进行烘干；

12、（9）质量检验：对叶片内腔进行检测，确认叶片内部的陶瓷型芯已完全脱除。

13、进一步，所述的步骤（1）中的一次脱芯碱液的质量浓度为35-38%；所述的步骤（1）中的一次脱芯碱液为质量比为1-3的氢氧化钾与氢氧化钠的混合物；所述的步骤（1）中的一次脱芯碱液的液面高度高于叶片顶端300mm以上，避免叶片在脱芯过程中暴露于碱液外。

14、进一步，所述的步骤（2）中的加热条件的温度为180-190℃，所述的排气阀的排气方式为进排气，所述的脱芯釜a的脱芯压力为5-9bar。

15、进一步，所述的步骤（2）中的腐蚀处理的单次时间为2-2.5小时；所述的步骤（2）中的超声振子的频率为15-30khz，超声振动处理的单次时间为1.5-2小时，通过超声振动作用使反应产物从陶瓷型芯表面剥离；所述的步骤（2）中的超声脱芯的时间为4.5-6小时。超声振动的控制方式为每隔2小时开启2小时，循环运行至第一阶段12小时脱芯周期结束，超声振动期间关闭进排气阀。

16、进一步，所述的步骤（3）中的一次强化碱液的配置方法为：在所述的一次脱芯碱液中加入质量百分比为8-10%的pva，混合均匀后即成；所述的步骤（3）中的加热条件的温度为180-190℃，所述的排气阀的排气方式为进排气，所述的脱芯釜a的脱芯压力为5-9bar；所述的步骤（3）中的腐蚀处理的单次时间为2 -2.5小时；所述的步骤（3）中的超声振子的频率为15-30khz，超声振动处理的单次时间为1.5-2小时；所述的步骤（3）中的强化脱芯的时间为12小时，进一步提升陶瓷型芯脱除效果。

17、所述的步骤（4）中的高压水的压力≤0.2mpa。高压水枪冲洗叶片表面残留的碱液及反应产物，同时以细水流冲洗叶片内腔，确保内腔内的反应物彻底清除。

18、进一步，所述的步骤（5）中的二次脱芯碱液的质量浓度为50-58%；所述的步骤（5）中的二次脱芯碱液为质量比为1-1.5的氢氧化钾与氢氧化钠的混合物；所述的步骤（5）中的二次脱芯碱液的液面高度高于叶片顶端300mm以上。

19、进一步，所述的步骤（6）中的加热条件的温度为230-240℃，所述的排气阀的排气方式为进排气，所述的脱芯釜b的脱芯压力为15-20bar；所述的步骤（6）中的腐蚀处理的单次时间为2 -2.5小时；所述的步骤（6）中的超声振子的频率为35-42khz，超声振动处理的单次时间为0.5-1小时，通过高频超声振动剥离反应产物，并脱除残留于叶片内腔角落的残芯；所述的步骤（6）中的超声脱芯的时间为1.5-3小时。超声振动的控制方式为每隔2小时开启1小时，循环运行至第二阶段8小时脱芯周期结束，超声振动期间关闭进排气阀。

20、进一步，所述的步骤（7）中的二次强化碱液的配置方法为：在所述的二次脱芯碱液中加入质量百分比为16-20%的pva，混合均匀后即成；所述的步骤（7）中的加热条件的温度为230-240℃，所述的排气阀的排气方式为进排气，所述的脱芯釜b的脱芯压力为15-20bar；所述的步骤（7）中的腐蚀处理的单次时间为2-2.5小时；所述的步骤（7）中的超声振子的频率为35-42khz，超声振动处理的单次时间为0.5-1小时；所述的步骤（7）中的深度脱除的时间为7-8小时，确保残芯完全脱除。

21、进一步，所述的步骤（8）中的烘干步骤的温度为100-110℃。

22、进一步，所述的陶瓷型芯的材质为sio2、al2o3、zro2或cao中的一种或多种。

23、所述的步骤（9）中采用内窥镜或冷光源对叶片内腔进行检测；所述的脱芯釜a与所述的脱芯釜b的外壁均布设18个超声振子，其中，所述的超声振子均设置于脱芯釜的侧壁上，所述的超声振子自上而下分为3排，每排6个。

24、所述的超声振子按照图1-图2的位置分布，确保脱芯釜内超声振动全区域无死角覆盖。

25、本发明在脱除陶瓷型芯时，将待脱芯的叶片置于脱芯釜内，加入一次脱芯碱液，脱芯釜加热温度至180-190℃，加热2小时后，待碱液与陶瓷型芯充分反映后，开启超声振子，振子频率为28khz，通过超声振动将反应产物及时清除，提高陶瓷型芯与碱液的接触时间，每加热2小时后，超声1小时，预计12小时后陶瓷型芯就会被完全脱出，单循环比传统脱芯周期缩小25%；在脱除铝基陶瓷型芯及残芯时，将待脱芯的叶片置于脱芯釜内，加入二次脱芯碱液，脱芯釜加热温度至230-240℃，加热2小时后，待碱液与陶瓷型芯充分反映后，开启超声振子，振子频率为40khz，通过超声振动将反应产物及时清除，提高铝基陶瓷型芯及残芯与碱液的接触时间，每加热2小时后，超声1小时，预计8小时后铝基陶瓷型芯及残芯就会被完全脱出，比传统脱芯周期缩小20%；整体脱芯周期为40h，较传统脱芯周期缩小23%。

26、相对于现有技术，本发明具有以下优势：

27、本发明针对传统脱芯工艺中反应温度过高、脱芯耗时久、脱芯效果不稳定，且残芯无法完全清除的技术难题，在传统的脱芯釜外侧增加18个超声振子，振子频率为28/40khz，两档可调，实现脱芯釜内超声振动无死角覆盖。

28、本发明通过在脱芯釜外壁增加超声振子，在正常脱芯过程中加入脉冲式超声方式，使得陶瓷型芯与碱液反应产物能及时被振荡脱离型芯表面，增大陶瓷型芯与碱液的接触时间，从而减少脱芯周期，脱除复杂结构内腔叶片的陶瓷残芯。