航空发动机双层壁硅基陶瓷型芯水溶芯分段脱芯方法与流程

本发明涉及航空发动机精密铸造用陶瓷型芯脱芯领域，尤其涉及航空发动机双层壁硅基陶瓷型芯水溶芯分段脱芯方法。

背景技术：

1、航空发动机双层壁构件通常具有狭窄、弯曲且相互连通的冷却流道，采用硅基陶瓷型芯成形该类结构时，可在陶瓷型芯内配置水溶牺牲芯，并在后续工序中利用溶解液去除水溶芯。现有脱芯方式多采用整体浸泡或从有限工艺开口连续冲洗，溶解液在入口附近易更新，而深腔、转弯和封闭端的液体交换受限，容易形成流动死区和局部高浓度区域，导致不同位置的溶解进程不一致。

2、延长整体浸泡时间会使未充分溶解的水溶芯持续吸水并对陶瓷薄壁或连接筋施加挤压力；直接提高冲洗压力又可能使内腔与型芯外侧之间产生突变压差，引起薄壁开裂或连接筋损伤。与此同时，仅以固定处理时长、出口表观清澈程度或单一流量信号判断脱芯完成，难以覆盖复杂内腔中残留质量、通流阻力和颗粒排出状态，因而缺少可追溯的分区终点依据。

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双层壁硅基陶瓷型芯水溶芯分段脱芯方法。

技术实现思路

1、本发明的一个目的在于提出航空发动机双层壁硅基陶瓷型芯水溶芯分段脱芯方法，针对现有技术中复杂内腔换液不均、深腔和盲端残留难以排出、冲洗压差可能损伤薄壁及终点缺少联合判据的问题，提出将内腔网络映射为带有分区标识的节点与支路拓扑，通过阀控配流歧管逐区执行受单次供液体积、内外压差和压力变化率约束的换液循环，并以外侧支承液压力跟随内腔代表压力；同时基于温度补偿后的溶出质量、捕集固体质量、区内液阻以及出口浓度和浊度衰减生成分区状态。本发明具备改善死区换液、限制危险跨壁压差并提高脱芯终点可验证性的技术效果。

2、本发明提供了航空发动机双层壁硅基陶瓷型芯水溶芯分段脱芯方法，包括：s1、获取双层壁硅基陶瓷型芯的内腔网络、水溶芯分布和工艺开口信息，构建节点与支路拓扑并划分能够独立换液的脱芯区，得到带有分区标识的配流拓扑；s2、获取各脱芯区的安全约束，根据所述配流拓扑将各工艺开口接入阀控配流歧管，并将所述双层壁硅基陶瓷型芯置于压力可调的外侧支承液中，得到与各分区标识对应的内腔供排液通路、外侧支承压力通路和安全约束；s3、逐个选通脱芯区，在所述安全约束下执行正向供液、保液溶解、排液和反向供液组成的换液循环，并对盲支路执行充液、保压、缓释和回抽组成的盲支路循环，得到排出液和捕集固体；s4、在所述换液循环和盲支路循环期间，根据内腔入口压力、内腔出口压力以及获取的初始区内液阻或前一循环确定的区内液阻确定内腔代表压力，使外侧支承液压力跟随所述内腔代表压力并保留换液驱动压差，在监测量越出所述安全约束时执行安全处置，得到循环数据；s5、根据所述循环数据、排出液的流量和溶出浓度以及捕集固体，确定累计排出质量和当前循环的区内液阻，并结合排出液的浓度和浊度衰减状态生成继续溶解、反向排堵或分区完成的分区状态，依据所述分区状态调度下一循环或下一脱芯区，在全部脱芯区完成后进行定向漂洗。

3、可选的，s1包括：从所述内腔网络中提取工艺开口、支路交汇位置、截面变化位置、转弯位置、深腔和盲端作为所述节点，将相邻节点之间的流道作为所述支路；

4、按照工艺开口能够形成供液路径和排液路径、相邻脱芯区能够通过阀门隔离且盲支路能够单独充排液的条件划分所述脱芯区；

5、为各脱芯区关联分区标识、入口开口、出口开口、盲支路、预定供排液方向、排液姿态和阀门序列，以形成所述配流拓扑。

6、可选的，s2包括：将所述阀控配流歧管的供液支路和排液支路分别连接至所述配流拓扑中的入口开口和出口开口，并在供液支路和排液支路设置流量检测、压力检测以及溶出浓度和浊度检测通路；

7、以外侧支承液的共同压力作为各脱芯区的外压基准，通过外侧支承压力通路调节所述外侧支承液的压力；

8、根据双层壁的最小壁厚、连接筋几何参数和标定安全载荷确定跨壁压差上限、压力变化率上限和单次供液体积上限，并将其写入对应分区标识的安全约束；

9、进一步的，所述标定安全载荷通过对具有相同硅基陶瓷材料、壁厚范围和连接筋结构的标定件施加跨壁液压载荷并记录首次损伤载荷获得；

10、将所述首次损伤载荷乘以小于一的预设安全系数得到所述标定安全载荷，并根据最小壁厚处的受压面积换算所述跨壁压差上限；

11、所述压力变化率上限和单次供液体积上限由在不超过所述跨壁压差上限的标定循环中逐级改变供液流量和供液体积，并选取未出现压力超调和标定件损伤的上限值确定。

12、可选的，s3包括：按照所述阀门序列开启选通脱芯区的入口开口和出口开口，在所述安全约束内向所述选通脱芯区正向供入溶解液直至达到单次供液体积上限或出口出现溶解液，关闭供排液通路并保持预设保液时长，再调整排液姿态使排液开口的重力势能小于同一脱芯区内其他已连通开口的重力势能，并按照受限排液流量释放区内液体，随后交换供液开口与排液开口进行反向供液；

13、对于所述盲支路，通过对应开口充入溶解液，在不超过跨壁压差上限的条件下保压至预设盲支路保液时长，再按照受限回抽流量缓释并回抽盲支路内的溶解液和碎屑。

14、可选的，s4包括：首个循环采用对应脱芯区的空腔液阻标定值作为所述初始区内液阻，后续循环采用前一循环确定的区内液阻，根据同一循环内的内腔入口压力、内腔出口压力及所述初始区内液阻或前一循环确定的区内液阻估计所述内腔代表压力，以所述内腔代表压力与预设换液驱动压差之差作为外侧支承液的目标压力；

15、将对应阀门序列在已知通畅状态下的标定流量设为目标流量，当内外压差的绝对值达到跨壁压差上限、压力变化率达到压力变化率上限、实际流量相对目标流量的偏差达到流量偏差堵塞阈值或出口流量在预设采样时段内为零时，关闭或受控调节内腔供排液通路，并通过外侧支承压力通路调节外侧支承液压力以减小内外压差；

16、在内外压差小于跨壁压差上限后，将用于异常恢复验证的单次供液体积按预设缩减系数降低，得到验证供液体积；

17、当实际流量相对目标流量的偏差达到流量偏差堵塞阈值或出口流量在预设采样时段内为零时，交换供液开口和排液开口执行反向排堵；

18、在执行反向排堵后或者未满足所述流量偏差堵塞阈值和零流量条件时，均以所述验证供液体积执行验证供液，当内外压差、压力变化率、出口流量和区内液阻均恢复至已知通畅状态的标定范围和所述安全约束内时恢复原阀门序列并继续原换液循环，未恢复时停止对应脱芯区的供液并调节外侧支承液压力使内外压差减小至安全约束内，生成待复核标志；

19、其中流量偏差堵塞阈值和预设采样时段由已知通畅状态与已知堵塞状态的配流标定确定，预设缩减系数由内外压差不超过跨壁压差上限且标定件无损伤的恢复循环标定确定；

20、进一步的，所述配流拓扑还记录各支路的高度方向、转弯方向、流道截面积及至最近工艺开口的路径长度；

21、根据所述高度方向确定使当前出口开口的重力势能小于对应脱芯区内其他已连通开口的重力势能的排液姿态，根据所述转弯方向、流道截面积和路径长度确定正向供液与反向供液的次序，并将针对深腔、转弯和盲端的供排液次序转换为按分区标识调用的阀门序列；

22、当实际流量相对目标流量的偏差达到流量偏差堵塞阈值或出口流量在预设采样时段内为零时，调用与原供排液方向相反的阀门序列并保持所述排液姿态，并按照所述验证供液、恢复原阀门序列或停止对应脱芯区供液的顺序处理。

23、可选的，s5包括：确定所述累计排出质量包括：按照各采样时刻的排出液流量、经温度补偿的溶出浓度和采样时间间隔确定对应循环的溶出物质量，将对应循环的溶出物质量与该循环的捕集固体质量相加得到循环排出质量；

24、按照分区标识对历次循环排出质量进行累加，得到所述累计排出质量；

25、所述溶出浓度通过同批水溶芯材料在不同温度下的浓度检测标定数据补偿，所述捕集固体质量通过设置于排液通路的可拆卸过滤件在捕集前干燥至恒重的质量与捕集后连同固体干燥至恒重的质量之差确定；

26、进一步的，确定所述区内液阻和所述分区状态包括：根据同一稳定供液时段的内腔入口压力与内腔出口压力之差除以排出液流量得到区内液阻；

27、采用同结构空腔标准件在相同外侧支承压力、溶解液温度和供液流量条件下获得空腔液阻基线；

28、当所述累计排出质量超过对应脱芯区的水溶芯目标质量范围上限时，优先暂停分区状态调度并对溶出浓度标定数据、过滤件捕集物成分和水溶芯目标质量范围进行一致性复核，根据复核后的数据重新生成分区状态；

29、当所述累计排出质量不超过所述水溶芯目标质量范围上限，且不小于所述水溶芯目标质量范围下限，所述区内液阻与空腔液阻基线之差不超过液阻允许偏差，且排出液的溶出浓度和浊度在连续预设次数的换液循环中均不超过各自终点阈值时，将所述分区状态确定为分区完成；

30、在未满足所述分区完成条件且满足出口流量在预设采样时段内为零或者区内液阻相对前一循环的增量达到液阻增量堵塞阈值中的任一条件时，将所述分区状态确定为反向排堵，其余未完成状态确定为继续溶解；

31、其中所述水溶芯目标质量范围根据对应脱芯区的水溶芯设计体积和同批材料密度确定，所述液阻允许偏差和终点阈值由所述空腔标准件的重复测量分布确定，所述液阻增量堵塞阈值和预设采样时段由所述空腔标准件以及已知堵塞状态的重复测量分布确定；

32、进一步的，为所述配流拓扑补充各支路至最近工艺开口的路径长度，并记录各循环实际执行的阀门序列和排液姿态；

33、在全部脱芯区被确定为分区完成后，按照路径长度数值降序逐区供入漂洗液，并以对应脱芯区的排出液溶出浓度和浊度均不超过所述终点阈值作为定向漂洗完成条件；

34、生成脱芯过程记录，所述脱芯过程记录至少包括分区标识、循环序号、阀门序列、排液姿态、溶解液温度、入口压力、出口压力、外侧支承液压力、供排液流量、单次供液体积、累计排出质量、区内液阻、异常处理动作、分区状态和定向漂洗结果。

35、本发明的有益效果是：

36、1、通过将内腔网络划分为能够独立换液的脱芯区，并把深腔、转弯和盲端映射为供排液方向、排液姿态及阀门序列，可逐区更新溶解液并定向排出高浓度溶液和碎屑，降低入口先完成而深腔仍残留的风险。

37、2、通过外侧支承液共同压力基准跟随内腔代表压力，并以最小壁厚、连接筋结构和标定安全载荷限定跨壁压差、压力变化率及供液体积，可在维持换液驱动压差的同时抑制压力突变对陶瓷薄壁和连接筋的不利作用。

38、3、通过对排出液流量和温度补偿浓度进行累计并结合捕集固体质量形成累计排出质量，再联合空腔液阻基线以及出口浓度和浊度衰减判定分区状态，可使继续溶解、反向排堵和分区完成的切换具有相互印证的过程依据。