一种空心叶片生产质量优化方法与流程

本技术涉及航空发动机叶片制造，特别地，涉及一种空心叶片生产质量优化方法。

背景技术：

1、

2、航空发动机是航空装备的 “心脏”，涡轮叶片作为核心热端部件，长期承受高温、高压、交变载荷与燃气冲刷，其材料组织结构直接决定发动机极限性能。传统等轴晶叶片晶界繁杂，高温下易萌生裂纹、发生蠕变失效。推动叶片组织由等轴晶向柱状晶、单晶有序演变，能够最大限度消除横向晶界，大幅提升高温蠕变强度、抗疲劳与抗氧化能力。该技术是实现发动机推重比升级、延长服役寿命的关键路径，广泛应用于先进飞机、民用大涵道客机及燃气轮机动力装置。在定向柱状晶叶片生产技术规范中，明确要求叶片叶身晶粒需全程以柱状晶形态沿延伸段有序生长，严禁出现脱离延伸段生长体系的等轴杂晶，这也是叶片金相检验、成品质量判定的核心硬性指标。但在实际生产制造过程中，受定向凝固生长特性影响，相邻柱状晶粒会自然形成凹多边形嵌套结构，晶粒生长交汇，会在叶片叶身局部形成外观近似等轴晶组织的假象。该假象与违规杂晶视觉特征高度相似，极易造成质检环节误判，将合格叶片错判为不合格品。此类误判问题频发，不仅造成优质叶片批量报废、原材料损耗与生产成本攀升，还会降低产品生产合格率、拖慢生产交付进度，制约定向凝固叶片量产提质增效。

3、航空发动机的热端叶片通常具有复杂的三维曲面，尺寸精度上也具有严格的形状及位置公差要求，以达到设计预期的叶片空气动力性能；同时为了提高叶片承温能力，通常有三项主流技术，叶片的空心气冷设计便是其中重要的一项，冷气通过叶片内部的复杂通道，带走叶片的热量，从而保证叶片不超温，实现正常工作。

4、熔模精密铸造行业中叶片的生产方法通常是将与叶片内部空腔形状一致的陶瓷型芯装配在蜡模模具中，随后压制蜡模，获得带有陶瓷型芯的蜡模；之后再经制壳、熔炼浇注、开箱清理、脱芯等工序，最终获得空心的叶片。

5、空心叶片蜡模使用的陶瓷型芯是由石蜡及陶瓷粉料经高温烧结、强化得到，其尺寸相较于型芯模具不可避免的存在1%-5%的收缩，因此为了保证型芯在蜡模中的位置准确性，常常使用具有一定厚度的蜡片，粘贴在型芯的表面，辅助陶瓷型芯在蜡模模具中的定位。压制蜡模后，在粘贴蜡片的位置叶片的蜡料与蜡片的边界明显，请参考说明书附图2所示，该状态如直接进行模壳制备，铸件对应位置会存在缺肉问题，同时制壳用浆料也将在蜡片边界位置侵入蜡模内部，为浇注后铸件壳渣埋下隐患。

6、针对空心叶片蜡模型芯定位用蜡片产生的边界，通常的做法是在蜡片位置滴蜡，将蜡片覆盖，待蜡滴冷却后，使用400目的砂纸将蜡滴抛修平整。但是该做法在蜡模上留下的砂纸划痕直接会在后续铸件同样位置上产生划痕外观，同时蜡模表面经砂纸打磨的表面，仍未消除制壳产生的壳渣风险。

技术实现思路

1、鉴于以上技术问题中的至少一项，本技术提供了一种空心叶片生产质量优化方法，可以避免蜡片传统滴蜡+砂纸抛修带来的铸件表面划痕问题及铸件壳渣的风险，有效提高叶片生产制造的质量和效率。

2、根据本技术的一个方面，提供一种空心叶片生产质量优化方法，包括以下步骤：

3、s100：在蜡模模具内腔开设限位孔，将蜡片装填在限位孔内；

4、s200：将型芯装配进蜡模模具内；

5、s300：进行蜡模压制操作，获得叶片蜡模，叶片蜡模上具有通过蜡片和包裹于蜡片外周的蜡料构成的蜡模凸台；

6、s400：烫化蜡模凸台顶部蜡料与蜡片的边界；

7、s500：进行模壳制壳、叶片定向浇注，获得叶型带有凸台的空心叶片铸件；

8、s600：对空心叶片铸件的凸台进行抛修，使型面光顺转接，平滑过渡。

9、在本技术的一些实施例中，步骤s300中，进行蜡模压制时，注射蜡料的温度范围在52～62℃，注射压力为1.5～2.5mpa，注射流量控制在80～200cc/s，充型时间控制在20～60s，确保熔融蜡料充分填充蜡模模具。

10、在本技术的一些实施例中，进行蜡模压制时，保证蜡模模具的温度在20～30℃，蜡料充型后持续施加保压压力1.2-2.2mpa，保压时间10～200s，以补充蜡料冷却凝固过程中的体积收缩。

11、在本技术的一些实施例中，步骤s500中，进行模壳制壳时，分别配制面层涂料、过渡层涂料、背层涂料，将叶片蜡模依次浸入面层涂料、过渡层涂料和背层涂料中，且每次浸入不同的涂料后对叶片蜡模表面进行撒刚玉砂，制成型壳模型；对型壳模型进行蒸气脱蜡处理，获得脱出蜡料的中空模壳；将经过脱蜡处理的中空型壳进行焙烧后即得到最终的叶片模壳。

12、在本技术的一些实施例中，叶片蜡模的叶片、直浇道、上盖板和浇口杯依次涂挂六遍面层涂料、过渡层涂料和背层涂料，叶片蜡模的底板部分仅需依次涂挂四遍面层涂料、过渡层涂料和背层涂料。

13、在本技术的一些实施例中，叶片蜡模在涂挂完第四遍面层涂料、过渡层涂料和背层涂料后，将叶片蜡模的底板保持在浆料液面以上进行第五遍和第六遍的涂料涂挂操作，即可实现底板和叶片的模壳层数为四层，而其余部分为六层。

14、在本技术的一些实施例中，面层涂料、过渡层涂料和背层涂料对应的粘度分别为30～35s、20～25s和10～12s，浸入面层涂料后撒的刚玉砂的粒度为80#，浸入过渡层涂料后撒的刚玉砂的粒度为46#，浸入背层涂料后撒的刚玉砂的粒度为24#。

15、在本技术的一些实施例中，在步骤s500中，定向叶片浇注时，叶片蜡模的引晶段形状与叶尖形状一致且为仿形引晶段，定向叶片引晶段朝向叶尖的方向依次分为下引晶段、过滤网和晶粒整形器；过滤网用于对下引晶段生长的柱状晶进行随机筛选，以减少柱状晶数量，增加每个柱状晶横截面尺寸；晶粒整形器内部开设有多个整形孔道，整形孔道用于强制对柱状晶晶界进行调整，使得柱状晶经过孔道后，获得与孔道形状一致的晶界。

16、在本技术的一些实施例中，下引晶段形状大小与叶尖截面一致，过滤网外形为仿叶尖形状且尺寸较叶尖尺寸单边厚1～3mm，过滤网的网孔密度为10～30ppi，晶粒整形器与过滤网外形尺寸一致。

17、在本技术的一些实施例中，整形孔道靠近过滤网处的孔道入口尺寸小而孔道间距大，仅允许与孔道入口对齐的枝晶进入生长，不对齐的部分则被遮挡，阻止进一步生长；整形孔道靠近叶片叶尖处的孔道出口尺寸大而孔道间距小，避免因孔道间距过大导致相邻孔道生长出的柱状晶异常生长，柱状晶形状产生过大的偏离。

18、本技术具有以下有益效果：

19、本技术一种空心叶片生产质量优化方法通过在蜡模模具内腔开设限位孔，将蜡片装填在限位孔内，使得蜡片的厚度由原来的x调整为x+限位孔的孔深，随后将型芯装配进蜡模模具内，进行蜡模压制操作，获得带蜡模凸台的叶片蜡模。压型完后蜡片与叶片蜡模的边界由原先的叶片蜡模型面转移至限位孔形成的蜡模凸台顶部平面上，将蜡模凸台顶部平面的蜡料及蜡片烫化，待其重新凝固后，蜡片和叶片蜡料的边界便得到消除。随后进行模壳制壳、定向叶片浇注，获得叶型带有凸台的叶片铸件，铸件经浇注成型后，对应位置形成对应的凸台，经抛修后即可去除，使得型面光顺转接，平滑过渡。通过本技术加工方法，彻底避免了蜡片传统滴蜡+砂纸抛修带来的铸件表面划痕问题及铸件壳渣的风险；且在蜡模模具内腔表面开设限位孔作为蜡片安装孔，可明确蜡片粘贴位置，提高了蜡片粘贴位置的一致性，有利于提高整体加工的效率。

20、当然，实施本技术的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本技术书作进一步详细的说明。