涡轮叶片陶芯软芯撑加工方法

摘要

本发明公开了一种涡轮叶片陶芯软芯撑加工方法，用于解决现有方法软芯撑与陶芯贴合点一致性差的技术问题。技术方案是该方法在陶芯叶身距叶尖部位1/3处叶型中心位置确定一个软芯撑点，在陶芯叶身距叶尖部位2/3处叶型曲线上均匀布置两个软芯撑点，以软芯撑位置点为中心，Y轴方向为轴线，做直径Φ4mm的圆柱，利用陶芯曲面及蜡型模具曲面为边界裁剪圆柱，两曲面间几何形体即为软芯撑几何模型；依据软芯撑几何结构编制的加工程序，采用VMC‑850机床，硬质合金球头铣刀进行加工，实现蜡质软芯撑的加工制备。提高了软芯撑与陶芯贴合点的一致性。

权利要求

1.一种涡轮叶片陶芯软芯撑加工方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1、确定叶盆、叶背软芯撑位置；

陶芯叶身段长度为75mm，打印点截面Ⅰ和截面Ⅱ高度分别为叶身的1/3和2/3，将截面线投影到XZ平面，得到截面Ⅰ及截面Ⅱ；截面Ⅰ沿陶芯Y轴方向与陶芯叶盆的交线三等分，得到点Q1、Q2，截面Ⅱ沿陶芯Y轴方向与陶芯叶盆的交线二等分，得到点Q3，点Q1、Q2、Q3即为陶芯叶盆部位软芯撑打印点；截面Ⅰ沿陶芯Y轴方向与陶芯叶背的交线三等分，得到点Q4、Q5，截面Ⅱ沿陶芯Y轴方向与陶芯叶背的交线二等分，得到点Q6，点Q4、Q5、Q6即为陶芯叶背部位软芯撑打印点；

步骤2、确定叶盆、叶背软芯撑几何形状；

以点Q1、Q2、Q3为中心，Y轴向为轴线分别作Φ4mm圆柱，利用陶芯叶盆型面与蜡型模具型面对圆柱进行裁剪，得到叶盆软芯撑几何结构；以点Q4、Q5、Q6为中心，Y轴向为轴线分别作Φ4mm圆柱，利用陶芯叶背型面与蜡型模具型面对圆柱进行裁剪，得到叶背软芯撑几何结构；

步骤3、分析软芯撑材料，选择数控机床、夹具、刀具、工艺参数；

软芯撑材料为精铸用蜡料，具有较小的热膨胀率和收缩率，较高的耐热性；根据陶芯尺寸大小，软芯撑设定为Φ4mm的圆柱；

软芯撑与陶芯Y轴平行，结合陶芯整体结构，选择：机床为三轴数控机床，根据软芯撑直径，确定刀具直径≤1mm，选择刀具为硬质合金铣刀，其刀具球头半径为0.5mm；

步骤4、软芯撑毛坯制备；

采用中性洗涤剂加水清洗，去除掉陶芯表面油膜；将所选用的软芯撑蜡料通过水浴加热，控制蜡液温度不超过100℃；在软芯撑位置附近涂覆蜡液，涂覆蜡液尺寸大于软芯撑尺寸，以备数控加工余量；

步骤5、软芯撑数控加工；

利用通用CAD/CAM软件进行编程，并对刀位轨迹进行仿真验证；加工时选择的机床为：VMC-850，选择的刀具为：硬质合金球头铣刀，机床转速选择为1300r/min，进给速度为

800mm/min。

说明书

涡轮叶片陶芯软芯撑加工方法

技术领域

[0001] 本发明涉及一种陶芯软芯撑加工方法，特别涉及一种涡轮叶片陶芯软芯撑加工方法。

背景技术

[0002] 航空发动机空心涡轮叶片精铸成形周期长、壁厚精度偏低、废品率高，一直是制约我国新机研制的瓶颈之一。

[0003] 制备壁厚精度合格的精铸蜡型是保证空心涡轮叶片壁厚的首要条件。精铸蜡型壁厚主要依靠陶芯与蜡型模具的精确匹配进行保证。为控制陶芯在蜡型模具中的位置，需采用芯撑对陶芯进行定位和支撑，通过芯撑的反作用力抵消蜡型充型过程中蜡料对陶芯的作用力，从而减小陶芯变形及漂移，控制精铸蜡型的壁厚偏差分布。目前，芯撑有金属材质芯撑和蜡质软芯撑。因金属芯撑在模具合模及蜡模压制过程中，可能因挤压导致陶芯断裂，因而实际生产中常采用由软蜡制成的蜡质软芯撑来实现陶芯在蜡型模具中的定位。

[0004] 文献“《复杂空心涡轮叶片精铸蜡模陶芯软芯撑定位技术》[J]崔康，汪文虎特种铸造及有色合金2013.33(1)p53-56”指出目前陶芯定位元件的空间布局和结构尺寸主要依靠经验设计完成，由于缺乏理论依据，常常导致陶芯定位不完整，并公开了陶芯蜡质软芯撑的定位技术，通过建立陶芯定位误差传递模型、定位布局优化算法，精确给出了陶芯定位布局点。而在蜡质软芯撑的制备方面，国内尚未有专门的研究见诸报道，而实际生产中通常为固定厚度的矩形蜡片，用时将蜡片粘接在陶瓷型芯上，压制精铸蜡型时，芯撑被蜡料包裹并与精铸蜡型融为一体。由于精铸蜡型壁厚并不是均匀分布，采取固定厚度的矩形蜡片，将导致芯撑不能完全与蜡型模具贴合，从而影响蜡型壁厚精度，且软芯撑与陶芯贴合过程需要工人手动操作，软芯撑与陶芯贴合点一致性较差，生产效率低。

发明内容

[0005] 为了克服现有方法软芯撑与陶芯贴合点一致性差的不足，本发明提供一种涡轮叶片陶芯软芯撑加工方法。该方法在陶芯叶身距叶尖部位1/3处叶型中心位置确定一个软芯撑点，在陶芯叶身距叶尖部位2/3处叶型曲线上均匀布置两个软芯撑点，以软芯撑位置点为中心，Y轴方向为轴线，做直径Φ4mm的圆柱，利用陶芯曲面及蜡型模具曲面为边界裁剪圆柱，两曲面间几何形体即为软芯撑几何模型；依据软芯撑几何结构编制的加工程序，采用VMC-850机床，硬质合金球头铣刀进行加工，实现蜡质软芯撑的加工制备。提高了软芯撑与陶芯贴合点的一致性。

[0006] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种涡轮叶片陶芯软芯撑加工方法，其特点是包括以下步骤：

[0007] 步骤1、确定叶盆、叶背软芯撑位置。

[0008] 陶芯叶身段长度为75mm，打印点截面Ⅰ和截面Ⅱ高度分别为叶身的1/3和2/3，将截面线投影到XZ平面，得到截面Ⅰ及截面Ⅱ。截面Ⅰ沿Y方向与陶芯叶盆的交线三等分，得到点Q1、Q2，截面Ⅱ沿Y方向与陶芯叶盆的交线二等分，得到点Q3，点Q1、Q2、Q3即为陶芯叶盆部位软芯撑打印点。截面Ⅰ沿Y轴方向与陶芯叶背的交线三等分，得到点Q4、Q5，截面Ⅱ沿Y轴方向与陶芯叶背的交线二等分，得到点Q6，点Q4、Q5、Q6即为陶芯叶背部位软芯撑打印点。

[0009] 步骤2、确定叶盆、叶背软芯撑几何形状。

[0010] 以点Q1、Q2、Q3为中心，Y轴向为轴线分别作Φ4mm圆柱，利用陶芯叶盆型面与蜡型模具型面对圆柱进行裁剪，得到叶盆软芯撑几何结构。以点Q4、Q5、Q6为中心，Y轴向为轴线分别作Φ4mm圆柱，利用陶芯叶背型面与蜡型模具型面对圆柱进行裁剪，得到叶背软芯撑几何结构。

[0011] 步骤3、分析软芯撑材料，选择数控机床、夹具、刀具、工艺参数。

[0012] 软芯撑材料为精铸用蜡料，具有较小的热膨胀率和收缩率，较高的耐热性；根据陶芯尺寸大小，软芯撑设定为Φ4mm的圆柱；

[0013] 软芯撑与陶芯Y轴平行，结合陶芯整体结构，选择：机床为三轴数控机床，根据软芯撑直径，确定刀具直径≤1mm，选择刀具为硬质合金铣刀，其刀具球头半径为0.5mm。

[0014] 步骤4、软芯撑毛坯制备。

[0015] 采用中性洗涤剂加水清洗，去除掉陶芯表面油膜；将所选用的软芯撑蜡料通过水浴加热，控制蜡液温度不超过100℃；在软芯撑位置附近涂覆蜡液，涂覆蜡液尺寸大于软芯撑尺寸，以备数控加工余量。

[0016] 步骤5、软芯撑数控加工。

[0017] 利用通用CAD/CAM软件进行编程，并对刀位轨迹进行仿真验证。加工时选择的机床为：VMC-850，选择的刀具为：硬质合金球头铣刀，机床转速选择为1300r/min，进给速度为800mm/min。

[0018] 本发明的有益效果是：该方法在陶芯叶身距叶尖部位1/3处叶型中心位置确定一个软芯撑点，在陶芯叶身距叶尖部位2/3处叶型曲线上均匀布置两个软芯撑点，以软芯撑位置点为中心，Y轴方向为轴线，做直径Φ4mm的圆柱，利用陶芯曲面及蜡型模具曲面为边界裁剪圆柱，两曲面间几何形体即为软芯撑几何模型；依据软芯撑几何结构编制的加工程序，采用VMC-850机床，硬质合金球头铣刀进行加工，实现蜡质软芯撑的加工制备。提高了软芯撑与陶芯贴合点的一致性。测试结果表明：直径Φ4mm的蜡质软芯撑，芯撑与蜡模、陶芯的贴合间隙由最大2mm降低到0.5mm以下；采用数控定位及加工技术，每个陶芯软芯撑制备时间节省1.5小时左右。

[0019] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。

附图说明

[0020] 图1是本发明涡轮叶片陶芯软芯撑加工方法的流程图。

[0021] 图2是本发明涡轮叶片陶芯软芯撑加工方法中陶芯定位截面示意图。

[0022] 图3是本发明涡轮叶片陶芯软芯撑加工方法中叶盆软芯撑点示意图。

[0023] 图4是本发明涡轮叶片陶芯软芯撑加工方法中叶背软芯撑点示意图。

[0024] 图5是本发明涡轮叶片陶芯软芯撑加工方法中叶盆软芯撑几何结构示意图。

[0025] 图6是本发明涡轮叶片陶芯软芯撑加工方法中叶背软芯撑几何结构示意图。

具体实施方式

[0026] 参照图1-6。本发明涡轮叶片陶芯软芯撑加工方法具体步骤如下：

[0027] 步骤1、确定叶盆、叶背软芯撑位置。

[0028] 本实施例中陶芯叶身段长度为75mm，打印点截面Ⅰ和截面Ⅱ高度分别为叶身的1/3和2/3，将截面线投影到XZ平面，得到截面Ⅰ及截面Ⅱ，截面Ⅰ沿Y方向与陶芯叶盆的交线三等分，得到点Q1、Q2，截面Ⅱ沿Y方向与陶芯叶盆的交线二等分，得到点Q3，点Q1、Q2、Q3即为陶芯叶盆部位软芯撑打印点。截面Ⅰ沿Y轴方向与陶芯叶背的交线三等分，得到点Q4、Q5，截面Ⅱ沿Y轴方向与陶芯叶背的交线二等分，得到点Q6，点Q4、Q5、Q6即为陶芯叶背部位软芯撑打印点。

[0029] 步骤2、确定叶盆、叶背软芯撑几何形状。

[0030] 以点Q1、Q2、Q3为中心，Y轴向为轴线分别作Φ4mm圆柱，利用陶芯叶盆型面与蜡型模具型面对圆柱进行裁剪，即可得到叶盆软芯撑几何结构。以点Q4、Q5、Q6为中心，Y轴向为轴线分别作Φ4mm圆柱，利用陶芯叶背型面与蜡型模具型面对圆柱进行裁剪，即可得到叶背软芯撑几何结构。

[0031] 步骤3、分析软芯撑材料，选择数控机床、夹具、刀具、工艺参数。

[0032] 根据实际情况，软芯撑材料为精铸用蜡料，具有较小的热膨胀率和收缩率，较高的耐热性；根据陶芯尺寸大小，软芯撑设定为Φ4mm的圆柱；

[0033] 本实施例中软芯撑与陶芯Y轴平行，结合陶芯整体结构，选择：机床为三轴数控机床，根据软芯撑直径，确定刀具直径≤1mm，选择刀具为硬质合金铣刀，其刀具球头半径为0.5mm。

[0034] 步骤4、软芯撑毛坯制备。

[0035] 具体步骤如下：

[0036] (1)采用中性洗涤剂加水清洗，去除掉陶芯表面油膜；

[0037] (2)熔蜡：将所选用的软芯撑蜡料在烧杯中通过水浴加热，控制蜡液温度不超过100℃；

[0038] (3)涂蜡：在软芯撑位置附近涂覆蜡液，其尺寸应大于软芯撑尺寸，以备数控加工余量。

[0039] 步骤5、软芯撑数控加工。

[0040] 利用通用CAD/CAM软件进行编程，并对刀位轨迹进行仿真验证。加工时选择的机床为：VMC-850，选择的刀具为：硬质合金球头铣刀，机床转速选择为1300r/min，进给速度为800mm/min。