專利名稱：一種空心葉片型芯與型殼定位的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航空發(fā)動機及燃氣輪機技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及空心葉片鑄件的熔模鑄造
技術(shù)。
背景技術(shù)：
葉片是航空發(fā)動機的關(guān)鍵部件。在現(xiàn)代的航空發(fā)動機制造中，為了形成葉片的復(fù) 雜內(nèi)腔和保證葉片尺寸和形位精度，主要采用熔模鑄造來完成空心渦輪葉片的制造。
在空心葉片鑄件制造過程中，型芯、型殼和合金本身是各自獨立的；但在凝固過程 中，型芯與型殼所組成的復(fù)雜型腔最終由合金液充填形成金屬葉片鑄件，就工藝整體而言， 它們又是一個連續(xù)體。在凝固過程中，隨著合金液溫度降低，型芯、型殼、合金按各自的線膨 脹系數(shù)收縮變形；這種收縮變形又被相互制約著，產(chǎn)生應(yīng)力集中；當(dāng)這種應(yīng)力超過型芯所 能承受的極限時，它就被釋放出來，表現(xiàn)為葉片鑄件的鑄造缺陷就是斷芯、漏芯，或者導(dǎo)致 葉片的壁厚不穩(wěn)定。 傳統(tǒng)型芯與型殼定位的工藝方法采用的是沿Y坐標(biāo)方向的"軸式定位方法"，型殼 在焙燒、澆注和拉晶過程中，由于型殼與型芯線膨脹系數(shù)不同及間隙大小控制不好，"軸定 位"不穩(wěn)定，型芯很容易產(chǎn)生斷裂或沿Y坐標(biāo)方向發(fā)生偏擺，導(dǎo)致葉片盆、背壁厚不均勻。因 此，如何設(shè)置型芯在型殼中的定位點，使得型芯、型殼在長時間高溫下仍有相對的自由收縮 變形，相互之間產(chǎn)生較小的熱應(yīng)力是提高葉片鑄件合格率的關(guān)鍵之一。

發(fā)明內(nèi)容
針對以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足之處，本發(fā)明提供一種空心葉片型芯與型殼定位的 方法，以提高葉片鑄件的壁厚尺寸精度和提高葉片鑄件的合格率，解決葉片鑄件鑄造過程 中的偏芯、斷芯問題。 依據(jù)定向凝固過程中高渦葉片陶瓷型芯和型殼溫度場分布特點，以及型芯與型殼
本身線膨脹等物理特性的分析，設(shè)置陶瓷型芯的定位時采用點、面直接接觸式。 葉尖延伸段設(shè)置葉尖定位點，葉尖定位點所在的葉尖延伸段作為固定端，采用面
直接接觸式；排氣邊涂自由端，并在自由端上制作兩個定位點，此處型芯與型殼采用點接觸
式；榫齒的延伸段也采用點定位，在榫齒延伸段制作兩個塔式定位點，采用點直接接觸式；
型芯葉盆與葉背定位方法相同，定位點位置對稱。這種在葉尖采用面接觸，榫齒延伸段、排
氣邊采用點接觸，兩種方式相結(jié)合形成了"點面結(jié)合定位方式"。 定位點說明如下。 榫齒延伸段的四個榫齒塔式定位點(葉背兩個，葉盆兩個)和排氣邊自由端處的 四個排氣邊定位點(葉背兩個，葉盆兩個)的大小和位置尺寸根據(jù)葉片的大小規(guī)定。
榫齒塔式定位點和排氣邊定位點均采用鉆頭鉆取的方法加工。
—般葉片榫齒寬度為20 200mm的，可以將定位點直徑設(shè)為2 90mm，葉盆上兩 個定位點的點心間距為5 100mm，葉背上兩個定位點的點心間距也是5 100mm。
排氣邊定位點的設(shè)計方法為露出蠟?zāi)５男托緦挾葹? 100mm的，將定位點的直 徑設(shè)為0. 5 80mm，葉盆上兩定位點的點心間距設(shè)為5 150mm，葉背上兩個定位點的點心 間距也是5 150mm。 如葉片鑄件排氣邊為窗口式，則排氣邊可以不加定位點，只采用葉尖和榫齒延伸 段兩處定位即可。定位點大小與位置尺寸與上述無窗口葉片相同。 葉尖定位點為矩形，共四個(葉背兩個，葉盆兩個)，葉尖定位點位置尺寸和大小 根據(jù)葉片的大小規(guī)定。 一般葉片葉尖延伸段長度為15 200mm、寬度為15 180mm的，葉 尖定位點長為8 150mm，寬為5 75mm。葉盆上兩葉尖定位點點心距為2 130mm，葉背 上兩葉尖定位點點心距也是2 130mm。 通過上述型芯定位點、定位端的設(shè)定，實現(xiàn)了型芯在型殼中的定位。本發(fā)明方法不 采用"軸式定位方法"，但葉尖盆、背仍采用兩個固定端，并在葉片榫頭和后緣的盆、背部位 各加了兩個定位點，這種在榫齒延伸段加塔式定位點與后緣(排氣邊)加點式定位點兩種 方式相結(jié)合形成了"點面結(jié)合定位方式"，克服了軸向定位的缺點；同時型殼與型芯在可控 的間隙內(nèi)可相對移動，克服了型殼與型芯的線漲系數(shù)不同使型芯產(chǎn)生斷裂。采用此種定位 方法制造的葉片鑄件盆、背及排氣邊的壁厚均勻，解決了偏芯、斷芯難題。
本發(fā)明方法突破了國內(nèi)同行業(yè)的傳統(tǒng)定位方法，生產(chǎn)過程中操作簡單、方便，縮短 了葉片鑄件的加工周期，提高了鑄件質(zhì)量、合格率及生產(chǎn)效率。經(jīng)過生產(chǎn)試驗工作，采用此 種定位方式生產(chǎn)的葉片鑄件，在鑄造過程中大大減少了偏芯、斷芯情況。如該方法進一步擴 展并應(yīng)用到其它型號發(fā)動機及民品燃機的生產(chǎn)過程中，則其產(chǎn)生的經(jīng)濟效益將更大。


圖1為葉背定位點示意圖；
圖2為葉盆定位點示意圖； 圖3為排氣邊為窗口式的葉片葉盆定位點示意圖。
圖中1榫齒塔式定位點，2排氣邊定位點，3葉尖定位點。
具體實施例方式
以下通過實施例進一步說明本發(fā)明的方法。
實施例1 依據(jù)定向凝固過程中高渦葉片陶瓷型芯和型殼溫度場分布特點，以及型芯與型殼
本身線膨脹等物理特性的分析，設(shè)置陶瓷型芯的定位時采用點、面直接接觸式。 葉尖延伸段設(shè)置葉尖定位點，葉尖定位點所在的葉尖延伸段作為固定端，采用面
直接接觸式；排氣邊涂自由端，并在自由端上制作兩個定位點，此處型芯與型殼采用點接觸
式；榫齒的延伸段也采用點定位，在榫齒延伸段制作兩個塔式定位點，采用點直接接觸式；
型芯葉盆與葉背定位方法相同，定位點位置對稱。這種在葉尖采用面接觸，榫齒延伸段、排
氣邊采用點接觸，兩種方式相結(jié)合形成了 "點面結(jié)合定位方式"。 定位點說明如下。 榫齒延伸段的四個榫齒塔式定位點(葉背兩個，葉盆兩個)和排氣邊自由端處的 四個排氣邊定位點(葉背兩個，葉盆兩個)的大小和位置尺寸根據(jù)葉片的大小規(guī)定。
榫齒塔式定位點和排氣邊定位點均采用鉆頭鉆取的方法加工。 葉片榫齒寬度為120mm，將定位點直徑設(shè)為45mm，葉盆上兩個定位點的點心間距
為60mm，葉背上兩個定位點的點心間距也是60mm。 露出蠟?zāi)５男托緦挾葹?0mm，將定位點的直徑設(shè)為35mm，葉盆上兩定位點的點心 間距設(shè)為80mm，葉背上兩個定位點的點心間距也是80mm。 葉尖定位點為矩形，共四個(葉背兩個，葉盆兩個)。葉片葉尖延伸段長度為 100mm、寬度為90mm，葉尖定位點長為70mm，寬為30mm。葉盆上兩葉尖定位點點心距為40mm， 葉背上兩葉尖定位點點心距也是40mm。 通過上述型芯定位點、定位端的設(shè)定，實現(xiàn)了型芯在型殼中的定位。
實施例2 依據(jù)定向凝固過程中高渦葉片陶瓷型芯和型殼溫度場分布特點，以及型芯與型殼
本身線膨脹等物理特性的分析，設(shè)置陶瓷型芯的定位時采用點、面直接接觸式。 葉尖延伸段設(shè)置葉尖定位點，葉尖定位點所在的葉尖延伸段作為固定端，采用面
直接接觸式；排氣邊涂自由端，并在自由端上制作兩個定位點，此處型芯與型殼采用點接觸
式；榫齒的延伸段也采用點定位，在榫齒延伸段制作兩個塔式定位點，采用點直接接觸式；
型芯葉盆與葉背定位方法相同，定位點位置對稱。這種在葉尖采用面接觸，榫齒延伸段、排
氣邊采用點接觸，兩種方式相結(jié)合形成了 "點面結(jié)合定位方式"。 定位點說明如下。 榫齒延伸段的四個榫齒塔式定位點(葉背兩個，葉盆兩個)和排氣邊自由端處的 四個排氣邊定位點(葉背兩個，葉盆兩個)的大小和位置尺寸根據(jù)葉片的大小規(guī)定。
榫齒塔式定位點和排氣邊定位點均采用鉆頭鉆取的方法加工。
葉片榫齒寬度為200mm，將定位點直徑設(shè)為90mm，葉盆上兩個定位點的點心間距 為100mm，葉背上兩個定位點的點心間距也是100mm。 排氣邊定位點的設(shè)計方法為露出蠟?zāi)５男托緦挾葹?00mm，將定位點的直徑 設(shè)為80mm，葉盆上兩定位點的點心間距設(shè)為150mm，葉背上兩個定位點的點心間距也是 150mm。 葉尖定位點為矩形，共四個(葉背兩個，葉盆兩個)。葉片葉尖延伸段長度為 200mm、寬度為180mm，葉尖定位點長為150mm，寬為75mm。葉盆上兩葉尖定位點點心距為 85mm，葉背上兩葉尖定位點點心距也是85mm。 通過上述型芯定位點、定位端的設(shè)定，實現(xiàn)了型芯在型殼中的定位。
實施例3 依據(jù)定向凝固過程中高渦葉片陶瓷型芯和型殼溫度場分布特點，以及型芯與型殼
本身線膨脹等物理特性的分析，設(shè)置陶瓷型芯的定位時采用點、面直接接觸式。 葉尖延伸段設(shè)置葉尖定位點，葉尖定位點所在的葉尖延伸段作為固定端，采用面
直接接觸式；排氣邊涂自由端，并在自由端上制作兩個定位點，此處型芯與型殼采用點接觸
式；榫齒的延伸段也采用點定位，在榫齒延伸段制作兩個塔式定位點，采用點直接接觸式；
型芯葉盆與葉背定位方法相同，定位點位置對稱。這種在葉尖采用面接觸，榫齒延伸段、排
氣邊采用點接觸，兩種方式相結(jié)合形成了"點面結(jié)合定位方式"。 定位點說明如下。
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榫齒延伸段的四個榫齒塔式定位點(葉背兩個，葉盆兩個)和排氣邊自由端處的 四個排氣邊定位點(葉背兩個，葉盆兩個)的大小和位置尺寸根據(jù)葉片的大小規(guī)定。
榫齒塔式定位點和排氣邊定位點均采用鉆頭鉆取的方法加工。
葉片榫齒寬度為20mm，將定位點直徑設(shè)為2mm，葉盆上兩個定位點的點心間距為 5mm，葉背上兩個定位點的點心間距也是5mm。 排氣邊定位點的設(shè)計方法為露出蠟?zāi)５男托緦挾葹?mm，將定位點的直徑設(shè)為 0. 5mm，葉盆上兩定位點的點心間距設(shè)為5mm，葉背上兩個定位點的點心間距也是5mm。
葉尖定位點為矩形，共四個(葉背兩個，葉盆兩個)。葉片葉尖延伸段長度為15mm、 寬度為15mm，葉尖定位點長為8mm，寬為5mm。葉盆上兩葉尖定位點點心距為2mm，葉背上兩 葉尖定位點點心距也是2mm。 通過上述型芯定位點、定位端的設(shè)定，實現(xiàn)了型芯在型殼中的定位。
實施例4 依據(jù)定向凝固過程中高渦葉片陶瓷型芯和型殼溫度場分布特點，以及型芯與型殼
本身線膨脹等物理特性的分析，設(shè)置陶瓷型芯的定位時采用點、面直接接觸式。 葉尖延伸段設(shè)置葉尖定位點，葉尖定位點所在的葉尖延伸段作為固定端，采用面
直接接觸式；排氣邊涂自由端，并在自由端上制作兩個定位點，此處型芯與型殼采用點接觸
式；榫齒的延伸段也采用點定位，在榫齒延伸段制作兩個塔式定位點，采用點直接接觸式；
型芯葉盆與葉背定位方法相同，定位點位置對稱。這種在葉尖采用面接觸，榫齒延伸段、排
氣邊采用點接觸，兩種方式相結(jié)合形成了 "點面結(jié)合定位方式"。 定位點說明如下。 榫齒延伸段的四個榫齒塔式定位點(葉背兩個，葉盆兩個)和排氣邊自由端處的 四個排氣邊定位點(葉背兩個，葉盆兩個)的大小和位置尺寸根據(jù)葉片的大小規(guī)定。
榫齒塔式定位點和排氣邊定位點均采用鉆頭鉆取的方法加工。
葉片榫齒寬度為200mm，將定位點直徑設(shè)為90mm，葉盆上兩個定位點的點心間距 為100mm，葉背上兩個定位點的點心間距也是100mm。 排氣邊定位點的設(shè)計方法為露出蠟?zāi)５男托緦挾葹?00mm，將定位點的直徑 設(shè)為80mm，葉盆上兩定位點的點心間距設(shè)為150mm，葉背上兩個定位點的點心間距也是 150mm。 葉尖定位點為矩形，共四個(葉背兩個，葉盆兩個)。葉片葉尖延伸段長度為 200mm、寬度為180mm，葉尖定位點長為150mm，寬為30mm。葉盆上兩葉尖定位點點心距為 130mm，葉背上兩葉尖定位點點心距也是130mm。 通過上述型芯定位點、定位端的設(shè)定，實現(xiàn)了型芯在型殼中的定位。
實施例5 依據(jù)定向凝固過程中高渦葉片陶瓷型芯和型殼溫度場分布特點，以及型芯與型殼
本身線膨脹等物理特性的分析，設(shè)置陶瓷型芯的定位時采用點、面直接接觸式。 葉尖延伸段設(shè)置葉尖定位點，葉尖定位點所在的葉尖延伸段作為固定端，采用面
直接接觸式；榫齒的延伸段也采用點定位，在榫齒延伸段制作兩個塔式定位點，采用點直接
接觸式，型芯葉盆與葉背定位方法相同，定位點位置對稱。這種在葉尖采用面接觸，榫齒延
伸段采用點接觸，兩種方式相結(jié)合形成了"點面結(jié)合定位方式"。
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定位點說明如下。 榫齒延伸段的四個榫齒塔式定位點(葉背兩個，葉盆兩個)和排氣邊自由端處的 四個排氣邊定位點(葉背兩個，葉盆兩個)的大小和位置尺寸根據(jù)葉片的大小規(guī)定。
榫齒塔式定位點和排氣邊定位點均采用鉆頭鉆取的方法加工。
葉片榫齒寬度為100mm，將定位點直徑設(shè)為30mm，葉盆上兩個定位點的點心間距 為40mm，葉背上兩個定位點的點心間距也是40mm。 葉片鑄件排氣邊為窗口式，排氣邊不加定位點，只采用葉尖和榫齒延伸段兩處定 位。葉尖定位點為矩形，共四個(葉背兩個，葉盆兩個)。葉片葉尖延伸段長度為100mm、寬 度為80mm，葉尖定位點長為70mm，寬為20mm。葉盆上兩葉尖定位點點心距為40mm，葉背上 兩葉尖定位點點心距也是40mm。 通過上述型芯定位點、定位端的設(shè)定，實現(xiàn)了型芯在型殼中的定位。
權(quán)利要求
一種空心葉片型芯與型殼定位的方法，其特征在于葉尖延伸段設(shè)置葉尖定位點，葉尖定位點所在的葉尖延伸段作為固定端，采用面直接接觸式；排氣邊涂自由端，并在自由端上制作兩個定位點，此處型芯與型殼采用點接觸式；榫齒的延伸段也采用點定位，在榫齒延伸段制作兩個塔式定位點，采用點直接接觸式；型芯葉盆與葉背定位方法相同，定位點位置對稱，定位點特點如下葉片榫齒寬度為20～200mm的，將定位點直徑設(shè)為2～90mm，葉盆上兩個定位點的點心間距為5～100mm，葉背上兩個定位點的點心間距也是5～100mm；排氣邊定位點的設(shè)計方法為露出蠟?zāi)５男托緦挾葹?～100mm的，將定位點的直徑設(shè)為0.5～80mm，葉盆上兩定位點的點心間距設(shè)為5～150mm，葉背上兩個定位點的點心間距也是5～150mm；葉尖定位點為矩形，共四個，葉片葉尖延伸段長度為15～200mm、寬度為15～180mm的，葉尖定位點長為8～150mm，寬為5～75mm，葉盆上兩葉尖定位點點心距為2～130mm，葉背上兩葉尖定位點點心距也是2～130mm。
2. 按照權(quán)利要求1所述的空心葉片型芯與型殼定位的方法，其特征在于葉片鑄件排 氣邊為窗口式，只采用葉尖和榫齒延伸段兩處定位，即只采用葉尖定位點和榫齒塔式定位 點。
全文摘要
一種空心葉片型芯與型殼定位的方法，屬于航空發(fā)動機及燃氣輪機技術(shù)領(lǐng)域。葉尖延伸段設(shè)置葉尖定位點，葉尖定位點所在的葉尖延伸段作為固定端，采用面直接接觸式；排氣邊涂自由端，并在自由端上制作兩個定位點，此處型芯與型殼采用點接觸式；榫齒的延伸段也采用點定位，在榫齒延伸段制作兩個塔式定位點，采用點直接接觸式；型芯葉盆與葉背定位方法相同，定位點位置對稱。本發(fā)明方法突破了國內(nèi)同行業(yè)的傳統(tǒng)定位方法，生產(chǎn)過程中操作簡單、方便，縮短了葉片鑄件的加工周期，提高了鑄件質(zhì)量、合格率及生產(chǎn)效率。經(jīng)過生產(chǎn)試驗工作，采用此種定位方式生產(chǎn)的葉片鑄件，在鑄造過程中大大減少了偏芯、斷芯情況。
文檔編號B22C9/04GK101695741SQ20091018830
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月30日
發(fā)明者叢健, 倪偉, 張世東, 杜洪強, 王鐵軍, 白素春, 蘇潤濤, 賈石, 韓大平 申請人:沈陽黎明航空發(fā)動機(集團)有限責(zé)任公司;