專利名稱：一種用于制造高溫合金空心葉片的型芯的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及高溫合金部件的精密鑄造，具體是一種用于制造高溫合金空心葉片的型芯及其壓蠟?zāi)＞吆吞沾赡さ脑O(shè)計。
背景技術(shù)：
為了提高高溫合金渦輪葉片的工作溫度，人們將早期的實心葉片改進(jìn)成空心葉片，利用空氣通過葉片的復(fù)雜內(nèi)腔達(dá)到冷卻葉片的目的。葉片的復(fù)雜內(nèi)腔是用陶瓷型芯在熔模鑄造中形成。陶瓷型芯在壓蠟時要承受高壓、高速蠟液的沖擊，在澆注和定向凝固過程中更要承受高溫金屬液的沖擊和長時間的熱應(yīng)力。特別是在在剛性固定的榫頭部位會出現(xiàn)切應(yīng)力，成為陶瓷型芯的斷裂的重要原因。減少型芯在壓蠟和澆注凝固過程中的斷裂，已成為提聞空心葉片成品率的關(guān)鍵之一。如圖1 4所示，是現(xiàn)有技術(shù)制造高溫合金空心葉片的型芯2、壓蠟?zāi)＞?和陶瓷模殼6的結(jié)構(gòu)?？招娜~片的型芯2除了是在葉片鑄造時、形成葉片空腔的主要部分，在壓蠟及制造陶瓷模殼6的過程中，也要通過型芯2的葉根芯頭I和葉頂芯頭3分別在壓蠟?zāi)＞?中和陶瓷模殼6中定位?，F(xiàn)在通行的型芯2的葉根芯頭I和葉頂芯頭3部分都做得外形突出、尺寸較大，埋入壓蠟?zāi)＞?和陶瓷模殼6中很深，接觸面積大，以保證型芯2的固定。具體的:現(xiàn)有的型芯2上端的葉根芯頭I為橫梁型，下端的葉頂芯頭3則在垂直方向突出。如此設(shè)計，使得在壓蠟過程中，橫梁型的葉根芯頭I橫向兩端埋入壓蠟?zāi)＞?中、葉頂芯頭3垂直方向的突出部分埋入壓蠟?zāi)＞?中；在制作陶瓷模殼6時，橫梁型的葉根芯頭I橫向兩端埋入陶瓷模殼6中、葉頂芯頭3垂直方向的突出部分埋入陶瓷模殼6中。但是，這也往往造成了對型芯2本身伸縮的阻礙，易使型芯2在壓蠟和澆注凝固過程中變形和斷裂。雖然通過在葉根芯頭I和葉頂芯頭3的相應(yīng)凸出部位設(shè)置間隙，使得葉根芯頭I和葉頂芯頭3在一定程度上成為自由端，但由于葉根芯頭I和葉頂芯頭3的結(jié)構(gòu)原因，若間隙太小不能自由伸縮，太大則懸空、起不到固定型芯的作用，非常難控制。特別是對重型燃機(jī)用的大尺寸葉片，型芯2與壓蠟?zāi)＞?和陶瓷模殼6之間的伸縮更大，問題更加嚴(yán)重。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于:提供一種用于制造高溫合金空心葉片的型芯、壓蠟?zāi)＞吆吞沾赡ぁ１景l(fā)明所采用的技術(shù)方案是:
一種用于制造高溫合金空心葉片的型芯，所述型芯放置在壓蠟?zāi)＞咧兄谱飨災(zāi)?，使用包裹型芯的蠟?zāi)Ｖ谱魈沾赡?；所述型芯的葉頂芯頭的前后兩面的中心位置上設(shè)置有兩個定位槽，該定位槽是內(nèi)錐形的凹槽、兩者的中心線重合；對應(yīng)壓蠟?zāi)＞叩娜~頂位置上設(shè)置一對與之配合的凸銷。所述型芯的葉頂芯頭前后兩面上的兩個定位槽的底部打通，形成一個貫通型芯、兩端設(shè)置有錐形過渡導(dǎo)臺的定位通孔。所述型芯的葉根芯頭為型芯的軸向外延、呈長方體狀，壓蠟?zāi)＞邇?nèi)側(cè)、對應(yīng)型芯葉根芯頭的四周設(shè)置有平頭方銷。所述型芯葉根芯頭的截面最大尺寸不大于型芯主體的截面最大尺寸。本發(fā)明所產(chǎn)生的有益效果是:
本發(fā)明在型芯設(shè)計時，簡化芯頭部分的形狀，消除葉根芯頭的外露以減少與壓蠟?zāi)＞吆团c陶瓷模殼的牽連，大大減少型芯的變形和斷裂，從而顯著提高空心葉片的成品率。由于芯頭部分形狀的簡化和尺寸的減小，也使制芯工作變得容易。本發(fā)明的型芯在陶瓷模殼內(nèi)、進(jìn)行高溫合金空心葉片的定向凝固過程中，葉頂芯頭具有一定的轉(zhuǎn)動自由度，葉根芯頭在垂直方向上能夠完全自由伸縮。


圖1為現(xiàn)有的高溫合金空心葉片的型芯結(jié)構(gòu)示意 圖2為現(xiàn)有的高溫合金空心葉片的蠟?zāi)褐平Y(jié)構(gòu)示意 圖3為圖2的側(cè)視不意 圖4為現(xiàn)有的高溫合金空心葉片的陶瓷模殼結(jié)構(gòu)示意 圖5為本發(fā)明高溫合金空心葉片的型芯結(jié)構(gòu)示意 圖6為本發(fā)明型芯葉頂芯頭處的局部放大側(cè)視示意 圖7為本發(fā)明高溫合金空心葉片的蠟?zāi)褐平Y(jié)構(gòu)示意 圖8為圖7的側(cè)視不意 圖9為本發(fā)明高溫合金空心葉片的陶瓷模殼結(jié)構(gòu)示意 圖10為本發(fā)明型芯葉頂芯頭與模殼的結(jié)合處的局部放大側(cè)視示意 圖11為本發(fā)明的另一種具體實施方式
的型芯葉頂芯頭處的局部放大側(cè)視示意 圖12為本發(fā)明的另一種具體實施方式
的型芯葉頂芯頭與模殼的結(jié)合處的局部放大側(cè)視不意 圖中標(biāo)號表示:1、葉根芯頭，2、型芯，3、葉頂芯頭，4、壓蠟?zāi)＞撸?、蠟?zāi)Ｐ颓唬?、陶瓷模殼，7、模殼型腔，8、型芯葉頂定位孔，9、壓蠟?zāi)＞邐A持葉根芯頭的平頭方銷，10、壓蠟?zāi)＞吖潭ㄈ~頂芯頭的凸銷，11、陶瓷模殼夾持葉根芯頭的凸臺，12、陶瓷模殼固定葉頂芯頭的連接柱，13、型芯葉頂凹槽，14、陶瓷模殼固定葉頂芯頭的凸臺。
具體實施例方式如圖5 12所示，本發(fā)明是一種用于制造高溫合金空心葉片的型芯2，型芯2放置在壓蠟?zāi)＞?中制作蠟?zāi)＃褂冒托?的蠟?zāi)Ｖ谱魈沾赡?。本發(fā)明根據(jù)空心葉片和型芯2的形狀尺寸，運用新型芯頭結(jié)構(gòu)理念設(shè)計出一種型芯2和壓蠟?zāi)＞?，使得型芯2在陶瓷模殼6內(nèi)、進(jìn)行高溫合金空心葉片的定向凝固過程中，在葉頂芯頭3具有一定的轉(zhuǎn)動自由度，葉根芯頭I在垂直方向上能夠自由伸縮。具體的:
型芯2的葉頂芯頭3的前后兩面的中心位置上設(shè)置有兩個定位槽，該定位槽是內(nèi)錐形的凹槽、即型芯葉頂凹槽13，兩個型芯葉頂凹槽13的中心線重合；對應(yīng)壓蠟?zāi)＞?的葉頂位置上設(shè)置一對與內(nèi)錐形的型芯葉頂凹槽13配合的凸銷(如半球形的圓頭銷或錐臺形凸頭銷等)、即壓蠟?zāi)＞吖潭ㄈ~頂芯頭的凸銷10。需要注意的是，型芯葉頂凹槽13是在型芯2較厚時使用的定位方法，如果型芯2較薄，則可以將型芯2的葉頂芯頭3前、后面上的兩個型芯葉頂凹槽13的底部打通，形成一個貫通型芯2、兩端設(shè)置有錐形過渡導(dǎo)臺的定位通孔，即型芯葉頂定位孔8。本具體實施方式
中，改進(jìn)后的型芯2下端的葉頂芯頭3的前后兩面開有一個貫通的定位孔、即型芯葉頂定位孔8，在壓蠟?zāi)＞?中由一對壓蠟?zāi)＞吖潭ㄈ~頂芯頭的凸銷10(圓頭銷)定位。型芯葉頂定位孔8內(nèi)涂有薄蠟?zāi)せ蛸N薄蠟紙，壓蠟?zāi)＞吖潭ㄈ~頂芯頭的凸銷10由軟硬適度的材料做成。這樣型芯2在蠟?zāi)Ｐ颓?內(nèi)沒有剛性固定，大大減少了斷裂的可能性。壓蠟?zāi)＞?在充蠟、壓出蠟?zāi)：螅瑢⑾災(zāi)Ｐ颓?得到的蠟?zāi)１Ａ粼谛托?表面，整體用作制作陶瓷模殼6。制作陶瓷模殼6時，蠟?zāi)Ｉ蠅合災(zāi)＞吖潭ㄈ~頂芯頭的凸銷10形成的空腔被砂料填充，構(gòu)成貫通型芯2、啞鈴狀的陶瓷模殼固定葉頂芯頭的連接柱12。陶瓷模殼固定葉頂芯頭的連接柱12與壓蠟?zāi)＞吖潭ㄈ~頂芯頭的凸銷10的作用基本一致、與葉頂芯頭3的型芯葉頂定位孔8形成絞接，作為固定端定位型芯2。兩者之間的蠟?zāi)せズ?，為型?提供了一定的轉(zhuǎn)動自由度，減少了因剛性固定引起的型芯2斷裂。如果型芯2的葉頂芯頭3較厚，型芯葉頂定位孔8可以不貫穿，只在葉頂芯頭3的前后兩面的中心位置上設(shè)置有兩個定位槽，該定位槽是內(nèi)錐形的凹槽、即型芯葉頂凹槽13，兩個型芯葉頂凹槽13的中心線重合。制作陶瓷模殼6時，兩個型芯葉頂凹槽13被陶瓷料充填，脫蠟后形成一對陶瓷模殼固定葉頂芯頭的凸臺14，與型芯2形成關(guān)節(jié)式絞接，也能保持型芯2在陶瓷模殼6內(nèi)的定位，又有一定的轉(zhuǎn)動自由度。型芯2的葉根芯頭I為型芯2的軸向外延、呈長方體狀，型芯2的葉根芯頭I的截面最大尺寸不大于型芯2主體的截面最大尺寸。壓蠟?zāi)＞?內(nèi)側(cè)、對應(yīng)型芯2的葉根芯頭I的四周設(shè)置有平頭方銷，即壓蠟?zāi)＞邐A持葉根芯頭的平頭方銷9。本具體實施方式
中，改進(jìn)后的型芯2上端的葉根芯頭I向內(nèi)收縮、四面垂直，不再有外廓上的突出。壓蠟?zāi)r，葉根芯頭I靠壓蠟?zāi)＞?上的壓蠟?zāi)＞邐A持葉根芯頭的平頭方銷9四面定位，葉根芯頭I與壓蠟?zāi)＞邐A持葉根芯頭的平頭方銷9接觸的表面貼蠟紙。壓蠟?zāi)＞?在充蠟、壓出蠟?zāi)：螅瑢⑾災(zāi)Ｐ颓?得到的蠟?zāi)１Ａ粼谛托?表面，整體用作制作陶瓷模殼6。制作陶瓷模殼6時，蠟?zāi)Ｉ蠅合災(zāi)＞邐A持葉根芯頭的平頭方銷9形成的空腔被砂料填充，構(gòu)成4個陶瓷模殼夾持葉根芯頭的凸臺11。陶瓷模殼夾持葉根芯頭的凸臺11與壓蠟?zāi)＞邐A持葉根芯頭的平頭方銷9的作用基本一致、分別從四個方向抵住型芯2的葉根芯頭I的四面。之后脫蠟時，蠟紙熔化消除、形成了葉根芯頭I與陶瓷模殼夾持葉根芯頭的凸臺11之間的間隙，使得型芯2在制作高溫合金空心葉片時、在高溫合金試樣定向凝固的過程中能夠在陶瓷模殼6內(nèi)的垂直方向上自由伸縮。本發(fā)明型芯2、壓蠟?zāi)＞?、陶瓷模殼6和高溫合金空心葉片的制作方法的具體操作步驟為:
(1)根據(jù)葉片和型芯2的形狀尺寸，運用上述新型葉頂芯頭3和葉根芯頭I的結(jié)構(gòu)理念，設(shè)計并制造出型芯2和壓蠟?zāi)＞? ；
(2)壓制出帶有新型葉頂芯頭3和葉根芯頭I的型芯2，分別在葉根芯頭I與壓蠟?zāi)＞邐A持葉根芯頭的平頭方銷9、葉頂芯頭3與壓蠟?zāi)＞吖潭ㄈ~頂芯頭的凸銷10接觸的表面涂蠟?zāi)せ蛸N薄蠟紙；
(3)將型芯2放入壓蠟?zāi)＞?，合型壓蠟、制得蠟?zāi)＃?br> (4)打開壓蠟?zāi)＞?、取出包裹著型芯2的蠟?zāi)?，檢查葉根芯頭I與壓蠟?zāi)＞咂筋^方銷9接觸處和葉頂芯頭3與壓蠟?zāi)＞咄逛N10接觸處的蠟紙和蠟?zāi)顩r，必要時修補(bǔ)；
(5)使用包裹著型芯2的蠟?zāi)?、采用通常熔模?沾漿、淋砂、脫蠟、燒結(jié))制得陶瓷模殼
6 ；
(6)使用帶有型芯2的陶瓷模殼6、在真空爐內(nèi)，進(jìn)行高溫合金空心葉片的澆注和定向凝固。
權(quán)利要求
1.一種用于制造高溫合金空心葉片的型芯，所述型芯放置在壓蠟?zāi)＞咧兄谱飨災(zāi)?，使用包裹型芯的蠟?zāi)Ｖ谱魈沾赡ぃ黄涮卣髟谟?所述型芯的葉頂芯頭的前后兩面的中心位置上設(shè)置有兩個定位槽，該定位槽是內(nèi)錐形的凹槽、兩者的中心線重合；對應(yīng)壓蠟?zāi)＞叩娜~頂位置上設(shè)置一對與之配合的凸銷。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造高溫合金空心葉片的型芯，其特征在于:所述型芯的葉頂芯頭前后兩面上的兩個定位槽的底部打通，形成一個貫通型芯、兩端設(shè)置有錐形過渡導(dǎo)臺的定位通孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于制造高溫合金空心葉片的型芯，其特征在于:所述型芯的葉根芯頭為型芯的軸向外延、呈長方體狀，壓蠟?zāi)＞邇?nèi)側(cè)、對應(yīng)型芯葉根芯頭的四周設(shè)置有平頭方銷。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的用于制造高溫合金空心葉片的型芯，其特征在于:所述型芯葉根芯頭的截面最大尺寸不大于型芯主體的截面最大尺寸。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于制造高溫合金空心葉片的型芯，所述型芯放置在壓蠟?zāi)＞咧兄谱飨災(zāi)?，使用包裹型芯的蠟?zāi)Ｖ谱魈沾赡?；所述型芯的葉頂芯頭的前后兩面的中心位置上設(shè)置有兩個定位槽，該定位槽是內(nèi)錐形的凹槽、兩者的中心線重合；對應(yīng)壓蠟?zāi)＞叩娜~頂位置上設(shè)置一對與之配合的凸銷。本發(fā)明在型芯設(shè)計時，簡化芯頭部分的形狀，消除葉根芯頭的外露以減少與壓蠟?zāi)＞吆吞沾赡さ臓窟B，使制芯工作變得容易，型芯損壞減少。本發(fā)明的型芯在陶瓷模殼內(nèi)、進(jìn)行高溫合金空心葉片的定向凝固過程中，在葉頂芯頭具有一定的轉(zhuǎn)動自由度，葉根芯頭在垂直方向上能夠完全自由伸縮；從而大大減少型芯的變形和斷裂，顯著提高空心葉片的成品率。
文檔編號B22C9/10GK103143682SQ20131011067
公開日2013年6月12日 申請日期2013年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者馬德新, 趙代銀, 曾洪, 鞏秀芳, 張建平, 楊功顯 申請人:東方電氣集團(tuán)東方汽輪機(jī)有限公司