渦輪葉片陶芯軟芯撐加工方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種渦輪葉片陶芯軟芯撐加工方法，用于解決現(xiàn)有方法軟芯撐與陶芯貼合點一致性差的技術問題。技術方案是該方法在陶芯葉身距葉尖部位1/3處葉型中心位置確定一個軟芯撐點，在陶芯葉身距葉尖部位2/3處葉型曲線上均勻布置兩個軟芯撐點，以軟芯撐位置點為中心，Y軸方向為軸線，做直徑Φ4mm的圓柱，利用陶芯曲面及蠟型模具曲面為邊界裁剪圓柱，兩曲面間幾何形體即為軟芯撐幾何模型；依據(jù)軟芯撐幾何結(jié)構(gòu)編制的加工程序，采用VMC?850機床，硬質(zhì)合金球頭銑刀進行加工，實現(xiàn)蠟質(zhì)軟芯撐的加工制備。提高了軟芯撐與陶芯貼合點的一致性。
【專利說明】
渦輪葉片陶芯軟芯撐加工方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及一種陶芯軟芯撐加工方法，特別涉及一種渦輪葉片陶芯軟芯撐加工方法。
【背景技術】
[0002]航空發(fā)動機空心渦輪葉片精鑄成形周期長、壁厚精度偏低、廢品率高，一直是制約我國新機研制的瓶頸之一。
[0003]制備壁厚精度合格的精鑄蠟型是保證空心渦輪葉片壁厚的首要條件。精鑄蠟型壁厚主要依靠陶芯與蠟型模具的精確匹配進行保證。為控制陶芯在蠟型模具中的位置，需采用芯撐對陶芯進行定位和支撐，通過芯撐的反作用力抵消蠟型充型過程中蠟料對陶芯的作用力，從而減小陶芯變形及漂移，控制精鑄蠟型的壁厚偏差分布。目前，芯撐有金屬材質(zhì)芯撐和蠟質(zhì)軟芯撐。因金屬芯撐在模具合模及蠟模壓制過程中，可能因擠壓導致陶芯斷裂，因而實際生產(chǎn)中常采用由軟蠟制成的蠟質(zhì)軟芯撐來實現(xiàn)陶芯在蠟型模具中的定位。
[0004]文獻“《復雜空心渦輪葉片精鑄蠟模陶芯軟芯撐定位技術》[J]崔康，汪文虎特種鑄造及有色合金2013.33(1 )p53-56”指出目前陶芯定位元件的空間布局和結(jié)構(gòu)尺寸主要依靠經(jīng)驗設計完成，由于缺乏理論依據(jù)，常常導致陶芯定位不完整，并公開了陶芯蠟質(zhì)軟芯撐的定位技術，通過建立陶芯定位誤差傳遞模型、定位布局優(yōu)化算法，精確給出了陶芯定位布局點。而在蠟質(zhì)軟芯撐的制備方面，國內(nèi)尚未有專門的研究見諸報道，而實際生產(chǎn)中通常為固定厚度的矩形蠟片，用時將蠟片粘接在陶瓷型芯上，壓制精鑄蠟型時，芯撐被蠟料包裹并與精鑄蠟型融為一體。由于精鑄蠟型壁厚并不是均勻分布，采取固定厚度的矩形蠟片，將導致芯撐不能完全與蠟型模具貼合，從而影響蠟型壁厚精度，且軟芯撐與陶芯貼合過程需要工人手動操作，軟芯撐與陶芯貼合點一致性較差，生產(chǎn)效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了克服現(xiàn)有方法軟芯撐與陶芯貼合點一致性差的不足，本發(fā)明提供一種渦輪葉片陶芯軟芯撐加工方法。該方法在陶芯葉身距葉尖部位1/3處葉型中心位置確定一個軟芯撐點，在陶芯葉身距葉尖部位2/3處葉型曲線上均勻布置兩個軟芯撐點，以軟芯撐位置點為中心，Y軸方向為軸線，做直徑Φ4πιπι的圓柱，利用陶芯曲面及蠟型模具曲面為邊界裁剪圓柱，兩曲面間幾何形體即為軟芯撐幾何模型；依據(jù)軟芯撐幾何結(jié)構(gòu)編制的加工程序，采用VMC-850機床，硬質(zhì)合金球頭銑刀進行加工，實現(xiàn)蠟質(zhì)軟芯撐的加工制備。提高了軟芯撐與陶芯貼合點的一致性。
[0006]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案:一種渦輪葉片陶芯軟芯撐加工方法，其特點是包括以下步驟:
[0007]步驟1、確定葉盆、葉背軟芯撐位置。
[0008]陶芯葉身段長度為75mm，打印點截面I和截面Π高度分別為葉身的1/3和2/3，將截面線投影到XZ平面，得到截面I及截面Π。截面I沿Y方向與陶芯葉盆的交線三等分，得到點Q1、Q2，截面Π沿Y方向與陶芯葉盆的交線二等分，得到點Q3,點Q1、Q2、Q3即為陶芯葉盆部位軟芯撐打印點。截面I沿Y軸方向與陶芯葉背的交線三等分，得到點Q4、Q5，截面Π沿Y軸方向與陶芯葉背的交線二等分，得到點Q6，點Q4、Q5、Q6即為陶芯葉背部位軟芯撐打印點。
[0009]步驟2、確定葉盆、葉背軟芯撐幾何形狀。
[0010]以點Q1、Q2、Q3為中心，Y軸向為軸線分別作Φ4πιπι圓柱，利用陶芯葉盆型面與蠟型模具型面對圓柱進行裁剪，得到葉盆軟芯撐幾何結(jié)構(gòu)。以點Q4、Q5、Q6為中心，Y軸向為軸線分別作?4mm圓柱，利用陶芯葉背型面與蠟型模具型面對圓柱進行裁剪，得到葉背軟芯撐幾何結(jié)構(gòu)。
[0011]步驟3、分析軟芯撐材料，選擇數(shù)控機床、夾具、刀具、工藝參數(shù)。
[0012]軟芯撐材料為精鑄用蠟料，具有較小的熱膨脹率和收縮率，較高的耐熱性;根據(jù)陶芯尺寸大小，軟芯撐設定為Φ 4mm的圓柱；
[0013]軟芯撐與陶芯Y軸平行，結(jié)合陶芯整體結(jié)構(gòu)，選擇:機床為三軸數(shù)控機床，根據(jù)軟芯撐直徑，確定刀具直徑Slmm，選擇刀具為硬質(zhì)合金銑刀，其刀具球頭半徑為0.5mm。
[0014]步驟4、軟芯撐毛坯制備。
[0015]采用中性洗滌劑加水清洗，去除掉陶芯表面油膜;將所選用的軟芯撐蠟料通過水浴加熱，控制蠟液溫度不超過100°C ;在軟芯撐位置附近涂覆蠟液，涂覆蠟液尺寸大于軟芯撐尺寸，以備數(shù)控加工余量。
[0016]步驟5、軟芯撐數(shù)控加工。
[0017]利用通用CAD/CAM軟件進行編程，并對刀位軌跡進行仿真驗證。加工時選擇的機床為:VMC-850，選擇的刀具為:硬質(zhì)合金球頭銑刀，機床轉(zhuǎn)速選擇為1300r/min，進給速度為800mm/mino
[0018]本發(fā)明的有益效果是:該方法在陶芯葉身距葉尖部位1/3處葉型中心位置確定一個軟芯撐點，在陶芯葉身距葉尖部位2/3處葉型曲線上均勻布置兩個軟芯撐點，以軟芯撐位置點為中心，Y軸方向為軸線，做直徑Φ4πιπι的圓柱，利用陶芯曲面及蠟型模具曲面為邊界裁剪圓柱，兩曲面間幾何形體即為軟芯撐幾何模型;依據(jù)軟芯撐幾何結(jié)構(gòu)編制的加工程序，采用VMC-850機床，硬質(zhì)合金球頭銑刀進行加工，實現(xiàn)蠟質(zhì)軟芯撐的加工制備。提高了軟芯撐與陶芯貼合點的一致性。測試結(jié)果表明:直徑Φ4πιπι的蠟質(zhì)軟芯撐，芯撐與蠟模、陶芯的貼合間隙由最大2mm降低到0.5mm以下;采用數(shù)控定位及加工技術，每個陶芯軟芯撐制備時間節(jié)省1.5小時左右。
[0019]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作詳細說明。
【附圖說明】
[0020]圖1是本發(fā)明渦輪葉片陶芯軟芯撐加工方法的流程圖。
[0021]圖2是本發(fā)明渦輪葉片陶芯軟芯撐加工方法中陶芯定位截面示意圖。
[0022]圖3是本發(fā)明渦輪葉片陶芯軟芯撐加工方法中葉盆軟芯撐點示意圖。
[0023]圖4是本發(fā)明渦輪葉片陶芯軟芯撐加工方法中葉背軟芯撐點示意圖。
[0024]圖5是本發(fā)明渦輪葉片陶芯軟芯撐加工方法中葉盆軟芯撐幾何結(jié)構(gòu)示意圖。
[0025]圖6是本發(fā)明渦輪葉片陶芯軟芯撐加工方法中葉背軟芯撐幾何結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0026]參照圖1-6。本發(fā)明渦輪葉片陶芯軟芯撐加工方法具體步驟如下:
[0027]步驟1、確定葉盆、葉背軟芯撐位置。
[0028]本實施例中陶芯葉身段長度為75mm，打印點截面I和截面Π高度分別為葉身的1/3和2/3，將截面線投影到XZ平面，得到截面I及截面Π，截面I沿Y方向與陶芯葉盆的交線三等分，得到點Q1、Q2，截面Π沿Y方向與陶芯葉盆的交線二等分，得到點Q3，點Q1、Q2、Q3即為陶芯葉盆部位軟芯撐打印點。截面I沿Y軸方向與陶芯葉背的交線三等分，得到點Q4、Q5，截面Π沿Y軸方向與陶芯葉背的交線二等分，得到點Q6，點Q4、Q5、Q6即為陶芯葉背部位軟芯撐打印點。
[0029]步驟2、確定葉盆、葉背軟芯撐幾何形狀。
[0030]以點Q1、Q2、Q3為中心，Y軸向為軸線分別作Φ4πιπι圓柱，利用陶芯葉盆型面與蠟型模具型面對圓柱進行裁剪，即可得到葉盆軟芯撐幾何結(jié)構(gòu)。以點Q4、Q5、Q6為中心，Y軸向為軸線分別作Φ4_圓柱，利用陶芯葉背型面與蠟型模具型面對圓柱進行裁剪，即可得到葉背軟芯撐幾何結(jié)構(gòu)。
[0031]步驟3、分析軟芯撐材料，選擇數(shù)控機床、夾具、刀具、工藝參數(shù)。
[0032]根據(jù)實際情況，軟芯撐材料為精鑄用蠟料，具有較小的熱膨脹率和收縮率，較高的耐熱性;根據(jù)陶芯尺寸大小，軟芯撐設定為Φ 4mm的圓柱；
[0033]本實施例中軟芯撐與陶芯Y軸平行，結(jié)合陶芯整體結(jié)構(gòu)，選擇:機床為三軸數(shù)控機床，根據(jù)軟芯撐直徑，確定刀具直徑<lmm，選擇刀具為硬質(zhì)合金銑刀，其刀具球頭半徑為
0.5mm ο
[0034]步驟4、軟芯撐毛坯制備。
[0035]具體步驟如下:
[0036](I)采用中性洗滌劑加水清洗，去除掉陶芯表面油膜；
[0037](2)熔蠟:將所選用的軟芯撐蠟料在燒杯中通過水浴加熱，控制蠟液溫度不超過100oC；
[0038](3)涂蠟:在軟芯撐位置附近涂覆蠟液，其尺寸應大于軟芯撐尺寸，以備數(shù)控加工余量。
[0039]步驟5、軟芯撐數(shù)控加工。
[0040]利用通用CAD/CAM軟件進行編程，并對刀位軌跡進行仿真驗證。加工時選擇的機床為:VMC-850，選擇的刀具為:硬質(zhì)合金球頭銑刀，機床轉(zhuǎn)速選擇為1300r/min，進給速度為800mm/mino
【主權(quán)項】
1.一種渦輪葉片陶芯軟芯撐加工方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟1、確定葉盆、葉背軟芯撐位置； 陶芯葉身段長度為75mm，打印點截面I和截面Π高度分別為葉身的1/3和2/3，將截面線投影到XZ平面，得到截面I及截面Π;截面I沿Y方向與陶芯葉盆的交線三等分，得到點Q^Q2,截面Π沿Y方向與陶芯葉盆的交線二等分，得到點Q3，點Q1、Q2、Q3即為陶芯葉盆部位軟芯撐打印點；截面I沿Y軸方向與陶芯葉背的交線三等分，得到點Q4、Q5，截面Π沿Y軸方向與陶芯葉背的交線二等分，得到點Q6，點Q4、Q5、Q6即為陶芯葉背部位軟芯撐打印點； 步驟2、確定葉盆、葉背軟芯撐幾何形狀； 以點Q1、Q2、Q3為中心，Y軸向為軸線分別作Φ4πιπι圓柱，利用陶芯葉盆型面與蠟型模具型面對圓柱進行裁剪，得到葉盆軟芯撐幾何結(jié)構(gòu)；以點Q4、Q5、Q6為中心，Y軸向為軸線分別作Φ4πιπι圓柱，利用陶芯葉背型面與蠟型模具型面對圓柱進行裁剪，得到葉背軟芯撐幾何結(jié)構(gòu)； 步驟3、分析軟芯撐材料，選擇數(shù)控機床、夾具、刀具、工藝參數(shù)； 軟芯撐材料為精鑄用蠟料，具有較小的熱膨脹率和收縮率，較高的耐熱性;根據(jù)陶芯尺寸大小，軟芯撐設定為Φ 4mm的圓柱； 軟芯撐與陶芯Y軸平行，結(jié)合陶芯整體結(jié)構(gòu)，選擇:機床為三軸數(shù)控機床，根據(jù)軟芯撐直徑，確定刀具直徑< Imm，選擇刀具為硬質(zhì)合金銑刀，其刀具球頭半徑為0.5mm ； 步驟4、軟芯撐毛坯制備； 采用中性洗滌劑加水清洗，去除掉陶芯表面油膜;將所選用的軟芯撐蠟料通過水浴加熱，控制蠟液溫度不超過100°C ;在軟芯撐位置附近涂覆蠟液，涂覆蠟液尺寸大于軟芯撐尺寸，以備數(shù)控加工余量； 步驟5、軟芯撐數(shù)控加工； 利用通用CAD/CAM軟件進行編程，并對刀位軌跡進行仿真驗證；加工時選擇的機床為:VMC-850，選擇的刀具為:硬質(zhì)合金球頭銑刀，機床轉(zhuǎn)速選擇為1300r/min，進給速度為800mm/mino
【文檔編號】B23P15/02GK106002112SQ201610374616
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】蔣睿嵩, 汪文虎, 崔康, 熊峰, 熊一峰, 林坤陽, 趙德中, 靳淇超, 宋國棟, 曹旭康, 王楠, 邵明偉, 劉鐘
【申請人】西北工業(yè)大學