一种柱形阵列支撑双层板冷却结构的制造方法技术

本发明专利技术公开一种柱形阵列支撑双层板冷却结构的制造方法，利用基于CMT的增材制造技术在金属基板上设置若干阵列的柱形凸台、在柱形凸台之间的间隙填充塑料、对柱形凸台端面进行平整加工、去除塑料、将金属盖板焊接在柱形凸台上、在金属基板和金属盖板上打通气孔，通过上述步骤完成柱形阵列支撑双层板冷却结构的的制造，解决传统通过减材加工技术制造柱形阵列支撑双层板冷却结构时出现的具有严重的残余应力、变形大、加工范围小以及成本高等问题。

A manufacturing method of cooling structure of double layer plate supported by column array

【技术实现步骤摘要】
一种柱形阵列支撑双层板冷却结构的制造方法
本专利技术涉及航空发动机和燃气轮机
，特别是涉及一种柱形阵列支撑双层板冷却结构的制造方法。
技术介绍
随着航空工业的发展，飞机飞行速度和航程不断提高，高推重比发动机已成为未来航空发动机的发展趋势，推重比越大，对航空发动机和燃气轮机燃烧室的高温性能要求越高。除提高发动机结构材料和绝热涂层的耐热极限外，还必须采用有效的冷却措施以保证系统的安全工作及合理的寿命。气膜冷却是一种得到广泛应用的有效冷却技术，其中，柱形阵列支撑双层板是一种薄壁空心气膜冷却结构，在航空发动机和燃气轮机的高温结构件上具有良好的应用前景。目前，柱形阵列支撑双层板气膜冷却结构的制造主要包括以下几个步骤：首先通过减材法在基板上制造出柱形阵列，形成带柱形阵列的单层冷却板；然后，将另一单层进气板覆盖在单层冷却板的柱形阵列上端，通过钎焊/扩散焊的方法将两者连接到一起，形成带有柱形阵列支撑的双层板结构。最后，通过机械钻孔或激光打孔的方式，在双层板结构表面加工通气孔，形成柱形阵列支撑双层板气膜冷却结构。然而，这种冷却结构的制造难度很大，尤其是采用常规减材加工技术制造带柱形阵列的单层冷却板，诸如微细机械切削、微细电火花和照相电解法等方法，而在利用上述加工方法进行制造时面临诸多问题。例如：微细机械切削加工存在复杂且严重的残余应力、加工变形及刀具损耗等问题；微细电火花和照相电解加工过程稳定性较差且可制备的扰流柱(柱形阵列)高度不超过1mm，加工范围受限。另外，由于这些技术均属于减材加工，制造成本高且造成材料的大量浪费。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种柱形阵列支撑双层板冷却结构的制造方法，应用基于CMT的增材制造技术以解决上述现有技术中存在的问题，使柱形阵列支撑双层板冷却结构的制造效率高、变形小、加工范围大、同时降低制造成本，解决应用传统的减材加工技术出现的具有严重的残余应力、变形大、加工范围小以及成本高等问题。为实现上述目的，本专利技术提供了如下方案：本专利技术提供一种柱形阵列支撑双层板冷却结构的制造方法，柱形阵列支撑双层板冷却结构包括金属基板、金属盖板以及位于所述金属基板和所述金属盖板之间若干阵列的柱形凸台，所述制造方法包括以下步骤：1)利用基于CMT的增材制造技术，在所述金属基板上设置若干阵列的柱形凸台，形成一级单层板；2)将所述一级单层板浸泡于热塑性塑料溶液中，所述热塑性塑料溶液填满各柱形凸台之间的间隙，待所述热塑性塑料溶液冷却凝固后，形成二级单层板；3)对所述二级单层板上柱形凸台的端面进行平整加工，形成三级单层板；4)将所述三级单层板上的塑料去除，得到终极单层板；5)在所述终极单层板的所述柱形凸台上焊接所述金属盖板，得到初级双层板；6)在所述初级双层板的金属基板和金属盖板上加工通气孔，得到最终的柱形阵列支撑双层板冷却结构。优选地，在步骤1)中，所述基于CMT的增材制造技术采用CMTPin工艺，通过焊丝端部加热，使暴露的焊丝端部熔化并与所述金属基板形成冶金结合，再通过调节电流大小以及焊丝回抽动作，使焊丝在预设位置熔断，从而使一段焊丝焊接在所述金属基板上，形成柱形凸台。优选地，所述CMTPin工艺的工艺参数为：焊接电流20～300A、焊丝下压速度0.1～10m/min、焊丝下压时间0.5～100ms、焊丝回抽速度0.1～10m/min、焊丝回抽延迟时间0.5～500ms。优选地，所述焊丝的材质与所述金属基板、所述金属盖板材质相同，所述焊丝直径为0.4～6mm，所述柱形凸台高度0.2～10mm、所述柱形凸台之间的间距为1～200mm。优选地，步骤1)中所述柱形凸台的端部为球头形状。优选地，步骤2)中的热塑性塑料为尼龙、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚醚醚酮的一种或几种。优选地，步骤3)中的加工方法选用车、铣、刨、磨中的一种或几种。优选地，步骤4)中，采用加热使塑料熔融的方法将塑料去除，加热温度为150～400℃。优选地，步骤5)中，在所述柱形凸台端面上涂覆钎料和钎剂，再盖上金属盖板，然后通过钎焊/扩散焊的方法将所述柱形凸台与所述金属盖板进行连接，所述钎焊/扩散焊的方法包括中钎焊、火焰钎焊、固相扩散焊、气体加压扩散焊或瞬间液相扩散焊。优选地，所述钎料为锰基钎料、镍基钎料，所述钎剂为硼砂、硼酸和碱性氟化物的混合物。本专利技术相对于现有技术取得了以下技术效果：1、本专利技术通过利用基于CMT的增材制造技术制造柱形凸台，无残余应力、柱形凸台高度的加工范围可达0.2mm～10mm，并且增材制造的方式也不会出现材料浪费的问题；避免了应用传统的减材加工技术出现的具有严重的残余应力、易变形、加工范围受限以及材料大量浪费的现象。2、本专利技术通过在对柱形凸台进行端面平整之前，在各柱形凸台之间的间隙填充塑料、形成对柱形凸台的支撑的形式，保证了在进行柱形凸台端面的平整加工时，柱形凸台不会受力变形，保证了柱形凸台的精度。3、通过将柱形凸台端部设置为球头形状，使柱形凸台在平整加工时，切除球头形状一半的高度后形成的端面正好位于球形的最大截面积处，从而使金属盖板与柱形凸台在进行焊接时，二者之间具有更大的接触面积，提高连接强度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为一级单层板示意图；图2为二级单层板示意图；图3为三级单层板示意图；图4为终级单层板示意图；图5为初级双层板示意图；图6为柱形阵列支撑双层板冷却结构示意图；图7为一级单层板和二级单层板上柱形凸台轮廓示意图；其中，1-金属基板，2-柱形凸台，3-热塑性塑料，4-金属盖板，5-通气孔，6-球头形状，7-平头形状，8-尖头形状。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。本专利技术的目的是提供一种柱形阵列支撑双层板冷却结构的制造方法，应用基于CMT的增材制造技术以解决上述现有技术中存在的问题，使柱形阵列支撑双层板冷却结构的制造效率高、变形小、加工范围大、同时降低制造成本，解决应用传统的减材加工技术出现的具有严重的残余应力、变形大、加工范围小以及成本高等问题。为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细的说明。请参考图1-图7。实施例一本实施例制备一种柱形阵列支撑双层板冷却结构，其中金属基板1与金属盖板4的材质本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种柱形阵列支撑双层板冷却结构的制造方法，其特征在于：柱形阵列支撑双层板冷却结构包括金属基板、金属盖板以及位于所述金属基板和所述金属盖板之间若干阵列的柱形凸台，所述制造方法包括以下步骤：/n1)利用基于CMT的增材制造技术，在所述金属基板上设置若干阵列的柱形凸台，形成一级单层板；/n2)将所述一级单层板浸泡于热塑性塑料溶液中，所述热塑性塑料溶液填满各柱形凸台之间的间隙，待所述热塑性塑料溶液冷却凝固后，形成二级单层板；/n3)对所述二级单层板上柱形凸台的端面进行平整加工，形成三级单层板；/n4)将所述三级单层板上的塑料去除，得到终极单层板；/n5)在所述终极单层板的所述柱形凸台上焊接所述金属盖板，得到初级双层板；/n6)在所述初级双层板的金属基板和金属盖板上加工通气孔，得到最终的柱形阵列支撑双层板冷却结构。/n

【技术特征摘要】
1.一种柱形阵列支撑双层板冷却结构的制造方法，其特征在于：柱形阵列支撑双层板冷却结构包括金属基板、金属盖板以及位于所述金属基板和所述金属盖板之间若干阵列的柱形凸台，所述制造方法包括以下步骤：
1)利用基于CMT的增材制造技术，在所述金属基板上设置若干阵列的柱形凸台，形成一级单层板；
2)将所述一级单层板浸泡于热塑性塑料溶液中，所述热塑性塑料溶液填满各柱形凸台之间的间隙，待所述热塑性塑料溶液冷却凝固后，形成二级单层板；
3)对所述二级单层板上柱形凸台的端面进行平整加工，形成三级单层板；
4)将所述三级单层板上的塑料去除，得到终极单层板；
5)在所述终极单层板的所述柱形凸台上焊接所述金属盖板，得到初级双层板；
6)在所述初级双层板的金属基板和金属盖板上加工通气孔，得到最终的柱形阵列支撑双层板冷却结构。


2.根据权利要求1所述的柱形阵列支撑双层板冷却结构的制造方法，其特征在于：在步骤1)中，所述基于CMT的增材制造技术采用CMTPin工艺，通过焊丝端部加热，使暴露的焊丝端部熔化并与所述金属基板形成冶金结合，再通过调节电流大小以及焊丝回抽动作，使焊丝在预设位置熔断，从而使一段焊丝焊接在所述金属基板上，形成柱形凸台。


3.根据权利要求2所述的柱形阵列支撑双层板冷却结构的制造方法，其特征在于：所述CMTPin工艺的工艺参数为：焊接电流20～300A、焊丝下压速度0.1～10m/min、焊丝下压时间0.5～100ms、焊丝回抽速度0.1～10m/min、焊丝回抽延迟时间0.5～500ms。

【专利技术属性】
技术研发人员：王磊，夏春，柯黎明，刘奋成，邢丽，刘瑶，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：发明
国别省市：江西;36