一种分截面可调式涡轮叶片蜡模校正方法技术

本发明专利技术提出一种分截面可调式涡轮叶片蜡模校正方法，属于精密铸造领域。本发明专利技术在模具设计初期无需考虑铸件型面弯扭变形补偿，在蜡模校正阶段通过校正模各截面角度调整满足实心涡轮叶片弯扭尺寸要求，调整校正模角度使蜡模在校正时形成一定角度的反变形，且保证调整后叶片排气边的直线度，通过截面反变形来补偿蜡模及后续铸件的弯扭变形，实现了涡轮工作叶片型面尺寸高效控制的目的。本发明专利技术解决了涡轮叶片弯扭变形引起的型面超差的问题。叶片弯扭变形引起的型面超差的问题。叶片弯扭变形引起的型面超差的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种分截面可调式涡轮叶片蜡模校正方法


[0001]本专利技术属于精密铸造领域，尤其是一种分截面可调式涡轮叶片蜡模校正方法。

技术介绍

[0002]涡轮叶片是航空发动机及燃气轮机的关键核心部件，结构十分复杂，叶片承受的离心力达到15～20吨，因此，涡轮叶片的设计和制造质量直接关系到发动机的性能、可靠性和寿命。涡轮叶片尤其是叶身整体尺寸较大、壁厚相差悬殊的燃机涡轮叶片，以及叶身较为细长的航机低压涡轮叶片，在精密铸造成型过程中，由于蜡模冷却过程、凝固成型时受力不均，易产生弯曲扭转变形,使叶片叶型偏离设计要求。
[0003]为保证叶片尺寸精度，进而确保叶片的气动性能，熔模精铸采用的模具型腔需考虑对铸件收缩变形的补偿，模拟反变形量过程异常复杂，模具定型周期长。中国专利技术专利申请(CN102169518A)提出一种精铸涡轮叶片模具型腔精确定型方法，采用数值模拟精铸过程获得模具的定量反变形补偿量。该方法需在浇注试验基础上确定浇注过程参数(包含浇注及凝固过程中叶片前后缘、叶盆及叶背处的实际温度)，测量过程较难实现。而另一个中国专利申请(CN101767185A)公开了一种基于定量设置反变形量的设计铸件模型的方法，通过有限元法模拟凝固、冷却、打箱、切除浇注系统和热处理等工序的热应力模型，得到铸件各部位的反变形量，再对添加反变形量的铸件模型进行模拟，最终得到添加反变形量的铸件模型，模拟过程较为复杂。一种无余量叶片蜡模状态校正检测工装(CN109465385B)提出了利用叶身渐近形原理设计制造蜡模校正胎具，并利用校正胎具对叶片蜡模尺寸进行测量监控。蜡模校正工装(CN109465385B)为提出了一种可调蜡模校正工装，主要解决模具由于加工工艺因素引起的变形以及在压制出蜡模后蜡模自身的变形，未提及通过蜡模校正模为蜡模预设反变形，以满足铸件尺寸精度要求。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种分截面可调式涡轮叶片蜡模校正方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现：
[0006]一种分截面可调式涡轮叶片蜡模校正方法包括以下步骤：
[0007](1)、采用三坐标检测蜡模校正模各个截面为0位时生产铸件的型面尺寸，得到与理论型线在排气边处的偏差值；
[0008](2)、采用CAD模拟型面变形最严重的截面，围绕所述截面坐标原点旋转角度与位移的关系，确定型线围绕坐标原点旋转θ时，排气边处的预设反变形量d；
[0009](3)、设定叶根处截面旋转位移为0，且预设反变形前后排气边均为一条直线，则各个截面旋转位移与截面高度成正比，d
N
＝H
N
*d/H，其中，N为正整数；d
N
，d分别是A
N
，A截面对应排气边R与型线切点的旋转位移；H
N
，H分别是A
N
，A截面与A0截面的距离；A0截面为旋转角度为0
°
的叶根截面；
[0010](4)、各个截面选取点旋转前后与对应截面坐标原点构成等腰三角形，其中sin(θ
N
/2)＝d
N
/2R
N
；
[0011](5)、根据步骤(2)～(4)，计算sin(θ
N
/2)＝H
N
*R*sin(θ/2)/(H*R
N
)，得到各个截面的旋转角度；
[0012](6)、根据CAD模拟及计算结果调整叶片蜡模校正模各截面角度；
[0013]步骤(6)中蜡模校正模各截面的坐标原点与步骤(2)、(4)中的坐标原点一致；
[0014](7)、压制涡轮叶片蜡模，取出蜡模放入蜡模校正模，将缘板流道面紧贴校正模对应面定位，由榫头至叶尖依次合上模，依次锁紧保持预设时间段取出；
[0015](8)、对叶片蜡模直线度进行检测，若型面尺寸不符合要求，则将叶片蜡模在水中进行浸泡，取出浸泡好的蜡模重复步骤(7)中的校正过程；
[0016]循环步骤(8)
‑
(7)，直至叶片蜡模直线度达到要求，完成校正。
[0017]进一步的，还包括步骤(9)、修整与组合蜡模，进行制壳，经真空炉浇注和后处理工序，得到叶片铸件。
[0018]进一步的，步骤(5)中，各个截面为叶片上从叶根到叶尖的A0～A
N
共(N+1)个的截面。
[0019]进一步的，步骤(6)中调整的过程为：
[0020]松开各截面角度固定装置，调整各截面角度至步骤(6)计算角度值并锁紧各截面角度固定装置。
[0021]进一步的，步骤(9)之后还包括：
[0022]采用三坐标检测以及六点定位综合测具对叶片型面尺寸进行测量，得到一致的测量结果；
[0023]进一步的，步骤(9)之后还包括：
[0024]采用六点定位综合测具对型面尺寸进行检测，得到型面透光一次合格率高的涡轮工作叶片。
[0025]进一步的，步骤(7)中，预设时间段为2min～4min。
[0026]进一步的，步骤(8)中采用刀刃尺及塞尺对叶片蜡模直线度进行检测。
[0027]进一步的，步骤(8)中浸泡过程为：
[0028]将蜡模竖直放置在45℃～55℃水中浸泡，整个叶身浸泡在水中。
[0029]进一步的，在水中浸泡时间为3min以上。
[0030]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：
[0031]本专利技术提出一种分截面可调式涡轮叶片蜡模校正方法，为一种通用涡轮工作叶片型面尺寸控制技术，在模具设计初期无需考虑铸件型面弯扭变形补偿，在蜡模校正阶段通过校正模各截面角度调整满足实心涡轮叶片弯扭尺寸要求，调整校正模角度使蜡模在校正时形成一定角度的反变形，且保证调整后叶片排气边的直线度，通过截面反变形来补偿蜡模及后续铸件的弯扭变形，实现了涡轮工作叶片型面尺寸高效控制的目的。本专利技术解决了涡轮叶片弯扭变形引起的型面超差的问题。本专利技术无需繁冗的数值模拟模具反变形量过程且重新在蜡模模具中设置反变形，很大程度上缩短了叶片研制生产周期，降低了叶片生产成本。该技术已在三型燃机涡轮工作叶片及航机低压涡轮叶片上得到批量验证，截面角度调整后型面尺寸一次合格率平均达到70％，最高可保证型面100％合格。
[0032]进一步的，在尺寸验证阶段，通过三坐标及六点定位综合测具对型面尺寸进行检测，得到一致的测量结果，验证测量结果的准确性。。
[0033]进一步的，为提高铸件检测效率，在批生产时采用六点定位综合测具对型面透光进行检测。
附图说明
[0034]图1为CAD模拟涡轮工作叶片截面围绕原点旋转前后扭转位移图；
[0035]图2为本专利技术的涡轮工作叶片叶型各截面预设反变形示意图；
[0036]图3为分截面蜡模校形模俯视图；
[0037]图4为分截面蜡模校形模B
‑
B视图。
[0038]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分截面可调式涡轮叶片蜡模校正方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)、采用三坐标检测蜡模校正模各个截面为0位时生产铸件的型面尺寸，得到与理论型线在排气边处的偏差值；(2)、采用CAD模拟型面变形最严重的截面，围绕所述截面坐标原点旋转角度与位移的关系，确定型线围绕坐标原点旋转θ时，排气边处的预设反变形量d；(3)、设定叶根处截面旋转位移为0，且预设反变形前后排气边均为一条直线，则各个截面旋转位移与截面高度成正比，d
N
＝H
N
*d/H，其中，N为正整数；d
N
，d分别是A
N
，A截面对应排气边R与型线切点的旋转位移；H
N
，H分别是A
N
，A截面与A0截面的距离；A0截面为旋转角度为0
°
的叶根截面；(4)、各个截面选取点旋转前后与对应截面坐标原点构成等腰三角形，其中sin(θ
N
/2)＝d
N
/2R
N
；(5)、根据步骤(2)～(4)，计算sin(θ
N
/2)＝H
N
*R*sin(θ/2)/(H*R
N
)，得到各个截面的旋转角度；(6)、根据CAD模拟及计算结果调整叶片蜡模校正模各截面角度；步骤(6)中蜡模校正模各截面的坐标原点与步骤(2)、(4)中的坐标原点一致；(7)、压制涡轮叶片蜡模，取出蜡模放入蜡模校正模，将缘板流道面紧贴校正模对应面定位，由榫头至叶尖依次合上模，依次锁紧保持预设时间段取出；(8)、对叶片蜡模直线度进行检测，若型面尺寸不...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛建平，尹冬梅，汪国峰，雍坤轩，段朋国，马李朝，尚相男，宋建兵，
申请(专利权)人：中国航发动力股份有限公司，
类型：发明
国别省市：