一种陶瓷叶轮坯体高可靠性成型方法技术

本发明专利技术涉及一种陶瓷涡轮叶轮坯体高可靠性成型方法，首先建立陶瓷涡轮叶轮产品的三维实体模型，并分析陶瓷涡轮叶轮成型过程的变形量及其空间分布特征，进一步建立增加变形量的陶瓷涡轮叶轮坯体三维模型；其次设计并制作陶瓷涡轮叶轮坯体分体式压制模具以及陶瓷涡轮叶轮坯体成型综合环境系统；然后进行陶瓷涡轮叶轮坯体的压制成型与致密化以及陶瓷涡轮叶轮坯体的脱模，最后进行陶瓷涡轮叶轮坯体结构完整性检查和可靠性评价。该方法可以保证陶瓷涡轮叶轮坯体成型质量与致密度，提高陶瓷涡轮叶轮坯体可靠性。叶轮坯体可靠性。叶轮坯体可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种陶瓷叶轮坯体高可靠性成型方法


[0001]本专利技术属于涡轮增压发电系统结构设计领域，具体涉及一种陶瓷叶轮坯体高可靠性成型方法。

技术介绍

[0002]涡轮增压发电系统能够借助气体工质通过吸收热量、膨胀做功、放热和压缩等热力循环过程实现热能向机械能的转换，并利用电机进一步将机械能转变为电能。涡轮增压发电系统在结构上主要包括涡轮、压气机、电机等部件。
[0003]涡轮叶轮作为涡轮增压发电系统的核心部件，也是系统中载荷最为严酷的部件之一，对系统稳定运行、工作可靠性与服役寿命起着决定性的作用。涡轮增压发电系统在运转过程中，涡轮叶轮在高温气体工质作用下处于高速旋转状态，其进口温度可达1000℃以上、转速可达几万转/分，有的叶轮转速甚至达到十几万转/分。涡轮叶轮一旦发生故障，不仅会导致涡轮增压发电系统无法正常工作，不能实现热能向机械能的转换，而且还会引起系统结构损坏。因此，提高涡轮叶轮的可靠性对于保证涡轮发电系统的工作可靠性具有重要的意义。
[0004]为满足涡轮增压发电系统高功率密度需求，涡轮进口温度持续提高，涡轮叶轮可采用耐高温的陶瓷材料代替高温合金。与高温合金涡轮叶轮成型工艺不同，陶瓷涡轮叶轮需要先制作坯体，然后进行烧结成型。由于涡轮叶轮形状复杂，坯体的制作质量直接影响着陶瓷涡轮叶轮的结构完整性与可靠性。
[0005]针对陶瓷涡轮叶轮的高可靠性成型需求，从叶轮坯体的制作入手，考虑烧结工艺等的影响，通过优化陶瓷涡轮叶轮的坯体成型工艺，提高坯体的成型质量，进而保证陶瓷涡轮叶轮的结构完整性与可靠性。

技术实现思路

[0006]本专利技术针对陶瓷涡轮叶轮的高可靠性成型需求，提出一种陶瓷涡轮叶轮坯体高可靠性成型方法。首先建立陶瓷涡轮叶轮产品的三维实体模型，分析陶瓷涡轮叶轮成型过程的变形量及其空间分布特征，进一步建立增加变形量的陶瓷涡轮叶轮坯体三维模型；其次设计并制作陶瓷涡轮叶轮坯体分体式压制模具以及陶瓷涡轮叶轮坯体成型综合环境系统；然后进行陶瓷涡轮叶轮坯体的压制成型与致密化以及陶瓷涡轮叶轮坯体的脱模，最后进行陶瓷涡轮叶轮坯体结构完整性检查和可靠性评价。
[0007]一种陶瓷涡轮叶轮坯体高可靠性成型方法，包括以下步骤：
[0008]a.建立陶瓷涡轮叶轮产品的三维实体模型：根据涡轮叶轮的流量、进出口温度与压力、膨胀比等参数，建立陶瓷涡轮叶轮产品的三维实体模型；
[0009]b.分析陶瓷涡轮叶轮成型过程的变形量及其空间分布特征：根据陶瓷涡轮叶轮结构尺寸、陶瓷材料物性、烧结工艺等参数，分析并计算陶瓷涡轮叶轮在烧结成型过程的变形量及其空间分布特征；
[0010]c.建立增加变形量的陶瓷涡轮叶轮坯体三维模型：基于陶瓷涡轮叶轮产品的三维实体模型，根据陶瓷涡轮叶轮在烧结成型过程的变形量及其空间分布特征，建立考虑变形量的陶瓷涡轮叶轮坯体三维模型；
[0011]d.设计并制作陶瓷涡轮叶轮坯体分体式压制模具：根据增加变形量的陶瓷涡轮叶轮坯体三维模型，设计并制作分体式陶瓷涡轮叶轮坯体压制模具，所述陶瓷涡轮叶轮坯体压制模具上沿叶片型腔设有局部温控盲孔，所述陶瓷涡轮叶轮坯体压制模具上的局部温控盲孔上可以施加激光也可以通冷热流体，实现对对陶瓷涡轮叶轮坯体局部温度及形变的控制，所述陶瓷涡轮叶轮坯体压制模具的外缘设置有径向定向变形控制绝热套，所述陶瓷涡轮叶轮坯体压制模具的径向定向变形控制绝热套采用耐高温低膨胀系数材料；
[0012]e.设计并制作陶瓷涡轮叶轮坯体成型综合环境系统：进行陶瓷涡轮叶轮坯体分体式压制模具的结构特性计算，并根据陶瓷涡轮叶轮坯体分体式压制模具的结构特性和陶瓷涡轮叶轮坯体致密度要求，设计并制作包括能够同时施加振动、温度和湿度条件的综合环境系统；
[0013]f.进行陶瓷涡轮叶轮坯体的压制成型与致密化：采用步骤d制作的陶瓷涡轮叶轮坯体压制模具和步骤e制作的陶瓷涡轮叶轮坯体成型综合环境系统，将陶瓷粉体填入陶瓷涡轮叶轮坯体压制模具中，然后将填入陶瓷粉体的陶瓷涡轮叶轮坯体压制模具置于陶瓷涡轮叶轮坯体成型综合环境系统中，并对其施加振动、温度和湿度环境条件，同时通过陶瓷涡轮叶轮坯体压制模具的局部温控盲孔采用局部冷热循环加载方式调控叶片部位的坯体致密度，进而实现对陶瓷涡轮叶轮坯体的致密化成型；
[0014]g.进行陶瓷涡轮叶轮坯体的脱模：通过调整陶瓷涡轮叶轮坯体成型综合环境系统的温度参数以及陶瓷涡轮叶轮坯体分体式压制模具局部温控盲孔的温度参数，实现陶瓷涡轮叶轮坯体分体式压制模具同陶瓷涡轮叶轮坯体的分离；
[0015]h.进行陶瓷涡轮叶轮坯体结构完整性检查：按照陶瓷涡轮叶轮坯体的质量特性表征参数，对陶瓷涡轮叶轮坯体进行结构完整性检查；
[0016]进行陶瓷涡轮叶轮坯体的可靠性评价：基于步骤h获取的陶瓷涡轮叶轮坯体质量特性表征参数，按照陶瓷涡轮叶轮坯体可靠性评价准则，对陶瓷涡轮叶轮的可靠性进行评价。
[0017]有益效果：
[0018]1、本专利技术的成型方法根据增加变形量的陶瓷涡轮叶轮坯体三维模型，设计并制作分体式陶瓷涡轮叶轮坯体压制模具，可以充分保证陶瓷涡轮叶轮成品的尺寸，减少或避免陶瓷涡轮叶轮坯体烧结后的加工量，大幅度缩减加工周期和成本。
[0019]2、本专利技术的陶瓷涡轮叶轮坯体压制模具上沿叶片型腔设有局部温控盲孔，可以利用该温控盲孔通过激光或冷热流体，实现对陶瓷涡轮叶轮坯体的局部致密化和形性调控。陶瓷涡轮叶轮坯体压制模具的外缘设置有径向定向变形控制绝热套且采用耐高温低膨胀系数材料，可以充分保证陶瓷涡轮叶轮坯体的成型致密度，提高坯体的可靠性。采用可同时施加振动、温度和湿度条件的综合环境系统，可以利用多种能量与载荷输入，实现对陶瓷粉体的进一步压实，提升陶瓷涡轮叶轮坯体的致密度和陶瓷粉体的结合强度。
[0020]3、本专利技术通过调整陶瓷涡轮叶轮坯体成型综合环境系统的温度参数以及陶瓷涡轮叶轮坯体分体式压制模具局部温控盲孔的温度参数，利用热胀冷缩效应，实现陶瓷涡轮
叶轮坯体分体式压制模具同陶瓷涡轮叶轮坯体的分离，有效避免脱模过程中对陶瓷涡轮叶轮坯体的损坏。对完成脱模的陶瓷涡轮叶轮坯体进行结构完整性检测和可靠性评价，可以有效剔除不合格陶瓷叶轮坯体，提高陶瓷涡轮叶轮的烧结成品率和结构可靠性，降低陶瓷涡轮叶轮的制作成本。
附图说明
[0021]图1是陶瓷涡轮叶轮坯体高可靠性成型方法示意图。
具体实施方式
[0022]下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。
[0023]本专利技术提供了一种陶瓷涡轮叶轮坯体高可靠性成型方法，如附图1所示，包括以下步骤：
[0024]a.建立陶瓷涡轮叶轮产品的三维实体模型：根据涡轮叶轮的流量、进出口温度与压力、膨胀比等参数，建立陶瓷涡轮叶轮产品的三维实体模型；
[0025]b.分析陶瓷涡轮叶轮成型过程的变形量及其空间分布特征：根据陶瓷涡轮叶轮结构尺寸、陶瓷材料物性、烧结工艺等参数，分析并计算陶瓷涡轮叶轮在烧结成型过程的变形量及其空间分布特征；
[0026]c.本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种陶瓷涡轮叶轮坯体高可靠性成型方法，其特征在于：包括以下步骤：a.建立陶瓷涡轮叶轮产品的三维实体模型：根据涡轮叶轮的流量、进出口温度与压力、膨胀比等参数，建立陶瓷涡轮叶轮产品的三维实体模型；b.分析陶瓷涡轮叶轮成型过程的变形量及其空间分布特征；c.建立增加变形量的陶瓷涡轮叶轮坯体三维模型：基于陶瓷涡轮叶轮产品的三维实体模型，根据陶瓷涡轮叶轮在烧结成型过程的变形量及其空间分布特征，建立考虑变形量的陶瓷涡轮叶轮坯体三维模型；d.设计并制作陶瓷涡轮叶轮坯体分体式压制模具：根据增加变形量的陶瓷涡轮叶轮坯体三维模型，设计并制作分体式陶瓷涡轮叶轮坯体压制模具；e.设计并制作陶瓷涡轮叶轮坯体成型综合环境系统；f.进行陶瓷涡轮叶轮坯体的压制成型与致密化：采用步骤d制作的陶瓷涡轮叶轮坯体压制模具和步骤e制作的陶瓷涡轮叶轮坯体成型综合环境系统，将陶瓷粉体填入陶瓷涡轮叶轮坯体压制模具中，然后将填入陶瓷粉体的陶瓷涡轮叶轮坯体压制模具置于陶瓷涡轮叶轮坯体成型综合环境系统中，并对其施加振动、温度和湿度环境条件，同时通过陶瓷涡轮叶轮坯体压制模具的局部温控盲孔采用局部冷热循环加载方式调控叶片部位的坯体致密度，进而实现对陶瓷涡轮叶轮坯体的致密化成型；g.进行陶瓷涡轮叶轮坯体的脱模；h.进行陶瓷涡轮叶轮坯体结构完整性检查：按照陶瓷涡轮叶轮坯体的质量特性表征参数，对陶瓷涡轮叶轮坯体进行结构完整性检查；i.进行陶瓷涡轮叶轮坯体的可靠性评价：基于步骤h获取的陶瓷涡轮叶轮坯体质量特性表征参数，按照陶瓷涡轮叶轮坯...

【专利技术属性】
技术研发人员：王正，王阿娜，顾美丹，王博文，
申请(专利权)人：北京动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：