空心叶片精铸用陶瓷模壳成型方法与流程

本发明涉及熔模铸造技术，具体是一种空心叶片精铸用的带陶瓷型芯的陶瓷模壳成型方法。

背景技术：

空心叶片、尤其是重型燃机空心叶片的工作性能提升，与空心叶片内部的气冷结构直接相关，因为空心叶片内部的气冷结构直接决定着空心叶片在工作时的冷却效率。为了提高空心叶片的在工作时的冷却效率，作为空心叶片冷却通道的气冷结构的设计亦愈来愈复杂化。

众所周知，铸件的复杂内腔结构的成型均采用陶瓷型芯的方式成型。然而，由于空心叶片、尤其是重型燃机空心叶片为弦宽尺寸较大的结构设计特性，用于成型空心叶片气冷结构的陶瓷型芯的厚度非常有限，有的部位的厚度甚至不到1mm；更何况，空心叶片的气冷结构靠近排气边附近的大片区域通常都设计有通孔结构和肋槽结构，从而在空心叶片的精铸成型过程中，陶瓷型芯很容易发生断裂现象，进而对空心叶片的精铸质量和精铸成本会造成很大的影响。

经研究发现，在空心叶片的精铸成型过程中，造成陶瓷型芯对应空心叶片出气边的部位（简称“出气侧”，下同）断裂的原因主要有两方面因素：其一是，在空心叶片精铸的陶瓷模壳升温过程中，虽然铝基模壳的总膨胀率要大于硅基陶瓷型芯，但其膨胀曲线却不一致，从而在升温过程中有一段时间会使陶瓷型芯的膨胀要大于陶瓷模壳；其二是，在空心叶片精铸的陶瓷模壳冷却过程中，处于外部的陶瓷模壳相较处于内部的陶瓷型芯往往会先冷却收缩。这两种因素均会造成空心叶片精铸过程中的陶瓷模壳对内部陶瓷型芯产生挤压，进而使陶瓷型芯出气侧因结构强度不足和受力不稳而发生断裂现象。

在现有技术中，对空心叶片精铸过程中防止陶瓷型芯断裂的技术研究虽然有很多，但这些研究成果大多都集中在陶瓷型芯制造阶段及压制蜡模阶段，而忽略了陶瓷模壳在脱蜡、预热焙烧过程中的陶瓷型芯出气侧发生断裂的技术问题。

技术实现要素：

本发明的技术目的在于：针对上述空心叶片精铸成型的特殊性和现有技术的不足，提供一种在脱蜡、预热焙烧过程中能够有效防止陶瓷型芯断裂，进而提高空心叶片精铸质量、降低精铸成本的空心叶片精铸用陶瓷模壳成型方法。

本发明实现其技术目的所采用的技术方案是，一种空心叶片精铸用陶瓷模壳成型方法，所述成型方法包括下列步骤：

步骤1.根据设计要求制作对应空心叶片气冷型腔的陶瓷型芯；

步骤2.根据设计要求在陶瓷型芯的外部制作蜡模，确保陶瓷型芯的出气侧部分在蜡模上外露；

步骤3.在外露于蜡模的陶瓷型芯出气侧部分的两侧表面分别刷蜡层和/或贴蜡纸，所述刷蜡层和/或贴蜡纸的厚度为0.1～0.5mm；在外露于蜡模的陶瓷型芯出气侧部分的端面刷蜡层和/或贴蜡纸，所述刷蜡层和/或贴蜡纸的厚度为0.5～3mm；

步骤4.沾浆淋沙制作陶瓷型壳；烧蜡得具有陶瓷型芯的陶瓷模壳。

作为优选方案之一，步骤3中，贴于陶瓷型芯出气侧部分端面的蜡纸在出气侧部分的端面以包边方式贴合成型；所述包边方式成型是指，所述蜡纸的宽度大于出气侧部分端面的自身宽度，所述蜡纸的两侧边缘分别在出气侧部分端面的两侧延伸出至少0.5mm，蜡纸在出气侧部分端面的两侧延伸部分包覆贴合在出气侧部分的两侧表面。

作为优选方案之一，步骤3中，陶瓷型芯出气侧部分经刷蜡层和/或贴蜡纸处理后，陶瓷型芯出气侧部分的表面光整、圆滑。

作为优选方案之一，步骤3中，外露于蜡模的陶瓷型芯出气侧部分的两侧表面分别经刷蜡层处理，所述蜡层的厚度为0.1～0.5mm。

作为优选方案之一，步骤3中，外露于蜡模的陶瓷型芯出气侧部分的端面经贴蜡纸处理，在陶瓷型芯出气侧部分的端面形成蜡纸层，所述蜡纸层的厚度为0.5～3mm。

作为优选方案之一，所述空心叶片为重型燃机空心叶片或航空发动机空心叶片。

本发明的有益技术效果是：

1.本发明通过在陶瓷型芯的结构强度敏感部位-即陶瓷型芯出气侧刷蜡层和/或贴蜡纸，利用陶瓷型壳在脱蜡升温时的蜡受热消融特点，使陶瓷型芯和陶瓷型壳在不影响浇铸型腔精度的前提下而在出气侧有合适的变形空隙，通过变形空隙克服陶瓷模壳在脱蜡、预热焙烧过程中，因陶瓷型芯和陶瓷模壳的热胀差而导致收缩不一致所引起的陶瓷型芯出气侧断裂的技术问题，其以简单、易行的技术手段有效地防止了陶瓷型芯出气侧因受力而产生断裂的现象，进而提高空心叶片的精铸质量，亦提高空心叶片的精铸效率和合格率，大幅降低空心叶片的精铸成本，提升经济效益；

2.本发明在陶瓷型芯出气侧端面所贴蜡纸的技术手段，在不影响浇铸型腔精度的前提下，能够使陶瓷型芯出气侧的端面有效、可靠、稳定地与陶瓷型壳出气侧形成合适的变形空隙，使变形空隙的成型得到有效、稳定地保障；

3.本发明特别适用于宽度方向比较大、结构上薄弱区域较多的陶瓷型芯，尤其以重型燃机空心叶片或航空发动机空心叶片精铸成型用的陶瓷型芯更为显著。

附图说明

图1是本发明步骤2的状态结构示意图。

图2是本发明步骤3的状态结构示意图。

图中代号含义：1—陶瓷型芯；2—蜡模；3—蜡层；4—蜡纸。

具体实施方式

本发明涉及熔模铸造技术，具体是一种空心叶片精铸用的带陶瓷型芯的陶瓷模壳成型方法，下面以多个实施例对本发明的技术内容进行详细说明。其中，实施例1结合附图-即图1和图2进行详细、具体的说明，其它实施例虽未单独绘图、但其主体结构可参照实施例1的附图。

实施例1

参见图1和图2所示，本发明为重型燃机空心叶片精铸用的陶瓷模壳成型方法，该重型燃机空心叶片为mm247合金制备的重型燃机透平导向叶片，其精铸成型用的陶瓷模壳成型方法包括下列步骤：

步骤1.根据重型燃机空心叶片的设计结构要求，制作对应该空心叶片的气冷型腔的陶瓷型芯1；

步骤2.根据设计要求在陶瓷型芯1的外部制作蜡模2，确保陶瓷型芯1的出气侧部分（即陶瓷型芯对应空心叶片出气边的部位，下同）在蜡模2上外露；

步骤3.在外露于蜡模2的陶瓷型芯1出气侧部分的两侧表面分别刷蜡层3，形成蜡层结构，蜡层3的厚度为0.3mm，所刷蜡层为低温蜡；

在外露于蜡模2的陶瓷型芯1出气侧部分的端面贴蜡纸4，形成蜡纸层结构，所贴蜡纸4的厚度为2mm；贴于陶瓷型芯1出气侧部分端面的蜡纸4在出气侧部分的端面以包边方式贴合成型，具体的包边方式成型是指，所贴蜡纸4的宽度大于陶瓷型芯1出气侧部分端面的自身宽度，蜡纸4粘贴于陶瓷型芯1出气侧部分的端面后，蜡纸4的两侧边缘分别在出气侧部分端面的两侧延伸出，延伸长度至少为0.5mm，例如0.6mm，将蜡纸4在出气侧部分端面的两侧延伸部分包覆贴合在出气侧部分的两侧表面；

无论是陶瓷型芯1出气侧部分的两侧表面、还是端面，经对应的刷蜡层3和贴蜡纸4后，要求陶瓷型芯1的出气侧部分的表面应当光洁、完整、圆滑；

步骤4.在步骤3的蜡模2和陶瓷型芯1的外表面进行沾浆淋沙处理，制作得到陶瓷型壳；

将带有蜡模2的陶瓷型壳进行烧蜡处理，得到具有陶瓷型芯1和浇铸型腔的陶瓷模壳，该陶瓷模壳用于重型燃机空心叶片的精铸成型。

实施例2

本发明为重型燃机空心叶片精铸用的陶瓷模壳成型方法，其包括下列步骤：

步骤1.根据重型燃机空心叶片的设计结构要求，制作对应该空心叶片的气冷型腔的陶瓷型芯；

步骤2.根据设计要求在陶瓷型芯的外部制作蜡模，确保陶瓷型芯的出气侧部分（即陶瓷型芯对应空心叶片出气边的部位，下同）在蜡模上外露；

步骤3.在外露于蜡模的陶瓷型芯出气侧部分的两侧表面分别刷蜡层，形成蜡层结构，所刷蜡层的厚度为0.4mm，所刷蜡层为低温蜡；

在外露于蜡模的陶瓷型芯出气侧部分的端面刷蜡层，形成蜡层结构，所刷蜡层的厚度为1.5mm，所刷蜡层为低温蜡；

无论是陶瓷型芯出气侧部分的两侧表面、还是端面，经对应的刷蜡层后，要求陶瓷型芯的出气侧部分的表面应当光洁、完整、圆滑；

步骤4.在步骤3的蜡模和陶瓷型芯的外表面进行沾浆淋沙处理，制作得到陶瓷型壳；

将带有蜡模的陶瓷型壳进行烧蜡处理，得到具有陶瓷型芯和浇铸型腔的陶瓷模壳，该陶瓷模壳用于重型燃机空心叶片的精铸成型。

实施例3

本发明为重型燃机空心叶片精铸用的陶瓷模壳成型方法，其包括下列步骤：

步骤1.根据重型燃机空心叶片的设计结构要求，制作对应该空心叶片的气冷型腔的陶瓷型芯；

步骤2.根据设计要求在陶瓷型芯的外部制作蜡模，确保陶瓷型芯的出气侧部分（即陶瓷型芯对应空心叶片出气边的部位，下同）在蜡模上外露；

步骤3.在外露于蜡模的陶瓷型芯出气侧部分的两侧表面分别贴蜡纸，形成蜡纸层结构，所贴蜡纸的厚度为0.2mm；

在外露于蜡模的陶瓷型芯出气侧部分的端面贴蜡纸，形成蜡纸层结构，所贴蜡纸的厚度为2.8mm；贴于陶瓷型芯出气侧部分端面的蜡纸在出气侧部分的端面以包边方式贴合成型，具体的包边方式成型是指，所贴蜡纸的宽度大于陶瓷型芯出气侧部分端面的自身宽度，蜡纸粘贴于陶瓷型芯出气侧部分的端面后，蜡纸的两侧边缘分别在出气侧部分端面的两侧延伸出，延伸长度至少为0.5mm，例如0.7mm，将蜡纸在出气侧部分端面的两侧延伸部分包覆贴合在出气侧部分的两侧表面；

无论是陶瓷型芯出气侧部分的两侧表面、还是端面，经对应的贴蜡纸后，要求陶瓷型芯的出气侧部分的表面应当光洁、完整、圆滑；

步骤4.在步骤3的蜡模和陶瓷型芯的外表面进行沾浆淋沙处理，制作得到陶瓷型壳；

将带有蜡模的陶瓷型壳进行烧蜡处理，得到具有陶瓷型芯和浇铸型腔的陶瓷模壳，该陶瓷模壳用于重型燃机空心叶片的精铸成型。

实施例4

本发明为重型燃机空心叶片精铸用的陶瓷模壳成型方法，其包括下列步骤：

步骤1.根据重型燃机空心叶片的设计结构要求，制作对应该空心叶片的气冷型腔的陶瓷型芯；

步骤2.根据设计要求在陶瓷型芯的外部制作蜡模，确保陶瓷型芯的出气侧部分（即陶瓷型芯对应空心叶片出气边的部位，下同）在蜡模上外露；

步骤3.在外露于蜡模的陶瓷型芯出气侧部分的两侧表面分别刷蜡层，形成蜡层结构，所刷蜡层的厚度为0.5mm，所刷蜡层为低温蜡；

在外露于蜡模的陶瓷型芯出气侧部分的端面先刷蜡层、后贴蜡纸，形成蜡层和蜡纸层的混合结构，所刷蜡层和贴蜡纸的总厚度为0.5mm，所刷蜡层为低温蜡；贴于陶瓷型芯出气侧部分端面的蜡纸在出气侧部分的端面以包边方式贴合成型，具体的包边方式成型是指，所贴蜡纸的宽度大于陶瓷型芯出气侧部分端面的自身宽度，蜡纸粘贴于陶瓷型芯出气侧部分的端面后，蜡纸的两侧边缘分别在出气侧部分端面的两侧延伸出，延伸长度至少为0.5mm，例如0.5mm，将蜡纸在出气侧部分端面的两侧延伸部分包覆贴合在出气侧部分的两侧表面；

无论是陶瓷型芯出气侧部分的两侧表面、还是端面，经对应的刷蜡层和贴蜡纸后，要求陶瓷型芯的出气侧部分的表面应当光洁、完整、圆滑；

步骤4.在步骤3的蜡模和陶瓷型芯的外表面进行沾浆淋沙处理，制作得到陶瓷型壳；

将带有蜡模的陶瓷型壳进行烧蜡处理，得到具有陶瓷型芯和浇铸型腔的陶瓷模壳，该陶瓷模壳用于重型燃机空心叶片的精铸成型。

实施例5

本发明为航空发动机空心叶片精铸用的陶瓷模壳成型方法，其包括下列步骤：

步骤1.根据航空发动机空心叶片的设计结构要求，制作对应该空心叶片的气冷型腔的陶瓷型芯；

步骤2.根据设计要求在陶瓷型芯的外部制作蜡模，确保陶瓷型芯的出气侧部分（即陶瓷型芯对应空心叶片出气边的部位，下同）在蜡模上外露；

步骤3.在外露于蜡模的陶瓷型芯出气侧部分的两侧表面分别刷蜡层，形成蜡层结构，所刷蜡层的厚度为0.1mm，所刷蜡层为低温蜡；

在外露于蜡模的陶瓷型芯出气侧部分的端面贴蜡纸，形成蜡纸层结构，所贴蜡纸的厚度为1mm；贴于陶瓷型芯出气侧部分端面的蜡纸在出气侧部分的端面以包边方式贴合成型，具体的包边方式成型是指，所贴蜡纸的宽度大于陶瓷型芯出气侧部分端面的自身宽度，蜡纸粘贴于陶瓷型芯出气侧部分的端面后，蜡纸的两侧边缘分别在出气侧部分端面的两侧延伸出，延伸长度至少为0.5mm，例如0.8mm，将蜡纸在出气侧部分端面的两侧延伸部分包覆贴合在出气侧部分的两侧表面；

无论是陶瓷型芯出气侧部分的两侧表面、还是端面，经对应的刷蜡层和贴蜡纸后，要求陶瓷型芯的出气侧部分的表面应当光洁、完整、圆滑；

步骤4.在步骤3的蜡模和陶瓷型芯的外表面进行沾浆淋沙处理，制作得到陶瓷型壳；

将带有蜡模的陶瓷型壳进行烧蜡处理，得到具有陶瓷型芯和浇铸型腔的陶瓷模壳，该陶瓷模壳用于重型燃机空心叶片的精铸成型。

以上各实施例仅用以说明本发明，而非对其限制；尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：本发明依然可以对上述各实施例中的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。