一种航空发动机扩压器整体铸造模具的制作方法

本发明属于航空发动机技术领域，涉及一种航空发动机扩压器铸造装置，尤其是一种航空发动机扩压器整体铸造模具

背景技术：

扩压器是航空发动机及燃气轮机重要组成零件之一，位于压气机和主燃烧室之间，用来将压气机叶轮出口的高速空气的动能转变为压力能，随后将具有压力能的气体输送至主燃烧室增压加热到涡轮前允许温度，以便进入排气装置做功，压力能的大小正是衡量发动机性能的重要指标之一。

目前世界先进的环形扩压器，鉴于减轻重量及保证零件结构稳定性的双重原因，多采用空心支板作为通道连接、同时在不影响强度的情况下尽可能的缩小零件壁厚，大幅度增加了零件制造难度。

由于扩压器外缘与内缘之间通过空心支板连接形成一个封闭的通道特征，同时延伸角度不同的外部支板形成难以按正常角度出模的倒拔模特征，并且导致零件壁厚薄，因此精铸模具设计和制造非常困难。现有的铸造工艺是将整个环形扩压器零件拆分成中间支板数量的分体蜡型组件独立成型，再通过蜡型粘接工艺将分体蜡型组件组合成整体扩压器蜡型浇注成铸件，这种铸造工艺对模具制造来说相对简单。但由于壁厚薄及粘接操作误差原因，易造成零件形状及尺寸不符合要求，极易出现错型现象，零件合格率偏低，同时成型效率低。

而扩压器整体一次成型，主要存在以下几个难点问题，目前还没有相应的模具能够解决这些问题：保证零件通道的最终尺寸同时防止成型过程中的变形问题；保证零件内环内壁特征的形状及最终尺寸同时防止成型过程中的变形问题；外环支板与外缘板形成的倒拔模特征难以成型难题，由于外环支板延伸方向与外缘板形成的角度小于90°，形成倒拔模现象；兼具环形结构及薄壁特征零件在模具中的顶出难题，必须要做到将蜡件顺利顶出，无变形、无损坏使模具操作顺畅；多组拼接镶块及模具底板尺寸大造型复杂的问题，对模具的加工及钳工装配造成了极大的困难。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种航空发动机扩压器整体铸造装置，能够使扩压器铸件一次环形整体成形，无需后续蜡型粘接，并且能够在模具上解决蜡件倒拔及保证壁厚航空发动机扩压器的形成。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：

这种航空发动机扩压器整体铸造模具，包括底座和上盖板，底座和上盖板之间设置有一体成形扩压器的内环形腔体结构，内环形腔体结构的中心位置设置有圆台形的抽芯，内环形腔体结构上设置有与内环形腔体连通的注蜡嘴；内环形腔体结构的底部设置有顶出成形扩压器的顶出结构。

更进一步的，本发明的特点还在于：

其中内环形腔体结构由若干个腔体部件组成，腔体部件包括内环形固定块，内环形固定块底部设置有外环固定块，内环形固定块的外围设置有活块。

其中内环形固定块的顶部设置有叶身活动块组。

其中底座的中部设置为底板，底板上设置有内环形腔体结构，内环形腔体结构的外侧设置有外圆型块。

其中外圆型块与腔体部件匹配，且外圆型块滑动设置在底座上。

其中抽芯通过小活块限位固定。

其中顶出结构包括设置在底座内的偏心顶出块，偏心顶出块上设置有顶出板和顶出块。

其中偏心顶出块与设置在底座外侧的把手连接。

其中底座与内环形腔体之间设置有通气结构。

本发明的有益效果是：该铸造模具的将扩压器分为环体部分和中心部分，在环体成形部分上设置的注蜡嘴能够使扩压器的蜡模一次整体成形，并且无需分别注蜡粘接，有效提高了零件的铸造精度和生产效率，同时圆台形的抽芯倒置在内环形腔体的中心位置，解决了到拔模问题，并且顶出结构能够在扩压器成形之后，将扩压器顺利顶出，解决了扩压器在取出过程中产生的变形、损伤等问题，抽芯能够加强防变形作用，避免了在开模过程中对扩压器薄壁部分的变形。

更进一步的，腔体部件环形组合而成内环形腔体结构，使其组合更加灵活；且内环形固定块、外环固定块和活块将环体部分分成外环、内环和主体三部分，更进一步的使扩压器的成形更加精确，合格率更高。

更进一步的，外圆型块滑动设置在底座上，能够方便外圆型块的安装与拆卸，并且外圆型块和叶身活动组用于固定和限位内环形腔体部分。

更进一步的，通气结构保证在扩压器成形过程中的排气，有效保证了扩压器的尺寸精度和生产效率。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明中内环形腔体结构的剖视图；

图3为本发明中随型活动块的结构示意图；

图4为本发明中顶出结构的示意图；

图5为本发明中底部结构的示意图；

图6为本发明中底部结构的剖视图；

图7为本发明内部结构的示意图；

图8为本发明中内腔成形活块的示意图；

图9为本发明中叶型活块组的结构示意图；

图10为本发明中外圆型块的结构示意图；

图11为本发明中抽芯的结构示意图；

图12为本发明中外圆型块和底板的连接示意图。

其中：1为底座；2为底板；3为外圆型块；4为抽块；5为抽芯；6为扩压器；7为活块；8为叶身活块组；9为随型活块组；10为内环固定块；11为外环固定块；12为复位块；13为偏心顶出块；14为把手；15为上盖板；16为锁紧块；17为顶出板；18为顶出块；19为注蜡嘴；20为小活块。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细描述：

本发明提供了一种航空发动机扩压器整体铸造模具，如图1-6所示，包括底座1，底座1与上盖板15之间设置有内环形腔体结构，内环形腔体结构与注蜡嘴19连通，注蜡嘴19用于向内环形腔体结构内部的环形内腔进行注蜡；内环腔体结构由若干个腔体部件组成，腔体部件包括内环固定块10，内环固定块10的底部设置有用于固定其位置的外环固定块11，内环固定块10的外侧设置有活块7，内环固定块10的顶部设置有叶身活块组8；如图3所示，其中外环固定块11与内环固定块10之间还设置有随型活动块；如图4、6所示，底座1的内部还设置有偏心顶出块13，偏心顶出块13还与设置在底座1外侧的把手14连接，把手14控制偏心顶出块13的顶出工作；偏心顶出块13上设置有顶出板17，如图5所示，顶出板17上设置有顶出块18，顶出板17的中心位置设置有复位快12，复位块12、内环固定块10和外环固定块11用于进行扩压器的合模。

如图7-9所示，外环固定块11设置在底板2上，外环固定块11为设置在内环固定块外圈底部的固定结构，活块7围城圆形结构，设置在抽芯5的外围，叶身活动组8设置在活块7的外围，且活块7和叶身活动组8均设置在内环形腔体结构的内环中。

如图12所示，内环形腔体结构的围还设置有若干个外圆型块3，外圆型块3与底板2上的滑动轨道连接，且外缘型块3能够在底板2上滑动抽出/安装，外圆型块3用于固定和限位内环形腔体结构；如图10所示，外圆型块3的内部结构与内环形腔体结构的外圈匹配。

如图11所示，抽芯5为圆台形结构，且上大下小安装在内环形腔体结构的中心位置，如图2所示，抽芯5上还设置有小活块20，小活块20用于固定限位抽芯5，小活块20抽出后，即可将限位抽芯5拿出。

其中内环固定块10上还设置有若干与顶出块18连通的通气孔，通气孔用于保证排气顺畅。

本发明的安装组合过程是：在水平的底板2上自下而上一次安装偏心顶出块13、顶出板17、内环固定块10、外环固定块11、随型活块组9、活块7、叶身活块组8和外圆型块3；其中叶身活块组8形成狭小倒拔模带叶片内腔、通过抽芯5、活块7、随型活块组9、内环固定块10共同组成的两口小中间大环形内腔。

具体的，如图4所示，确立了扩压器6在模具中的摆放位置，按照内腔“上小下大”拔模方向摆放；为了避免通道连接支板限制及防止通道变形，通道特征需要在整体出模前设计为活动型块组被提前取出成型，此时“上小下大”的状态为活动型块组的拆分设计造成很大难度；将通道特征通过连接支板划分为6个关联腔体，设计过程中必须充分考虑“口小腔大”及支板封闭空间成型难点，因此将每个腔体内的成型型块拆分为6块活动型块组，每块单独的活动型块必须具有一定拔模斜度，同时通道支板成型活动型块必须可以在通道中间活动型块拔出后形成的空间内平行移动，以此通过先平移后拔出的运动轨迹避免干涉成型通道支板，所以支板成型活动型块必须具有两个方向的拔模斜度，最终通过三维软件模拟及拆分，按特定切割刀路将通道成型型块拆分为通道支板成型活动型块及通道中间成型活动型块两大类共计36块活动型块，以此保证封闭通道正常出型。同时在装配过程中通过制作多个与缘板壁厚相同的辅助定位圆柱销支撑在通道成型活动型块组与外缘成型块及内缘成型活块组之间，以此作为保证缘板壁厚的装配辅助基准，保证最终蜡模壁厚，这样创新的设计及装配方法解决了封闭通道成型及壁厚保证问题，进一步保证了模具的成型质量。

如图5所示，将内环成型型块拆分为陶芯定位内环成型活动型块和无陶芯内环成型活动型块两大类共计12块活动型块，通过先按向心及向上45°方向逐个取出无陶芯内环成型活动型块，为陶芯定位滑块的平移及陶芯定位内环成型活动型块的取出提供操作空间，再按先滑动陶芯定位滑块使陶芯脱离再逐个取出陶芯定位内环成型活动型块的方法成型内环封闭型腔。同时钳工装配过程中通过制作台阶形定位环形夹具将内环成型活动型块组与外缘成型块关联在一起作为辅助定位装配基准，以此保证内环型腔与整体外缘的同心要求。这样创新的设计及装配方法解决了内环型腔成型及同轴度保证问题。

如图6所示，将圆环成型块三等分拆分，形成三件成型型块作为随蜡模一起被顶出机构顶出的随型活动型块组，在蜡模取出后再将三件活动型块逐个取出，以此成型倒拔模特征。这种设计方法的实现难点是活动型块组需用轻质材料加工，否则会由于自身重量将蜡型损伤或变形，但轻质材料加工型差，不耐磨，同时在注蜡过程中有被蜡液冲击活动移位的风险；通过将磁体镶块均布镶入三件轻质材料的随型活动型块中，利用磁铁与钢制外环定位块的吸力有效的避免了随型活动型块被蜡液冲击移位的现象。

如图7所示，由于扩压器6兼具环形结构及薄壁特征，人工操作取出过程中由于力度及方向不易控制的原因，易造成蜡模在取出过程中的变形及损坏，最终造成零件超差及报废。顶出结构利用偏心顶出块13的转动顶压顶出板17，均布安装在顶出板17上的蜡模顶出块同时平稳的将整体蜡型顶出出模，以此避免人工操作取出工序，提高蜡型质量。

本发明的具体实施例及工作原理是：首先在底座1上安装偏心顶出块13，然后将顶出板17和顶出块18以及复位块12和内环固定块10、外环固定块11进行合模，此时顶出块18的端部将分别和内环固定块10上表面以及外环固定块的下表面平齐，然后和底板2合模，然后在外环固定块11上面装配随型活动组9，通过底板2上的导向槽将外圆型块3依次安装到位，在此期间将抽块4装配到外圆型块3上，依次安装叶身活块组8以及活块7，利用小把手14将部分活块7安装到位，最后将抽芯5放入模具中央，锁紧后上盖板15注入蜡进行扩压器6的成型，成型后，依次去下抽芯5，然后再通过小把手14将部分活块7抽离扩压器6表面，然后依次取下活块7和叶身活动组8，将外圆型块3沿着底板2的导向槽抽离，利用偏心顶出块13的作用，通过顶出板17和顶出块将扩压器6顶出，取下一体的扩压器6，完成一次成型。

扩压器零件在外圆型块3和活块7等形成的墙体中能够一次成型，本模具提供了能够使扩压器蜡件一次成型、无需后续粘接工艺的精密铸造模具，并能在模具上解决蜡件出模后的变形难题，用于航空发动机以及燃气轮机扩压器的精铸模具，对扩压器铸件制造精度起着关键作用。

本模具就是针对航空发动机以及燃气轮机扩压器而研制的精密铸造模具，采用立式模具结构，将模具的成型方式由原来的拆分粘接成型改为整体一次成型，这样即起到了避免扩压器6局部厚大特征蜡型收缩形象整体蜡型及尺寸，又简化了模具设计制造及蜡模压型操作难度，又避免了扩压器6主体部分需后期粘接二次加工误差，大幅度提高了生产效率。本次模具创新采用了通道活块组拆分技术、合理分布模具抽芯5位置、偏心转动顶出方案及磁体镶块应用于随型活块方法的实施均代表了本行业精铸模具设计的最高水平。在模具的加工中创新的使用数控车、五轴高速加工中心及精密线切割结合技术完成了通道36块活动型块组及内环12块活动型块组的整体加工，此技术的掌握极大提高了环形组合类精密零件的加工质量，有效提高了扩压器铸件生产的生产效率及合格率，并克服了一系列难题。

本发明将某机扩压器零件分成主体、外环、内环及陶瓷型芯四部分进行蜡模成型，后期粘接铸造。以此使封闭的喉道形成开口结构，再通过喉道型块的设计方案使蜡模出型；这样即起到了避免零件局部厚大特征蜡型收缩影响整体蜡型形状及尺寸，又简化了模具设计制造及蜡模压型操作难度，又减少了零件主体部分需后期粘接组合的工序，大幅度的提高了生产效率。为今后的新机科研奠定了坚实的基础，使航空发动机中的中小型环形精密铸造零件的制造技术有了提高，为我国研制新一代航空发动机在精铸模具的设计制造方面积累了丰富的经验，给以后类似环形整体零件精铸模具设计制造提供了技术依据。