一种陶瓷型芯自由端的制作方法与流程

1.本发明涉及熔模精密铸造技术领域，尤其是涉及一种陶瓷型芯自由端的制作方法。


背景技术：

2.陶瓷型芯自由端的制作一直是航空发动机和燃气轮机空心叶片熔模铸造工艺中的关键和必要技术，其目的是保证裸露的陶瓷型芯与型壳之间留有合理的自由活动间隙。随着空心叶片需求量急速提升，如何提高陶瓷型芯自由端制作的效率、均匀性和一致性成为行业难题。通常，高性能航空发动机、燃气轮机空心叶片的制造中，陶瓷型芯自由端的厚度需控制在0.05～0.3mm，并且要求较高的均匀性和一致性。
3.目前，行业内多采用在陶瓷型芯裸露表面刷漆片或者石蜡的方式制作自由端，这一方法操作简单快捷，工作量小，但是由于漆片和石蜡的天然特性，溶剂蒸发后会导致局部堆积或分离，自由端厚度难以控制，均匀性和一致性都很差，造成断芯、偏芯等问题。在先申请文件cn106734941a(一种能更改熔模精密铸造中芯头自由端稳定性的方法)中，粘性薄膜、蜡片、胶带也开始应用于陶瓷型芯自由端的制作，这一方法需要单独对每一件陶瓷型芯的裸露表面仔细粘贴粘性薄膜或蜡片，针对不规则、弯曲的表面需要对粘性薄膜或蜡片进行多次裁剪拼接，狭小表面或者孔槽不适用，而且对于不同厚度或者极小厚度的自由端制作可能需要对粘性薄膜或蜡片进行专门定制，因此该方法在复杂陶瓷型芯自由端制作、效率等方面不具备优势，实际应用较少。在先申请文件cn109622883b(一种陶瓷型芯自由端蜡帽制造方法)中采用蜡帽的方法制作自由端，这一方法通常是按照自由端所需形状在铸件蜡模模具内腔中加工出蜡帽所需空间，注射成型时蜡帽随之成型，或者额外制造蜡帽模具，压制出蜡帽后再套在型芯上，这种方法操作简单，均匀性和一致性好，但是仅适用于简单结构和较厚的自由端(大于0.3mm)制作。
4.因此，本领域技术人员致力于开发一种陶瓷型芯自由端的制作方法，适用于复杂且极薄厚度的自由端制作，厚度可控性高，且均匀性好。


技术实现要素：

5.本发明所要解决的技术问题是提供一种陶瓷型芯自由端的制作方法，适用于复杂且极薄厚度的自由端制作，厚度可控性高，且均匀性好。
6.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种陶瓷型芯自由端的制作方法，包括以下步骤：
7.s1.根据工艺需求确定陶瓷型芯需要制作自由端的表面；
8.s2.设计陶瓷型芯固定盘：根据陶瓷型芯的结构和需要制作自由端的表面，在陶瓷型芯固定盘中设计出相应的空腔，将陶瓷型芯放入空腔并固定，且将需要制作自由端的表面露出；
9.s3.配置粘性材料，使粘性材料浓度所对应的自由端厚度从0mm到0.6mm可调；
10.s4.涂覆粘性材料：陶瓷型芯固定在陶瓷型芯固定盘中，将露出的陶瓷型芯表面浸入粘性材料中一段时间后，再将其提出；
11.s5.固化：涂覆粘性材料的陶瓷型芯存放在室内进行室温固化，或将陶瓷型芯放到焙烧炉内固化；
12.s6.制壳：将涂覆粘性材料的陶瓷型芯放到零件蜡模模具中压制蜡模，并在蜡模表面涂料形成模壳；
13.s7.脱蜡焙烧：将模壳放到脱蜡釜中进行脱蜡，脱蜡后的模壳再进行焙烧成型。
14.本发明的有益效果是：陶瓷型芯固定盘将陶瓷型芯固定并将需要制作自由端的表面浸没至粘性材料中，粘性材料中的组分浓度越高，所能制作的粘性材料层越厚，从而根据不同的要求精确控制自由端的厚度，适应不同的型芯结构，粘性材料经过固化后具有一定的强度，能够增加陶瓷型芯室温强度，对陶瓷型芯转运和后续工艺过程起到保护作用。
15.在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。
16.进一步，步骤s3中，粘性材料包括树脂、固化剂和溶剂。
17.采用上述进一步方案的有益效果是粘性材料包括树脂、固化剂和溶剂，根据不同陶瓷型芯的要求调制不同的浓度，进而精确控制粘性材料的厚度，从而适应不同的陶瓷型芯结构以制作不同厚度的自由端。
18.进一步，步骤s5中，陶瓷型芯存放在室内进行室温固化的时间不低于两天；放入焙烧炉时的温度为90℃至110℃，且固化时间为25min至35min。
19.采用上述进一步方案的有益效果是将粘性材料进一步固定，使其陶瓷型芯制作自由端的表面强度进一步增强，利于后续制作模壳。
20.进一步，步骤s4中，陶瓷型芯表面浸入粘性材料的时间为2s至10s，提出粘性材料后平躺放置。
21.采用上述进一步方案的有益效果是陶瓷型芯平躺放置利于粘性材料成型。
附图说明
22.图1为本发明一具体实施例制作实施示意图；
23.图2为本发明一具体实施例制壳实施示意图；
24.图3为本发明一具体实施例脱蜡焙烧实施示意图。
25.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
26.1、陶瓷型芯；2、自由端；3、陶瓷型芯固定盘；4、粘性材料；5、粘性材料层；6、模壳；7、自由活动间隙。
具体实施方式
27.以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“长度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“内”、“外”、“周侧”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的系统或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对
本发明的限制。
29.在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
30.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.如图1、图2、图3所示，一种陶瓷型芯自由端的制作方法，包括以下步骤：
32.s1.根据工艺需求确定陶瓷型芯需要制作自由端的表面。具体的，按照工艺设计要求，陶瓷型芯1的小芯头为自由端2，因此确定小芯头2的表面需要进行自由端2制作。
33.s2.设计陶瓷型芯固定盘3：根据陶瓷型芯的结构和需要制作自由端的表面，在陶瓷型芯固定盘3中设计出相应的空腔，将陶瓷型芯1放入空腔并固定，且将需要制作自由端2的表面露出。
34.具体的，根据陶瓷型芯1的结构和需要制作自由端2的表面，在陶瓷型芯固定盘3中设计出相应的空腔，陶瓷型芯固定盘3可采用eva材料制成，实施例中，陶瓷型芯固定盘3设置有四个空腔，该空腔上端出口大，能将陶瓷型芯1放入，下端出口仅能露出自由端2。
35.s3.配置粘性材料4，使粘性材料4浓度所对应的自由端2厚度从0mm到0.6mm可调，具体的，粘性材料4包括树脂、固化剂和溶剂，按照一定的比例混合均匀，树脂浓度越高所能制作的自由端2厚度越厚，配制的粘性材料4浓度所对应的自由端2厚度从0到0.6mm可调，厚度的可调范围广，能实现0.01mm级别的厚度。
36.本实施例中，自由端2表面制作自由端2的厚度为0.1mm，因此选择e-44环氧树脂、固化剂650聚酰胺树脂和丙酮溶剂配制粘性材料4，将e-44环氧树脂、固化剂650聚酰胺树脂和丙酮按质量比3:3:1倒入容器中，搅拌均匀，从而制备成粘性材料4。
37.s4.涂覆粘性材料4：陶瓷型芯1固定在陶瓷型芯固定盘3中，将露出的陶瓷型芯1表面浸入粘性材料4中一段时间后，再将其提出，陶瓷型芯1表面浸入粘性材料4的时间为2s至10s，提出粘性材料4后平躺放置。具体的，将陶瓷型芯1对应放入陶瓷型芯固定盘3中，之后将露出的自由端2垂直浸入粘性材料4中，完全浸入后保持5秒，缓慢提出后自由端2表面形成一层粘性材料层5，提出后平躺放置，由于粘性材料4具有粘度，流动性差，因此能保持均匀性。
38.s5.固化：涂覆粘性材料的陶瓷型芯1存放在室内进行室温固化，或将陶瓷型芯1放到焙烧炉内固化。具体的，陶瓷型芯1存放在室内进行室温固化的时间不低于两天，固化后在陶瓷型芯1表面形成一层具有一定厚度、强度、均匀的粘性材料层5。
39.放入焙烧炉时的温度为90℃至110℃，且固化时间为25min至35min，用游标卡尺检查涂覆厚度是否满足要求，不满足要求的再次涂覆和固化直至达到符合要求的厚度。
40.s6.制壳：将涂覆粘性材料的陶瓷型芯放到零件蜡模模具中压制蜡模，并在蜡模表面涂料形成模壳。具体的，压制蜡模时，使用高压压注机，将蜡料加热至69℃至73℃，并在6bar至10bar下将蜡料注入至模具中，保压20s至40s，循环20s至40s后，即可取出蜡模。蜡模清理后粘接浇道、浇口杯等，组合成模组。模组经过涂料在蜡模表面形成模壳6，每一层都经
过涂料浆、撒砂和干燥过程。
41.s7.脱蜡焙烧：将模壳放到脱蜡釜中进行脱蜡，脱蜡后的模壳再进行焙烧成型。具体的，脱蜡温度为150℃至170℃，脱蜡压强为5bar至7bar，焙烧温度为800℃至1000℃，模壳内的蜡模和陶瓷型芯1表面涂覆的粘性材料4全部融化脱出，陶瓷型芯1与模壳内表面形成涂覆粘性材料4厚度的自由活动间隙7。
42.本发明陶瓷型芯固定盘3将陶瓷型芯1固定并将需要制作自由端2的表面浸没至粘性材料4中，粘性材料4中的组分浓度越高，所能制作的自由端2厚度越厚，从而根据不同的要求精确控制粘性材料4的厚度，适应性强，粘性材料4经过固化后具有一定的强度，能够增加陶瓷型芯室的强度，对陶瓷型芯1转运和后续工艺过程起到保护作用。
43.本发明中陶瓷型芯固定盘3将陶瓷型芯1固定并将需要制作自由端的表面浸没至粘性材料4中，粘性材料4中的组分浓度越高，所能制作的粘性材料4层越厚，从而根据不同的要求精确控制自由端2的厚度，适应不同的型芯结构，粘性材料4经过固化后具有一定的强度，能够增加陶瓷型芯室温强度，对陶瓷型芯1转运和后续工艺过程起到保护作用。
44.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
45.以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。