[发明专利]窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形方法

说明书

本发明公开了一种窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形方法，采用定位芯头与定位槽、定位块与定位环相结合的多向定位方法，减少了传统制模技术因定位工装使用而造成的精度不高问题，解决了研制技术“瓶颈”。与电火花加工、数控铣削加工加工技术相比，无需复杂的电极、刀具，生产效率大幅提高，制造成本显著降低，为窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形提供了一种高可靠、高准确性的低成本的技术方案，解决了生产“瓶颈”，为产品的批量化生产、技术的工程化应用奠定了坚实的基础，同时有力推动先进设计结构在航天型号产品上成熟应用。

技术领域

本发明属于熔模精密铸造技术领域，具体涉及一种窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形方法。

背景技术

新型液氧煤油高压补燃发动机采用富氧燃气发生器循环方式，通过发生器产生高压、高温燃烧产物吹动亚声速涡轮做功，为发动机提供补充动力源，提高了发动机的性能，解决了燃气发生器循环积碳和燃烧不稳定问题。而涡轮静子是亚音速涡轮的关键部件，直接决定了涡轮的效率，是进行系统调整计算的重要参数，其性能偏差直接影响发动机设计功能实现及推力调节的准确性。

图1为某型号涡轮静子的结构示意图，主要由内环、外环及叶栅组成，其中，叶栅由39个均匀分布的涡轮叶片组成，叶片为弯叶片鱼头形状，其型面由多段、变曲率的曲面组成，叶片间歇狭小，属于典型窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件。该零件的流通面积是衡量发动机主涡轮工作效率的关键指标，设计要求公差仅50mm²，对叶片型面尺寸及形位尺寸精度要求较高。当前，该类零件的制造方法分为数控铣削加工、电火花加工、熔模精密铸造。

数控铣削加工难点在于数控程序编制、刀具及切削工艺参数，该方法针对多段、变曲率且弯扭程度大、窄间隙叶栅类结构，不可避免易产生刀具干涉、过切问题，无法实现流道的整体的加工。其次，对于难切削的高温合金材料，加工效率低、制造成本高。

电火花加工技术通过合理设计加工路径、电极，可解决产品成形问题。但是该方法针对多段、变曲率且弯扭程度大、窄间隙叶栅类结构，需设计复杂的数控程序以及多组异形电极，且加工过程中需反复更换电极，加工效率低、制造成本高。

熔模精密铸造作为一种近净成形技术，具有不受成形结构及材料限制、成形成本低的特点，是特殊功能、特殊结构零部件研制不可替代的工艺技术。其中蜡模制造是其关键控制环节及制造难点，常用的蜡模制造方法有选择性激光烧结技术、整体金属压型制模技术、分体式水溶芯制模技术。

选择性激光烧结技术是一种以激光为热源沿设计轨迹层层叠加粉料成为实体的蜡模成形技术，但因激光热源的不均匀加热以及粉料分层烧结的成形台阶，存在成形尺寸精度不高、变形严重等问题，适用于尺寸精度要求不高的产品。

金属压型制模技术通过专用成形设备将膏态或液态的蜡料注入产品专用模具，产品尺寸精度及表面质量直接由专用模具保证，优于选择性激光烧结技术。但是对于窄间隙、扭曲叶片结构类零件，金属型芯尺寸过小，易磕伤，且存在空间干涉，难以取模。

水溶芯制模技术是对整体金属压型制模技术的改进，其通过水溶蜡成形的型芯替代传统金属型芯，扩展了金属压型制模技术的应用范围。针对窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件，因其成形间歇小、尺寸精度、形位精度要求高、叶片数量多，水溶芯装配组合难度较大，而传统定位工装传递定位方式，水溶芯与定位工装、定位工装与外型模具在装配组合过程中均会产生装配误差，尺寸精度及流通面积难以达到航天型号产品的设计要求。

窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类的低成本制造成为制造领域的一大难题，影响着型号产品的性能和成本，制约着先进设计结构的实现，成为研制技术“瓶颈”、生产“瓶颈”。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种窄间歇、扭曲、多叶片密集分布叶栅类零件的成形方法。

本方法的技术解决方案是：