[发明专利]一种柱形阵列支撑双层板冷却结构的制造方法

说明书

本发明公开一种柱形阵列支撑双层板冷却结构的制造方法，利用基于CMT的增材制造技术在金属基板上设置若干阵列的柱形凸台、在柱形凸台之间的间隙填充塑料、对柱形凸台端面进行平整加工、去除塑料、将金属盖板焊接在柱形凸台上、在金属基板和金属盖板上打通气孔，通过上述步骤完成柱形阵列支撑双层板冷却结构的的制造，解决传统通过减材加工技术制造柱形阵列支撑双层板冷却结构时出现的具有严重的残余应力、变形大、加工范围小以及成本高等问题。

技术领域

本发明涉及航空发动机和燃气轮机技术领域，特别是涉及一种柱形阵列支撑双层板冷却结构的制造方法。

背景技术

随着航空工业的发展，飞机飞行速度和航程不断提高，高推重比发动机已成为未来航空发动机的发展趋势，推重比越大，对航空发动机和燃气轮机燃烧室的高温性能要求越高。除提高发动机结构材料和绝热涂层的耐热极限外，还必须采用有效的冷却措施以保证系统的安全工作及合理的寿命。气膜冷却是一种得到广泛应用的有效冷却技术，其中，柱形阵列支撑双层板是一种薄壁空心气膜冷却结构，在航空发动机和燃气轮机的高温结构件上具有良好的应用前景。

目前，柱形阵列支撑双层板气膜冷却结构的制造主要包括以下几个步骤：首先通过减材法在基板上制造出柱形阵列，形成带柱形阵列的单层冷却板；然后，将另一单层进气板覆盖在单层冷却板的柱形阵列上端，通过钎焊/扩散焊的方法将两者连接到一起，形成带有柱形阵列支撑的双层板结构。最后，通过机械钻孔或激光打孔的方式，在双层板结构表面加工通气孔，形成柱形阵列支撑双层板气膜冷却结构。

然而，这种冷却结构的制造难度很大，尤其是采用常规减材加工技术制造带柱形阵列的单层冷却板，诸如微细机械切削、微细电火花和照相电解法等方法，而在利用上述加工方法进行制造时面临诸多问题。例如：微细机械切削加工存在复杂且严重的残余应力、加工变形及刀具损耗等问题；微细电火花和照相电解加工过程稳定性较差且可制备的扰流柱(柱形阵列)高度不超过1mm，加工范围受限。另外，由于这些技术均属于减材加工，制造成本高且造成材料的大量浪费。

发明内容

本发明的目的是提供一种柱形阵列支撑双层板冷却结构的制造方法，应用基于CMT的增材制造技术以解决上述现有技术中存在的问题，使柱形阵列支撑双层板冷却结构的制造效率高、变形小、加工范围大、同时降低制造成本，解决应用传统的减材加工技术出现的具有严重的残余应力、变形大、加工范围小以及成本高等问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

本发明提供一种柱形阵列支撑双层板冷却结构的制造方法，柱形阵列支撑双层板冷却结构包括金属基板、金属盖板以及位于所述金属基板和所述金属盖板之间若干阵列的柱形凸台，所述制造方法包括以下步骤：

1)利用基于CMT的增材制造技术，在所述金属基板上设置若干阵列的柱形凸台，形成一级单层板；

2)将所述一级单层板浸泡于热塑性塑料溶液中，所述热塑性塑料溶液填满各柱形凸台之间的间隙，待所述热塑性塑料溶液冷却凝固后，形成二级单层板；

3)对所述二级单层板上柱形凸台的端面进行平整加工，形成三级单层板；

4)将所述三级单层板上的塑料去除，得到终极单层板；

5)在所述终极单层板的所述柱形凸台上焊接所述金属盖板，得到初级双层板；

6)在所述初级双层板的金属基板和金属盖板上加工通气孔，得到最终的柱形阵列支撑双层板冷却结构。

优选地，在步骤1)中，所述基于CMT的增材制造技术采用CMT Pin工艺，通过焊丝端部加热，使暴露的焊丝端部熔化并与所述金属基板形成冶金结合，再通过调节电流大小以及焊丝回抽动作，使焊丝在预设位置熔断，从而使一段焊丝焊接在所述金属基板上，形成柱形凸台。