晶体取向可控的大尺寸单晶导向叶片的铸造模组的制作方法

1.本发明属于航空发动机涡轮叶片铸造技术领域，具体涉及晶体取向可控的大尺寸单晶导向叶片的铸造模组。


背景技术：

2.涡轮叶片作为航空发动机中的核心部件，其性能的好坏直接决定着航空发动机的推重比。随着航空工业的迅猛发展，新机型的研制对航空发动机的推重比要求进一步提高，为此，目前对涡轮叶片的承温能力要求已经达到1550℃以上，传统的等轴晶和定向晶难以满足新要求。单晶叶片作为新一代航空技术发展的主要途径之一，其结构具有优良的抗蠕变性能和高温强度性能，能够极大提升航空发动机的工作环境温度与推重比，对推动航空发动机的发展具有重要作用。然而，由于单晶叶片制造难度大，设备要求高，目前只能制备出尺寸小，结构单一的单晶涡轮工作或导向叶片，对尺寸大，倒角多，结构复杂的导向叶片研究不足，难以保证叶片的单晶完整性与取向一致性，极大地限制了我国航空事业的进一步发展。
3.因此，提出一种晶体取向可控的大尺寸单晶导向叶片的铸造模组以解决现有技术中存在的不足。


技术实现要素：

4.本发明为了解决上述技术问题提供晶体取向可控的大尺寸单晶导向叶片的铸造模组，排气边引晶片增加引晶棒有效控制了由于蜡片太薄而造成的型壳破裂问题；采用大浇口杯设计能使整个模组的热容量上下均匀一致，提升了叶片单晶完整性；采用斜向底部由下而上式浇注设计有效防止了冷隔、杂晶等缺陷的产生；斜向45
°
等体积式引晶组合有效提高了大尺寸叶片的单晶完整性，极大减少了后工序抛修量；小缘板大压头设计可有效防止大尺寸叶片产生的裂纹及疏松问题。
5.本发明解决上述技术问题的技术方案如下：本晶体取向可控的大尺寸单晶导向叶片的铸造模组包括引晶器、引晶片和浇道系统，所述浇道系统包括上圆盘、下圆盘、浇口杯、第一补缩冒口和第二补缩冒口，所述浇口杯的底端连接所述上圆盘，所述上圆盘的底端均连通所述第一补缩冒口的一端和所述第二补缩冒口的一端，所述第一补缩冒口的另一端通过小缘板连接叶片蜡模，所述叶片蜡模倾斜设置，所述第二补缩冒口的另一端通过大缘板连接叶片蜡模，所述引晶器的上端连接所述大缘板，下端垂直连接所述下圆盘，所述引晶片由所述大缘板顶角位置引晶连接至所述小缘板顶角。
6.有益效果：排气边引晶片增加引晶棒有效控制了由于蜡片太薄而造成的型壳破裂问题；采用大浇口杯设计能使整个模组的热容量上下均匀一致，提升了叶片单晶完整性；采用斜向底部由下而上式浇注设计有效防止了冷隔、杂晶等缺陷的产生；斜向45
°
等体积式引晶组合有效提高了大尺寸叶片的单晶完整性，极大减少了后工序抛修量；小缘板大压头设计可有效防止大尺寸叶片产生的裂纹及疏松问题。
7.进一步，所述引晶片远离所述叶片蜡模一端连接有引晶棒。
8.采用上述进一步方案的有益效果是：防止由于蜡片太薄而造成的型壳破裂问题。
9.进一步，所述引晶棒的直径为4
‑
6mm。
10.采用上述进一步方案的有益效果是：结构简单，使用方便。
11.进一步，所述上圆盘与所述下圆盘之间间隔且平行设置有多个模组强化棒。
12.采用上述进一步方案的有益效果是：增强模组的结构稳定性。
13.进一步，所述下圆盘上间隔设置有两个引晶器强化棒，两个所述引晶器强化棒之间设有所述籽晶引晶器。
14.采用上述进一步方案的有益效果是：提高模组籽晶端结构稳定性。
15.进一步，所述叶片蜡模与竖直平面的角度为30
‑
50
°
。
16.采用上述进一步方案的有益效果是：提高了大尺寸叶片的单晶完整性。
17.进一步，所述引晶片的厚度与所述叶片蜡模的厚度相近。
18.采用上述进一步方案的有益效果是：便于贴合叶片排气边成放射型延伸至小缘板。
19.进一步，所述叶片蜡模的蜡料为中温蜡，所述籽晶引晶器和所述浇道系统为低温蜡。
20.采用上述进一步方案的有益效果是：便于制造。
21.进一步，所述浇口杯内以及所述籽晶引晶器与所述大缘板之间的引晶浇道内均设有过滤网。
22.采用上述进一步方案的有益效果是：浇口处增加过滤网能有效防止高温合金液冲击型壳而引发型壳破裂及过滤合金液中的夹杂。
23.进一步，所述引晶器为籽晶引晶器。
24.采用上述进一步方案的有益效果是：使籽晶放大器产生的杂晶通过二级径缩后尽可能的消除杂晶，以进一步确保叶片的单晶完整性。
附图说明
25.图1为本发明的结构示意图；
26.图2为本实施例2的结构示意图；
27.附图中，各标号所代表的部件列表如下：
28.1、上圆盘；2、下圆盘；3、浇口杯；4、第一补缩冒口；5、第二补缩冒口；6、籽晶引晶器；7、引晶片；8、引晶棒；9、大缘板；10、小缘板；11、模组强化棒；12、引晶器强化棒。
具体实施方式
29.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。
30.实施例1
31.如图1所示，本实施例提供晶体取向可控的大尺寸单晶导向叶片的铸造模组，包括：引晶器6、引晶片7和浇道系统，所述浇道系统包括上圆盘1、下圆盘2、浇口杯3、第一补缩冒口4和第二补缩冒口5，所述浇口杯3的底端连接所述上圆盘1，所述上圆盘1的底端均连通
所述第一补缩冒口4的一端和所述第二补缩冒口5的一端，所述第一补缩冒口4的另一端通过小缘板10连接叶片蜡模，所述叶片蜡模倾斜设置，所述第二补缩冒口5的另一端通过大缘板9连接叶片蜡模，所述引晶器6的上端连接所述大缘板9，下端垂直连接所述下圆盘2，所述引晶片7由所述大缘板9顶角位置引晶连接至所述小缘板10顶角。
32.优选地，本实施例中，所述引晶片7远离所述叶片蜡模一端连接有引晶棒8，引晶片7外缘由大缘板9端口至小缘板10端口采用直径为4mm的引晶棒8粘接，防止由于蜡片太薄而造成的型壳破裂问题。
33.优选地，本实施例中，所述上圆盘1与所述下圆盘2之间间隔且平行设置有多个模组强化棒11，增强模组的结构稳定性。
34.优选地，本实施例中，所述下圆盘2上间隔设置有两个引晶器强化棒12，两个所述引晶器强化棒12之间设有所述引晶器6，提高了大尺寸叶片的单晶完整性，同时增强模组的结构稳定性。
35.优选地，本实施例中，所述叶片蜡模与竖直平面的角度为45
°
，提高了大尺寸叶片的单晶完整性。
36.优选地，本实施例中，所述叶片蜡模的蜡料为中温蜡，所述籽晶引晶器6和所述浇道系统为低温蜡，便于制造。
37.优选地，本实施例中，所述浇口杯3内以及所述籽晶引晶器6与所述大缘板9之间的引晶浇道内均设有过滤网，浇口处增加过滤网能有效防止高温合金液冲击型壳而引发型壳破裂及过滤合金液中的夹杂。
38.优选地，本实施例中，所述引晶器为籽晶 二级径缩结构。使籽晶放大器产生的杂晶通过二级径缩后尽可能的消除杂晶，以进一步确保叶片的单晶完整性。
39.叶片模组组合过程中，截面与截面的粘接处应保证光滑过渡，防止严重的截面突变产生杂晶。在大尺寸导向叶片组合过程中，应充分调节轴心线两边的空间预留量，使叶身各部分能够均匀冷却，以进一步提升大尺寸导向叶片的单晶完整性。
40.压制工艺：
41.压制叶片蜡模，叶片蜡模中叶身及大小缘板采用一体注射成型，注射温度50
‑
80℃，压注压力3
‑
20bar，注射时间10
‑
60s，保压时间20
‑
120s。
42.压制引晶器6，使用引晶器模具，此模具中，引晶器为一体压注成型，注射温度20
‑
80℃，压注压力2
‑
20bar，注射时间10
‑
60s，保压时间20
‑
60s。
43.压制浇注系统，包括上圆盘、下圆盘、补缩冒口、浇口杯、模组强化棒。
44.第一补缩冒口4为主体长80mm，高12mm，厚度4mm，尾端由4mm过渡至1mm的楔形块。
45.第二补缩冒口5为主体长80mm，半径为8mm，尾端15mm处开始由8mm过渡至1mm的圆柱形棒。
46.排气边的引晶片7为厚度2.0mm的蜡纸切割而成。
47.模组强化棒11为长120，直径6mm的圆柱形蜡棒。
48.引晶器强化棒12为直径为6mm，长60mm的圆柱形蜡棒。
49.本发明的蜡模组合方式如图1所示，采用一组两件导向叶片排列方式，导向叶片盆向朝外，背向相对；模组由上至下分别为浇口杯3连接主浇道，且浇口杯3连接上圆盘1；两根模组强化棒11与两件导向叶片呈空间均匀分布，模组强化棒11垂直连接于上、下圆盘；叶片
大缘板9端口连接第二补缩冒口5尾部；叶片小缘板10分别连接第一补缩冒口4楔形端；排气边引晶片7一边贴合于叶片排气边，另一边粘接直径为4mm的过度引晶棒8，过滤网浇道一端连接于主浇道，另一端接通于引晶器6，引晶器籽晶端粘接于下圆盘上，另一端连接于大缘板10端面，籽晶粘接处左右两边20mm处分别粘接两根垂直于下圆盘2的引晶器强化棒12。
50.实施例2
51.如图2所示，本实施例与实施例1的区别在于：所述引晶器6为籽晶引晶 螺旋选晶，使籽晶放大器产生的杂晶通过螺旋选晶后尽可能的消除杂晶，以进一步确保叶片的单晶完整性。
52.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。
53.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。
54.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。
55.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。
56.以上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。

技术特征：
1.一种晶体取向可控的大尺寸单晶导向叶片的铸造模组，其特征在于，包括：引晶器(6)、引晶片(7)和浇道系统，所述浇道系统包括上圆盘(1)、下圆盘(2)、浇口杯(3)、第一补缩冒口(4)和第二补缩冒口(5)，所述浇口杯(3)的底端连接所述上圆盘(1)，所述上圆盘(1)的底端均连通所述第一补缩冒口(4)的一端和所述第二补缩冒口(5)的一端，所述第一补缩冒口(4)的另一端通过小缘板(10)连接叶片蜡模，所述叶片蜡模倾斜设置，所述第二补缩冒口(5)的另一端通过大缘板(9)连接叶片蜡模，所述引晶器(6)的上端连接所述大缘板(9)，下端垂直连接所述下圆盘(2)，所述引晶片(7)由所述大缘板(9)顶角位置引晶连接至所述小缘板(10)顶角。2.根据权利要求1所述的晶体取向可控的大尺寸单晶导向叶片的铸造模组，其特征在于，所述引晶片(7)远离所述叶片蜡模一端连接有引晶棒(8)。3.根据权利要求2所述的晶体取向可控的大尺寸单晶导向叶片的铸造模组，其特征在于，所述引晶棒(8)的直径为4
‑
6mm。4.根据权利要求1所述的晶体取向可控的大尺寸单晶导向叶片的铸造模组，其特征在于，所述上圆盘(1)与所述下圆盘(2)之间间隔且平行设置有多个模组强化棒(11)。5.根据权利要求1
‑
4任一项所述的晶体取向可控的大尺寸单晶导向叶片的铸造模组，其特征在于，所述下圆盘(2)上间隔设置有两个引晶器强化棒(12)，两个所述引晶器强化棒(12)之间设有所述引晶器(6)。6.根据权利要求1
‑
4任一项所述的晶体取向可控的大尺寸单晶导向叶片的铸造模组，其特征在于，所述叶片蜡模与竖直平面的角度为30
‑
50
°
。7.根据权利要求1
‑
4任一项所述的晶体取向可控的大尺寸单晶导向叶片的铸造模组，其特征在于，所述引晶片(7)的厚度与所述叶片蜡模的厚度相近。8.根据权利要求1
‑
4任一项所述的晶体取向可控的大尺寸单晶导向叶片的铸造模组，其特征在于，所述叶片蜡模的蜡料为中温蜡，所述引晶器(6)和所述浇道系统为低温蜡。9.根据权利要求1
‑
4任一项所述的晶体取向可控的大尺寸单晶导向叶片的铸造模组，其特征在于，所述浇口杯(3)内以及所述引晶器(6)与所述大缘板(9)之间的引晶浇道内均设有过滤网。10.根据权利要求1
‑
4任一项所述的晶体取向可控的大尺寸单晶导向叶片的铸造模组，其特征在于，所述引晶器(6)为籽晶引晶器。
技术总结
本发明涉及晶体取向可控的大尺寸单晶导向叶片的铸造模组，属于航空发动机涡轮叶片铸造技术领域。本晶体取向可控的大尺寸单晶导向叶片的铸造模组，包括引晶器、引晶片和浇道系统，浇道系统包括上圆盘、下圆盘、浇口杯、第一补缩冒口和第二补缩冒口，浇口杯的底端连接上圆盘，上圆盘的底端均连通第一补缩冒口的一端和第二补缩冒口的一端，第一补缩冒口的另一端通过小缘板连接叶片蜡模。有益效果：排气边引晶片增加引晶棒有效控制了由于蜡片太薄而造成的型壳破裂问题；采用斜向底部由下而上式浇注设计有效防止了冷隔、杂晶等缺陷的产生；斜向45


技术研发人员：付秋伟 王君武 孔小青 戴世灿 贾敬惠 罗梅芳 李俊 张家添 程文领 朱勋垚 李亚芳 李远兵 王琦
受保护的技术使用者：贵阳航发精密铸造有限公司
技术研发日：2021.02.26
技术公布日：2021/6/29