[发明专利]一种用于测定空心铸件内腔收缩率的方法

说明书

技术领域

本发明属于测定收缩率的方法，涉及一种用于测定空心铸件内腔收缩率的方法。

背景技术

现代航空发动机的迫切需要提高燃气涡轮发动机的工作性能，首先提高涡轮的燃气温度，但是由于金属熔点的限制，目前在合金材料上提高叶片的承受的高温能力已经接近极限，因此不断改善叶片的气冷结构是提高冷却效率成为目前涡轮叶片设计者与制造者同时追求的目标。

现代航空发动机“气冷叶片”的关键制造技术之一就是叶片内腔尺寸的控制，而内腔尺寸是依靠陶瓷型芯来保证的，陶瓷型芯的最终尺寸的形成取决于精铸工艺和型芯模具设计时所确定的收缩率，其准确与否直接影响叶片内腔尺寸，即气冷叶片的冷却效果和铸件壁厚的合格率，而陶瓷型芯的铸件浇注过程尺寸如何变化是不能测量的，所以这个过程的收缩率一直依靠经验来推断，不能保证数值的准确性，造成陶瓷型芯的尺寸差距较大。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种用于测定空心铸件内腔收缩率的方法，使用该方法能够准确的测量出空心铸件内腔的收缩率，能够有效保证空心叶片内腔尺寸精度，从而大大的提高了铸件的合格率。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案，一种用于测定空心铸件内腔收缩率的方法，包括以下步骤：

1)设计空心铸件的模拟样件，模拟样件应该具备以下特点：①结构与尺寸与真实铸件相近，材质特征相同；②模拟样件满足型芯在各状态下直接进行X、Y、Z三个方向的精确尺寸的测量，在模拟样件上设计出若干个测量点，这些点由刻度线1进行准确标识；

2)设计模拟样件的型芯模具和外型模具，型芯模的设计特殊要求制造精度，在型芯所要测量的部位，其尺寸公差不应超过0.03mm，并且方便出模，根据结构特点设定放置方式，注意型芯的测量点处不应有的分型线和拔模斜度，刻度线的宽度与深度能够清晰可见；

3)制备高温强化的模拟型芯样件，首先对模拟型芯进行压制，模拟型芯压制后掰掉注蜡嘴直接装入陶瓷烧结罐中，再用氧化铝填料填满；其次对模拟型芯进行烧结，烧结过程中必须保证型芯上端有大于20mm的粉料，烧结温度为1050℃-1195℃，保温2～7小时，然后冷却后取出，去除填料粉后放入高温强化剂中进行高温强化，取出干燥；

4)测量高温强化后的模拟型芯样件，用游标卡尺对准型芯的刻度线进行测量，按照设计时制定的测量点测量型芯的三维尺寸，记录其测量值；

5)制备低温强化的模拟型芯样件，将测量后的模拟型芯放入低温强化剂中浸泡后取出后自干，将模拟型芯放置在干燥箱进行烘烤，烘烤温度100℃-150℃，时间1～2小时，冷却后取出；

6)制备模拟铸件，首先，将制低温强化后的模拟型芯放入外型模具中，压制成蜡模；其次，将压制好的蜡模去除毛刺和注蜡口的残余，按着生产叶片工艺组合成蜡模组合；然后进行制壳并经过脱模处理进行浇注，然后将模拟铸件冷却后，去除铸件的表面型壳，再经过砂轮打磨处理并去除表面残余物后，放入装有氢氧化钠或者氢氧化钾水溶液的脱芯釜中脱除型芯；最后在将脱去型芯的模拟铸件放入盐酸水溶液进行酸碱中和，再经过清洗、干燥烘干完成模拟铸件的制备；

7)测量模拟铸件，将制备完成模拟铸件按测量线切割，所测量的模拟内腔尺寸与模拟型芯的测量点的相对应点测量模拟铸件的三维尺寸，并记录其测量值；

8)计算空心铸件内腔收缩率，设定在模拟型芯的X方向上位置测量的尺寸为a，在模拟铸件在X方向相对应模拟型芯的位置测量其内腔部位的测量尺寸为a′，则该部位的铸件的内腔收缩率为［(a-a′)/a］×100％，以此类推，计算出各部位的收缩率。

因为本发明设计出一种近似叶片形状但以直线为主形的模拟空心叶片来测量内腔收缩率，从而可近似取代对实际叶片铸件的测量，达到主导工装设计、工艺设计和对叶片铸件实际尺寸可控的目的；对型芯需要在高温强化后、进行低温强化前测量是因为型芯在烧结后，高温强化前的阶段表面硬度不高，用卡尺测量时刀口容易损伤型芯，影响尺寸测量精度，而高温强化工艺是将强化剂渗透到型芯基体中，即增加型芯的强度和表面硬度，也不会对型芯增加尺寸，是测量型芯烧结后尺寸的最佳时机，一般来说，高温强化后需进行低温强化，由于低温强化剂材料为酚醛醇溶清漆等材料，会增加型芯尺寸，影响测量精度，这时不易测量。

本发明的有益效果：本发明广泛应用于发动机空心涡轮叶片铸件的生产，作为铸件生产工艺及模具设计或过程控制的有效手段，保证涡轮叶片内腔尺寸的精确，充分发挥冷却效率和提高铸件合格率，不仅节约制造成本，也提高铸件质量可靠性，即可应用于航空航天工业也可应用于燃机等民用产品。

附图说明