[发明专利]燃气涡轮发动机涡轮叶片薄壁冷却空气导管制造方法

说明书

本发明公开了一种燃气涡轮发动机涡轮叶片薄壁冷却空气导管制造方法，解决了基于冲压成型制造燃气涡轮发动机涡轮叶片薄壁冷却空气导管工艺制造周期长的问题，同时有效避免采用3D打印制造燃气涡轮发动机涡轮叶片薄壁冷却空气导管变形大且气孔、裂纹、夹渣等缺陷较多的技术问题。本发明包括以下步骤：①坯件制作，采用3D打印技术加工厚度大于0.5毫米的导管；②定位支撑，在导管内填充支撑定位材料，通过支撑定位材料将3D打印的基准转换为机加定位基准；③机械加工，采用机械加工技术将较厚的导管加工至目标厚度；④去除导管内的支撑定位材料。本发明不仅工艺方法简单、制造周期短，而且产品尺寸精度高，小批制造成本低于传统模具冲压成型方式。

技术领域

本发明属于燃气涡轮发动机的技术领域，特别是指燃气涡轮发动机涡轮叶片薄壁冷却空气导管制造方法。

背景技术

冷却空气导管应用在是现代燃气涡轮发动机中，是冲击式冷却结构涡轮叶片的重要零件，冲击式冷却是利用一股或者多股的冷却空气射流正对着需冷却的表面，增强局部的换热能力，适用于局部高温区的强化冷却，如用在涡轮叶片前缘，在现代航空航天发动机、燃气轮机等中大量使用。冷却方式改善了涡轮叶片的工作环境，但同时也使得涡轮叶片结构复杂，制造工艺也变得复杂。

现有燃气涡轮发动机涡轮叶片薄壁冷却空气导管制造，主要采取板料冲压成型的方式，其制造过程为：板料下料、冲压成型、真空热处理去除冲压后形成的应力、钳工校正形状、激光焊接或真空钎焊等工艺过程。因此，产品试制周期较长，冲压模具设计制造周期长，价格昂贵；需要多次修整和校验方能满足产品尺寸要求，钳工手工校正导管形状效率低，对工人技能水平要求较高；焊接后零件变形较大，产品一致性较差，需要经过长周期、多次制造过程迭代，才能实现产品质量稳定，生产工艺才能固化。

另外，燃气涡轮发动机涡轮叶片薄壁冷却空气导管因其为薄壁结构，厚度多为0.2-0.3毫米，若使用3D打印制造的技术加工制造，由于3D打印制造的制造工艺特性，当薄壁零件壁厚小于0.5毫米时，打印过程变形较大，气孔、裂纹、夹渣等缺陷较多，无法满足制造要求。

发明内容

针对上述背景技术中的不足，本发明提出燃气涡轮发动机涡轮叶片薄壁冷却空气导管制造方法，解决了基于冲压成型制造燃气涡轮发动机涡轮叶片薄壁冷却空气导管工艺制造周期长的问题，同时有效避免采用3D打印制造燃气涡轮发动机涡轮叶片薄壁冷却空气导管变形大且气孔、裂纹、夹渣等缺陷较多的技术问题。

本发明的技术方案是这样实现的：燃气涡轮发动机涡轮叶片薄壁冷却空气导管制造方法，包括以下步骤：

①坯件制作，采用3D打印技术加工出厚度大于0.5毫米的导管，避免3D打印过程中产生变形较大，特避免了气孔、裂纹、夹渣等较多的缺陷；

②定位支撑，在导管内填充支撑定位材料，保证在进行下一步的机械加工过程中不会发生变形，保证机械加工的精度，并且通过支撑定位材料将3D打印的基准转换为机加定位基准，机械加工的夹具夹装支撑定位材料进行机加工，避免直接夹装工件困难、精度低等弊端；

③机械加工，采用机械加工技术将较厚的导管加工至目标厚度，采用现有的复杂曲面机械加工技术进行即可，不涉及新型加工工艺，工艺实现过程简单；

④去除定位支撑，去除导管内的支撑定位材料，即完成燃气涡轮发动机涡轮叶片薄壁冷却空气导管的制造。

进一步地，所述步骤①中，采用3D打印技术加工出厚度大于0.6毫米的导管，进一步保证3D打印制造质量的可靠性。

进一步地，所述支撑定位材料的体积不随温度变化，保证在进行机械加工时，刀具切削工件产生的温度变化不会影响加工精度。