[发明专利]一种可控间隙的型芯型壳一体化铸型及其制备方法和应用

说明书

本发明公开了一种可控间隙的型芯型壳一体化铸型及其制备方法和应用，所述制备方法包括以下步骤：步骤1，构建型芯型壳一体化三维模型；步骤2，基于型芯型壳一体化三维模型进行3D打印，获得型芯型壳一体化铸型的模型；步骤3，通过型芯浇口向型芯型壳一体化铸型的模型中浇注型芯陶瓷浆料，通过型壳浇口向型芯型壳一体化铸型的模型中浇注型壳陶瓷浆料，获得型芯型壳一体化铸型的坯体；步骤4，对型芯型壳一体化铸型的坯体进行冷冻干燥，脱脂，高温烧结，得到具有预设间隙的型芯型壳一体化铸型。本发明提出的型芯型壳一体化铸型的制备方法，工艺简单，气膜孔头易于加工，型芯型壳接触紧密，气膜孔不会断裂。

技术领域

本发明属于增材制造技术领域，特别涉及一种可控间隙的型芯型壳一体化铸型及其制备方法和应用。

背景技术

涡轮叶片是燃气轮机动力设备的关键部件，其结构与材料的不断改进是提高能源利用效率、获得高性能装备（发电设备）和产品（如飞机）的关键。涡轮叶片的工作温度与发动机效率成正比，且提高工作温度还意味着可以减轻有害温室气体的排放；气膜孔是涡轮叶片上的一种结构，空气可以从气膜孔喷出形成气膜层，覆盖在叶片表面以达到隔绝热量，从而达到提高叶片工作温度的目的。

传统成型方式中，通常使用打孔的方式得到气膜孔，无法制造复杂的气膜孔模型，而且还会有重铸层等缺陷。基于上述现状，迫切需要新的成型工艺，其中采用直接铸造成型气膜孔是解决其制造困难的一种新途径。上述方法通过陶芯直接成型，但是陶芯双端固定于主型芯与外型壳上，结构细长，烧结时，固支结构容易断裂；并且由于型芯型壳之间为紧密接触，烧结后陶瓷会出现热膨胀现象，容易导致型芯型壳断裂、型芯型壳接触不紧密、气膜孔断裂等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可控间隙的型芯型壳一体化铸型及其制备方法和应用，以解决上述存在的一个或多个技术问题。本发明提出的型芯型壳一体化铸型的制备方法，工艺简单，气膜孔头易于加工，型芯型壳接触紧密，气膜孔不会断裂。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

本发明的一种可控间隙的型芯型壳一体化铸型的制备方法，包括以下步骤：

步骤1，构建型芯型壳一体化三维模型；其中，所述型芯型壳一体化三维模型包括型芯三维模型和型壳三维模型；所述型芯三维模型设置有连接自由端和连接固定端，所述连接固定端的数量为一个；所述型芯三维模型通过所述连接固定端与所述型壳三维模型固定连接；所述型芯三维模型上设置有若干凸起部，用于成型气膜孔，所述型壳三维模型设置有若干凹槽，每个凸起部的自由端均伸入与其对应的凹槽中，所述自由端的端面与所述凹槽的底面之间设置有间隙；所述型芯三维模型设置有型芯浇口，所述型壳三维模型设置有型壳浇口；

步骤2，基于所述型芯型壳一体化三维模型进行3D打印，获得型芯型壳一体化铸型的模型；

步骤3，通过型芯浇口向型芯型壳一体化铸型的模型中浇注型芯陶瓷浆料，通过型壳浇口向型芯型壳一体化铸型的模型中浇注型壳陶瓷浆料，获得型芯型壳一体化铸型的坯体；其中，型芯陶瓷浆料与型壳陶瓷浆料添加有不同烧结膨胀剂；

步骤4，对型芯型壳一体化铸型的坯体进行冷冻干燥，脱脂，高温烧结，得到具有预设间隙的型芯型壳一体化铸型。

本发明的进一步改进在于，步骤1中，所述凸起部的自由端的结构为随形结构、圆头形结构或椭圆头结构。

本发明的进一步改进在于，所述自由端的端面与所述凹槽的底面之间设置有间隙中，所述间隙通过在凸起部的自由端预设包覆层形成。

本发明的进一步改进在于，所述包覆层为金属片或树脂片，所述金属片的熔点低于陶瓷。

本发明的进一步改进在于，所述金属片为铝箔片。

本发明的进一步改进在于，所述包覆层的厚度为400~600微米。