运用熔模精密铸造成型来完成涡轮叶片的创造

 　　现代航空发动机采用全新的结构设计，使用先进的冷却技术，通过空心涡轮叶片内许多精细而复杂的冷却通孔对涡轮叶片进行对流、冲击和局部气膜冷却，这导致涡轮叶片具有复杂的内型，常用的机械加工根本无法满足要求。目前主要是采用熔模精密铸造成型辅以机械加工的方式来完成涡轮叶片的制造< 1 >.

　　对空心类涡轮叶片，其熔模精密铸造传统的流程陶瓷型芯（局部）首先必须通过模具成型的方式获取陶瓷型芯，烧结硬化后通过蜡模匹配压型、制壳等后续工序直至完成涡轮叶片的铸造< 2 >.其中陶瓷型芯形状极为复杂（如图1所示），含有扰流柱、纵向肋条、横向肋条等结构，是形成涡轮叶片复杂内腔的转接件< 3 >，对涡轮叶片的质量和发动机性能有重大影响。陶瓷型芯模具（或称陶芯模具）作为陶瓷型芯制造中的关键工艺装备< 4 >，其设计是保证陶瓷型芯铸造质量的决定因素。在陶瓷型芯模具的设计过程中，由于陶瓷型芯形状复杂、精度要求高，再加上分模设计本身就是一项灵活且经验性强的工作< 5 >，其是否合理直接影响到产品的生产质量和生产周期，这就导致陶瓷型芯模具分模设计成为一个难点。

　　传统陶瓷型芯模具的分模方式主要存在以下突出问题：陶瓷型芯脱模成品率低、需要大量钳工辅助修整、生产周期长等。鉴于以上问题，本文提出了新型分模技术，即采用抽拉活块结构改善传统陶芯模具分模方式。

　　1陶瓷型芯模具传统分模方式陶瓷型芯模具的传统分模方式：分型面一般取叶片的中分面，沿叶身方向将设计的模具分为叶盆、叶背两大活块（如图2所示），然后，再根据叶片的具体结构和叶身的形状特征，沿着叶身再把叶盆和叶背两大活块切为若干小活块，以满足湿态陶瓷型芯的出模传统分模示意图传统分模方式2陶瓷型芯模具的抽拉分模方式抽拉式分模示意图陶瓷型芯模具的抽拉式分模方式（如图4所示），将设计的模具沿叶身方向分为叶盆、叶背两大活块，然后针对扰流柱、纵向肋条、横向肋条等结构的复杂性和特殊性，在叶背面或叶盆面上加入扰流柱、纵向肋条、横向肋条等对应的抽拉活块，以满足湿态陶瓷型芯的出模要求。图5所示为某陶瓷型芯模具抽拉分模方式，所示为扰流柱抽拉活块。

　　抽拉式分模模具扰流柱抽拉活块211陶瓷型芯模具抽拉分模方式的优点1）脱模合格率高，操作简单方便。在陶瓷型芯的脱模工艺中，采用抽拉活块结构，可以基本解决传统分模方式在陶瓷型芯脱模时脱模合格率低、脱模要求经验性和技巧性强等弊端。这是由于在脱模时，首先要脱去抽拉活块，而叶盆、叶背活块对陶瓷型芯仍有支撑和锁紧的作用，使陶瓷型芯受力均匀，断裂的概率大大减小，提高了脱模合格率。同时由于先脱去与陶瓷型芯的扰流柱、纵向肋条等复杂结构相对应的抽拉活块，就使叶盆、叶背终很容易从陶瓷型芯上脱离下来，操作简单方便，较好地解决了传统分模方式中脱模性、操作性差的问题。

　　2）大大减少辅助钳工修磨。传统分模方式对于扰流柱、纵向肋条等复杂结构，每个至少需要两个活块来完成，而采用抽拉式分模方式，仅仅需要一个对应的抽拉式活块来完成，大大减少对已脱模的陶瓷型芯的钳工修整，降低陶瓷型芯制造的不可控制性，减少对经验性和技巧性的依赖，提高表面质量，缩短制造周期，提高陶瓷型芯的成品率。

　　3）提高陶瓷型芯模具结构的相似性。抽拉式分模方式把设计好的模具分为叶盆、叶背以及抽拉活块，对于不同的陶芯模具，大体结构是相似的，不同的只是抽拉活块的具体结构和位置。模具结构的相似性为陶瓷型芯模具设计的智能化和标准化提供了一定的理论基础，同时对于其他模具的分模设计也有一定的借鉴作用。

　　212陶瓷型芯模具的抽拉分模方式的缺点抽拉式分模方式在解决陶瓷型芯脱模问题的同时也有一定的缺点。主要是抽拉活块的应用会使模具结构复杂化，给模具制造带来一定的难度。例如，对于一套陶瓷型芯模具，采用传统的分模方式只需三轴数控机床就可以完成它的机械加工，而使用抽拉分模方式就需要四轴或五轴数控机床才能完成。

　　但目前机械加工属于易控制的因素，加工条件也较容易得到满足< 7 >，而陶瓷型芯脱模、钳工修磨的随机性比较大，使用抽拉分模方式把人力无法控制的因素转化为现有条件可以解决的问题，提高了陶瓷型芯的成品率。

　　3工程应用意义根据实际生产调研，熔模铸造的成品率很低，目前只有5～10，因此在航空发动机涡轮叶片（）的制造过程中，对陶瓷型芯的需求量十分巨大，这就要求陶瓷型芯的生产成本低、周期短。通过对某型号涡轮叶片陶瓷型芯模具的研制，陶瓷型芯模具的抽拉分模方式已经作为一项新的技术得到成功应用。在陶瓷型芯批量生产时，采用抽拉活块分模方式提高了陶瓷型芯模具脱模合格率（某湿态陶瓷型芯脱模合格率提高80），减少了辅助钳工修磨，明显缩短叶片的制造周期，提高叶片质量，降低生产成本。

　　抽拉分模方式提高了陶瓷型芯模具结构的相似性，可以作为陶瓷型芯模具设计智能化和标准化的理论基础之一。

　　计算机类、通讯类、消费类电子产品）是当今发展快的产业，在3C产品朝着轻、薄、短、小方向发展趋势的推动下，近年来镁合金的应用3重庆市自然科学基金项目8659；重庆市教委应用基础研究项目（KJ050603）4结语陶瓷型芯模具作为涡轮叶片制造中的重要工艺装备，其分模方式的不同将直接影响到涡轮叶片的成型精度和生产周期。采用抽拉分模方式提高了陶瓷型芯的成品率和质量、降低了生产成本、缩短了生产周期，满足了涡轮叶片制造精度高、周期短的要求。

　　以抽拉分模方式为基础，向陶瓷型芯模具设计的智能化和标准化发展，并将其应用到其他模具的分模设计中去，是该分模技术推广应用的发展方向。

来源：中国模具网

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