空心叶片的蜡模成型模具及空心叶片的壁厚控制方法

摘要

本发明公开了一种空心叶片的蜡模成型模具及空心叶片的壁厚控制方法。空心叶片的蜡模成型模具，包括用于提供活块安装位的模具底座，模具底座上装有用于成型空心叶片蜡模的叶尖余量蜡模的叶尖活块以及用于成型空心叶片蜡模的叶根部分的叶根活块；模具底座上处于叶尖活块与叶根活块之间的部位装有用于承插配合装配蜡模型芯的第一活块模；装配有蜡模型芯的第一活块模与叶尖活块配合，用以在蜡模型芯的芯头外表面成型叶尖余量蜡模；或者模具底座上处于叶尖活块与叶根活块之间的部位装有用于成型空心叶片蜡模的叶身部分的第二活块模；第二活块模与叶根活块配合，用以成型空心叶片蜡模的叶身部分。蜡料包紧蜡模型芯，蜡模型芯完全固定。

说明书

技术领域

本发明涉及航空发动机叶片精密铸造技术领域，特别地，涉及一种空心叶片的蜡模成型模具。此外，本发明还涉及空心叶片的壁厚控制方法。

背景技术

在航空发动机叶片精密铸造领域，空心叶片的内腔是由陶瓷型芯形成的，为了保证叶身壁厚尺寸精度，陶瓷型芯在模具中的定位必须准确可靠。常规的型芯定位方法有在型芯上设置芯头、在模具中设置定位点、在型芯上贴芯撑等，有时会使用某种单一方法，有时会使用某几种方法的组合。

常规型芯定位方法是采用芯头与模具接触，由于芯头与模具之间属于刚性配合，为防止型芯被压断，两者接触处需要留一定的间隙(0.05-0.1mm)，所以型芯在模具中有一定的活动性，离芯头越远，型芯的活动性越大，型芯的摆动会带来壁厚偏差。

芯撑或定位点的设置虽可以减小型芯的摆动，但会使压制出的蜡模表面有孔洞，破坏叶身表面的完整性，压制完后需要手工填蜡封堵孔洞，填补过程会带来尺寸误差；叶片在铸件阶段也需要对叶身进行抛修，会进一步降低了叶型的尺寸精度。

发明内容

本发明提供了一种空心叶片的蜡模成型模具及空心叶片的壁厚控制方法，以解决现有空心叶片蜡模在压制过程中存在型芯定位不稳、壁厚尺寸波动大、叶身表面受破坏等问题。

根据本发明的一个方面，提供一种空心叶片的蜡模成型模具，包括用于提供活块安装位的模具底座，模具底座上装有用于成型空心叶片蜡模的叶尖余量蜡模的叶尖活块以及用于成型空心叶片蜡模的叶根部分的叶根活块；模具底座上处于叶尖活块与叶根活块之间的部位装有用于承插配合装配蜡模型芯的第一活块模；装配有蜡模型芯的第一活块模与叶尖活块配合，用以在蜡模型芯的芯头外表面成型叶尖余量蜡模；或者模具底座上处于叶尖活块与叶根活块之间的部位装有用于成型空心叶片蜡模的叶身部分的第二活块模；第二活块模与叶根活块配合，用以成型空心叶片蜡模的叶身部分。

进一步地，第一活块模内设有用于沿轴向插接安装蜡模型芯和检测蜡模型芯尺寸的型芯装配腔，型芯装配腔与蜡模型芯的外形相匹配；蜡模型芯安装于第一活块模的型芯装配腔中，蜡模型芯阻止蜡料通过第一活块模进入叶根活块；叶尖活块的外壁面上设有用于向叶尖活块与第一活块模之间的空腔中注入蜡料的第一注蜡嘴。

进一步地，第一注蜡嘴沿水平方向布置，且沿空心叶片蜡模所处位置的轴向布置。

进一步地，第二活块模的内腔与叶身部分的形体相匹配；蜡模型芯和叶尖余量蜡模的组合蜡模置于叶尖活块的内腔中；叶根活块的外壁面上设有用于向叶根活块和第二活块模的组合结构内腔中注入蜡料的第二注蜡嘴。

进一步地，第二注蜡嘴朝向第二活块模内腔布置。

进一步地，第二注蜡嘴沿水平方向布置，且沿空心叶片蜡模所处位置的轴向布置。

进一步地，模具底座上设有多个用于固定叶尖活块、第一活块模、第二活块模、叶根活块中的至少一个的设置位置的定位件；多个定位件沿模具底座的周向分布。

根据本发明的另一方面，还提供了一种空心叶片的壁厚控制方法，包括以下步骤：a、将蜡模型芯装配到第一活块模中，对第一活块模进行合模；b、通过第一注蜡嘴对蜡模型芯的芯头周围的叶尖余量蜡模所处位置进行第一次压制蜡料；c、待带有蜡模型芯的叶尖余量蜡模成型后，取出第一活块模，装配第二活块模，通过第二注蜡嘴对空心叶片蜡模的叶根部分和叶身部分所处位置进行第二次压制蜡料，成型空心叶片蜡模；d、修复叶尖余量蜡模与空心叶片蜡模之间的结合缝隙，获得带叶尖余量蜡模的空心叶片蜡模。

进一步地，具体实施步骤为：a、先将叶根活块和叶尖活块固装于模具底座两端并相对布置，将第一活块模装配到叶根活块与叶尖活块之间的模具底座上，将蜡模型芯放置到第一活块模的型芯装配腔中进行合模固定；b、从第一注蜡嘴向叶尖活块内腔进行第一次压制蜡料；c、待到叶尖余量蜡模包裹于蜡模型芯的芯头外并成型，取出第一活块模，在第一活块模装配位置装配第二活块模，从第二注蜡嘴向叶根活块和第二活块模的组合结构内腔中进行第二次压制蜡料，待到空心叶片蜡模包裹于蜡模型芯外并成型，拆卸第二活块模、叶尖活块和叶根活块；d、用铬铁修复成型的叶尖余量蜡模与空心叶片蜡模的组合蜡模外表面经过两次压制形成的结合缝隙，获得带叶尖余量蜡模的空心叶片蜡模。

进一步地，步骤a中，蜡模型芯与型芯装配腔之间采用间隙配合，将蜡模型芯与型芯装配腔之间的间隙设置成蜡模型芯的允许公差值；当蜡模型芯装配至型芯装配腔中进行合模时，若蜡模型芯被压断，则表示蜡模型芯的尺寸不合格，若蜡模型芯正常装配到型芯装配腔内则合格。

本发明具有以下有益效果：

本发明空心叶片的蜡模成型模具，通过在同一模具底座的叶尖活块与叶根活块之间的位置以替换的形式装配第一活块模或第二活块模；装配第一活块模时，在第一活块模内通过型腔直接装入蜡模型芯，然后进行叶尖余量蜡模的压制蜡料。当叶尖余量蜡模包裹于蜡模型芯的芯头外并成型后，与蜡模型芯形成相对固定的包覆结构，此时拆卸第一活块模，得到带蜡模型芯的叶尖余量蜡模。将带蜡模型芯的叶尖余量蜡模保持在叶尖活块内，并在叶尖活块与叶根活块之间的第一活块模装配位置装配第二活块模，并使蜡模型芯伸入到第二活块模的内腔中，再利用第二活块模和叶根活块成型空心叶片蜡模，从而形成带叶尖余量蜡模的空心叶片蜡模。蜡模型芯通过第一活块模进行装配定位，定位精度高。在第一活块模中进行第一次压制蜡料时，蜡料能够包紧蜡模型芯，蜡模型芯在模具中完全固定，在第二活块模内进行第二次压制蜡料时蜡模型芯不会出现摆动现象。通过蜡模型芯在第一活块模上的装配配合度可以检测型芯尺寸。通过在第二活块模进行第二次压注蜡模，可以保证空心叶片蜡模的整体完整性，保证叶型尺寸精度。本模具生产制造的空心叶片蜡模的叶型尺寸精度高，适用于对叶型和壁厚尺寸精度要求高的空心叶片的精密铸造。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的空心叶片的蜡模成型模具的结构示意图之一；

图2是本发明优选实施例的空心叶片的蜡模成型模具的结构示意图之二；

图3是本发明优选实施例的第一活块模的横向剖面示意图；

图4是本发明优选实施例的第一活块模的纵向剖面示意图；

图5是本发明优选实施例的第二活块模的横向剖面示意图；

图6是本发明优选实施例的第二活块模的纵向剖面示意图；

图7是本发明优选实施例的带叶尖余量蜡模的空心叶片蜡模的结构示意图。

图例说明：

1、模具底座；2、第一活块模；201、第一注蜡嘴；3、第二活块模；301、第二注蜡嘴；4、蜡模型芯；401、芯头；5、叶尖余量蜡模；6、叶身部分；7、型芯装配腔；8、定位件；9、结合缝隙；10、叶尖活块；11、叶根活块。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的空心叶片的蜡模成型模具的结构示意图之一；图2是本发明优选实施例的空心叶片的蜡模成型模具的结构示意图之二；图3是本发明优选实施例的第一活块模的横向剖面示意图；图4是本发明优选实施例的第一活块模的纵向剖面示意图；图5是本发明优选实施例的第二活块模的横向剖面示意图；图6是本发明优选实施例的第二活块模的纵向剖面示意图；图7是本发明优选实施例的带叶尖余量蜡模的空心叶片蜡模的结构示意图。

如图1所示，本实施例的空心叶片的蜡模成型模具，包括用于提供活块安装位的模具底座1，模具底座1上装有用于成型空心叶片蜡模的叶尖余量蜡模5的叶尖活块10以及用于成型空心叶片蜡模的叶根部分的叶根活块11；模具底座1上处于叶尖活块10与叶根活块11之间的部位装有用于承插配合装配蜡模型芯4的第一活块模2；装配有蜡模型芯4的第一活块模2与叶尖活块10配合，用以在蜡模型芯4的芯头401外表面成型叶尖余量蜡模5。

如图2所示，本实施例的空心叶片的蜡模成型模具，包括用于提供活块安装位的模具底座1，模具底座1上装有用于成型空心叶片蜡模的叶尖余量蜡模5的叶尖活块10以及用于成型空心叶片蜡模的叶根部分的叶根活块11；模具底座1上处于叶尖活块10与叶根活块11之间的部位装有用于成型空心叶片蜡模的叶身部分6的第二活块模3；第二活块模3与叶根活块11配合，用以成型空心叶片蜡模的叶身部分6。用以具有稳定合格壁厚的叶身蜡模。

本发明空心叶片的蜡模成型模具，通过在同一模具底座1的叶尖活块10与叶根活块11之间的位置以替换的形式装配第一活块模2或第二活块模3。装配第一活块模2时，在第一活块模2内通过型腔直接装入蜡模型芯4，然后进行叶尖余量蜡模5的压制蜡料。当叶尖余量蜡模5包裹于蜡模型芯4的芯头401外并成型后，与蜡模型芯4形成相对固定的包覆结构，此时拆卸第一活块模2，得到带蜡模型芯4的叶尖余量蜡模5。将带蜡模型芯4的叶尖余量蜡模5保持在叶尖活块10内，并在叶尖活块10与叶根活块11之间的第一活块模2装配位置装配第二活块模3，并使蜡模型芯4伸入到第二活块模3的内腔中，再利用第二活块模3和叶根活块11成型空心叶片蜡模，从而形成带叶尖余量蜡模5的空心叶片蜡模。蜡模型芯4通过第一活块模2进行装配定位，定位精度高。在第一活块模2中进行第一次压制蜡料时，蜡料能够包紧蜡模型芯4，蜡模型芯4在模具中完全固定，在第二活块模3内进行第二次压制蜡料时蜡模型芯4不会出现摆动现象。通过蜡模型芯4在第一活块模2上的装配配合度可以检测型芯尺寸。通过在第二活块模3进行第二次压注蜡模，可以保证空心叶片蜡模的整体完整性，保证叶型尺寸精度。本模具生产制造的空心叶片蜡模的叶型尺寸精度高，适用于对叶型和壁厚尺寸精度要求高的空心叶片的精密铸造。

如图1、图3、图4和图7所示，本实施例中，第一活块模2内设有用于沿轴向插接安装蜡模型芯4和检测蜡模型芯4尺寸的型芯装配腔7。型芯装配腔7与蜡模型芯4的外形相匹配；蜡模型芯4安装于第一活块模2的型芯装配腔7中。蜡模型芯4阻止蜡料通过第一活块模2进入叶根活块11。叶尖活块10的外壁面上设有用于向叶尖活块10与第一活块模2之间的空腔中注入蜡料的第一注蜡嘴201。

如图1、图2、图3、图4和图7所示，本实施例中，第一注蜡嘴201沿水平方向布置，且沿空心叶片蜡模所处位置的轴向布置。

如图2、图5、图6和图7所示，本实施例中，第二活块模3的内腔与叶身部分6的形体相匹配；蜡模型芯4和叶尖余量蜡模5的组合蜡模置于叶尖活块10的内腔中；叶根活块11的外壁面上设有用于向叶根活块11和第二活块模3的组合结构内腔中注入蜡料的第二注蜡嘴301。

如图1、图2、图5、图6和图7所示，本实施例中，第二注蜡嘴301朝向第二活块模3内腔布置。

如图1、图2、图5、图6和图7所示，本实施例中，第二注蜡嘴301沿水平方向布置，且沿空心叶片蜡模所处位置的轴向布置。

如图1、图2、图4和图6所示，本实施例中，模具底座1上设有多个用于固定叶尖活块10、第一活块模2、第二活块模3、叶根活块11中的至少一个的设置位置的定位件8。多个定位件8沿模具底座1的周向分布。

本实施例的空心叶片的壁厚控制方法，包括以下步骤：a、将蜡模型芯4装配到第一活块模2中，对第一活块模2进行合模；b、通过第一注蜡嘴201对蜡模型芯4的芯头401周围的叶尖余量蜡模5所处位置进行第一次压制蜡料；c、待带有蜡模型芯4的叶尖余量蜡模5成型后，取出第一活块模2，装配第二活块模3，通过第二注蜡嘴301对空心叶片蜡模的叶根部分和叶身部分6所处位置进行第二次压制蜡料，成型空心叶片蜡模；d、修复叶尖余量蜡模5与空心叶片蜡模之间的结合缝隙9，获得带叶尖余量蜡模5的空心叶片蜡模。

本实施例中，具体实施步骤为：a、先将叶根活块11和叶尖活块10固装于模具底座1两端并相对布置，将第一活块模2装配到叶根活块11与叶尖活块10之间的模具底座1上，将蜡模型芯4放置到第一活块模2的型芯装配腔7中进行合模固定；b、从第一注蜡嘴201向叶尖活块10内腔进行第一次压制蜡料；c、待到叶尖余量蜡模5包裹于蜡模型芯4的芯头401外并成型，取出第一活块模2，在第一活块模2装配位置装配第二活块模3，从第二注蜡嘴301向叶根活块11和第二活块模3的组合结构内腔中进行第二次压制蜡料，待到空心叶片蜡模包裹于蜡模型芯4外并成型，拆卸第二活块模3、叶尖活块10和叶根活块11；d、用铬铁修复成型的叶尖余量蜡模5与空心叶片蜡模的组合蜡模外表面经过两次压制形成的结合缝隙9，获得带叶尖余量蜡模5的空心叶片蜡模。

本实施例中，步骤a中，蜡模型芯4与型芯装配腔7之间采用间隙配合，将蜡模型芯4与型芯装配腔7之间的间隙设置成蜡模型芯4的允许公差值；当蜡模型芯4装配至型芯装配腔7中进行合模时，若蜡模型芯4被压断，则表示蜡模型芯4的尺寸不合格，若蜡模型芯4正常装配到型芯装配腔7内则合格。

实施时，提供一种既能减小蜡模型芯4定位时的摆动、又不破坏空心叶片叶身表面的叶片壁厚控制方法。空心叶片在毛坯设计时，叶尖上方需增加足够余量(叶尖余量蜡模5)放置芯头401，叶片凝固后再用机械加工法将多余部分去除。

实施本方案的关键是模具，模具设计时在切割线处设置分型面(叶尖余量蜡模5与空心叶片蜡模之间的分界面)。叶身与切割线之间做两套外形相同，内腔型形状不同的活块(第一活块模2和第二活块模3)。

第一活块模2的型芯装配腔7与蜡模型芯4形状一致，供蜡模型芯4定位用，并留一定的装配间隙，如图2所示。第二活块模3的型腔与空心叶片的叶身形状一致，如图4所示。

先将第一活块模2装配到模具中，再将蜡模型芯4放置到第一活块模2中，由于第一活块模2形状和蜡模型芯4一致，所以放置时蜡模型芯4能稳定定位。然后用第一活块模2的第一注蜡嘴201对模具进行第一次压制蜡料。如图3所示。

如蜡模型芯4的轮廓有公差要求，则将蜡模型芯4与第一活块模2的装配间隙设置成蜡模型芯4的公差值，合模时若蜡模型芯4被压断，则表示蜡模型芯4尺寸不合格，可以起到检测蜡模型芯4的目的。

由于蜡模型芯4与第一活块模2之间仅存在很小的装配间隙，所以蜡料无法进入第一活块模2，第一次压制后可以得到叶尖蜡模。由于蜡料的填挤，此时蜡模型芯4已牢固地定位在模具中。

将叶尖蜡模保持在模具中，将第一活块模2取出，装配上第二活块模3。用第二活块模3的第二注蜡嘴301对模具进行第二次压制蜡料。第二次压蜡可以将叶片剩余部分充型完，得到的蜡模如图6所示，用铬铁修复两次压制的结合缝隙9。

空心叶片的壁厚控制方法，其中涉及型芯定位方法、型芯检测方法和蜡模压制方法。

型芯的定位方法：用模具中的活块(第一活块模2)定位，活块(第一活块模2)内腔形状与型芯(蜡模型芯4)形状一致，定位完毕后，通过压蜡将型芯(蜡模型芯4)位置完全固定。

型芯检测方法：第一活块模2的型腔与型芯(蜡模型芯4)之间设置一定的装配间隙，间隙大小等于型芯轮廓公差，合模时若型芯被压断，则表示型芯尺寸不合格。

蜡模压制方法(多次压蜡法)：通过对某零件分多次压蜡获得表面完整的蜡模

型芯由形状相同的型腔定位，定位精度高。

第一次压注蜡料时能包紧型芯，型芯在模具中完全固定了，不会有摆动。

若型芯尺寸不合格会被压碎，可以将不合格型芯淘汰掉。

第二次压注蜡料时，叶型完整，保证了叶型的尺寸精度。

本模生产出的叶片壁厚合格，叶型尺寸精度高，尤其对叶型和壁厚尺寸精度要求严的小空心叶片适用。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。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。