渦輪葉片陶芯軟芯撐3d打印方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種渦輪葉片陶芯軟芯撐3D打印方法，用于解決現(xiàn)有方法制備渦輪葉片陶芯軟芯撐精度差的技術問題。技術方案是在陶芯葉身距葉尖部位1/3處葉型中心位置確定一個軟芯撐點，在陶芯葉身距葉尖部位2/3處葉型曲線上均勻布置兩個軟芯撐點，以軟芯撐位置點為中心，Y軸方向為軸線，做直徑Φ4mm的圓柱，利用陶芯曲面及蠟型模具曲面為邊界裁剪圓柱，兩曲面間幾何形體即為軟芯撐幾何模型；采用3D打印方法，實現(xiàn)蠟質軟芯撐的制備。由于采用數(shù)控定位及加工方法，提高了芯撐與蠟模、陶芯型面的貼合程度，測試表明，直徑Φ4mm的蠟質軟芯撐，采用本方法可將芯撐和蠟模、陶芯的貼合間隙由最大2mm降低到0.5mm以下。
【專利說明】
渦輪葉片陶芯軟芯撐3D打印方法
技術領域
[0001 ]本發(fā)明涉及一種3D打印方法，特別涉及一種渦輪葉片陶芯軟芯撐3D打印方法。
【背景技術】
[0002]航空發(fā)動機空心渦輪葉片精鑄成形周期長、壁厚精度偏低、廢品率高，一直是制約我國新機研制的瓶頸之一。制備壁厚精度合格的精鑄蠟型是保證空心渦輪葉片壁厚的首要條件。
[0003]精鑄蠟型壁厚主要依靠陶芯與蠟型模具的精確匹配進行保證。為控制陶芯在蠟型模具中的位置，需采用芯撐對陶芯進行定位和支撐，通過芯撐的反作用力抵消蠟型充型過程中蠟料對陶芯的作用力，從而減小陶芯變形及漂移，控制精鑄蠟型的壁厚偏差分布。目前，芯撐有金屬材質芯撐和蠟質軟芯撐。因金屬芯撐在模具合模及蠟模壓制過程中，可能因擠壓導致陶芯斷裂，因而實際生產(chǎn)中常采用由軟蠟制成的蠟質軟芯撐來實現(xiàn)陶芯在蠟型模具中的定位。
[0004]文獻“《復雜空心渦輪葉片精鑄蠟模陶芯軟芯撐定位技術》[J]崔康，汪文虎特種鑄造及有色合金2013.33(l)p53-56”指出，陶芯定位元件的空間布局和結構尺寸主要依靠經(jīng)驗設計完成，由于缺乏理論依據(jù)，常常導致陶芯定位不完整，并公開了陶芯蠟質軟芯撐的定位技術，通過建立陶芯定位誤差傳遞模型、定位布局優(yōu)化算法，精確給出了陶芯定位布局點。而在蠟質軟芯撐的制備方面，國內尚未有專門的研究見諸報道，而實際生產(chǎn)中通常為固定厚度的矩形蠟片，用時將蠟片粘接在陶瓷型芯上，壓制精鑄蠟型時，芯撐被蠟料包裹并與精鑄蠟型融為一體。由于精鑄蠟型壁厚并不是均勻分布，采取固定厚度的矩形蠟片，將導致芯撐不能完全與蠟型模具貼合，從而影響蠟型壁厚精度，且軟芯撐與陶芯貼合過程需要工人手動操作，軟芯撐與陶芯貼合點一致性較差，生產(chǎn)效率低。
【發(fā)明內容】
[0005]為了克服現(xiàn)有方法制備渦輪葉片陶芯軟芯撐精度差的不足，本發(fā)明提供一種渦輪葉片陶芯軟芯撐3D打印方法。該方法在陶芯葉身距葉尖部位1/3處葉型中心位置確定一個軟芯撐點，在陶芯葉身距葉尖部位2/3處葉型曲線上均勻布置兩個軟芯撐點，以軟芯撐位置點為中心，Y軸方向為軸線，做直徑Φ4πιπι的圓柱，利用陶芯曲面及蠟型模具曲面為邊界裁剪圓柱，兩曲面間幾何形體即為軟芯撐幾何模型;采用3D打印方法，實現(xiàn)蠟質軟芯撐的制備，提高了渦輪葉片陶芯軟芯撐的精度。
[0006]本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案:一種渦輪葉片陶芯軟芯撐3D打印方法，其特點是包括以下步驟:
[0007]步驟一、確定軟芯撐打印點。
[0008]陶芯葉身段長度為75mm，打印點截面I和截面Π高度分別在葉身的1/3處和2/3處，將截面線投影到XZ平面，得到截面I及截面Π。截面I沿Y軸方向與陶芯葉盆的交線三等分，得到點Q1、Q2，截面Π沿Y軸方向與陶芯葉盆的交線二等分，得到點Q3，點Q^Q2、Q3即為陶芯葉盆部位軟芯撐打印點。截面I沿Y軸方向與陶芯葉背的交線三等分，得到點Q4、Q5，截面Π沿Y軸方向與陶芯葉背的交線二等分，得到點Q6，點Q4、Q5、Q6即為陶芯葉背部位軟芯撐打印點。
[0009]步驟二、確定葉盆、葉背芯撐幾何形狀。
[0010]以點為中心，Y軸向為軸線分別作Φ4πιπι圓柱，利用陶芯葉盆型面與蠟型模具型面對圓柱進行裁剪，得到葉盆軟芯撐幾何結構。以Q4、Q5、Q6為中心，Y軸向為軸線分別作Φ4πιπι圓柱，利用陶芯葉背型面與蠟型模具型面對圓柱進行裁剪，得到葉背軟芯撐幾何結構。
[0011]步驟三、選擇3D打印機。
[0012]根據(jù)蠟料具有較小的熱膨脹率和收縮率，較高的耐熱性的性質，選用FDM打印工藝，3D打印機選用3D systems公司的ProJet MJP 3600W。
[0013]步驟四、確定葉盆葉背軟芯撐打印順序。
[0014]根據(jù)陶芯結構特點，確定軟芯撐打印方式為先打印葉盆側軟芯撐，之后打印葉背側軟芯撐；
[0015]步驟五、軟芯撐3D打印。
[0016]將軟芯撐三維模型導入3D打印機軟件，在3D打印機軟件中生成打印程序，按照程序打印軟芯撐。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:該方法在陶芯葉身距葉尖部位1/3處葉型中心位置確定一個軟芯撐點，在陶芯葉身距葉尖部位2/3處葉型曲線上均勻布置兩個軟芯撐點，以軟芯撐位置點為中心，Y軸方向為軸線，做直徑Φ4πιπι的圓柱，利用陶芯曲面及蠟型模具曲面為邊界裁剪圓柱，兩曲面間幾何形體即為軟芯撐幾何模型；采用3D打印方法，實現(xiàn)蠟質軟芯撐的制備。由于采用數(shù)控定位及加工方法，提高了芯撐與蠟模、陶芯型面的貼合程度，測試表明，直徑Φ4πιπι的蠟質軟芯撐，采用本方法可將芯撐和蠟模、陶芯的貼合間隙由最大2mm降低到
0.5mm以下。
[0018]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明作詳細說明。
【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明渦輪葉片陶芯軟芯撐3D打印方法的流程圖。
[0020]圖2是本發(fā)明渦輪葉片陶芯軟芯撐3D打印方法中陶芯定位截面示意圖。
[0021]圖3是本發(fā)明渦輪葉片陶芯軟芯撐3D打印方法中葉盆軟芯撐打印點示意圖。
[0022]圖4是本發(fā)明渦輪葉片陶芯軟芯撐3D打印方法中葉背軟芯撐打印點示意圖。
[0023]圖5是本發(fā)明渦輪葉片陶芯軟芯撐3D打印方法中葉盆軟芯撐幾何結構示意圖。
[0024]圖6是本發(fā)明渦輪葉片陶芯軟芯撐3D打印方法中葉背軟芯撐幾何結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]參照圖1-6。本發(fā)明渦輪葉片陶芯軟芯撐3D打印方法具體步驟如下:
[0026]步驟I確定軟芯撐打印點。
[0027]本實施例中陶芯葉身段長度為75mm，打印點截面I和截面Π高度分別為葉身的1/3和2/3，將截面線投影到XZ平面，得到截面I及截面Π。截面I沿Y軸方向與陶芯葉盆的交線三等分，得到點IQ2,截面Π沿Y軸方向與陶芯葉盆的交線二等分，得到點Q3，QhQ^Q3即為陶芯葉盆部位軟芯撐打印點。截面I沿Y軸方向與陶芯葉背的交線三等分，得到點Q4、Q5，截面π沿Y軸方向與陶芯葉背的交線二等分，得到點Q6，點Q4、Q5、Q6即為陶芯葉背部位軟芯撐打印點。
[0028]步驟2確定葉盆、葉背芯撐幾何形狀。
[0029]以QhQ^Q3為中心，Y軸向為軸線分別作Φ4πιπι圓柱，利用陶芯葉盆型面與蠟型模具型面對圓柱進行裁剪，即可得到葉盆軟芯撐幾何結構。以Q4、Q5、Q6為中心，Y軸向為軸線分別作Φ4πιπι圓柱，利用陶芯葉背型面與蠟型模具型面對圓柱進行裁剪，即可得到葉背軟芯撐幾何結構。
[0030]步驟3:選擇3D打印機。
[0031 ]根據(jù)實際情況，軟芯撐材料為精鑄用蠟料，具有較小的熱膨脹率和收縮率，較高的耐熱性;根據(jù)錯料的性質，選用FDM打印工藝，本實施例中，3D打印機選用3D systems公司的ProJet MJP 3600W。
[0032]步驟4:確定葉盆葉背軟芯撐打印順序。
[0033]根據(jù)陶芯結構特點，確定軟芯撐打印方式為先打印葉盆側軟芯撐，之后打印葉背側軟芯撐；
[0034]步驟5:軟芯撐3D打印。
[0035](I)將軟芯撐三維模型導入3D打印機軟件；
[0036](2)在3D打印機軟件中生成打印程序。
[0037](3)按照程序打印軟芯撐。
【主權項】
1.一種渦輪葉片陶芯軟芯撐3D打印方法，其特征在于包括以下步驟: 步驟一、確定軟芯撐打印點； 陶芯葉身段長度為75mm，打印點截面I和截面Π高度分別在葉身的1/3處和2/3處，將截面線投影到XZ平面，得到截面I及截面Π;截面I沿Y軸方向與陶芯葉盆的交線三等分，得到點Q1、Q2，截面Π沿Y軸方向與陶芯葉盆的交線二等分，得到點Q3,點Q1、Q2、Q3即為陶芯葉盆部位軟芯撐打印點;截面I沿Y軸方向與陶芯葉背的交線三等分，得到點Q4、Q5，截面Π沿Y軸方向與陶芯葉背的交線二等分，得到點Q6，點Q4、Q5、Q6即為陶芯葉背部位軟芯撐打印點； 步驟二、確定葉盆、葉背芯撐幾何形狀； 以點QhQ^Q3為中心，Y軸向為軸線分別作Φ4πιπι圓柱，利用陶芯葉盆型面與蠟型模具型面對圓柱進行裁剪，得到葉盆軟芯撐幾何結構；以Q4、Q5、Q6為中心，Y軸向為軸線分別作Φ4mm圓柱，利用陶芯葉背型面與蠟型模具型面對圓柱進行裁剪，得到葉背軟芯撐幾何結構； 步驟三、選擇3D打印機； 根據(jù)蠟料具有較小的熱膨脹率和收縮率，較高的耐熱性的性質，選用FDM打印工藝，3D打印機選用3D systems公司的ProJet MJP 3600W； 步驟四、確定葉盆葉背軟芯撐打印順序； 根據(jù)陶芯結構特點，確定軟芯撐打印方式為先打印葉盆側軟芯撐，之后打印葉背側軟芯撐； 步驟五、軟芯撐3D打?。?將軟芯撐三維模型導入3D打印機軟件，在3D打印機軟件中生成打印程序，按照程序打印軟芯撐。
【文檔編號】B29C67/00GK106079433SQ201610377438
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年5月31日
【發(fā)明人】蔣睿嵩, 趙德中, 汪文虎, 崔康, 靳淇超, 熊峰, 熊一峰, 林坤陽, 宋國棟, 曹旭康, 王楠, 邵明偉, 劉鐘
【申請人】西北工業(yè)大學