技术领域
[0001] 本
发明属于航空技术领域，具体的说是一种航空叶片压铸工艺。
背景技术
[0002]
涡轮叶片是燃气涡轮
发动机中涡轮段的重要组成部件。高速旋转的叶片负责将高温高压的气流吸入
燃烧器，以维持引擎的工作。为了能保证在高温高压的极端环境下稳定长时间工作，涡轮叶片往往采用高温
合金锻造，并采用不同方式来冷却例如内部气流冷却、
边界层冷却、抑或采用保护叶片的热障涂层等方式来保证运转时的可靠性。
[0003] 压
力铸造是一种将液态或半固态金属或合金，或含有增强物相的液态金属或合金，在高压下以较高的速度填充入压铸型的型腔内，并使金属或合金在压力下
凝固形成铸件的铸造方法。压铸时常用的压力为4～500MPa，金属充填速度为0.5—120m/s。因此，高压、高速是压铸法与其他铸造方法的根本区别，也是重要特点。
[0004] 压力铸造的优点：
[0005] (1)生产率高，易于实现机械化和自动化，可以生产形状复杂的薄壁铸件。压铸锌合金最小壁厚仅为0.3mm，压铸
铝合金最小壁厚约为0.5mm，最小铸出孔径为0.7mm。
[0006] (2)铸件尺寸
精度高，表面粗糙度值小。压铸件尺寸公差等级可达CT3～CT6，表面粗糙度一般为Ra0.8～3.2μm。
[0007] (3)压铸件中可嵌铸零件，既节省贵重材料和机加工工时，也替代了部件的装配过程，可以省去装配工序，简化制造工艺。
[0008] 现有航空发动机叶片多采用压力铸造而成，但在压力铸造过程中，需要对模具进行长时间的保压，降低了浇铸小车的工作效率，同时熔炼液在模具中流动时，容易
吸附模具内的残渣后形成夹渣，影响叶片铸件的强度。
发明内容
[0009] 为了弥补
现有技术的不足，解决航空发动机叶片在压力铸造过程中，需要对模具进行长时间的保压，降低了浇铸小车的工作效率，同时熔炼液在模具中流动时，容易吸附模具内的残渣后形成夹渣，影响叶片铸件的强度的问题，本发明提出的一种航空叶片压铸工艺。
[0010] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：本发明所述的一种航空叶片压铸工艺，包括以下步骤：
[0011] S1准备：铝锭、精炼剂、铝
铁中间合金和直径大小为20mm～40mm的工业
硅；制作压铸模具；
[0012] S2合金熔炼：将称量好的铝锭、工业硅和铝铁中间合金在770℃～790℃的
温度下
熔化；再将合金温度降到730℃～760℃后扒渣，扒渣时，打渣剂用量为合金重量的0.1％～0.3％；精炼，将扒渣后的合金加热至730℃～760℃得到合金液，将精炼剂加入合金液中，直到合金液不再冒泡为止，精炼剂的用量为合金液重量的0.15％～0.25％；出炉，合金液精炼完毕后，将合金液浇注成
合金锭或者将合金液温度降至720℃～750℃,再将其浇注到浇包送料，得到熔炼液；
[0013] S3压铸：熔炼液压铸前将压铸参数设置为：压射压力8～10MPa；然后将压铸模具预热10min～30min，到达模具
工作温度200℃～250℃后进行浇注熔炼液，压铸直至铸件表面
质量无
冷隔、无浇不足
缺陷后，生产的铸件冷却后开模取件；
[0014] S4
整理：去除铸件溢流瘤子、浇口、毛刺、
飞边；
[0015] S5精加工：对整理后的铸件进行铣孔，得到航空叶片。
[0016] 本发明采用的压铸模具包括下模，下模上方设有上模；所述上模与下模相互
接触的一侧设有用于浇铸熔炼液的型腔；所述型腔一侧的上模上设有圆台，圆台上开设与与型腔连通的浇铸孔；所述型腔另一侧的上模上开设有与型腔连通的溢流孔，溢流孔顶部设有与之配合的堵头；所述浇铸孔位于圆台内的
位置设有球形腔；所述圆台位于球形腔的位置设有进
水管与
排水管，进水管与排水管通过圆台内的水道连通，进水管与排水管中通入
循环水用于冷却球形腔中的熔炼液，保证型腔中的压力；使用时，将上模与下模合并后固定，然后通过浇铸小车和浇铸孔向型腔中充入熔炼液，当型腔中充满熔炼液后熔炼液溢满溢流孔，此时使用堵头堵住溢流孔，之后继续通过浇铸孔向型腔中压入高压的熔炼液并保压，同时通过进水管中通入循环的
冷却水，冷却水经水道时带走球形腔附近圆台的热量后从排水管中流出，此时球形腔中的熔炼液快速凝固后停止向浇铸孔压入熔炼液，在保证型腔中的压力的同时提高单个型腔的浇铸效率，节省成本；当型腔中的合金叶片凝固后起模，此时使用高频加热设备对圆台进行快速加热，使得球形腔中的合金熔化后脱出，与合金叶片分离后回收再利用，同时上模继续完成下一次浇铸工作，提高模具使用效率。
[0017] 优选的，所述进水管高度低于排水管；所述水道围绕球形腔螺旋上升，用于增加球形腔的冷却效率，增加型腔的保压效果；由于冷却水从高度较低的进水管流入水道，冷却水在受热
气化后向上运动
加速冷却水的循环速度，进一步增加球形腔的冷却效率，又由于水道围绕球形腔螺旋上升，使得球形腔中的熔炼液均匀冷却，加速球形腔中的熔炼液的热交换面积，进一步增加球形腔的冷却效率，加快球形腔中的熔炼液的凝固速度，使得熔炼液凝固并堵住浇铸孔，形成对型腔的保压，进一步提高浇铸小车的生产效率。
[0018] 优选的，所述圆台上球形腔对应位置圆周开设有一组L形冷却孔，冷却孔底端与圆台圆周侧面连通；所述水道靠近上方的部位通过倾斜向上的喷孔与冷却孔连通；所述喷孔直径沿靠近冷却孔的方向逐渐减小；通过水道中的冷却水气化后从喷孔喷出，增加冷却孔中的冷空气流速，进一步增加球形腔的冷却速度，增加型腔的保压效果；当水道中的冷却水在水道的上升过程中不断吸收球形腔中熔炼液的热量后气化，产生的水蒸气从喷孔中高速喷出，高速喷出的气流在冷却孔中形成
负压，进一步带动冷却孔中冷空气向上流动的速度，进一步增加冷却孔中空气对圆台的冷却效率，加快球形腔中的熔炼液的凝固速度，进一步提高浇铸小车的生产效率。
[0019] 优选的，所述型腔远离浇铸孔的一侧设有一组存渣腔，存渣腔用于储存熔炼液头部粘附的残渣；所述存渣腔通过溢流道与型腔连通；当熔炼液从浇铸孔进入型腔中时，流动的熔炼液头部粘附有型腔中的残渣，这部分熔炼液在后方熔炼液的推动下通过溢流道充入存渣腔中，从而减少型腔中熔炼液的杂质含量，增强型腔中叶片的强度，减少叶片铸件的夹渣，提高叶片合格率。
[0020] 优选的，所述溢流道中部宽度小于两端，减少起模后切割存渣腔凝固合金的工作量；所述溢流道轴线与型腔一边呈四十五度夹
角，使得型腔内不同侧面流过的熔炼液头部快速流入存渣腔；通过溢流道中部宽度小于两端，使得溢流道的熔炼液凝固后中部厚度较小，便于减少切割量，通过轴线与型腔一边呈四十五度夹角的溢流道，使得型腔内不同侧边流动的熔炼液携带有残渣的头部均能快速流入存渣腔中，进一步减少先抢中叶片铸件的夹渣，从而进一步提高叶片合格率。
[0021] 优选的，所述溢流孔直径由上至下逐渐增大，利于熔炼液凝固后脱模；所述上模内与溢流孔对应位置设有U形的冷冻孔，冷冻孔开口朝向上模一侧；冷却孔用于在型腔浇铸后通入液氮，使得溢流孔中的熔炼液优先凝固后减少溢流孔处堵头的压力；当溢流孔中充满熔炼液后，使用堵头堵住溢流孔并对型腔进行保压，此时对冷冻孔内充入液氮，使得冷冻孔对应位置的溢流孔快速降温，使得溢流孔中的熔炼液快速凝固后堵住溢流孔，进一步减小堵头的压力，同时保证型腔内的熔炼液压力不会因
泄漏而降低，保证型腔中叶片铸件的高压浇铸质量，进一步提高叶片合格率。
[0022] 本发明的有益效果如下：
[0023] 1.本发明所述的一种航空叶片压铸工艺，通
过冷却水对球形腔附近圆台进行降温，使得球形腔中的熔炼液快速凝固后对型腔进行保压，然后停止向浇铸孔压入熔炼液，在保证型腔中的压力的同时提高单个型腔的浇铸效率，节省成本。
[0024] 2.本发明所述的一种航空叶片压铸工艺，通过存渣腔收集流动的熔炼液头部粘附的型腔中的残渣，从而减少型腔中熔炼液的杂质含量，增强型腔中叶片的强度，减少叶片铸件的夹渣，提高叶片合格率。
附图说明
[0025] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0027] 图2是本发明采用的压铸模具的立体图；
[0028] 图3是本发明采用的压铸模具的正视图；
[0029] 图4是本发明采用的压铸模具的俯视图；
[0030] 图5是图3中A处局部放大图；
[0031] 图中：下模1、上模11、型腔12、圆台13、浇铸孔14、溢流孔15、球形腔16、进水管17、排水管18、水道19、冷却孔2、喷孔21、存渣腔22、溢流道23、冷冻孔24。
具体实施方式
[0032] 为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
[0033] 如图1至图5所示，本发明所述的一种航空叶片压铸工艺，包括以下步骤：
[0034] S1准备：铝锭、精炼剂、铝铁中间合金和直径大小为20mm～40mm的工业硅；制作压铸模具；
[0035] S2合金熔炼：将称量好的铝锭、工业硅和铝铁中间合金在770℃～790℃的温度下熔化；再将合金温度降到730℃～760℃后扒渣，扒渣时，打渣剂用量为合金重量的0.1％～0.3％；精炼，将扒渣后的合金加热至730℃～760℃得到合金液，将精炼剂加入合金液中，直到合金液不再冒泡为止，精炼剂的用量为合金液重量的0.15％～0.25％；出炉，合金液精炼完毕后，将合金液浇注成合金锭或者将合金液温度降至720℃～750℃,再将其浇注到浇包送料，得到熔炼液；
[0036] S3压铸：熔炼液压铸前将压铸参数设置为：压射压力8～10MPa；然后将压铸模具预热10min～30min，到达模具工作温度200℃～250℃后进行浇注熔炼液，压铸直至铸件表面质量无冷隔、无浇不足缺陷后，生产的铸件冷却后开模取件；
[0037] S4整理：去除铸件溢流瘤子、浇口、毛刺、飞边；
[0038] S5精加工：对整理后的铸件进行铣孔，得到航空叶片。
[0039] 本发明采用的压铸模具包括下模1，下模1上方设有上模11；所述上模11与下模1相互接触的一侧设有用于浇铸熔炼液的型腔12；所述型腔12一侧的上模11上设有圆台13，圆台13上开设与与型腔12连通的浇铸孔14；所述型腔12另一侧的上模11上开设有与型腔12连通的溢流孔15，溢流孔15顶部设有与之配合的堵头；所述浇铸孔14位于圆台13内的位置设有球形腔16；所述圆台13位于球形腔16的位置设有进水管17与排水管18，进水管17与排水管18通过圆台13内的水道19连通，进水管17与排水管18中通入循环水用于冷却球形腔16中的熔炼液，保证型腔12中的压力；使用时，将上模11与下模1合并后固定，然后通过浇铸小车和浇铸孔14向型腔12中充入熔炼液，当型腔12中充满熔炼液后熔炼液溢满溢流孔15，此时使用堵头堵住溢流孔15，之后继续通过浇铸孔14向型腔12中压入高压的熔炼液并保压，同时通过进水管17中通入循环的冷却水，冷却水经水道19时带走球形腔16附近圆台13的热量后从排水管18中流出，此时球形腔16中的熔炼液快速凝固后停止向浇铸孔14压入熔炼液，在保证型腔12中的压力的同时提高单个型腔12的浇铸效率，节省成本；当型腔12中的合金叶片凝固后起模，此时使用高频加热设备对圆台13进行快速加热，使得球形腔16中的合金熔化后脱出，与合金叶片分离后回收再利用，同时上模11继续完成下一次浇铸工作，提高模具使用效率。
[0040] 作为本发明的一种实施方式，所述进水管17高度低于排水管18；所述水道19围绕球形腔16螺旋上升，用于增加球形腔16的冷却效率，增加型腔12的保压效果；由于冷却水从高度较低的进水管17流入水道19，冷却水在受热气化后向上运动加速冷却水的循环速度，进一步增加球形腔16的冷却效率，又由于水道19围绕球形腔16螺旋上升，使得球形腔16中的熔炼液均匀冷却，加速球形腔16中的熔炼液的热交换面积，进一步增加球形腔16的冷却效率，加快球形腔16中的熔炼液的凝固速度，使得熔炼液凝固并堵住浇铸孔14，形成对型腔12的保压，进一步提高浇铸小车的生产效率。
[0041] 作为本发明的一种实施方式，所述圆台13上球形腔16对应位置圆周开设有一组L形冷却孔2，冷却孔2底端与圆台13圆周侧面连通；所述水道19靠近上方的部位通过倾斜向上的喷孔21与冷却孔2连通；所述喷孔21直径沿靠近冷却孔2的方向逐渐减小；通过水道19中的冷却水气化后从喷孔21喷出，增加冷却孔2中的冷空气流速，进一步增加球形腔16的冷却速度，增加型腔12的保压效果；当水道19中的冷却水在水道19的上升过程中不断吸收球形腔16中熔炼液的热量后气化，产生的水蒸气从喷孔21中高速喷出，高速喷出的气流在冷却孔2中形成负压，进一步带动冷却孔2中冷空气向上流动的速度，进一步增加冷却孔2中空气对圆台13的冷却效率，加快球形腔16中的熔炼液的凝固速度，进一步提高浇铸小车的生产效率。
[0042] 作为本发明的一种实施方式，所述型腔12远离浇铸孔14的一侧设有一组存渣腔22，存渣腔22用于储存熔炼液头部粘附的残渣；所述存渣腔22通过溢流道23与型腔12连通；
当熔炼液从浇铸孔14进入型腔12中时，流动的熔炼液头部粘附有型腔12中的残渣，这部分熔炼液在后方熔炼液的推动下通过溢流道23充入存渣腔22中，从而减少型腔12中熔炼液的杂质含量，增强型腔12中叶片的强度，减少叶片铸件的夹渣，提高叶片合格率。
[0043] 作为本发明的一种实施方式，所述溢流道23中部宽度小于两端，减少起模后切割存渣腔22凝固合金的工作量；所述溢流道23轴线与型腔12一边呈四十五度夹角，使得型腔12内不同侧面流过的熔炼液头部快速流入存渣腔22；通过溢流道23中部宽度小于两端，使得溢流道23的熔炼液凝固后中部厚度较小，便于减少切割量，通过轴线与型腔12一边呈四十五度夹角的溢流道23，使得型腔12内不同侧边流动的熔炼液携带有残渣的头部均能快速流入存渣腔22中，进一步减少先抢中叶片铸件的夹渣，从而进一步提高叶片合格率。
[0044] 作为本发明的一种实施方式，所述溢流孔15直径由上至下逐渐增大，利于熔炼液凝固后脱模；所述上模11内与溢流孔15对应位置设有U形的冷冻孔24，冷冻孔24开口朝向上模11一侧；冷却孔2用于在型腔12浇铸后通入液氮，使得溢流孔15中的熔炼液优先凝固后减少溢流孔15处堵头的压力；当溢流孔15中充满熔炼液后，使用堵头堵住溢流孔15并对型腔12进行保压，此时对冷冻孔24内充入液氮，使得冷冻孔24对应位置的溢流孔15快速降温，使得溢流孔15中的熔炼液快速凝固后堵住溢流孔15，进一步减小堵头的压力，同时保证型腔
12内的熔炼液压力不会因泄漏而降低，保证型腔12中叶片铸件的高压浇铸质量，进一步提高叶片合格率。
[0045] 使用时，将上模11与下模1合并后固定，然后通过浇铸小车和浇铸孔14向型腔12中充入熔炼液，当型腔12中充满熔炼液后熔炼液溢满溢流孔15，此时使用堵头堵住溢流孔15，之后继续通过浇铸孔14向型腔12中压入高压的熔炼液并保压，同时通过进水管17中通入循环的冷却水，冷却水经水道19时带走球形腔16附近圆台13的热量后从排水管18中流出，此时球形腔16中的熔炼液快速凝固后停止向浇铸孔14压入熔炼液，在保证型腔12中的压力的同时提高单个型腔12的浇铸效率，节省成本；当型腔12中的合金叶片凝固后起模，此时使用高频加热设备对圆台13进行快速加热，使得球形腔16中的合金熔化后脱出，与合金叶片分离后回收再利用，同时上模11继续完成下一次浇铸工作，提高模具使用效率；由于冷却水从高度较低的进水管17流入水道19，冷却水在受热气化后向上运动加速冷却水的循环速度，进一步增加球形腔16的冷却效率，又由于水道19围绕球形腔16螺旋上升，使得球形腔16中的熔炼液均匀冷却，加速球形腔16中的熔炼液的热交换面积，进一步增加球形腔16的冷却效率，加快球形腔16中的熔炼液的凝固速度，使得熔炼液凝固并堵住浇铸孔14，形成对型腔12的保压，进一步提高浇铸小车的生产效率；当水道19中的冷却水在水道19的上升过程中不断吸收球形腔16中熔炼液的热量后气化，产生的水蒸气从喷孔21中高速喷出，高速喷出的气流在冷却孔2中形成负压，进一步带动冷却孔2中冷空气向上流动的速度，进一步增加冷却孔2中空气对圆台13的冷却效率，加快球形腔16中的熔炼液的凝固速度，进一步提高浇铸小车的生产效率；当熔炼液从浇铸孔14进入型腔12中时，流动的熔炼液头部粘附有型腔
12中的残渣，这部分熔炼液在后方熔炼液的推动下通过溢流道23充入存渣腔22中，从而减少型腔12中熔炼液的杂质含量，增强型腔12中叶片的强度，减少叶片铸件的夹渣，提高叶片合格率；通过溢流道23中部宽度小于两端，使得溢流道23的熔炼液凝固后中部厚度较小，便于减少切割量，通过轴线与型腔12一边呈四十五度夹角的溢流道23，使得型腔12内不同侧边流动的熔炼液携带有残渣的头部均能快速流入存渣腔22中，进一步减少先抢中叶片铸件的夹渣，从而进一步提高叶片合格率；当溢流孔15中充满熔炼液后，使用堵头堵住溢流孔15并对型腔12进行保压，此时对冷冻孔24内充入液氮，使得冷冻孔24对应位置的溢流孔15快速降温，使得溢流孔15中的熔炼液快速凝固后堵住溢流孔15，进一步减小堵头的压力，同时保证型腔12内的熔炼液压力不会因泄漏而降低，保证型腔12中叶片铸件的高压浇铸质量，进一步提高叶片合格率。
[0046] 上述前、后、左、右、上、下均以
说明书附图中的图2为基准，按照人物观察视角为标准，装置面对观察者的一面定义为前，观察者左侧定义为左，依次类推。
[0047] 在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
[0048] 以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述
实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的
权利要求书及其等效物界定。
