一種航空發動機擴壓器整體鑄造模具的制作方法

本發明屬于航空發動機技術領域，涉及一種航空發動機擴壓器鑄造裝置，尤其是一種航空發動機擴壓器整體鑄造模具

背景技術：

擴壓器是航空發動機及燃氣輪機重要組成零件之一，位于壓氣機和主燃燒室之間，用來將壓氣機葉輪出口的高速空氣的動能轉變為壓力能，隨后將具有壓力能的氣體輸送至主燃燒室增壓加熱到渦輪前允許溫度，以便進入排氣裝置做功，壓力能的大小正是衡量發動機性能的重要指標之一。

目前世界先進的環形擴壓器，鑒于減輕重量及保證零件結構穩定性的雙重原因，多采用空心支板作為通道連接、同時在不影響強度的情況下盡可能的縮小零件壁厚，大幅度增加了零件制造難度。

由于擴壓器外緣與內緣之間通過空心支板連接形成一個封閉的通道特征，同時延伸角度不同的外部支板形成難以按正常角度出模的倒拔模特征，并且導致零件壁厚薄，因此精鑄模具設計和制造非常困難。現有的鑄造工藝是將整個環形擴壓器零件拆分成中間支板數量的分體蠟型組件獨立成型，再通過蠟型粘接工藝將分體蠟型組件組合成整體擴壓器蠟型澆注成鑄件，這種鑄造工藝對模具制造來說相對簡單。但由于壁厚薄及粘接操作誤差原因，易造成零件形狀及尺寸不符合要求，極易出現錯型現象，零件合格率偏低，同時成型效率低。

而擴壓器整體一次成型，主要存在以下幾個難點問題，目前還沒有相應的模具能夠解決這些問題：保證零件通道的最終尺寸同時防止成型過程中的變形問題；保證零件內環內壁特征的形狀及最終尺寸同時防止成型過程中的變形問題；外環支板與外緣板形成的倒拔模特征難以成型難題，由于外環支板延伸方向與外緣板形成的角度小于90°，形成倒拔模現象；兼具環形結構及薄壁特征零件在模具中的頂出難題，必須要做到將蠟件順利頂出，無變形、無損壞使模具操作順暢；多組拼接鑲塊及模具底板尺寸大造型復雜的問題，對模具的加工及鉗工裝配造成了極大的困難。

技術實現要素：

本發明的目的在于提供一種航空發動機擴壓器整體鑄造裝置，能夠使擴壓器鑄件一次環形整體成形，無需后續蠟型粘接，并且能夠在模具上解決蠟件倒拔及保證壁厚航空發動機擴壓器的形成。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

這種航空發動機擴壓器整體鑄造模具，包括底座和上蓋板，底座和上蓋板之間設置有一體成形擴壓器的內環形腔體結構，內環形腔體結構的中心位置設置有圓臺形的抽芯，內環形腔體結構上設置有與內環形腔體連通的注蠟嘴；內環形腔體結構的底部設置有頂出成形擴壓器的頂出結構。

更進一步的，本發明的特點還在于：

其中內環形腔體結構由若干個腔體部件組成，腔體部件包括內環形固定塊，內環形固定塊底部設置有外環固定塊，內環形固定塊的外圍設置有活塊。

其中內環形固定塊的頂部設置有葉身活動塊組。

其中底座的中部設置為底板，底板上設置有內環形腔體結構，內環形腔體結構的外側設置有外圓型塊。

其中外圓型塊與腔體部件匹配，且外圓型塊滑動設置在底座上。

其中抽芯通過小活塊限位固定。

其中頂出結構包括設置在底座內的偏心頂出塊，偏心頂出塊上設置有頂出板和頂出塊。

其中偏心頂出塊與設置在底座外側的把手連接。

其中底座與內環形腔體之間設置有通氣結構。

本發明的有益效果是：該鑄造模具的將擴壓器分為環體部分和中心部分，在環體成形部分上設置的注蠟嘴能夠使擴壓器的蠟模一次整體成形，并且無需分別注蠟粘接，有效提高了零件的鑄造精度和生產效率，同時圓臺形的抽芯倒置在內環形腔體的中心位置，解決了到拔模問題，并且頂出結構能夠在擴壓器成形之后，將擴壓器順利頂出，解決了擴壓器在取出過程中產生的變形、損傷等問題，抽芯能夠加強防變形作用，避免了在開模過程中對擴壓器薄壁部分的變形。

更進一步的，腔體部件環形組合而成內環形腔體結構，使其組合更加靈活；且內環形固定塊、外環固定塊和活塊將環體部分分成外環、內環和主體三部分，更進一步的使擴壓器的成形更加精確，合格率更高。

更進一步的，外圓型塊滑動設置在底座上，能夠方便外圓型塊的安裝與拆卸，并且外圓型塊和葉身活動組用于固定和限位內環形腔體部分。

更進一步的，通氣結構保證在擴壓器成形過程中的排氣，有效保證了擴壓器的尺寸精度和生產效率。

附圖說明

圖1為本發明的結構示意圖；

圖2為本發明中內環形腔體結構的剖視圖；

圖3為本發明中隨型活動塊的結構示意圖；

圖4為本發明中頂出結構的示意圖；

圖5為本發明中底部結構的示意圖；

圖6為本發明中底部結構的剖視圖；

圖7為本發明內部結構的示意圖；

圖8為本發明中內腔成形活塊的示意圖；

圖9為本發明中葉型活塊組的結構示意圖；

圖10為本發明中外圓型塊的結構示意圖；

圖11為本發明中抽芯的結構示意圖；

圖12為本發明中外圓型塊和底板的連接示意圖。

其中：1為底座；2為底板；3為外圓型塊；4為抽塊；5為抽芯；6為擴壓器；7為活塊；8為葉身活塊組；9為隨型活塊組；10為內環固定塊；11為外環固定塊；12為復位塊；13為偏心頂出塊；14為把手；15為上蓋板；16為鎖緊塊；17為頂出板；18為頂出塊；19為注蠟嘴；20為小活塊。

具體實施方式

下面結合附圖對本發明做進一步詳細描述：

本發明提供了一種航空發動機擴壓器整體鑄造模具，如圖1-6所示，包括底座1，底座1與上蓋板15之間設置有內環形腔體結構，內環形腔體結構與注蠟嘴19連通，注蠟嘴19用于向內環形腔體結構內部的環形內腔進行注蠟；內環腔體結構由若干個腔體部件組成，腔體部件包括內環固定塊10，內環固定塊10的底部設置有用于固定其位置的外環固定塊11，內環固定塊10的外側設置有活塊7，內環固定塊10的頂部設置有葉身活塊組8；如圖3所示，其中外環固定塊11與內環固定塊10之間還設置有隨型活動塊；如圖4、6所示，底座1的內部還設置有偏心頂出塊13，偏心頂出塊13還與設置在底座1外側的把手14連接，把手14控制偏心頂出塊13的頂出工作；偏心頂出塊13上設置有頂出板17，如圖5所示，頂出板17上設置有頂出塊18，頂出板17的中心位置設置有復位快12，復位塊12、內環固定塊10和外環固定塊11用于進行擴壓器的合模。

如圖7-9所示，外環固定塊11設置在底板2上，外環固定塊11為設置在內環固定塊外圈底部的固定結構，活塊7圍城圓形結構，設置在抽芯5的外圍，葉身活動組8設置在活塊7的外圍，且活塊7和葉身活動組8均設置在內環形腔體結構的內環中。

如圖12所示，內環形腔體結構的圍還設置有若干個外圓型塊3，外圓型塊3與底板2上的滑動軌道連接，且外緣型塊3能夠在底板2上滑動抽出/安裝，外圓型塊3用于固定和限位內環形腔體結構；如圖10所示，外圓型塊3的內部結構與內環形腔體結構的外圈匹配。

如圖11所示，抽芯5為圓臺形結構，且上大下小安裝在內環形腔體結構的中心位置，如圖2所示，抽芯5上還設置有小活塊20，小活塊20用于固定限位抽芯5，小活塊20抽出后，即可將限位抽芯5拿出。

其中內環固定塊10上還設置有若干與頂出塊18連通的通氣孔，通氣孔用于保證排氣順暢。

本發明的安裝組合過程是：在水平的底板2上自下而上一次安裝偏心頂出塊13、頂出板17、內環固定塊10、外環固定塊11、隨型活塊組9、活塊7、葉身活塊組8和外圓型塊3；其中葉身活塊組8形成狹小倒拔模帶葉片內腔、通過抽芯5、活塊7、隨型活塊組9、內環固定塊10共同組成的兩口小中間大環形內腔。

具體的，如圖4所示，確立了擴壓器6在模具中的擺放位置，按照內腔“上小下大”拔模方向擺放；為了避免通道連接支板限制及防止通道變形，通道特征需要在整體出模前設計為活動型塊組被提前取出成型，此時“上小下大”的狀態為活動型塊組的拆分設計造成很大難度；將通道特征通過連接支板劃分為6個關聯腔體，設計過程中必須充分考慮“口小腔大”及支板封閉空間成型難點，因此將每個腔體內的成型型塊拆分為6塊活動型塊組，每塊單獨的活動型塊必須具有一定拔模斜度，同時通道支板成型活動型塊必須可以在通道中間活動型塊拔出后形成的空間內平行移動，以此通過先平移后拔出的運動軌跡避免干涉成型通道支板，所以支板成型活動型塊必須具有兩個方向的拔模斜度，最終通過三維軟件模擬及拆分，按特定切割刀路將通道成型型塊拆分為通道支板成型活動型塊及通道中間成型活動型塊兩大類共計36塊活動型塊，以此保證封閉通道正常出型。同時在裝配過程中通過制作多個與緣板壁厚相同的輔助定位圓柱銷支撐在通道成型活動型塊組與外緣成型塊及內緣成型活塊組之間，以此作為保證緣板壁厚的裝配輔助基準，保證最終蠟模壁厚，這樣創新的設計及裝配方法解決了封閉通道成型及壁厚保證問題，進一步保證了模具的成型質量。

如圖5所示，將內環成型型塊拆分為陶芯定位內環成型活動型塊和無陶芯內環成型活動型塊兩大類共計12塊活動型塊，通過先按向心及向上45°方向逐個取出無陶芯內環成型活動型塊，為陶芯定位滑塊的平移及陶芯定位內環成型活動型塊的取出提供操作空間，再按先滑動陶芯定位滑塊使陶芯脫離再逐個取出陶芯定位內環成型活動型塊的方法成型內環封閉型腔。同時鉗工裝配過程中通過制作臺階形定位環形夾具將內環成型活動型塊組與外緣成型塊關聯在一起作為輔助定位裝配基準，以此保證內環型腔與整體外緣的同心要求。這樣創新的設計及裝配方法解決了內環型腔成型及同軸度保證問題。

如圖6所示，將圓環成型塊三等分拆分，形成三件成型型塊作為隨蠟模一起被頂出機構頂出的隨型活動型塊組，在蠟模取出后再將三件活動型塊逐個取出，以此成型倒拔模特征。這種設計方法的實現難點是活動型塊組需用輕質材料加工，否則會由于自身重量將蠟型損傷或變形，但輕質材料加工型差，不耐磨，同時在注蠟過程中有被蠟液沖擊活動移位的風險；通過將磁體鑲塊均布鑲入三件輕質材料的隨型活動型塊中，利用磁鐵與鋼制外環定位塊的吸力有效的避免了隨型活動型塊被蠟液沖擊移位的現象。

如圖7所示，由于擴壓器6兼具環形結構及薄壁特征，人工操作取出過程中由于力度及方向不易控制的原因，易造成蠟模在取出過程中的變形及損壞，最終造成零件超差及報廢。頂出結構利用偏心頂出塊13的轉動頂壓頂出板17，均布安裝在頂出板17上的蠟模頂出塊同時平穩的將整體蠟型頂出出模，以此避免人工操作取出工序，提高蠟型質量。

本發明的具體實施例及工作原理是：首先在底座1上安裝偏心頂出塊13，然后將頂出板17和頂出塊18以及復位塊12和內環固定塊10、外環固定塊11進行合模，此時頂出塊18的端部將分別和內環固定塊10上表面以及外環固定塊的下表面平齊，然后和底板2合模，然后在外環固定塊11上面裝配隨型活動組9，通過底板2上的導向槽將外圓型塊3依次安裝到位，在此期間將抽塊4裝配到外圓型塊3上，依次安裝葉身活塊組8以及活塊7，利用小把手14將部分活塊7安裝到位，最后將抽芯5放入模具中央，鎖緊后上蓋板15注入蠟進行擴壓器6的成型，成型后，依次去下抽芯5，然后再通過小把手14將部分活塊7抽離擴壓器6表面，然后依次取下活塊7和葉身活動組8，將外圓型塊3沿著底板2的導向槽抽離，利用偏心頂出塊13的作用，通過頂出板17和頂出塊將擴壓器6頂出，取下一體的擴壓器6，完成一次成型。

擴壓器零件在外圓型塊3和活塊7等形成的墻體中能夠一次成型，本模具提供了能夠使擴壓器蠟件一次成型、無需后續粘接工藝的精密鑄造模具，并能在模具上解決蠟件出模后的變形難題，用于航空發動機以及燃氣輪機擴壓器的精鑄模具，對擴壓器鑄件制造精度起著關鍵作用。

本模具就是針對航空發動機以及燃氣輪機擴壓器而研制的精密鑄造模具，采用立式模具結構，將模具的成型方式由原來的拆分粘接成型改為整體一次成型，這樣即起到了避免擴壓器6局部厚大特征蠟型收縮形象整體蠟型及尺寸，又簡化了模具設計制造及蠟模壓型操作難度，又避免了擴壓器6主體部分需后期粘接二次加工誤差，大幅度提高了生產效率。本次模具創新采用了通道活塊組拆分技術、合理分布模具抽芯5位置、偏心轉動頂出方案及磁體鑲塊應用于隨型活塊方法的實施均代表了本行業精鑄模具設計的最高水平。在模具的加工中創新的使用數控車、五軸高速加工中心及精密線切割結合技術完成了通道36塊活動型塊組及內環12塊活動型塊組的整體加工，此技術的掌握極大提高了環形組合類精密零件的加工質量，有效提高了擴壓器鑄件生產的生產效率及合格率，并克服了一系列難題。

本發明將某機擴壓器零件分成主體、外環、內環及陶瓷型芯四部分進行蠟模成型，后期粘接鑄造。以此使封閉的喉道形成開口結構，再通過喉道型塊的設計方案使蠟模出型；這樣即起到了避免零件局部厚大特征蠟型收縮影響整體蠟型形狀及尺寸，又簡化了模具設計制造及蠟模壓型操作難度，又減少了零件主體部分需后期粘接組合的工序，大幅度的提高了生產效率。為今后的新機科研奠定了堅實的基礎，使航空發動機中的中小型環形精密鑄造零件的制造技術有了提高，為我國研制新一代航空發動機在精鑄模具的設計制造方面積累了豐富的經驗，給以后類似環形整體零件精鑄模具設計制造提供了技術依據。