一種可提高陶瓷型芯脫芯效率的方法及設備與流程
2024-02-22 03:14:15
本發明屬於空心渦輪葉片陶瓷型芯快速脫除技術領域，具體涉及一種可提高陶瓷型芯脫芯效率的方法及設備，適用於具有複雜內腔結構的空心渦輪葉片氧化鋁基陶瓷型芯的快速脫除。
背景技術：
現代航空發動機及燃氣輪機均採用空心渦輪葉片，渦輪葉片工作溫度極高，必須靠優化內部冷卻流道來滿足工作溫度要求，所以空心渦輪葉片內部的冷卻通道越來越複雜。為成形葉片內部複雜結構冷卻通道，需要製造和使用具有對應複雜結構的陶瓷型芯。目前，陶瓷型芯材料主要為氧化鋁和氧化矽，與氧化矽基型芯相比，氧化鋁基陶瓷型芯具有更高的抗高溫蠕變性，並且不與高溫金屬液發生反應，因此在新一代高溫合金葉片鑄造過程中得到廣泛應用。
目前，針對氧化鋁基陶瓷型芯的主流脫芯方法為常壓鹼煮脫芯。但是，由於氧化鋁的化學穩定性極高，常壓鹼煮條件下脫芯速率較慢。高溫高壓脫芯是提高型芯脫除速率的一種有效方法，但是在高溫高壓情況下脫芯反應產物常會附著在型芯表面阻礙脫芯反應的進一步進行。因此，研究能自動清除脫芯反應產物的高溫高壓脫芯方法及設備具有重要意義。
技術實現要素：
本發明的目的在於，提供了一種能提高陶瓷型芯脫芯效率的方法及設備。
為達到上述目的，本發明採用如下技術方案來實現：
一種可提高陶瓷型芯脫芯效率的設備，包括承壓腔、鹼液腔和清水腔；其中，
承壓腔內設置有用於放置空心渦輪葉片的反應腔，鹼液腔和清水腔均設置在承壓腔的頂部，鹼液腔與反應腔相連通，用於提供和抽取反應腔中的脫芯液，清水腔與反應腔相連通，用於提供和抽取反應腔中的清水；承壓腔外還設置有與其相連通的穩壓氣泵。
本發明進一步的改進在於，脫芯液為鹼液，其質量濃度範圍為50％～70％。
本發明進一步的改進在於，鹼液由koh溶於水配製而成。
本發明進一步的改進在於，空心渦輪葉片內的型芯為氧化鋁基陶瓷型芯，空心渦輪葉片的尺寸為50mm～250mm。
本發明進一步的改進在於，還包括真空氣泵，其通過電磁換向閥分別與鹼液腔和清水腔相連通。
本發明進一步的改進在於，鹼液腔與反應腔相連通的管道上設置有鹼液腔電磁閥，清水腔與反應腔相連通的管道上設置有清水腔電磁閥。
本發明進一步的改進在於，承壓腔的側壁上還設置有放氣電磁閥。
本發明進一步的改進在於，反應腔、鹼液腔和清水腔及三個腔體之間連接的管道均由耐鹼液腐蝕性強的蒙耐爾合金製成，以保證三者在高溫高濃度鹼液工況下的工作壽命。
本發明進一步的改進在於，反應腔的底部設置有與鹼液腔和清水腔下部的管道相配合的凹槽。
一種可提高陶瓷型芯脫芯效率的方法，該方法基於上述一種可提高陶瓷型芯脫芯效率的設備，包括以下步驟：
1)首先將脫芯液通入到反應腔中並加熱到指定溫度範圍，將承壓腔內的壓力維持在指定範圍內；
2)脫芯液和空心渦輪葉片的型芯反應一段時間後，對承壓腔進行洩壓，將脫芯液抽出並通入清水，清水沸騰，衝刷型芯表面的脫芯反應產物；
3)將清水抽出，將鹼液通入反應腔中，並再次將承壓腔內壓力升高至指定範圍內；
4)重複上述步驟直至空心渦輪葉片的型芯脫除乾淨。
本發明具有如下的優點：
本發明提供的一種可提高陶瓷型芯脫芯效率的設備，能夠實現型芯的快速脫除，這是因為本發明通過自動交替通入高溫鹼液和清水，靠高溫鹼液提高型芯溶失速率，靠清水的沸騰力清除附著在型芯表面的脫芯產物，消除脫芯產物覆蓋導致的反應速率降低的現象。本發明可縮短傳統高溫高壓法脫芯過程中的無用功時間，提高脫芯工作的效率，這是因為本發明免去了常規高溫高壓脫芯法中反應一段時間後需將葉片取出以清理脫芯產物的工作。本發明可提高設備運行的安全性，這是因為傳統高溫高壓脫芯過程中反應腔內側承受較高壓力，同時反應腔受鹼液腐蝕，當反應腔內壁在長期腐蝕過程中產生缺陷後其安全性降低；而本發明採用承壓腔與反應腔分離的設計方案，承壓腔僅內壁承受壓力但不接觸鹼液，因而不會因腐蝕產生缺陷，因此承壓腔安全性得到保證；而反應腔即使因接觸鹼液受損，但由於其雙側受壓平衡，消除了常規高溫高壓脫芯設備中因反應腔內部單側受壓導致的潛在的反應腔體爆炸等安全隱患。
進一步，本發明的脫芯液採用高溫高濃度的鹼液，能實現鹼液與型芯快速反應，這是因為高溫高濃度情況下鹼液與型芯反應速度較快。
進一步，本發明主要解決氧化鋁基陶瓷型芯的脫除問題，這是因為氧化鋁型芯化學穩定性高，脫除困難。
進一步，本發明可實現鹼液與清水周期性交替通入反應腔中，交替間隔及相應動作可由外接控制器、相應電磁閥及真空氣泵配合完成。
進一步，本發明中承壓腔設置有放氣電磁閥，其自動開閉動作由外接控制器進行控制，與鹼液及清水通入的周期相對應，以保證流通順利，並與穩壓氣泵配合保證脫芯反應時系統內的壓力。
進一步，本發明中的反應腔、清水腔及鹼液腔均採用蒙乃爾合金材料製造，可保證三者在高溫高濃度鹼液工況下的工作壽命，這是因為蒙乃爾合金具有較強的耐高溫和耐鹼液腐蝕能力。
進一步，本發明可在鹼液-清水交替循環過程中較為徹底地抽吸鹼液或者清水，這是因為反應腔的底部開設有與清水腔及鹼液腔下部管道相配合的凹槽，保證抽吸後期鹼液或者清水匯集至凹槽位置，從而實現鹼液或清水被較為徹底地抽吸乾淨。
本發明提供的一種可提高陶瓷型芯脫芯效率的方法，先將待脫芯葉片放置在反應腔中，並將鹼液腔中的鹼液通入反應腔中，接下來通過包裹在反應腔外部的加熱爐絲對整個系統進行加熱，到達指定溫度後，靠外接的穩壓氣泵調節系統內的壓力，使壓力保持在指定範圍內，此時脫芯反應開始進行。反應一段時間後，將放氣電磁閥打開以對系統進行洩壓，並通過真空氣泵及相應電磁閥聯動將鹼液吸回到鹼液腔內，然後將清水通入到反應腔中，此時清水處於沸騰狀態，靠其沸騰力衝刷型芯表面的脫芯反應產物，以使新的型芯表面暴露出來。然後將清水吸回到清水腔並再次通入鹼液，循環上述步驟數次直至陶瓷型芯脫除乾淨。
附圖說明
圖1是本發明的結構示意圖。
圖中：1、電磁換向閥；2、真空氣泵；3、鹼液腔；4、鹼液腔電磁閥；5、放氣電磁閥；6、承壓腔；7、穩壓氣泵；8、反應腔；9、清水腔電磁閥；10、清水腔。
具體實施方式
下面結合實施例對本發明做進一步的詳細說明，以下實施例是對本發明的解釋而本發明並不局限於以下實施例。
實施例：
如圖1所示，本發明提出的一種能提高陶瓷型芯脫芯效率的方法及設備，其中設備包括：電磁換向閥1、真空氣泵2、鹼液腔3、鹼液腔電磁閥4、放氣電磁閥5、承壓腔6、穩壓氣泵7、反應腔8、清水腔電磁閥9和清水腔10，具體結構如下：
1)承壓容器為承壓腔6，腔體設置有放氣口及放氣電磁閥5，頂部開蓋可取放葉片；承壓腔6與穩壓氣泵7連通。
2)反應腔8置於承壓腔6內，反應腔8底部有兩處凹槽分別與清水腔10和鹼液腔3下的管道相配合，用於把反應腔8內的液體儘量吸乾淨，反應腔8外設置有加熱爐絲對反應腔8進行加熱。
3)在承壓腔6上面設置清水腔10和鹼液腔3，兩個腔體底部均有管道通入反應腔8底部對應的凹槽內，兩條管道上分別設置有鹼液腔電磁閥4和清水腔電磁閥9；清水腔10和鹼液腔3上部與真空氣泵2連接，用於抽取各自腔體中的液體。
工作時，先將待脫芯葉片放置在反應腔中，並將鹼液腔中的鹼液通入反應腔中，接下來通過包裹在反應腔外部的加熱爐絲對整個系統進行加熱，到達指定溫度後，靠外接的穩壓氣泵調節系統內的壓力，使壓力保持在指定範圍內，此時脫芯反應開始進行。反應一段時間後，將放氣電磁閥打開以對系統進行洩壓，並通過真空氣泵及相應電磁閥聯動將鹼液吸回到鹼液腔內，然後將清水通入到反應腔中，此時清水處於沸騰狀態，靠其沸騰力衝刷型芯表面的脫芯反應產物，以使新的型芯表面暴露出來。然後將清水吸回到清水腔並再次通入鹼液，循環上述步驟數次直至陶瓷型芯脫除乾淨。
以下是一個具體的實施例。
1)將待脫芯的某型號葉片放置入反應腔8中，在清水腔10和鹼液腔3中分別注入清水和70％質量濃度的強鹼液，然後使設備密封。
2)打開鹼液腔電磁閥4，調整電磁換向閥1，使鹼液腔3中的鹼液通入反應腔8中，打開加熱及穩壓氣泵7，使系統內壓力保持在3±0.5mpa範圍內。
3)待系統內溫度升到380℃後，開始保溫，反應3小時後，關閉穩壓氣泵7並打開放氣電磁閥5對系統進行洩壓，然後由真空氣泵2將反應腔8內的鹼液全部吸回鹼液腔3內；接下來關閉鹼液腔電磁閥4，同時使電磁換向閥1換向，打開清水腔電磁閥9，使清水通入反應腔8中，此時清水會劇烈沸騰，沸騰力可將陶瓷型芯表面覆蓋的脫芯反應產物衝刷乾淨；10分鐘後將清水吸回到清水腔10中，關閉清水腔電磁閥9，然後使電磁換向閥1換向，打開鹼液腔電磁閥4使鹼液再次通入反應腔8中，關閉放氣電磁閥5並打開穩壓氣泵7使系統內壓力再次回到指定壓力範圍並保持恆定，脫芯反應繼續進行。
4)重複上述步驟，直至陶瓷型芯全部脫除乾淨，對系統洩壓，降溫，然後取出葉片即可。