CN204799897U - 燃烧室浮动壁瓦片精密铸造模具 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃烧室浮动壁瓦片精密铸造模具，包括底座以及在底座上依次安装的前模、后模、顶针板和限位板，且前模、后模、顶针板和限位板能够合模并配合形成用于零件一次成型的腔体，前模、后模、顶针板和限位板上安装有用于合模后锁紧的楔形锁紧机构；后模的壁上设置有第一通孔；在前模和后模处于合模状态时，顶针板与后模之间留有间隙，在前模和后模处于开模状态时，顶针板与后模相接；且顶针板上固定安装有若干个顶针，顶针均穿入第一通孔。本实用新型能够有效定位加工气膜孔及绕流柱，能够很好地成型零件上的安装台和螺栓柱，实现了零件圆锥面一次成型，同时使零件顺利出模、无变形、无损坏，无需后续热压，有效地提高了零件的生产效率和合格率。

Description

燃烧室浮动壁瓦片精密铸造模具

【技术领域】

本实用新型属于精密铸造模具领域，尤其涉及燃烧室浮动壁瓦片精密铸造模具。

【背景技术】

燃烧室是航空发动机三大部件之一，位于压气机和涡轮之间，用来将燃油中的化学能转变为热能，将压气机增压后的高压空气加热到涡轮前允许温度，以便进入排气装置做功，涡轮前温度正是衡量发动机性能的重要指标。目前世界先进的短环型燃烧室，采用了新的浮动璧结构，在使用短环型结构的情况下减少应力、使用高熔点材料全面提升了燃烧室的性能。

现有瓦片铸造工艺主要是熔模铸造，先用蜡制作所要铸成零件的蜡件，然后在蜡件上沾砂制成砂模，用热水或蒸汽融化去除砂模中的蜡，最后用剩下的砂壳进行零件铸造。考虑到蜡件出模瞬间极易变形展开，无法保证零件尺寸需求，必须在零件某个部位增加加强筋，保证出模时零件不变型。而通常铸造工艺是在蜡件制壳前还要焊接浇注冒口，这使得蜡件又产生了二次变形。

同时由于浮动壁瓦片厚度只有1-1.2mm并且上面布满了上千个绕流柱和气模孔，在一个面积为150×60平方毫米表面上有500个直径为1.2mm-1.5mm的绕流柱和400个直径为1.3mm的气膜孔，同时这些绕流柱和气膜孔是分布在圆锥面上的，所以其上的绕流柱之间存在4°～13°的角度分布，因此精铸模具制造非常困难。现有的铸造工艺是将瓦片做成平面，见附图1，待浇注成型后，再通过热校正模具热弯曲模压制成圆锥面，这种铸造工艺对模具制造来说相对简单。但是浇注出来的浮动壁瓦片经过热压弯曲后有内应力产生，极易出现裂纹，发动机有安全隐患存在，零件合格率偏低。而瓦片一次成型形成圆锥面，主要存在以下几个难点问题，目前还没有相应的模具能够解决这些问题：

1)模具设计时要考虑冒口连接处的小孔成型难题，当零件铸造成型切掉冒口后如何将小孔打通，保证零件的最终尺寸；

2)上千个小孔及绕流柱在圆锥面上的定位加工难题；

3)零件的5个螺栓柱在法线上的抽芯难题，螺栓柱是沿法向分布的，无法沿模具的开模方向抽取；

4)绕流柱在模具中因困气无法充满的难题，上百个绕流柱在模具上是盲孔，压注时有空气存在型孔无法充满，尺寸精度难以保证；

5)如此薄壁零件在模具中的出模问题，如何让蜡件顺利出模、无变形、无损坏，模具操作顺畅，是亟待解决的问题。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于克服现有技术中存在的问题，提供一种能够一次成型的燃烧室浮动壁瓦片精密铸造模具。

为了达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

包括底座以及在底座上依次安装的前模、后模、顶针板和限位板，且前模、后模、顶针板和限位板能够合模并配合形成用于零件一次成型的腔体，前模、后模、顶针板和限位板上安装有用于合模后锁紧的楔形锁紧机构；后模的壁上设置有第一通孔；在前模和后模处于合模状态时，顶针板与后模之间留有间隙，在前模和后模处于开模状态时，顶针板与后模相接；且顶针板上固定安装有若干个顶针，顶针均穿入第一通孔，且其中一部分顶针的端部位于第一通孔内，形成用于零件上的绕流柱成型的绕流柱型腔，剩余顶针的端部穿入腔体内与前模相接；后模、顶针板和限位板上开设有相连通的第二通孔和第三通孔，且第二通孔内活动安装有用于零件上的安装台成型的重叠抽芯，第三通孔内活动安装有用于零件上的螺栓柱成型的筒状抽芯。

进一步地，在前模上安装有上抽芯，形成用于与零件相连的冒口成型的冒口型腔，穿入腔体内的顶针端部与上抽芯和前模相接。

进一步地，后模和限位板固定安装在底座上，前模和顶针板能够滑动，且前模和顶针板上设置有同步脱模装置。

进一步地，同步脱模装置包括能够旋转带动顶针板朝后模运动并复位的杠杆扳手，杠杆扳手安装在限位板上，顶针板上安装有与前模相接的随动顶杆。

进一步地，底座水平设置且其上安装有用于前模滑动的导轨，前模和后模均为竖直设置，形成卧式开模结构。

进一步地，楔形锁紧机构包括上锁紧机构以及在后模上设置的下锁紧机构，在前模的外侧安装合模块，合模块与限位板的外侧均为斜面，形成上端尺寸小于下端尺寸的楔形，上锁紧机构紧密扣合在该楔形上且与下锁紧机构配合相接。

进一步地，顶针与后模上的第一通孔之间为间隙配合。

进一步地，限位板上设置有配合的用于筒状抽芯开模的弹簧和定位波珠。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益的技术效果：

本实用新型通过在前模上设置第一通孔，并在第一通孔中穿入配合的顶针，由第一通孔和端部在第一通孔内的顶针配合形成绕流柱型腔，满足型腔深度要求，实现了带有密布小圆柱类零件的成形；同时由剩余的顶针端部和前模相接，用于形成气膜孔，能够有效定位加工气膜孔及绕流柱，而第二通孔及重叠抽芯的设置，能够很好地用于成型零件上的安装台，第三通孔及筒状抽芯的设置，能够很好地用于成型零件上的螺栓柱，使本实用新型在应用中快速、便捷，同时在零件成型后，重叠抽芯和筒状抽芯是活动安装，可以直接抽出，有效避免与顶针之间的干涉，也就避免了与锥面零件上绕流柱之间的干涉，不会对绕流柱造成损坏；在前模和后模开模后，再通过顶针板与后模相接，此时顶针板将带动顶针顶出零件，其中的第一通孔起到了很好的导向作用，同时保证了对于零件的顶出力均匀，防止因为用力不当所导致绕流柱的断裂，本实用新型实现了零件圆锥面一次成型，同时使零件顺利出模、无变形、无损坏，无需后续热压，有效地提高了零件的生产效率和合格率。

进一步地，本实用新型通过设置上抽芯，直接将冒口与零件合并成整体，即起到了加强防变形作用，又避免了焊接冒口时产生的二次变形，同时也提高了生产效率。

进一步地，本实用新型通过设置同步脱模装置，有效保证零件顶出过程中的稳定性。

进一步地，本实用新型通过设置杠杆扳手，通过杠杆原理设计压杆可以轻松地完成顶针板的顶出和复位，同时通过设置随动顶杆，在顶针板带动顶针顶出时，能够有效推动零件和前模一起运动，使零件取出，且避免翻倒。

进一步地，本实用新型通过采用卧式开模结构，简化了模具结构，使各个方向抽芯便于锁紧和抽取。

进一步地，本实用新型楔形锁紧机构安装方便，锁紧快速稳定。

进一步地，本实用新型顶针与后模上的第一通孔之间采用间隙配合，保证零件成形过程中的排气，有效保证零件的尺寸精度。

【附图说明】

图1是现有瓦片零件按平面展开，浇注后热弯曲的结构示意图；

图2是本实用新型顶出系统及自动起模机构的结构示意图；

图3是本实用新型去掉上锁紧机构的结构示意图。

图4是本实用新型的结构示意图；

图5是本实用新型的俯视图；

图6是本实用新型顶针板和顶针的正面结构示意图；

图7是本实用新型顶针板和顶针的背面结构示意图；

图8是本实用新型中瓦片零件的圆锥一次成型并带浇注冒口的结构示意图；

其中，1-底座，2-前模，3-后模；4-顶针板，5-顶针，6-杠杆扳手，7-随动顶杆，8-零件，9-冒口，10-绕流柱，11-螺栓柱，12-上抽芯；13焊接点，14-下锁紧机构，15-限位板；16-导轨；17-重叠抽芯，18-上锁紧机构。

【具体实施方式】

下面结合附图对本实用新型做进一步详细说明。

参见图2至图7，本实用新型包括水平的底座1以及在底座1上从前往后依次竖直安装的合模块、前模2、后模3、顶针板4和限位板15。参见图8，由本实用新型形成的零件8和冒口9为一体式结构，其上还包括若干个绕流柱10、若干个气膜孔、五个螺栓柱和四个安装台。

参见图2至图5，底座1上设置导轨16，前模2能够在底座1的导轨16上前后滑动，顶针板4也能够前后滑动，后模3和限位板15固定，形成卧式开模结构；前模2上安装有上抽芯12，上抽芯12与后模3配合相接，形成零件8和冒口9一体成型的腔体，且其中上抽芯12上包括若干个凸块，并卡入前模2的凹槽内，形成用于冒口9成型的冒口型腔，上抽芯12与后模3、顶针板4和限位板15相配合形成零件8一次成型的型腔。

零件8的成型结构：后模3的壁上设置有第一通孔；在前模2和后模3处于合模状态时，顶针板4与后模3之间留有间隙，在前模2和后模3处于开模状态时，顶针板4与后模3相接。

参见图6至图7，顶针板4上固定安装有若干个顶针5，顶针5均穿入第一通孔，且其中一部分顶针5的端部位于第一通孔内，形成用于零件8上的绕流柱10成型的绕流柱型腔，剩余顶针5的端部与上抽芯12和前模2相接，用于成型零件8上的若干气膜孔；后模3、顶针板4和限位板15上开设有相连通的第二通孔和第三通孔，且第二通孔内安装有活动的重叠抽芯17，用于零件8上的安装台成型，其中重叠抽芯17是将用于成型零件8上安装台内孔的柱形芯与用于成型安装台外环的镶块连接一起形成的，重叠抽芯17上的柱形芯与镶块端部均将与上抽芯12和前模2相接，便于形成安装台内孔和外环；第三通孔内活动安装有用于零件8上的螺栓柱11成型的筒状抽芯，在限位板15上设置有配合的用于使筒状抽芯开模的弹簧和定位波珠。

前模2和顶针板4上设置有同步脱模装置，包括安装在限位板15上的杠杆扳手6，顶针板4上安装有与前模2相接的随动顶杆7，杠杆扳手6能够转动且与顶针板4相接，在杠杆扳手6转动时将推动顶针板4朝其前侧的后模3运动，同时顶针板4上的随动顶杆7将推动前模2朝前侧滑动，顶针板4上的顶针5将推动零件8，使零件8和前模2同步脱模。

顶针5与后模3上的第一通孔之间为间隙配合，保证零件成形过程中的排气，有效保证零件的尺寸精度。

前模2、后模3、顶针板4和限位板15上安装有用于合模后锁紧的楔形锁紧机构，楔形锁紧机构包括上锁紧机构18以及在后模3上设置的下锁紧机构14，合模块与限位板15的外侧均为斜面，形成上端尺寸小于下端尺寸的楔形，上锁紧机构18紧密扣合在该楔形上且与下锁紧机构14配合相接。

本实用新型主要工作过程及原理：首先在前模2上卡入上抽芯12，然后将上抽芯12和后模3进行合模，此时部分顶针5的端部将和上抽芯12和前模2贴合，顶针板4和限位板15相接，然后在后模3上穿入重叠抽芯17和筒状抽芯，通过上锁紧机构18和下锁紧机构14进行锁紧，并在和模块与前模2相接处设置注蜡口，从注蜡口注入蜡进行零件8和冒口9的成型，成型后，依次取下上锁紧机构18和上抽芯12，此时配合的弹簧和定位波珠将对筒状抽芯进行开模，取出重叠抽芯17，然后再通过杠杆扳手6推动顶针板4，顶针板4上的顶针5推动零件8和冒口9，同时顶针板4上的随动顶杆7推动前模2，进行零件8、冒口9和前模2的同步脱模，直至顶针板4与后模3相接，将绕流柱10完全推出第一通孔，将安装台推出第二通孔，通过杠杆扳手6带动顶针板4自动复位；然后推动前模2沿导轨16向前侧滑动，直至螺栓柱11完全脱离第三通孔，取出一体的零件8和冒口9，完成一次成型。

本实用新型使零件8和冒口9在前模2和后模3等形成的腔体中能够一次成型，本实用新型提供了能够使瓦片铸件一次成型、无需后续热压弯曲工序的精密铸造模具，并能在模具上解决蜡件出模后的变形难题，用于生产涡扇发动机燃烧室浮动壁瓦片的精铸模具，对浮动壁瓦片铸件制造精度起着关键作用。

本实用新型就是针对新型的短环型燃烧室浮动壁瓦片而研制的精密铸造模具，采用卧式模具结构，将模具的成型面由原来的平面成型改为圆锥面成型，在外圆锥面上直接将冒口9与零件8合并成整体，这样即起到了加强防变形作用，又避免了焊接冒口时产生的二次变形，同时也提高了生产效率，实现了本行业首次圆锥形浮动壁瓦片一次成型。本次模具主要采用了自动分模技术、合理分布模具抽芯位置和浇注系统一体化结构，均代表了本行业精铸模具设计的最高水平，将铸造工艺改为零件8圆锥面精铸成型，无需后续热压，以此提高零件合格率；在模具的加工中创新的使用了激光打孔、高精度电切削、多顶针5与顶针板4的激光焊接技术以及多顶针整体高速铣加工顶型技术等完成了绕流柱和气膜孔的小孔加工，极大提高了精密零件的加工范围，并克服了一系列难题。

1)确定开模方向：首先确立了零件8在模具中的摆放位置，将传统的上下开模方式，改进为卧式开模方式，使用上抽芯12完成冒口的成型工作，设计随动顶杆7，在顶针板4推动顶针5完成带有绕流柱孔和气膜孔的零件8脱出的同时，镶在顶针板4上的随动顶杆7推动前模2向前运动最终彻底将零件8取出。这样的方法解决卧式模具在零件8推出时容易翻倒导致损坏的情况，创新的实现了浇注系统一体成型零件8和冒口9的结构。同时模具运动中有在底板上的导轨16及前模2和后模3的两侧的随动顶杆7同时导向，使模具更加平稳、顺畅。

2)设计合模锁紧和自动开模结构，利用安装于限位板15内的弹簧和定位波珠完成筒状抽芯的开模动作，利用楔形压紧结构通过竖直的合模压力的侧向分力来完成合模动作以及模具锁紧，实现所有侧型芯的自动工作和顶针板4的复位运动。通过杠杆原理设计压杆可以轻松地完成顶针板4的顶出从而推动零件8、冒口9和前模2运动，使零件8完全脱离模板，从而实现零件8的取出。

3)绕流柱10及气膜孔的加工：绕流柱10是沿圆柱成型的，在模具上为了加工方便，首先在后模3上做成第一通孔再用顶针5堵上，第一通孔由于尺寸较小，先用数控打孔机的激光打进丝孔，再用慢走精密线(丝线)切割而成。随后将顶针5镶入顶针板4通过上激光焊接牢固后再用高速铣加工顶针5顶型满足型腔深度要求，其中部分顶针5的端部在第一通孔内，形成绕流柱型腔，另一部分完全穿过第一通孔，并与前模2和上抽芯12右侧的端面相接，便于成型零件8上的气膜孔。

4)解决绕流柱10困气及零件8顶出的难题

由于零件8的特殊性，绕流柱10很难出模，并且因困气导致零件8充不满。解决的方法是在后模3上做成第一通孔，每个第一通孔配上顶针5，利用顶针5顶出绕流柱10，也利用顶针5与第一通孔之间的间隙配合来保证零件8成形过程中的排气。再将顶针5通过激光焊接的方式固定在顶针板4上，利用后模3的过孔完成导向，同时保证了本实用新型开模过程中对于零件8的顶出力均匀，防止因为用力不当所导致绕流柱10的断裂。

5)解决螺栓柱抽块及补孔难题

由于螺栓柱11和安装台与瓦片弧面成法向方向，需要重叠抽芯17和筒状抽芯来完成成型。但是由于螺栓柱11、安装台和顶针5之间的距离都很近，法向抽芯会形成干涉。所以采用了重叠镶块设计技术以及活动安装重叠抽芯17和筒状抽芯，避开了干涉部位。当零件浇注完成后切掉冒口的位置有小孔没有铸出来，可用激光在铸件上补加工。

本实用新型的零件8即为浮动壁瓦片，其结构示意图参见图6，本实用新型有效提高了瓦片铸件的合格率，为今后的新机科研奠定了坚实的基础，使燃烧室浮动瓦片的制造技术有了飞速的提高，为我国研制四代航空发动机在精铸模具的设计制造方面积累了丰富的经验，给以后类似零件精铸模具设计制造提供了技术依据。

在本实用新型中，采用了重叠镶块设计技术、全部绕流柱自动顶出系统、蜡件防变形结构、气模孔及绕流柱的加工技术，解决了小孔深孔成型难题、零件顶出难题、沿圆锥法向的螺柱和安装台成型难题。使模具在应用中快速、便捷，有效地提高了蜡件的生产效率和合格率。此套模具是近年来系列瓦片模具制造中制造精度最高、制造工艺最先进的模具，具有很强的综合技术代表性，为今后类似的模具积累了丰富的经验。

Claims (8)

1.燃烧室浮动壁瓦片精密铸造模具，其特征在于：包括底座(1)以及在底座(1)上依次安装的前模(2)、后模(3)、顶针板(4)和限位板(15)，且前模(2)、后模(3)、顶针板(4)和限位板(15)能够合模并配合形成用于零件(8)一次成型的腔体，前模(2)、后模(3)、顶针板(4)和限位板(15)上安装有用于合模后锁紧的楔形锁紧机构；后模(3)的壁上设置有第一通孔；在前模(2)和后模(3)处于合模状态时，顶针板(4)与后模(3)之间留有间隙，在前模(2)和后模(3)处于开模状态时，顶针板(4)与后模(3)相接；且顶针板(4)上固定安装有若干个顶针(5)，顶针(5)均穿入第一通孔，且其中一部分顶针(5)的端部位于第一通孔内，形成用于零件(8)上的绕流柱(10)成型的绕流柱型腔，剩余顶针(5)的端部穿入腔体内与前模(2)相接；后模(3)、顶针板(4)和限位板(5)上开设有相连通的第二通孔和第三通孔，且第二通孔内活动安装有用于零件(8)上的安装台成型的重叠抽芯(17)，第三通孔内活动安装有用于零件(8)上的螺栓柱(11)成型的筒状抽芯。

2.根据权利要求1所述的燃烧室浮动壁瓦片精密铸造模具，其特征在于：在前模(2)上安装有上抽芯(12)，形成用于与零件(8)相连的冒口(9)成型的冒口型腔，穿入腔体内的顶针(5)端部与上抽芯(12)和前模(2)相接。

3.根据权利要求1所述的燃烧室浮动壁瓦片精密铸造模具，其特征在于：后模(3)和限位板(15)固定安装在底座(1)上，前模(2)和顶针板(4)能够滑动，且前模(2)和顶针板(4)上设置有同步脱模装置。

4.根据权利要求3所述的燃烧室浮动壁瓦片精密铸造模具，其特征在于：同步脱模装置包括能够旋转带动顶针板(4)朝后模(3)运动并复位的杠杆扳手(6)，杠杆扳手(6)安装在限位板(15)上，顶针板(4)上安装有与前模(2)相接的随动顶杆(7)。

5.根据权利要求1或3所述的燃烧室浮动壁瓦片精密铸造模具，其特征在于：底座(1)水平设置且其上安装有用于前模(2)滑动的导轨(16)，前模(2)和后模(3)均为竖直设置，形成卧式开模结构。

6.根据权利要求1所述的燃烧室浮动壁瓦片精密铸造模具，其特征在于：楔形锁紧机构包括上锁紧机构(18)以及在后模(3)上设置的下锁紧机构(14)，在前模(2)的外侧安装合模块，合模块与限位板(15)的外侧均为斜面，形成上端尺寸小于下端尺寸的楔形，上锁紧机构(18)紧密扣合在该楔形上且与下锁紧机构(14)配合相接。

7.根据权利要求1所述的燃烧室浮动壁瓦片精密铸造模具，其特征在于：顶针(5)与后模(3)上的第一通孔之间为间隙配合。

8.根据权利要求1所述的燃烧室浮动壁瓦片精密铸造模具，其特征在于：限位板(15)上设置有配合的用于筒状抽芯开模的弹簧和定位波珠。