高温透平叶片增材制造技术 - 先进燃气轮机设计制造基础专著系列 - 中国高校教材图书网
| 内容简介： |
《高温透平叶片增材制造技术/先进燃气轮机设计制造基础专著系列》针对目前涡轮叶片制造技术的难点和未来发展高冷却效率涡轮叶片制造的需求，介绍了两种基于增材制造技术（3D打印）的空心叶片制造技术方法。第1种方法是光固化原型的空心叶片内外结构一体化铸型制造方法，该技术与现有叶片铸造技术结合可以提升空心叶片制造效率和复杂内腔结构制造能力。第二种方法是激光直接成形方法制造涡轮叶片技术，该方法是为空心叶片制造探索新的工艺途径。相关研究为解决复杂涡轮叶片制造提供了新的制造技术路线，具有良好的工程应用前景。
《高温透平叶片增材制造技术/先进燃气轮机设计制造基础专著系列》主要为从事涡轮动力装备设计与制造、增材制造技术研究的工程技术人员和科研人员提供新技术参考。
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| 作者简介： |
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| 章节目录： |
第1章 绪论
1．1 透平叶片制造的国内外现状
1．2 透平叶片增材制造研究进展
1．2．1 型芯型壳一体化铸型制造技术
1．2．2 激光金属直接成形技术
参考文献
第2章 凝胶注模原理
2．1 凝胶注模原理
2．2 凝胶注模模具
2．3 陶瓷浆料
2．3．1 陶瓷浆料制备
2．3．2 陶瓷浆料的粘度
2．3．3 粘度预测理论模型
2．4 陶瓷浆料充型能力
2．5 真空振动成形
2．6 本章小结
参考文献
第3章 陶瓷铸型坯体冷冻干燥
3．1 引言
3．2 陶瓷铸型坯体冷冻干燥
3．2．1 冷冻干燥原理
3．2．2 冷冻过程
3．2．3 升华干燥
3．3 陶瓷铸型坯体冷冻干燥特性
3．3．1 冷冻干燥坯体力学性能
3．3．2 冷冻干燥收缩率
3．3．3 临界干燥收缩率
3．4 冷冻干燥工艺能力评价
3．5 本章小结
参考文献
第4章 陶瓷铸型坯体脱脂工艺
4．1 引言
4．2 热应力计算
4．2．1 变形协调方程
4．2．2 热应力求解
4．2．3 结果分析
4．3 实验准备
4．3．1 光固化树脂原型热解特性
4．3．2 光固化树脂原型弹性模量
4．3．3 热膨胀系数测定
4．3．4 陶瓷坯体性能
4．4 有限元分析
4．4．1 有限元模型建立
4．4．2 求解方案
4．4．3 求解过程
4．4．4 结果讨论
4．5 脱脂工艺
4．6 本章小结
参考文献
第5章 陶瓷铸型综合性能
5．1 引言
5．2 综合性能测试
5．3 q收缩率理论计算
5．4 陶瓷配方优化
5．5 烧结工艺
5．5．1 烧结工艺参数
5．5．2 烧结工艺方案
5．6 真空压力浸渍
5．6．1 浸渍深度理论计算
5．6．2 真空压力浸渍实验
5．6．3 多次浸渍
5．7 浸渍强化机理
5．8 本章小结
参考文献
第6章 透平叶片快速制造
6．1 铸型的型芯型壳连接结构
6．1．1 光固化原型结构设计
6．1．2 型芯型壳连接结构优化
6．2 透平叶片的浇注工艺
6．2．1 浇注系统设计
6．2．2 浇注系统模拟优化
6．2．3 浇注工艺优化
6．3 制造实例
6．3．1 双层壁透平叶片
6．3．2 带有扩张一收缩气膜孔透平叶片
6．3．3 工艺比较
6．4 透平叶片的微观组织与精度
6．5 本章小结
参考文献
第7章 激光金属直接成形同轴粉末流场特征
7．1 引言：
7．2 同轴粉末流场数值模拟
7．2．1 同轴喷嘴模型
7．2．2 计算与分析
7．2．3 实例
7．3 实体结构对粉末流场汇聚特性的影响规律
7．3．1 实体结构的建模
7．3．2 参数设计与网格划分
7．3．3 计算与分析
7．3．4 实例
7．4 本章小结
参考文献
第8章 激光金属直接成形工艺
8．1 引言
8．2 工艺参数对单道成形尺寸的影响
8．2．1 单道成形尺寸的理论推导
8．2．2 实验验证
8．2．3 工艺参数
8．3 工艺参数对单道多层成形的影响
8．3．1 评价指标
8．3．2 激光功率
8．3．3 z轴增量
8．3．4 粉末流场离焦量
8．4 工艺参数对多道多层成形的影响
8．4．1 评价指标和成形特征
8．4．2 搭接率
8．4．3 变速度
8．5 本章小结
参考文献
第9章 激光金属直接成形残余应力
9．1 引言
9．2 薄壁件几何结构对残余应力的影响
9．2．1 物理模型
9．2．2 残余应力模拟计算
9．2．3 实验验证
9．3 扫描路径对薄壁件残余应力的影响
9．3．1 实验方法
9．3．2 实验结果
9．3．3 实验分析
9．4 薄壁透平叶片样件的制造
9．5 本章小结
参考文献
第10章 激光金属直接成形组织
10．1 引言
10．2 Dzl25L高温合金的LMDF成形组织
10．2．1 DZl25L高温合金
10．2．2 单层定向晶生长特点
10．2．3 多层定向晶生长特点
10．2．4 定向生长的影响因素
10．2．5 组织缺陷
10．2．6 力学性能
10．3 液氩冷却对定向组织生长的影响
10．3．1 液氩喷射实验
10．3．2 结果与分析
10．4 本章小结
参考文献
第11章 激光金属直接成形透平叶片
11．1 引言
11．2 透平叶片扫描路径
11．2．1 光栅式扫描路径
11．2．2 轮廓式扫描路径
11．2．3 混合式扫描路径
11．3 透平叶片IMI)F成形温度场特征
11．3．1 数理模型建立
11．3．2 模拟结果分析
11．3．3 实验验证
11．4 透平叶片制造
11．4．1 单层壁空心透平叶片
11．4．2 双层壁空心透平叶片
11．5 本章小结
参考文献
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| 精彩片段： |
涡轮叶片是重型燃气轮机、航空发动机和船用燃气轮机的核心部件，由于其处于涡轮机温度最高、应力最复杂、环境最恶劣的部位而被列为第一关键件。英国著名的航空发动机公司——罗尔斯·罗伊斯公司CEOJhonRose爵士称其为制造业“王冠上的明珠”。空心涡轮叶片的性能水平（特别是承温能力）成为涡轮机械动力设备先进程度的重要标志，在一定意义上，也是一个国家制造技术水平的标志。涡轮叶片制造技术是国内外近20年来极为关注的重大技术问题，科学家与工程技术人员在不懈地探索叶片设计、材料与制造的科学原理和实现技术。本书的主要内容来自承担国家重点基础研究发展计划（973）项目“大型动力装备制造基础研究”之课题4“复杂构件的控形控性制造方法研究”。在课题研究中力图突破现有的传统涡轮叶片制造技术，从增材制造这一新兴制造方法方面探索涡轮叶片制造的新技术。
现有涡轮熔模铸造工艺过程周期长，特别是陶瓷型芯型壳的多步成型组合方法，组合时极易产生装配误差，造成叶片穿孔，成品率低，无法满足新型叶片设计要求。针对目前涡轮叶片制造技术的难点和未来发展高冷却效率涡轮叶片制造的需求，开展了两种以增材制造为特点的新技术研究，一种方法是基于光固化原型的空心叶片内外结构一体化铸型制造方法，第二种方法是激光直接成形方法制造涡轮叶片技术。基于国家重点基础研究计划课题的研究成果形成了本书的主要内容。书中主要介绍了两种基于增材制造技术（3D打印）的空心叶片制造的研究成果。
本书安排了11章内容。第1章绪论介绍了涡轮叶片制造的基本情况以及增材制造技术在涡轮叶片制造方面的初步研究。第2章到第6章介绍了基于光固化原型的空心叶片内外结构一体化铸型制造方法，该部分阐述了一体化铸型制造原理，研究了陶瓷铸型精度与性能调控方法，论述叶片铸型制造工艺，并进行了制造精度评价。该技术与现有叶片铸造技术结合可以提升空心叶片制造效率和复杂内腔结构制造能力。第7章到第11章介绍了激光直接成形方法制造涡轮叶片技术，介绍了激光直接成形过程装备系统，分析了激光成形过程中的结构成形稳定机制，研究了成形过程中定向晶组织的调控方法，实现了叶片制作与精度控制。该方法是为空心叶片制造探索新的工艺途径。研究工作表明，相关研究可以实现复杂冷却结构、异形气膜孔的涡轮叶片快速制造，为解决复杂涡轮叶片制造提供了新的制造技术路线，具有良好的工程应用前景。
本书主要为从事涡轮动力装备设计与制造、增材制造技术研究的工程技术人员和科研人员提供新技术参考。
在相关研究和本书的成稿过程中，得到了西安交通大学卢秉恒院士、虞烈教授和“大型动力装备制造基础研究”首席科学家王铁军教授的指导和帮助，课题相关合作单位东方汽轮机有限公司的王为民总工程师、王建录总工程师、赵世全副总工程师、杨功显副总工程师，清华大学黄天佑教授、康进武副教授等给与了协助和支持。在相关研究中，科研团队的研究生吴海华、朱刚贤、贺斌、苗恺、DoXuanTuoi、夏磊、谢磊、同颖稚、郭永娜、郭楠楠、崔锋录、孙博、徐东阳、陈晓杰、左艳峰、周志敏、邓星、张利峰、皮刚、付伟、同治强、路桥潘等在研究中做了大量的研究工作。在此一并感谢。
涡轮叶片制造是一个多学科和多技术综合的难题，需要科研人员和工程技术人员不断探索和实践。本书内容只是其中的一个新方法和新工艺探索，尚有许多问题需要研究和实践。书中有许多不足和问题，诚恳期待读者和专家给予批评和指正。
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