一种钛合金铸件、型壳及型壳制备方法与流程

1.本发明属于钛合金铸件熔模铸造技术领域，具体涉及一种钛合金铸件、型壳及型壳制备方法。


背景技术：

2.钛合金熔模铸造是工业制造高尺寸精度、低表面粗糙度、复杂结构产品的主要方法，已被广泛用于制造航空航天、石油、化工等领域部件。其铸造工艺中设计的浇注系统形成铸件浇注过程的金属液通道，同时也支承整个模组在涂料工序的操作。近年来，随着钛合金精密铸造技术和精密铸件的技术水平、铸件应用数量的提升，铸件结构设计上不断出现大型铸件和复杂多结构集成铸件，这就对铸造过程中蜡模、型壳或铸件的形状轮廓精度均提出了更高的要求；例如，一类用于航空航天工业领域的钛合金薄壁机匣类零件，在型壳制备过程中一般采用复杂浇注系统，辅助以金属芯骨和拉筋来提升型壳整体刚度。具体的，首先根据浇注系统设置具有纵向支撑和横向支撑的金属芯骨，然后将金属芯骨内置于浇道盘中，压蜡后形成内置芯骨的浇道盘，并利用金属的纵向支撑和横向支撑的刚性连接支承模组重量。后续经组模和涂料完成型壳制备，为保证整体强度要在浇口面协调拉筋。
3.但是由于芯骨要预埋在浇道盘内，后续型壳制备完成要从型壳内取出，因此存在一些风险，具体如下：
4.1.要求芯骨必须表面清洁，不能带入杂质影响型壳质量；
5.2.芯骨外轮廓受浇道设计尺寸限制，芯骨结构强度有局限性，特别回收使用过程中易变形报废；
6.3.芯骨之间配合组装要求有一定精度，以保证浇道盘尺寸；
7.4.型壳制备完成后在芯骨抽出型壳过程中易导致型壳内部划伤、磕碰；
8.5.增加拉筋会增加模组复杂程度，淋砂过程工艺易产生遮挡，导致型壳出现质量问题。
9.即，虽然上述工艺保证了型壳制备过程中的强度问题，加大了型壳结构复杂程度和质量的控制难度，导致型壳制备过程涂挂不均匀，后续干燥和焙烧过程出现型壳开裂、破损等缺陷，铸件浇注过程中形成铸件内处部冶金缺陷，往往在浇铸成型以后还要对铸件进行补焊或修复，对铸件的表面质量影响很大，从而无法达到高尺寸精度和高表面粗糙度铸件的设计要求，导致铸件报废。


技术实现要素：

10.本发明的目的在于提供一种钛合金铸件、型壳及型壳制备方法，以至少解决上述钛合金铸件型壳制作过程中的一个问题。
11.本发明第一方面提供了一种钛合金铸件的型壳制备方法，包括：
12.s1：针对钛合金铸件结构和浇注系统方案制作支撑芯骨和中心芯骨；
13.s2：针对钛合金铸件结构制作内置所述中心芯骨的浇注系统蜡模；
14.s3：针对钛合金铸件结构制作结构件蜡模和冒口蜡模；
15.s4：将所述浇注系统蜡模和所述冒口蜡模连接于所述结构件蜡模的两侧；将所述支撑芯骨连接于所述冒口蜡模远离所述结构件蜡模的一侧，连接所述支撑芯骨和所述中心芯骨，得到整体蜡模；
16.s5：对整体蜡模进行型壳制备，并在制备完成后执行蜡模脱蜡工序，去除支撑芯骨、中心芯骨和蜡料，得到钛合金铸件的型壳。
17.如上所述的钛合金铸件的型壳制备方法，进一步优选为，所述中心芯骨呈圆柱状；所述中心芯骨穿设于所述结构件蜡模的中心或外周。
18.如上所述的钛合金铸件的型壳制备方法，进一步优选为，所述支撑芯骨包括支撑部和连接部；所述连接部适于与冒口蜡模连接；所述支撑部为多个，多个所述支撑部的一端连接，另一端呈放射性布设；每个所述支撑部上均连接有所述连接部。
19.如上所述的钛合金铸件的型壳制备方法，进一步优选为，所述中心芯骨与所述支撑部连接，且所述中心芯骨、所述支撑部和所述连接部为一体成型结构。
20.如上所述的钛合金铸件的型壳制备方法，进一步优选为，所述中心芯骨的端部套装有安装环，多个所述支撑部的端部插接于所述安装环中。
21.如上所述的钛合金铸件的型壳制备方法，进一步优选为，所述支撑部的截面呈圆形、u型或方形。
22.如上所述的钛合金铸件的型壳制备方法，进一步优选为，所述浇注系统蜡模包括主浇道蜡模和分浇道蜡模，所述主浇道蜡模为成型于所述中心芯骨外表面的空心柱；所述分浇道蜡模的数量为多个，多个所述分浇道蜡模的一端与所述主浇道蜡模连接，另一端与所述结构件蜡模连接。
23.如上所述的钛合金铸件的型壳制备方法，进一步优选为，步骤s5中执行蜡模脱蜡工序包括：
24.s51：加热所述中心芯骨的两端以使所述中心芯骨周围的蜡料首先熔化，并在所述中心芯骨松动后首先脱出所述中心芯骨；
25.s52：继续加热，脱出余下蜡料。
26.本发明另一方面还提供了一种钛合金铸件的型壳，采用上述任意一项所述的钛合金铸件的型壳制备方法加工得到。
27.本发明又一方面还提供了一种钛合金铸件，采用上述的钛合金铸件的型壳加工得到。
28.本发明提供的钛合金铸件的型壳制备方法主要包括支撑芯骨与中心芯骨的制备、以中心芯骨为基础的浇注系统蜡模制备、结构件蜡模与冒口蜡模制备、组模、型壳制备及后处理等工序，其中，通过将芯骨分为相连接的支撑芯骨和中心芯骨，并在组模时使支撑芯骨与冒口蜡模结合形成结构件蜡模的支撑模组，再与内置有中心芯骨的浇注系统蜡模配合形成框架，最后在上述框架为基础制备型壳。相较于现有的芯骨内置的型壳制备方法，上述方法具有以下有益效果：
29.上述型壳制备方法中，支撑芯骨外置于型壳外部，可以不受浇道尺寸限制，保证了结构强度，进而保证了对整个结构的支撑强度；
30.支撑芯骨外置不会影响型壳内腔质量，因此降低了其表面清洁度和配合精度的要
求，降低了型壳制备要求和难度，提高了型壳制备的成功率；
31.支撑芯骨设于型壳外部，不用再从型壳中抽出，可以降低型壳内部划伤、磕碰所带来的型壳质量问题，减少铸件浇注成型由于型壳内部质量带来的冶金缺陷，达到控制型壳制备质量并能减少后续铸件补焊的技术瓶颈；
32.通过设置将支撑芯骨与浇注系统蜡模分开使用，可以用浇注系统蜡模起到工艺拉筋作用，可有效提升模组强度，减少型壳的金属拉筋的使用，简化型壳结构，减少涂料过程淋砂的遮挡，改善型壳制备过程的涂持质量，节省人操作降低成本。
33.上述型壳制备方法不仅保证了型壳制备过程中的强度问题，还避免芯骨影响型壳内腔的表面质量，同时降低了型壳结构框架的复杂程度和质量的控制难度，降低了型壳的缺陷，提高型壳制备的成功率，也同时降低了铸件的缺陷，使铸件达到高尺寸精度和高表面粗糙度的设计要求。
附图说明
34.为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
35.图1为本发明中钛合金铸件的型壳制备方法中型壳的模具结构示意图；
36.图2为浇注系统蜡模与支撑芯骨、中心芯骨的连接结构示意图；
37.图3为图2的主视图；
38.图4为图2的剖视图；
39.图5为图1的主视图；
40.图6为图1的剖视图。
41.附图标记说明：
42.1-中心芯骨，2-支撑部，3-连接部，4-主浇道蜡模，5-分浇道蜡模，6-冒口蜡模，7-结构件蜡模。
具体实施方式
43.下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
44.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“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的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是
两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解所述术语在本发明中的具体含义。
46.如图1-6所示，本发明一个实施例提供的钛合金铸件的型壳制备方法主要包括以下步骤：
47.s1：针对钛合金铸件结构和浇注系统方案制作支撑芯骨和中心芯骨1；
48.s2：针对钛合金铸件结构制作内置中心芯骨1的浇注系统蜡模；
49.s3：针对钛合金铸件结构制作结构件蜡模7和冒口蜡模6；
50.s4：将浇注系统蜡模和冒口蜡模6连接于结构件蜡模7的两侧；将支撑芯骨连接于冒口蜡模6远离结构件蜡模7的一侧，连接支撑芯骨和中心芯骨1，得到整体蜡模；
51.s5：对整体蜡模进行型壳制备，并在制备完成后执行蜡模脱蜡工序，去除支撑芯骨、中心芯骨1和蜡料，得到钛合金铸件的型壳。
52.本实施例的型壳制备方法主要适用于具有厚大安装边结构的圆形钛合金铸件，安装边的厚大结构优选为圆周结构或中心对称结构。此类结构在钛合金铸件的上下两个端面可对应存在，以便于为后续组模提供支撑。
53.s1中，中心芯骨1优选为棒状，且直径根据浇注系统方案中主浇道直径确定，以使中心芯骨1能够在占用有限的体积下保证更高的强度。中心芯骨1穿设于结构件蜡模7的中部或外周，具体的，根据钛合金铸件形状，当钛合金铸件的中部设有适于容纳中心芯骨1穿过空腔时，中心芯骨1从结构件蜡模7的中部空腔穿过，当钛合金铸件的中部无穿装空间时，则设于结构件蜡模7的外周。
54.如图2-4所示，支撑芯骨包括支撑部2和连接部3；连接部3适于与冒口蜡模6连接；支撑部2为多个，多个支撑部2的一端连接，另一端呈放射性布设；每个支撑部2上均连接有连接部3。多个支撑部2均位于同一平面上，且一端连接，另一端依据结构件蜡模7的形状以及中心芯骨1的位置呈放射性布设，适于为结构件蜡模7提供支撑；优选的，为了提高支撑部2的强度，支撑部2的截面呈圆形、u型或方形。连接部3均垂直连接于支撑部2上，且根据结构件蜡模7的冒口设计位置，同一支撑部2上可设置多个连接部3。
55.中心芯骨1与支撑芯骨为一体成型结构，其中中心芯骨1与多个支撑部2的连接端连接；或中心芯骨1的端部套装有安装环，多个支撑部2的端部插接于安装环中。优选的，中心芯骨1与支撑芯骨为一体成型结构，一方面提高整体强度，另一方面则用于减少装配步骤，提高结构精度。
56.如图2-4所示，s2中，浇注系统蜡模包括主浇道蜡模4和分浇道蜡模5，主浇道蜡模4为成型于中心芯骨1外表面的空心柱；分浇道蜡模5的数量为多个，多个分浇道蜡模5的一端与主浇道蜡模4连接，另一端与结构件蜡模7连接。
57.浇注系统中，分浇道可以为直浇道，也可以为弯浇道，优选的，分浇道为弯浇道，以使分浇道蜡模5在后续框架中，起到工艺拉筋的作用。主浇道蜡模4直接成型于中心芯骨1的外侧，优选的，为了提高主浇道蜡模4与中心芯骨1的附着强度，中心芯骨1上可设置螺纹。分浇道蜡模5的一端与主浇道蜡模4连接，另一端呈辐射状从主浇道蜡模4向外辐射，适于在组模阶段与结构件蜡模7连接。根据浇注系统设计，同一分浇道蜡模5可以设有多个连接点以同时与结构件蜡模7的多个不同位置连接。
58.具体的，制作浇注系统蜡模时，可以将中心芯骨1置于浇道模具中，在压蜡机中压
制浇道蜡模；或者采用手工灌蜡形成浇道蜡模。
59.s3中，依据钛合金铸件结构制作结构件蜡模7和冒口蜡模6，其中，需要增加冒口蜡模6的尺寸，以提高后续的连接和支撑强度。
60.如图1、图5、图6所示，s4中，采用蜡料将浇注系统蜡模和冒口蜡模6固定连接于结构件蜡模7的两侧，然后固定连接支撑芯骨和中心芯骨1，再采用蜡料将支撑芯骨与冒口蜡模6固定连接，从而得到整体蜡模。
61.s5中，对s4中的整体蜡模进行涂料工序，完成型壳制备工序。制备完成后执行蜡模脱蜡工序，以去除支撑芯骨、中心芯骨1和蜡料，得到钛合金铸件的型壳。
62.具体的，步骤s5中执行蜡模脱蜡工序包括：
63.s51：加热中心芯骨1的两端以使中心芯骨1周围的蜡料首先熔化，并在中心芯骨1松动后首先脱出中心芯骨1；
64.s52：继续加热，脱出余下蜡料。
65.其中，采用两端加热的方法使中心芯骨1两端受热，进而使其周围的蜡料首先熔化，加热至中心芯骨1结构松动后，从蜡模中首先脱出中心芯骨1，以在蜡模中心形成空腔；继续加热，进行后续脱蜡步骤，在脱蜡过程中，蜡料熔化膨胀过程中产生的力从所述空腔中释放出去，不直接作用于型壳表面，避免在蜡模脱蜡过程中因蜡料膨胀引起的型壳胀裂。
66.上述实施例中的型壳制备方法通过支撑芯骨与中心芯骨1的制备、以中心芯骨1为基础的浇注系统蜡模制备、结构件蜡模7与冒口蜡模6制备、组模、型壳制备及后处理等步骤，并通过将芯骨分为相连接的支撑芯骨和中心芯骨1，并在组模时使支撑芯骨与冒口蜡模6结合形成结构件蜡模7的支撑模组，再与内置有中心芯骨1的浇注系统蜡模配合形成框架，最后在上述框架为基础制备型壳。相较于现有的芯骨内置的型壳制备方法，上述方法具有以下有益效果：
67.支撑芯骨外置于型壳外部，可以不受浇道尺寸限制，保证了结构强度，进而保证了对整个结构的支撑强度；
68.支撑芯骨外置不会影响型壳内腔质量，因此降低了其表面清洁度和配合精度的要求，降低了型壳制备要求和难度，提高了型壳制备的成功率；
69.支撑芯骨设于型壳外部，不用再从型壳中抽出，可以降低型壳内部划伤、磕碰所带来的型壳质量问题，减少铸件浇注成型由于型壳内部质量带来的冶金缺陷，达到控制型壳制备质量并能减少后续铸件补焊的技术瓶颈；
70.通过设置将支撑芯骨与浇注系统蜡模分开使用，可以用浇注系统蜡模起到工艺拉筋作用，简化模具结构，减少涂料过程淋砂的遮挡，提高型壳质量，同时减少手工设置拉筋，节省人操作降低成本。
71.本发明还提供了一种钛合金铸件的型壳，其采用上述实施例中的钛合金铸件的型壳制备方法加工得到。通过上述型壳制备方法不仅保证了型壳在型壳制备过程中的强度问题，还避免芯骨影响型壳内腔的表面质量，同时降低了型壳结构框架的复杂程度和质量的控制难度，降低了型壳的缺陷，提高型壳制备的成功率和型壳品质。
72.本发明还提供了一种钛合金铸件，其采用上述钛合金铸件的型壳加工得到，因此其具有上述实施例中技术方案所带来的所有有益效果，进而降低了铸件的钛合金缺陷，使铸件达到高尺寸精度和高表面粗糙度的设计要求。
73.最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。