CN110153377A - 一种控制大模组型壳同步充型的浇注***及应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及精密铸造和材料制备领域,具体为一种控制大模组型壳同步充型的浇注***及应用。浇注***采用完全对称结构,包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道,其中:浇口杯设计为碗状,底部开有5~7个分流孔,每个分流孔的直径为6~12mm;直浇道设计为圆柱形,底部设有漩涡状的窝槽;横浇道为葵花对称结构,沿圆周均布,各个横浇道分支之间角度在15~75°,横浇道层数≥2,总长度100~500mm;横浇道截面为正弦波,数量2~10个,波长10~100mm,波高10~50mm,间距10~30mm。本发明适用于所有金属材料的铸造过程,特别适用于所有金属材料的智能化生产过程。
Description
技术领域:
本发明涉及精密铸造和材料制备领域,具体为一种控制大模组型壳同步充型的浇注***及应用。
背景技术:
随着工业发展和进步,对一些零件的研制和生产提出更高的要求,大模组精密铸造是一种高质量、短周期的铸造方法。但是,相比于传统的小模组铸造技术,它容易导致疏松、夹渣、欠铸和气泡等冶金缺陷的形成,造成铸件合格率低、质量难以保证等问题。由于大模组型壳具有体型大、空间结构复杂等特点,所以浇注时难以保证各个部位充型的一致性,充型过程的不同步是大模组铸造缺陷产生的一个根本原因。
浇注***是控制大模组型壳中合金液流动的主要方式之一,合理设计浇注***是实现同步充型、降低冶金缺陷的关键,也是提高大模组铸造的零件合格率的关键。
发明内容:
本发明的目的在于提供一种控制大模组型壳同步充型的浇注***及应用,适用于所有金属材料的铸造过程,特别适用于所有金属材料的智能化生产过程。
本发明的技术方案是:
一种控制大模组型壳同步充型的浇注***,浇注***采用完全对称结构,包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道,其中:
浇口杯设计为碗状,底部开有5~7个分流孔,每个分流孔的直径为6~12mm;
直浇道设计为圆柱形,底部设有漩涡状的窝槽;
横浇道为葵花对称结构,沿圆周均布,各个横浇道分支之间角度在15~75°,横浇道层数≥2,总长度100~500mm;横浇道截面为正弦波,数量2~10个,波长10~100mm,波高10~50mm,间距10~30mm。
所述的控制大模组型壳同步充型的浇注***,直浇道、横浇道与内浇道的横截面积比例为3~10:1:1.5~3。
所述的控制大模组型壳同步充型的浇注***,大模组型壳为空间对称结构,最大名义直径800mm,最大高度2m。
所述的控制大模组型壳同步充型的浇注***,将浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道的蜡模组合,形成浇注***蜡模,放置20~30h后,组焊上零件蜡模,制成高温强度在5~20MPa内的型壳,在铸造工艺下将合金液浇注到型壳中。
所述的控制大模组型壳同步充型的浇注***,合金液浇注温度1500~1850℃,浇注时间3~20s。
所述的控制大模组型壳同步充型的浇注***的应用,适用于所有金属材料的铸造过程,特别适用于金属材料的智能化生产过程。
本发明的设计思想是:
本发明通过合理设计大模组浇注***来控制合金液的流动状态,使其平稳,并同时充满铸件型腔中,旨在保证充型过程的同步性,有利于铸件充型完整、夹渣上浮、气泡逸出。
本发明的优点及有益效果是:
1.本发明用于控制大模组型壳的充型过程,解决其充型过程不同步导致冶金缺陷容易形成的问题。
2.本发明可以直接应用于生产实际,具有很大的实用性和可控性,有利于提高零件的质量和性能。
3.本发明应用于所有能流动的合金液体材料的充型阶段,特别适用于较高过热度的合金浇注过程,最高浇温可达1850℃,最短浇注时间可控制在3s。
附图说明:
图1为大模组浇口杯形貌图。
图2为大模组直浇道形貌图。
图3为大模组横浇道形貌图。
图4为大模组横浇道形貌图。
图5为大模组横浇道截面形貌图。
图6为实施例1条件下制备大模组T试样的浇注***模组模拟图。其中,(a)为凝固顺序模拟图,(b)为大模组T试样的模组蜡型图,(c)为凝固时疏松形成位置模拟图。
图7a为实施例2条件下制备大模组T试样的浇注***模组模拟图。
图7b为实施例2条件下大模组T试样的浇注***浇注后铸件组形貌。
图8为实施例3条件下制备大模组T试样的浇注***模组模拟图。
具体实施方式:
在具体实施过程中,本发明控制大模组型壳同步充型的浇注***及应用如下:
第一步,压制浇口杯,浇口杯设计为碗状,底部带有6个分流孔,直径为6~12mm,起到稳定高温金属液流的作用,见图1。
第二步,压制直浇道,直浇道设计为圆柱形,底部为漩涡状的窝槽,起到缓冲金属液冲击型腔的作用,见图2。
第三步,制备横浇道
横浇道为葵花对称结构,沿圆周均布,各个横浇道分支之间角度在15~75°,横浇道层数≥2,总长度100~500mm,见图3。
横浇道截面为正弦波,数量3~10个,波长10~100mm,波高10~50mm,间距10~30mm,见图4。
另外,浇注***还包括内浇道,内浇道设置于横浇道正弦波的波峰处,直浇道、横浇道与内浇道的横截面积比例为3~10:1:1.5~3。
第四步,如图5所示,将浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道组合,放置24h后,组焊上零件蜡模,制成高温强度在5~20MPa内的型壳。
最后,在特定的铸造工艺下将合金液浇注到型壳中。
本发明中,Procast数值模拟技术是指:使用ProCAST铸造过程模拟软件(购买国外的正版),采用非均匀四面体单元进行网格划分,结合有限元的数值计算和综合求解的方法,对铸件充型、凝固和冷却过程进行数值模拟。通过对铸件在凝固过程的流场、温度场及其它们之间的耦合场进行仿真模拟,基于有限元分析方法,能够预测铸造过程中合金液的流动方式,凝固缺陷产生的位置和严重程度。为确定最佳工艺,优化工艺参数,缩短实验周期,降低生产成本提供理论依据。
下面,通过实施例和附图对本发明进一步详细阐述。
实施例1
本实施例中,采用该发明制备大模组T试样的浇注***,用K465合金进行模拟浇注。首先设计碗状浇口杯,底部有直径为12mm的6个分流孔。然后,设计圆柱形直浇道,底部带有漩涡状的窝槽。而后,设计葵花对称结构的横浇道,沿圆周均布,各个横浇道分支之间角度在60°,横浇道层数3,总长度180mm。横浇道截面为正弦波,数量3个,波长15mm,波高12mm,间距10mm。再后,参考图5中的形状和尺寸将它们模拟组合在一起,并放上零件蜡模,制成型壳。最后,采用Procast数值模拟技术,在设定温度1650℃和5s时间内下,将合金液浇注到型壳中。
模拟结果显示:应用该浇注***浇注后的叶片经检验外型完整,疏松、夹渣、气泡等冶金缺陷在控制范围内,没有因冶金缺陷导致报废的试样,见图6。
实施例2
本实施例中,采用该发明制备大模组超薄板片的浇注***,用K24合金进行工艺试验。首先压制碗状浇口杯,底部有直径为8mm 6个分流孔。然后,压制圆柱形直浇道,底部带有漩涡状的窝槽。而后,制备葵花对称结构的横浇道,沿圆周均布,各个横浇道分支之间角度在60°,横浇道层数2,总长度120mm。横浇道截面为正弦波,数量3个,波长10mm,波高12mm,间距8mm。再后,按照图5中的形状和尺寸将它们组合在一起,放置24h后,组焊上零件蜡模,制成高温强度为9MPa内的型壳。最后,采用Procast数值模拟技术,在设定温度1650℃和5s时间内下,将合金液浇注到型壳中。
实验结果显示:应用该浇注***浇注后的叶片经检验外型完整,疏松、夹渣、气泡等冶金缺陷在控制范围内,因冶金缺陷导致报废的板片占9%,见图7a。实际结果与模拟结果相当,因冶金缺陷导致报废的板片占12%,见图7b。
实施例3
本实施例中,采用该发明制备大模组航空发动机叶片的浇注***,用K418合金进行工艺试验。首先压制碗状浇口杯,底部有直径为9mm的6个分流孔。然后,压制圆柱形直浇道,底部带有漩涡状的窝槽。而后,制备葵花对称结构的横浇道,沿圆周均布,各个横浇道分支之间角度在60°,横浇道层数3,总长度120mm。横浇道截面为正弦波,数量3个,波长10mm,波高13mm,间距9mm。再后,按照图5中的形状和尺寸将它们组合在一起,放置24h后,组焊上零件蜡模,制成高温强度为9MPa内的型壳。最后,在温度1550℃和7s时间内,将合金液浇注到型壳中。
实验结果显示:应用该浇注***浇注后的叶片经检验外型完整,疏松、夹渣、气泡等冶金缺陷在控制范围内,因冶金缺陷导致报废的叶片为14%,见图8。
实施例结果表明,本发明控制大模组型壳同步充型的浇注***及应用,不仅提高铸件质量和性能水平,而且显著地缩短制造周期,降低成本,具有长远的应用前景和较高的经济效益。因此,适用于所有金属材料的铸造过程,特别适用于金属材料的智能化生产过程。
Claims (6)
1.一种控制大模组型壳同步充型的浇注***,其特征在于,浇注***采用完全对称结构,包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道,其中:
浇口杯设计为碗状,底部开有5~7个分流孔,每个分流孔的直径为6~12mm;
直浇道设计为圆柱形,底部设有漩涡状的窝槽;
横浇道为葵花对称结构,沿圆周均布,各个横浇道分支之间角度在15~75°,横浇道层数≥2,总长度100~500mm;横浇道截面为正弦波,数量2~10个,波长10~100mm,波高10~50mm,间距10~30mm。
2.按照权利要求1所述的控制大模组型壳同步充型的浇注***,其特征在于,直浇道、横浇道与内浇道的横截面积比例为3~10:1:1.5~3。
3.按照权利要求1所述的控制大模组型壳同步充型的浇注***,其特征在于,大模组型壳为空间对称结构,最大名义直径800mm,最大高度2m。
4.按照权利要求1或2所述的控制大模组型壳同步充型的浇注***,其特征在于,将浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道的蜡模组合,形成浇注***蜡模,放置20~30h后,组焊上零件蜡模,制成高温强度在5~20MPa内的型壳,在铸造工艺下将合金液浇注到型壳中。
5.按照权利要求3所述的控制大模组型壳同步充型的浇注***,其特征在于,合金液浇注温度1500~1850℃,浇注时间3~20s。
6.一种权利要求1或2所述的控制大模组型壳同步充型的浇注***的应用,其特征在于,适用于所有金属材料的铸造过程,特别适用于金属材料的智能化生产过程。
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