CN111604470B - 一种超薄壁铸件的制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及熔模铸造技术领域，具体涉及一种超薄壁铸件的制备方法。本发明采用低熔点金属薄片代替传统的石蜡或蜡纸，由于金属薄片的强度较高，不需要额外支撑即可保持良好的平直度，解决了超薄壁铸件模具设计制作困难、生产严重依赖型芯的问题；并且，本发明还可以通过控制低熔点金属薄片的形状、尺寸和表面质量对超薄壁铸件的形状、尺寸和表面粗糙度进行控制，避免使用易变形、难以维持形状的薄片状蜡纸，适宜制备大尺寸的超薄壁铸件，解决了传统方法制得的铸件尺寸偏小的问题。

Description

一种超薄壁铸件的制备方法
技术领域
本发明涉及熔模铸造技术领域，具体涉及一种超薄壁铸件的制备方法。
背景技术
熔模铸造是指在由易熔材料制成的熔模上涂覆耐火材料形成型壳，熔出熔模，注入液态金属冷却后，获得铸件的方法。该方法由于尺寸控制的优异性目前已被大量应用于高温合金铸件的制备，尤其各种复杂形状铸件的生产。
现有技术中通常采用石蜡或薄片状的蜡纸作为熔模制备模壳，但是厚度很小时，石蜡或薄片状的蜡纸极易变形，难以保持超薄壁铸件所要求的平直度，会影响铸件尺寸；并且采用蜡纸作为熔模进行薄壁铸件制备时难以实现曲面铸件的制备。现有技术为了克服石蜡或蜡纸易变形的缺陷，通常在石蜡或蜡纸的两侧固定陶瓷型芯，但是用于大尺寸超薄壁铸件的陶瓷型芯不易制造，另外陶瓷型芯的润湿性较差，表面张力较大，液态金属难以完成充型，容易产生浇不足、冷隔等缺陷。因此，采用现有的熔模组件难以获得质量较高、尺寸较大的超薄壁铸件。
发明内容
本发明提供了一种超薄壁铸件的制备方法，本发明采用低熔点金属薄片代替传统的石蜡或蜡纸，解决了超薄壁铸件平整度较差，尺寸偏小以及生产严重依赖型芯的问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种超薄壁铸件的制备方法，包括以下步骤：
提供熔模组件，所述熔模组件包括支撑棒，与所述支撑棒的顶端连接的浇口杯，与所述支撑棒的底端连接的支撑座，与所述支撑座的底部连接的螺旋选晶器以及固定所述浇口杯和螺旋选晶器的支撑架；所述支撑棒的侧壁上固定连接若干个低熔点金属薄片；所述低熔点金属薄片的熔点为600℃以下；
将所述熔模组件依次进行挂蜡、涂料、挂砂、干燥、脱模和焙烧，得到型壳；
将熔融金属液浇注至所述型壳内，待所述熔融金属液凝固后，清壳，得到超薄壁铸件。
优选地，每个所述低熔点金属薄片与支撑棒通过卡槽连接。
优选地，所述低熔点金属薄片为平面或曲面。
优选地，所述低熔点金属薄片的厚度为0.3～1mm。
优选地，所述支撑棒、浇口杯、支撑座、螺旋选晶器和支撑架一体成型；所述支撑棒、浇口杯、支撑座、螺旋选晶器和支撑架的材质为PSB粉。
优选地，所述熔融金属液的组成为镍基高温合金。
优选地，所述浇注的温度为1500～1550℃。
优选地，所述浇注和凝固均在定向凝固炉中进行；在所述凝固过程中，将型壳匀速下拉，实现超薄壁铸件的定向凝固。
优选地，所述下拉的速度为10～200μm/s。
本发明提供了一种超薄壁铸件的制备方法，包括以下步骤：提供熔模组件，所述熔模组件包括支撑棒，与所述支撑棒的顶端连接的浇口杯，与所述支撑棒的底端连接的支撑座，与所述支撑座的底部连接的螺旋选晶器以及固定所述浇口杯和螺旋选晶器的支撑架；所述支撑棒的侧壁上固定连接若干个低熔点金属薄片；所述低熔点金属薄片的熔点为600℃以下；将所述熔模组件依次进行挂蜡、涂料、挂砂、干燥、脱模和焙烧，得到型壳；将熔融金属液浇注至所述型壳内，待所述熔融金属液凝固后，清壳，得到超薄壁铸件。本发明采用低熔点金属薄片代替传统的石蜡或蜡纸，由于金属薄片的强度较高，不需要额外支撑即可保持良好的平直度，解决了超薄壁铸件模具设计制作困难、生产严重依赖型芯的问题；并且，本发明还可以通过控制低熔点金属薄片的形状、尺寸和表面质量对超薄壁铸件的形状、尺寸和表面粗糙度进行控制，避免使用易变形、难以维持形状的薄片状蜡纸，适宜制备大尺寸的超薄壁铸件，解决了传统方法制得的铸件尺寸偏小的问题。
附图说明
图1为本发明提供的超薄壁铸件用熔模组件；
图2为实施例1的熔模组件；
图3为实施例2的熔模组件；
其中，1为浇口杯，2-1为第一骨架，2-2为第二骨架，3为低熔点金属薄片，4为支撑棒，5为支撑座，6为螺旋选晶器的螺旋段，7为螺旋选晶器的引晶段，8为底座。
具体实施方式
本发明提供了一种超薄壁铸件的制备方法，包括以下步骤：
提供熔模组件，所述熔模组件包括支撑棒，与所述支撑棒的顶端连接的浇口杯，与所述支撑棒的底端连接的支撑座，与所述支撑座的底部连接的螺旋选晶器以及固定所述浇口杯和螺旋选晶器的支撑架；所述支撑棒的侧壁上固定连接若干个低熔点金属薄片；所述低熔点金属薄片的熔点为600℃以下；
将所述熔模组件依次进行挂蜡、涂料、挂砂、干燥、脱模和焙烧，得到型壳；
将熔融金属液浇注至所述型壳内，待所述熔融金属液凝固后，清壳，得到超薄壁铸件。
本发明提供了熔模组件。在本发明中，所述支撑棒、浇口杯、支撑座、螺旋选晶器和支撑架优选为一体成型；所述支撑棒、浇口杯、支撑座、螺旋选晶器和支撑架的材质优选为PSB粉。本发明采用快速成型技术制备支撑棒、浇口杯、支撑座、螺旋选晶器和支撑架组成的模型，提高了生产效率，降低了生产成本。
本发明提供的熔模组件包括支撑棒，用于固定低熔点金属薄片。在本发明中，所述支撑棒的侧壁上固定连接若干个低熔点金属薄片。在本发明中，当所述低熔点金属薄片为多个时，所述多个低熔点金属薄片优选均匀分布在所述支撑棒的外侧。在本发明中，每个所述低熔点金属薄片与支撑棒通过卡槽连接，具体优选为：在所述支撑棒的侧壁上预留出凹槽，所述凹槽的尺寸与所述低熔点金属薄片的尺寸相匹配，能够使低熔点金属薄片***凹槽内固定住。在本发明中，所述低熔点金属薄片的纵轴优选与所述支撑棒的中轴线平行。本发明对所述支撑棒的具体尺寸没有特殊要求，根据超薄壁铸件的尺寸进行确定即可。在本发明中，所述低熔点金属薄片优选为铝合金薄片；所述低熔点金属薄片优选为平面或曲面；所述低熔点金属薄片的厚度优选为0.3～1mm。在本发明中，所述低熔点金属薄片脱模后形成的空腔浇注熔融金属液后，得到超薄壁铸件，本发明通过控制低熔点金属薄片的形状、尺寸和表面质量来控制超薄壁铸件的形状、尺寸和表面粗糙度。
本发明提供的熔模组件包括与所述支撑棒的顶端连接的浇口杯，后续脱模后，形成冒口，用于注入熔融金属液。在本发明中，所述浇口杯底部的直径优选大于支撑棒的直径。本发明对所述浇口杯的具体结构没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的浇口杯结构即可。
本发明提供的熔模组件包括与所述支撑棒的底端连接的支撑座，用于支撑低熔点金属薄片，同时用于连接螺旋选晶器。在本发明中，所述支撑座的结构优选为“漏斗状”。
本发明提供的熔模组件包括与所述支撑座的底部连接的螺旋选晶器，能够更好地确保单晶的完整性，得到符合要求的单晶超薄壁铸件。本发明对所述螺旋选晶器的具体结构没有特殊限定，采用本领域技术人员所熟知的螺旋选晶器即可。在本发明中，所述螺旋选晶器包括依次连接的螺旋段和引晶段，所述螺旋段的顶端与所述支撑座的底部相连接。在本发明中，当得到单晶超薄壁铸件时，所述螺旋选晶器的螺旋段的直径优选为10mm，螺旋段的螺旋圈数优选为1圈，所述螺旋选晶器的引晶段的长度优选为30mm。
本发明提供的熔模组件包括用于固定所述浇口杯和螺旋选晶器的支撑架，在本发明中，所述支撑架优选包括固定连接所述螺旋选晶器的底座和设置于所述底座两侧的第一骨架和第二骨架；所述第一骨架和第二骨架延伸至固定连接所述浇口杯的两侧。
作为本发明的一个实施例，本发明提供的超薄壁铸件用熔模组件如图1所示，包括支撑棒，与所述支撑棒的顶端连接的浇口杯，与所述支撑棒的底端连接的支撑座，与所述支撑座的底部连接的螺旋选晶器以及固定所述浇口杯和螺旋选晶器的支撑架；所述支撑棒的侧壁上固定连接若干个低熔点金属薄片；所述螺旋选晶器包括依次连接的螺旋段和引晶段；所述螺旋段的顶端与所述支撑座的底部相连接；所述引晶段的底部连接有底座；所述底座的两侧连接有第一骨架和第二骨架，所述第一骨架和第二骨架延伸至固定连接所述浇口杯的两侧，所述底座、第一骨架和第二骨架作为支撑架用于固定支撑熔模组件中的其他结构。
得到熔模组件后，本发明将所述熔模组件依次进行挂蜡、涂料、挂砂、干燥、脱模和焙烧，得到型壳；所述熔模组件为上述技术方案所述的熔模组件。本发明对所述挂蜡、涂料、挂砂、干燥和脱模的具体方法没有特殊要求，采用本领域技术人员所熟知的工艺即可。在本发明中，挂蜡能够解决快速成型模型存在的强度较低、内部存在空隙及表面不光滑的问题；涂料能够对已经附着在模型表面的电熔刚玉等材料进行强化，所述涂料过程中使用的材料优选为硅溶胶。在本发明中，挂砂是在模型表面逐层挂砂并强化以形成所需要的模壳，所述挂砂过程中使用的挂砂材料优选为电熔刚玉。在本发明中，所述干燥的温度优选为19.5～22.5℃。在本发明的具体实施例中，优选先进行第一次涂料、第一次挂砂和第一次干燥，然后继续进行第二次涂料、第二次挂砂和第二次干燥，如此重复涂料、挂砂和干燥步骤，直至得到适宜厚度的涂层。在本发明中，所得涂层的总层数优选为13层。在本发明中，优选在每一次干燥后进行下一次涂料前，先在熔模组件表面涂覆硅溶胶，进行强化处理。
在本发明中，所述脱模的具体方法优选为：将干燥后的熔模组件加热至190～210℃，所述熔模组件中除了低熔点金属薄片的其他部件均熔化，变为流体流出；然后将低熔点金属薄片取出，得到模壳。在本发明中，所述低熔点金属薄片取出的方法优选为用镊子夹出。
在本发明中，所述焙烧的温度优选为900℃，保温时间优选为2h。在本发明中，所述焙烧优选在马弗炉中进行。本发明在所述焙烧过程中，将电熔刚玉等材料烧结到一起，起到硬化模壳的作用，使模壳具有可以使用的形状与强度。
得到型壳后，本发明将熔融金属液浇注至所述型壳内，待所述熔融金属液凝固后，清壳，得到超薄壁铸件。在本发明的具体实施例中，浇注熔融金属液之前，优选先将所述型壳进行烘干。在本发明中，所述烘干的温度优选为800℃，保温时间优选为0.5h。本发明通过烘干将模壳中的水分烘干，以防止在之后加热、保温、浇注等过程中模壳开裂，影响铸件质量，甚至对凝固炉造成破坏。
在本发明中，所述熔融金属液的组成优选为镍基高温合金；所述熔融金属液的制备方法优选为：将母合金置于坩埚中，在真空条件下进行熔炼，得到熔融金属液。在本发明中，所述浇注的温度优选为1480～1550℃，更优选为1500～1520℃；所述浇注优选在真空条件下进行，真空度优选为6×10-2Pa以下。
在本发明中，所述凝固的过程具体优选为：将所述浇注有熔融金属液的型壳静置3min后，将所述型壳匀速下拉，实现超薄壁铸件的定向凝固。在本发明中，所述下拉的速度优选为10～200μm/s，更优选为100μm/s。在本发明中，所述浇注和凝固优选均在定向凝固炉中进行，所述定向凝固炉优选为两公斤双区石墨电阻加热Bridgman定向凝固炉。
本发明对所述清壳的具体工艺没有特殊限定，采用本领域技术人员所熟知的清壳工艺即可。
本发明提供的超薄壁铸件的制备方法，克服了传统生产工艺制备超薄壁铸件依赖各类型芯的障碍，可以实现在不使用型芯的基础上得到质量优良的超薄壁铸件，节约成本，便于推广应用；而且可以根据低熔点金属薄片的尺寸和形状对超薄壁铸件的尺寸和形状进行控制，易于精确控制超薄壁铸件的尺寸。本发明通过增减熔模组件中低熔点金属薄片的数量，以及对各低熔点金属薄片的尺寸和形状进行控制，能够对超薄壁铸件的数量进行调节，一次制备过程能够得到多个不同尺寸、不同形状的超薄壁铸件，大大提高了生产效率。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅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。
实施例1
将PSB粉(淀粉基生物全降解材材料)经过快速成型制成模型，所述模型如图1所示，由支撑棒、浇口杯、支撑座、螺旋选晶器、底座、第一骨架和第二骨架组成；将4片长度为120mm、宽度为15mm、厚度为0.5mm的铝合金薄片***所述支撑棒的侧壁凹槽内，与所述模型组装成熔模组件，如图2所示；
将所述熔模组件依次进行挂蜡、涂料、挂砂、干燥和脱模，得到模壳；将所述模壳在马弗炉中900℃保温2h后，取出即可得到型壳；
使用前将所述型壳先在马弗炉中800℃条件下保温半个小时，关闭马弗炉待模壳冷却后；然后采用两公斤双区石墨电阻加热Bridgman定向凝固炉完成镍基高温合金的熔炼、浇注和抽拉过程：将成分如表1所示的DD6母合金，重熔后注入所述型壳内，浇注温度为1480℃，熔融金属液在型壳中静止3min，将型壳匀速下拉，下拉速度为100μm/s，凝固结束后的型壳经过清壳获得镍基高温合金超薄壁铸件。
表1 DD6母合金的化学成分(质量百分含量)
Figure BDA0002578372080000071
实施例2
将PSB粉经过快速成型制成模型，所述模型如图1所示，由支撑棒、浇口杯、支撑座、螺旋选晶器、底座、第一骨架和第二骨架组成；将4片长度为120mm、宽度为15mm、厚度分别为0.3mm、0.5mm、0.8mm和1mm的铝合金薄片***所述支撑棒的侧壁凹槽内，与所述模型组装成熔模组件，如图3所示；
将所述熔模组件依次进行挂蜡、涂料、挂砂、干燥和脱模，得到模壳；将所述模壳在马弗炉中900℃保温2h后，取出即可得到型壳；
使用前将所述型壳先在马弗炉中800℃条件下保温半个小时，关闭马弗炉待模壳冷却后；然后采用两公斤双区石墨电阻加热Bridgman定向凝固炉完成镍基高温合金的熔炼、浇注和抽拉过程：将成分如表1所示的DD6母合金，重熔后注入所述型壳内，浇注温度为1480℃，熔融金属液在型壳中静止3min，将型壳匀速下拉，下拉速度为100μm/s，凝固结束后的型壳经过清壳获得镍基高温合金超薄壁铸件。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种超薄壁铸件的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
提供熔模组件，所述熔模组件包括支撑棒，与所述支撑棒的顶端连接的浇口杯，与所述支撑棒的底端连接的支撑座，与所述支撑座的底部连接的螺旋选晶器以及固定所述浇口杯和螺旋选晶器的支撑架；所述支撑棒的侧壁上固定连接若干个低熔点金属薄片；所述低熔点金属薄片的熔点为600℃以下；所述低熔点金属薄片的厚度为0.3～1mm；
将所述熔模组件依次进行挂蜡、涂料、挂砂、干燥、脱模和焙烧，得到型壳；所述脱模的具体方法为：将干燥后的熔模组件加热至190～210℃，所述熔模组件中除了低熔点金属薄片的其他部件均熔化，变为流体流出；然后将低熔点金属薄片取出，得到模壳；
将熔融金属液浇注至所述型壳内，待所述熔融金属液凝固后，清壳，得到超薄壁铸件。
2.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，每个所述低熔点金属薄片与支撑棒通过卡槽连接。
3.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述低熔点金属薄片为平面或曲面。
4.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述支撑棒、浇口杯、支撑座、螺旋选晶器和支撑架一体成型；所述支撑棒、浇口杯、支撑座、螺旋选晶器和支撑架的材质为PSB粉。
5.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述熔融金属液的组成为镍基高温合金。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述浇注的温度为1500～1550℃。
7.根据权利要求1所述的制备方法，其特征在于，所述浇注和凝固均在定向凝固炉中进行；在所述凝固过程中，将型壳匀速下拉，实现超薄壁铸件的定向凝固。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述下拉的速度为10～200μm/s。
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