CN112157223A - 一种定向凝固铸造方法及浇注*** - Google Patents

一种定向凝固铸造方法及浇注*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种定向凝固铸造方法及浇注***，所述方法包括步骤：S1，准备底盘、浇口杯、制作铸件蜡模、径向横浇道蜡棒、以及切向横浇道蜡棒；S2，将多个所述铸件蜡模围绕所述浇口杯以环形方式排列在所述底盘上；S3，使用一个所述径向横浇道蜡棒将所述浇口杯与一个所述铸件蜡模顶部相连，并通过一个切向横浇道蜡棒连接至相邻的铸件蜡模顶部，或通过多个切向横浇道蜡棒依次连接至相邻的铸件蜡模顶部；S4，若所述径向横浇道蜡棒为多个时，依次执行所述步骤S3；S5，通过粘浆淋砂工艺制作带有径向横浇道以及切向横浇道的陶瓷模壳，并进行脱蜡和烧结；S6，在真空炉中进行高温合金的浇注和定向凝固。

Description

一种定向凝固铸造方法及浇注***
技术领域
本发明涉及精密铸造技术，更具体的是涉及一种定向凝固铸造方法及浇注***。
背景技术
为了提高航空发动机和工业燃气轮机的使用性能，高温合金叶片铸件经常需要利用精密铸造加定向凝固的工艺制成柱晶或单晶组织。在真空炉内，高温合金熔化后浇入安放在水冷铜盘上的陶瓷模壳中，随着陶瓷模壳下降进入冷却区，陶瓷模壳内的高温合金熔体由下向上定向凝固，晶粒由下向上定向生长，形成垂直走向的柱状晶组织。若设置选晶器只让一个晶粒通过，则可得到性能更好的单晶组织。
为了提高生产效率，通常都用一个陶瓷模壳浇注多只铸件。为了制备具有多个型腔的陶瓷模壳，如图1所示，一般将多个铸件蜡模1围绕中心浇口杯2以环形方式排列粘接在圆形底盘4上，每个铸件蜡模通过放射状的径向横浇道蜡棒3与浇口杯2相连。然后对组成的蜡树进行多次粘浆淋砂并经过脱蜡和烧结制成包括浇口杯和横浇道的陶瓷模壳。浇注前将陶瓷模壳放置在真空定向凝固炉内的水冷铜盘上。预热到高温后浇入高温合金熔液，然后下降模壳进行定向凝固。利用这种模壳进行浇注时，金属液从浇口杯通过多个横浇道3同时流入各个铸件型腔。由于分流的原因，每个型腔的充型速度都不快。而且由于浇注条件的不均匀和不稳定，各型腔的充型速度也快慢不均。有的能够很快充满，有的则断断续续，出现断流和滴溅现象，引起钢豆和冷隔等问题。
发明内容
本发明的目的是在于解决上述技术问题。
针对上述技术问题,本发明提出了一种定向凝固铸造方法，所述方法包括步骤：
S1，准备底盘、浇口杯、制作铸件蜡模、径向横浇道蜡棒、以及切向横浇道蜡棒；
S2，将多个所述铸件蜡模围绕所述浇口杯以环形方式排列在所述底盘上；
S3，使用一个所述径向横浇道蜡棒将所述浇口杯与一个所述铸件蜡模顶部相连，并通过一个切向横浇道蜡棒连接至相邻的铸件蜡模顶部，或通过多个切向横浇道蜡棒依次连接至相邻的铸件蜡模顶部；
S4，若所述径向横浇道蜡棒为多个时，依次执行所述步骤S3，直到所有铸件蜡模都完成浇道连接；
S5，通过粘浆淋砂工艺制作包括径向横浇道以及切向横浇道的陶瓷模壳；
S6，在真空炉中进行高温合金的浇注和定向凝固。
优选的，所述步骤S3中，每段所述切向横浇道蜡棒的布置方式都是呈先高后低的方式进行，使得陶瓷模壳中每个铸件型腔的出口都高于入口。
优选的，所述径向横浇道蜡棒或切向横浇道蜡棒的横截面为直径5-15mm的圆形。
优选的，所述径向横浇道蜡棒或切向横浇道蜡棒的横截面为椭圆形或多边形。
优选的，所述步骤S3中，所述切向横浇道蜡棒的前端高于所述径向横浇道蜡棒的末端。
优选的，所述步骤S3中，所述径向横浇道蜡棒的数量为一个，所述切向横浇道蜡棒的数量比所述铸件蜡模的数量少一个，其中一个铸件蜡模通过所述径向横浇道蜡棒连接至所述浇口杯上，其余所有铸件蜡模依次通过所述切向横浇道蜡棒进行连接。
优选的，所述步骤S4中，所述径向横浇道蜡棒的数量为两个或两个以上，所述切向横浇道蜡棒的数量根据所述径向横浇道蜡棒及所述铸件蜡模的数量配置；
其中，每个所述径向横浇道蜡棒将所述浇口杯与一个所述铸件蜡模顶部相连，并通过一个切向横浇道蜡棒连接至相邻的铸件蜡模顶部，或通过多个切向横浇道蜡棒依次连接至相邻的铸件蜡模顶部。
本发明同时还提供一种定向凝固铸造的浇注***，包括：底盘、浇口杯、设置于所述浇口杯周围的多个铸件模壳、一个或多个径向横浇道、以及根据所述铸件模壳和所述径向横浇道数量进行配置的切向横浇道，所述铸件模壳的数量至少是所述径向横浇道数量的两倍；
其中，每个所述径向横浇道将所述浇口杯与一个所述铸件模壳顶部相连，并通过一个切向横浇道连接至相邻的铸件模壳顶部，或通过多个切向横浇道依次连接至相邻的铸件模壳顶部。
优选的，每段所述切向横浇道的布置方式都是呈先高后低的方式进行，使得每个铸件模壳的型腔的出口都高于入口。
优选的，所述切向横浇道的前端高于所述径向横浇道的末端。
与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：基于以上发明内容，本发明由于金属液不再是同时流向所有铸件型腔，而是按先后顺序逐个充型，每个铸件的充型时间大大缩短，防止了因断流和滴溅引起的钢豆和冷隔等问题，晶粒取向也得到改善。
附图说明
图1为现有浇注方式蜡树组装示意图。
图2为本发明实施例一的蜡树组装示意图。
图3为本发明实施例一的浇注***结构示意图。
图4为本发明实施例二的蜡树组装示意图。
图5为本发明实施例二的浇注***结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
实施例一
本发明提供一种定向凝固铸造方法，所述方法包括步骤：
S1，准备底盘、浇口杯、制作铸件蜡模、径向横浇道蜡棒、以及切向横浇道蜡棒；
S2，将多个所述铸件蜡模围绕所述浇口杯以环形方式排列在所述底盘上；
S3，使用一个所述径向横浇道蜡棒将所述浇口杯与一个所述铸件蜡模顶部相连，并通过一个切向横浇道蜡棒连接至相邻的铸件蜡模顶部，或通过多个切向横浇道蜡棒依次连接至相邻的铸件蜡模顶部；
S4，若所述径向横浇道蜡棒为多个时，依次执行所述步骤S3，直到所有铸件蜡模都完成浇道连接；
S5，通过粘浆淋砂工艺制作包括径向横浇道以及切向横浇道的陶瓷模壳；
S6，在真空炉中进行高温合金的浇注和定向凝固。
结合图2及图3所示，步骤S1中，分别准备或制作底盘4、浇口杯2，并在压蜡工序用模具制作出铸件蜡模1以用于形成铸件模壳10，以及用于形成径向横浇道50的径向横浇道蜡棒5、形成切向横浇道60的切向横浇道蜡棒6。
步骤S2中，将浇口杯2置于底盘4的中央，并将制作好的铸件蜡模1置于浇口杯2的外周，粘接在底盘4上，这样后续形成环形布置的铸件模壳10。
本实施例中，所述步骤S3中，每段所述切向横浇道蜡棒6的布置方式都是呈先高后低的方式进行，这样，多个切向横浇道蜡棒6的布置就呈高低起伏形状，使得后续工序中每个铸件模壳10的型腔的出口都高于入口，保证金属液体只有在完全充满此铸件型腔后才能流向下一个铸件模壳10的型腔。
在本实施例中，所述径向横浇道蜡棒5或切向横浇道蜡棒6的横截面为直径5-15mm的圆形，从而形成的径向横浇道50和切向横浇道60的孔径也在5-15mm，在该范围内，合金金属液能够以合理的流速流入铸件模壳10内。
在本实施例中，所述径向横浇道蜡棒5或切向横浇道蜡棒6的横截面还可以为椭圆形或多边形，从而在一些需求情况下形成对应形状的浇道。
在本实施例中，所述步骤S3中，所述切向横浇道蜡棒6的前端高于所述径向横浇道蜡棒5的末端，这样使得后续步骤中，与径向横浇道50连接的铸件模壳10在浇注满后才会通过切向横浇道60流向下一个铸件模壳10中。
作为一种实施方式，如图2所示，所述步骤S3中，所述径向横浇道蜡棒的数量为一个，所述切向横浇道蜡棒的数量比所述铸件蜡模的数量少一个，其中一个铸件蜡模1通过所述径向横浇道蜡棒5连接至所述浇口杯上，其余所有铸件蜡模1依次通过所述切向横浇道蜡棒6进行连接。这样，如图3所示，在后续的浇注步骤中，金属液先通过径向横浇道50流向与之连接的铸件模壳10内，再依次通过切向横浇道60流向临近的铸件模壳10，最终完成全部铸件模壳的浇注过程。
作为一种实施方式，如图4所示，所述步骤S4中，当所述径向横浇道蜡棒5的数量为两个或两个以上，本实施例以两个进行说明，所述切向横浇道蜡棒6的数量则根据所述径向横浇道蜡棒5及所述铸件蜡模1的数量配置；以图4所示为例，径向横浇道蜡棒5有两个，铸件蜡模1有八个，则将铸件蜡模1分成两组，每组四个铸件蜡模1，每组铸件蜡模1需要配置一个径向横浇道蜡棒5连接至浇口杯2，需要三个切向横浇道蜡棒6将铸件蜡模1互联。当然，如果径向横浇道蜡棒5的数量为两个以上时，每个所述径向横浇道蜡棒将所述浇口杯与一个所述铸件蜡模顶部相连，并通过一个切向横浇道蜡棒连接至相邻的铸件蜡模顶部，或通过多个切向横浇道蜡棒依次连接至相邻的铸件蜡模顶部。如图5所示，最终形成的浇注***中，浇口杯2通过一个径向横浇道50、三个切向横浇道分别依次与四个铸件模壳10连接，再通过另一个径向横浇道50、三个切向横浇道分别依次与四个铸件模壳10连接，最终完成所有铸件模壳10的连接，浇注时，金属液通过浇口杯2流出，再通过两个径向横浇道50分别流向与之连接的铸件模壳10内，当与径向横浇道50连接的铸件模壳10浇注完成后，金属液通过切向横浇道60流向下一个铸件模壳10中，依次浇注完所有铸件模壳。图5所示的实施方式，形成了两路浇注通道。在铸件模壳10数量较多的情况下，通过多路同时浇注，保证了浇注的效率，同时，与图1所示的现有浇注方式相比，仍然减少了径向横浇道的数量，尽可能避免了断流和滴溅的现象。
步骤S5中，将组装好的蜡模用粘浆淋砂工艺制造陶瓷模壳，脱蜡和烧结后形成包括铸件模壳10、径向横浇道50以及切向横浇道60的陶瓷模壳。
基于以上实施例，本发明由于金属液不再是同时流向所有铸件型腔，而是按先后顺序逐个充型，每个铸件的充型时间大大缩短，防止了因断流和滴溅引起的钢豆和冷隔等问题，晶粒取向也得到改善。
实施例二
如图3或图5所示，本发明同时还提供一种定向凝固铸造的浇注***，包括：底盘4、浇口杯2、设置于所述浇口杯2周围的多个铸件模壳10、一个或多个径向横浇道50、以及根据所述铸件模壳10和所述径向横浇道50数量进行配置的切向横浇道60，所述铸件模壳10的数量至少是所述径向横浇道50数量的两倍；
其中，每个所述径向横浇道50将所述浇口杯2与一个所述铸件模壳10顶部相连，并通过一个切向横浇道60连接至相邻的铸件模壳顶部，或通过多个切向横浇道60依次连接至相邻的铸件模壳10顶部。
在本实施例中，每段所述切向横浇道60的布置方式都是呈先高后低的方式进行，使得每个铸件模壳10的型腔的出口都高于入口，保证金属液体只有在完全充满此铸件型腔后才能流向下一个型腔。
本实施例中，所述切向横浇道60的前端高于所述径向横浇道50的末端。
上述实施例仅用于说明本发明的具体实施方式。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，都应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种定向凝固铸造方法，其特征在于，所述方法包括步骤：
S1，准备底盘、浇口杯、制作铸件蜡模、径向横浇道蜡棒、以及切向横浇道蜡棒；
S2，将多个所述铸件蜡模围绕所述浇口杯以环形方式排列在所述底盘上；
S3，使用一个所述径向横浇道蜡棒将所述浇口杯与一个所述铸件蜡模顶部相连，并通过一个切向横浇道蜡棒连接至相邻的铸件蜡模顶部，或通过多个切向横浇道蜡棒依次连接至相邻的铸件蜡模顶部；
S4，若所述径向横浇道蜡棒为多个时，依次执行所述步骤S3，直到所有铸件蜡模都完成浇道连接；
S5，通过粘浆淋砂工艺制作包括径向横浇道以及切向横浇道的陶瓷模壳、；
S6，在真空炉中进行高温合金的浇注和定向凝固。
2.按照权利要求1所述的定向凝固铸造方法，其特征在于，所述步骤S3中，每段所述切向横浇道蜡棒的布置方式都是呈先高后低的方式进行，使得每个铸件型腔的出口都高于入口。
3.按照权利要求1所述的定向凝固铸造方法，其特征在于，所述径向横浇道蜡棒或切向横浇道蜡棒的横截面为直径5-15mm的圆形。
4.按照权利要求1所述的定向凝固铸造方法，其特征在于，所述径向横浇道蜡棒或切向横浇道蜡棒的横截面为圆形、椭圆形或多边形。
5.按照权利要求1所述的定向凝固铸造方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述切向横浇道蜡棒的前端高于所述径向横浇道蜡棒的末端。
6.按照权利要求1所述的定向凝固铸造方法，其特征在于，所述步骤S3中，所述径向横浇道蜡棒的数量为一个，所述切向横浇道蜡棒的数量比所述铸件蜡模的数量少一个，其中一个铸件蜡模通过所述径向横浇道蜡棒连接至所述浇口杯上，其余所有铸件蜡模依次通过所述切向横浇道蜡棒进行连接。
7.按照权利要求1所述的定向凝固铸造方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述径向横浇道蜡棒的数量为两个或两个以上，所述切向横浇道蜡棒的数量根据所述径向横浇道蜡棒及所述铸件蜡模的数量配置；
其中，每个所述径向横浇道将所述浇口杯与一个所述铸件模壳顶部相连，并通过一个切向横浇道连接至相邻的铸件模壳顶部，或通过多个切向横浇道蜡棒依次连接至相邻的铸件模壳顶部。
8.一种定向凝固铸造的浇注***，其特征在于，包括：底盘、浇口杯、设置于所述浇口杯周围的多个铸件模壳、一个或多个径向横浇道、以及根据所述铸件模壳和所述径向横浇道数量进行配置的切向横浇道，所述铸件模壳的数量至少是所述径向横浇道数量的两倍；
其中，每个所述径向横浇道将所述浇口杯与一个所述铸件模壳顶部相连，并通过一个切向横浇道连接至相邻的铸件模壳顶部，或通过多个切向横浇道蜡棒依次连接至相邻的铸件模壳顶部。
9.按照权利要求8所述的定向凝固铸造的浇注***，其特征在于，每段所述切向横浇道的布置方式都是呈先高后低的方式进行，使得每个铸件模壳的型腔的出口都高于入口。
10.按照权利要求1所述的定向凝固铸造的浇注***，其特征在于，所述切向横浇道的前端高于所述径向横浇道的末端。
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