CN113560497B - 一种低成本高效率的薄壁钛合金铸件的制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种低成本高效率的薄壁钛合金铸件的制造方法，包括模具设计、模具加工、模具预处理、模具组型及浇铸的工序，通过球墨铸铁外模和石墨内芯的复合模具进行薄壁钛合金铸件的铸造，并且球墨铸铁外模和石墨内芯都是分瓣式结构，在铸造完成后能够较为方便的将球墨铸铁外模和石墨内芯从铸件上拆除，并对其表面进行修整，提升了生产效率；增加模具的重复利用次数；在浇注前对球墨铸铁模瓣和石墨模瓣都进行了预处理，烘烤处理能够把球墨铸铁模瓣表面存在的半脱离状态的车屑氧化去除，并使新加工的球墨铸铁模瓣表面被钝化，真空除气能够消除石墨模瓣内部的空气，减小石墨模瓣的内部孔隙，能够提升铸件的表面质量，满足薄壁钛合金铸件低成本高效率的生产。
Description
技术领域
本发明涉及薄壁钛合金铸件制造领域，尤其涉及一种低成本高效率的薄壁钛合金铸件的制造方法。
背景技术
钛合金具有密度小、塑性高、耐腐蚀等优点，在石油化工、船舶、航空航天等领域得到广泛应用。目前国内大多数钛企仍采用熔模精密铸造和石墨型铸造方法，制作周期较长。采用石墨型铸造方法时，石墨模具无法多次利用，成本高，研制周期较长，且铸件表面粗糙度高。
采用金属型铸造方法时，大多采用灰铸铁或铸钢作为模具，抗拉强度和屈服强度较低，经常出现断裂导致模具报废，降低了球墨铸铁模具重复利用的效果。尤其是对于薄壁钛合金铸件，现有的铸造技术存在成本高，研制周期长，表面粗糙度高，模具重复利用效果欠佳的不足，难以满足薄壁钛合金铸件低成本高效率的生产要求。
发明内容
为解决现有技术铸造薄壁钛合金铸件时成本高，研制周期长，表面粗糙度高，模具难以重复利用的问题，本发明提供了一种低成本高效率的薄壁钛合金铸件的制造方法。
本发明为解决上述技术问题所采用的技术方案是：一种低成本高效率的薄壁钛合金铸件的制造方法，包括以下步骤：
步骤一、模具设计
根据薄壁钛合金铸件对铸造用模具进行设计，模具由球墨铸铁外模和石墨内芯组成，球墨铸铁外模和石墨内芯之间形成与薄壁钛合金铸件的形状相匹配的铸造空腔，球墨铸铁外模和石墨内芯均为分瓣组合式结构，球墨铸铁外模由多个球墨铸铁模瓣组成，石墨内芯由多个石墨模瓣组成；
步骤二、模具加工
通过数控机床对球墨铸铁坯料和石墨坯料分别进行加工，制得多个球墨铸铁模瓣和多个石墨模瓣，球墨铸铁模瓣和石墨模瓣的尺寸误差均不超过0.1mm，球墨铸铁模瓣的表面粗糙度为Ra3.2～Ra6.3；
步骤三、模具预处理
3.1、对球墨铸铁模瓣的表面进行清理，并去除突起棱角，然后将球墨铸铁模瓣放入加热炉内进行烘烤处理，加热温度为300～600℃，保温时间为2～4h，随炉冷却后出炉，待用；
3.2、对石墨模瓣的表面进行清理，然后将球墨铸铁模瓣放入真空炉内进行真空除气，真空炉内的真空度＜1Pa，加热温度为800～1100℃，保温时间为3～6h，随炉冷却后出炉，放入烘箱内待用；
步骤四、模具组型及浇铸
对预处理后的球墨铸铁模瓣和石墨模瓣的表面进行清理，然后将球墨铸铁模瓣和石墨模瓣配合组装成模具的整体结构，将组装后的模具与浇注***连接，采用开放式浇注***向模具的铸造空腔内进行浇铸，铸件冷却成形后将多个球墨铸铁模瓣分别从铸件的外壁上拆除，再将多个石墨模瓣分别从铸件的内壁上拆除，即得到所需的薄壁钛合金铸件。
优选的，所述开放式浇注***包括直浇道、横浇道和内浇道，直浇道、横浇道和内浇道各自的浇道总截面积的比例不小于1:2:3。
优选的，采用VAC150kg铸造炉进行浇铸，浇铸的真空度≤0.9Pa，融化电流≥19KA，浇铸后冷却时间为60～90min。
根据上述技术方案，本发明的有益效果是：
本发明中通过球墨铸铁外模和石墨内芯的复合模具进行薄壁钛合金铸件的铸造，并且球墨铸铁外模和石墨内芯都是分瓣式结构，在铸造完成后能够较为方便的将球墨铸铁外模和石墨内芯从铸件上拆除，缩短了铸件制作周期，提升了生产效率；并且分瓣式的球墨铸铁外模和石墨内芯能够较为容易的对其表面进行修整，使拆除后的模瓣能够再次组成模具整体，因此能增加模具的重复利用次数；在浇注前对球墨铸铁模瓣和石墨模瓣都进行了预处理，烘烤处理能够把球墨铸铁模瓣表面存在的半脱离状态的车屑氧化去除，并使新加工的球墨铸铁模瓣表面被钝化，真空除气能够消除石墨模瓣内部的空气，减小石墨模瓣的内部孔隙，并且石墨模瓣出炉后会放进烘箱待用，防止石墨二次吸气，经预处理之后再组装成的模具能够提升铸件的表面质量，通过本发明方法制作的薄壁钛合金铸件，其表面荧光质量良好，内部X射线探伤符合国家标准要求，尺寸公差符合GB/T 6414-1999 CT8要求。本发明实施过程简单，效果明显，能够满足薄壁钛合金铸件低成本高效率的批量化稳定生产。
附图说明
图1为实施例1的铸件示意图；
图2为实施例1的模具整体示意图；
图3为实施例1的模具的俯视透视图；
图4为图3沿A-A的剖视图
图中标记：1、球墨铸铁模瓣，2、石墨模瓣。
具体实施方式
本发明提供了一种低成本高效率的薄壁钛合金铸件的制造方法，包括以下步骤：
步骤一、模具设计
根据薄壁钛合金铸件对铸造用模具进行设计，模具由球墨铸铁外模和石墨内芯组成，球墨铸铁外模和石墨内芯之间形成与薄壁钛合金铸件的形状相匹配的铸造空腔，球墨铸铁外模和石墨内芯均为分瓣组合式结构，球墨铸铁外模由多个球墨铸铁模瓣组成，石墨内芯由多个石墨模瓣组成。
步骤二、模具加工
通过数控机床对球墨铸铁坯料和石墨坯料分别进行加工，制得多个球墨铸铁模瓣和多个石墨模瓣，球墨铸铁模瓣和石墨模瓣的尺寸误差均不超过0.1mm，球墨铸铁模瓣的表面粗糙度为Ra3.2～Ra6.3。
步骤三、模具预处理
3.1、对球墨铸铁模瓣的表面进行清理，并去除突起棱角，然后将球墨铸铁模瓣放入加热炉内进行烘烤处理，加热温度为300～600℃，保温时间为2～4h，随炉冷却后出炉，待用。
3.2、对石墨模瓣的表面进行清理，然后将球墨铸铁模瓣放入真空炉内进行真空除气，真空炉内的真空度＜1Pa，加热温度为800～1100℃，保温时间为3～6h，随炉冷却后出炉，放入烘箱内待用。
步骤四、模具组型及浇铸
对预处理后的球墨铸铁模瓣和石墨模瓣的表面进行清理，然后将球墨铸铁模瓣和石墨模瓣配合组装成模具的整体结构，将组装后的模具与浇注***连接，采用开放式浇注***向模具的铸造空腔内进行浇铸，开放式浇注***包括直浇道、横浇道和内浇道，直浇道、横浇道和内浇道各自的浇道总截面积的比例不小于1:2:3；采用VAC150kg铸造炉进行浇铸，浇铸的真空度≤0.9Pa，融化电流≥19KA，浇铸后冷却时间为60～90min，铸件冷却成形后将多个球墨铸铁模瓣分别从铸件的外壁上拆除，再将多个石墨模瓣分别从铸件的内壁上拆除，即得到所需的薄壁钛合金铸件。
实施例1、用球墨铸铁型和石墨型结合浇铸后壳体，铸件材质为ZTA15，如图1所示，铸件的形状结构为圆筒状Φ405×310mm、壁厚4mm，设置收缩量为0.7%，外表面再偏置0.2mm。
模型设计：浇注***设计：采用开放式浇注***，该铸件浇铸***分为上中下三层，上层设置米字浇道，中层和下层设置十字浇道，保证铸件能顺利充满采用Φ60mm主浇道连接三层米字横浇道(25×25mm)直接通于铸件厚大部位处，主浇道与横浇道的总截面积比约为1:2.2。
外型的分型面选择应在铸件外表面，因为圆形结构且四周有结构，为了防止锐角和增加模具的使用寿命，可从圆心向外辐射分型，便于增加模具的使用寿命，距外壁25mm处改直线分型，便于后续模具的拆分。芯子因中间有浇道，故中间需分开加工，并设置止扣便于组型。
模具选材：模具的外型采用球墨铸铁模具，选择材质为球墨铸铁QT500-7，内部不需存在裂纹、冷隔、夹杂以及穿透性缺陷。模具的内芯采用机加工石墨模具。石墨不能有裂纹，其断口结晶要细密，空洞要小。
模具加工：根据模具三维图，运用三维造型软件编制数控加工程序，由数控机床完成高精度模具加工。
模具检验：检验时将每个模具尺寸一一测量，按照图纸和表单所给的尺寸和公差判断是否合格。经数控机床加工的模具，尺寸公差达到±0.1mm，球墨铸铁模具表面粗糙度达到Ra6.3。
模具预处理：球墨铸铁模具应去除突起棱角结构，机加工后的球墨铸铁模具必须经过烘烤处理，以便把模具表面存在的半脱离状态的车屑氧化去除和使新加工的铸铁铸型表面被钝化。处理前先对烘烤炉子检查（检查电源和控温***）和清理，防止炉内出现污染物，模具表面也要清理或清洗干净。烘烤工艺：温度400±14℃，保温3h±10min，随炉冷却后出炉。
机加工石墨具有很强的吸气能力以及内部有很发达的空隙，故其需要在真空炉进行除气处理。处理前先对除气炉子检查（检查电源和控温及控制***）和清理，防止炉内出现污染物，模具表面的污染物也需清理干净。除气工艺：温度920℃±14℃，保温4h±10min，真空度小于1 Pa，随炉冷却后出炉。出炉后放进烘箱待用，防止石墨二次吸气。
组型及浇铸：组型前用吸尘器或压缩空气等方法除净在模具表面的石墨粉等，并检验模具的外观，看是否有缺损、裂纹、变形等。铸型组装时依据装配图先把下型放置在浇铸用圆盘上，再把石墨型芯组装放置在下型上，然后组装四周外型及上型，并用固紧装置固紧，最后连接到浇注***上装进浇铸炉。采用VAC150kg铸造炉浇铸，真空度要求≤0.9Pa，融化电流≥19KA，浇铸后冷却60min后出炉。
Claims (2)
1.一种低成本高效率的薄壁钛合金铸件的制造方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、模具设计
根据薄壁钛合金铸件对铸造用模具进行设计，模具由球墨铸铁外模和石墨内芯组成，球墨铸铁外模和石墨内芯之间形成与薄壁钛合金铸件的形状相匹配的铸造空腔，球墨铸铁外模和石墨内芯均为分瓣组合式结构，球墨铸铁外模由多个球墨铸铁模瓣组成，石墨内芯由多个石墨模瓣组成；
步骤二、模具加工
通过数控机床对球墨铸铁坯料和石墨坯料分别进行加工，制得多个球墨铸铁模瓣和多个石墨模瓣，球墨铸铁模瓣和石墨模瓣的尺寸误差均不超过0 .1mm，球墨铸铁模瓣的表面粗糙度为Ra3 .2～Ra6 .3；铸件的形状结构为圆筒状，圆形结构的四周有结构，从圆心向外辐射分型，距外壁25mm处改直线分型；
步骤三、模具预处理
3 .1、对球墨铸铁模瓣的表面进行清理，并去除突起棱角，然后将球墨铸铁模瓣放入加热炉内进行烘烤处理，加热温度为300～600℃，保温时间为2～4h，随炉冷却后出炉，待用；
3 .2、对石墨模瓣的表面进行清理，然后将球墨铸铁模瓣放入真空炉内进行真空除气，真空炉内的真空度＜1Pa，加热温度为800～1100℃，保温时间为3～6h，随炉冷却后出炉，放入烘箱内待用；
步骤四、模具组型及浇铸
对预处理后的球墨铸铁模瓣和石墨模瓣的表面进行清理，然后将球墨铸铁模瓣和石墨模瓣配合组装成模具的整体结构，将组装后的模具与浇注***连接，采用开放式浇注***向模具的铸造空腔内进行浇铸，所述开放式浇注***包括直浇道、横浇道和内浇道，直浇道、横浇道和内浇道各自的浇道总截面积的比例不小于1:2:3，铸件冷却成形后将多个球墨铸铁模瓣分别从铸件的外壁上拆除，再将多个石墨模瓣分别从铸件的内壁上拆除，即得到所需的薄壁钛合金铸件。
2.根据权利要求1所述的一种低成本高效率的薄壁钛合金铸件的制造方法，其特征在于：采用VAC150kg铸造炉进行浇铸，浇铸的真空度≤0 .9Pa，融化电流≥19KA，浇铸后冷却时间为60～90min。
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