CN102078919A - 一种双层薄壁弯管铸件精密铸造方法 - Google Patents

一种双层薄壁弯管铸件精密铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种双层薄壁弯管铸件精密铸造方法，该方法针对现有技术的不足，该方法首先制备蜡棒，然后以蜡棒作为芯骨压制可溶羰芯，再以可溶羰芯作为芯骨压制压内管蜡模，再用盐酸将可溶羰芯溶解，得到内管蜡模。经挂砂、脱蜡、焙烧模壳后浇注，得到内管铸件进行质量检验，检查合格后，作为芯骨，制作树脂砂砂芯，并采用排气管铝合金金属模样制取排气管整体树脂砂铸型，将树脂砂砂芯放入整体树脂砂铸型中，经预热及调压浇注获得排气管铸件。本发明解决了双层排气管的成型问题，为铸件的生产提供了可靠的技术方案。同时，采用铸造成型的方法极大的降低生产成本，缩短了制造周期，提高了产品质量，能产生极大的经济效益。

Description

一种双层薄壁弯管铸件精密铸造方法
技术领域
本发明属于精密铸造技术领域，涉及一种精密铸造方法，尤其是一种双层薄壁弯管铸件精密铸造方法。
背景技术
随着高性能航空航天飞行器的发展，其内部构件也向着大尺寸、精度要求高、壁薄、结构复杂、冶金力学性能要求高的方向发展。传统中需要根据构件形状将其分解为多个部分，采用整块金属以机械加工的方法形成构件的各个部分，然后采用焊接将构件进行整体成型。这种方法使得构件的成型过程异常复杂，生产周期长，效率低，金属浪费严重，成本高，且可靠性较低。而铸造成型由于具有成本低廉、效率高，尤其适合批量生产。随着现代铸造技术的发展和进步，复杂薄壁构件“以铸代锻”成为可能，采用铸造形成的复杂薄壁件可提高复杂结构整体性能，实现构件的轻量化。
某航天用双层薄壁弯管铝合金铸件由于其形状复杂、同部件上壁厚差别大，达到21mm、个别部位壁厚极薄达到1.5mm，传统中采用薄片整体焊接而成，造成构件废品率极高，且可靠性极低，遂提出采用精密铸造成型的方法进行成型。然而，该构件为双层管件，绝大部分为非加工性腔体，壁厚尺寸及管间间隙尺寸要求严格。从工艺角度来讲，首先，铸件形状复杂，内管壁厚薄，铸造过程中容易出现浇不足、疏松等缺陷，相对较厚部分(如法兰)容易出现疏松，因此，构件成形过程浇注方案、组合系统、浇注参数等直接关系到构件的成形完整性、冶金质量、力学性能等；其次，形位公差和尺寸精度要求高，这就要求模具设计和制作需要充分考虑浇注后排气管的多种线收缩和及其金属液的体收缩，同时壁薄致使排气管的充型能力较差，所以严格控制液面加压的稳定性，提供合理的加压方式，抑制液面波动，使得对薄壁复杂优质构件的成型尤为重要，这些因素导致该型排气管的成型难度极大。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种双层薄壁弯管铸件精密铸造方法，该方法
本发明的目的是通过以下技术方案来解决的：
该种双层薄壁弯管铸件精密铸造方法，其特征在于：
1)首先采用模头机压制蜡棒；
2)将所述蜡棒作为芯骨，放入压制型芯模具中，压制可溶羰芯；
3)将上述压制的可溶羰芯作为芯骨放入内管模具中，压制带有芯骨的内管蜡模；
4)再用盐酸将带有芯骨的内管蜡模中的芯骨-即可溶羰芯溶解，得到表面光滑、尺寸精确的内管蜡模；
5)采用上一步骤制作的内管蜡模，用刚玉砂和浆料进行第一次挂砂，干燥后再用上店砂和浆料进行第二至四层挂砂，每次挂砂后干燥处理；第五至八层用上店砂和浆料挂砂并干燥后用浆料进行封严；
6)对挂砂后的内管蜡模进行脱蜡处理，完成后得到型壳；
7)利用型壳进行浇注，浇注前将型壳预热；将熔炼后的合金浆液采用调压浇注方式进行浇注，浇注完毕冷却后采用水力清壳或干吹砂清壳清理，获得铝合金内管铸件；
8)对铝合金内管做打压试验，打压在3分钟以上不渗漏，合格后，再将该铝合金内管铸件作为芯骨放在模具压型中；制作树脂砂砂芯；
9)用外管金属模具制取排气管整体树脂砂铸型；将上步制得的树脂砂砂芯放到整体树脂砂铸型中，用定位块调整好壁厚尺寸，将树脂砂砂芯固定，检查各处的壁厚情况，合箱，紧箍砂箱，浇注前在箱式炉中预热150～200℃保温至少4小时；
10)采用与步骤7)相同的浇注方式和浇注参数进行浇注，浇注完毕冷却后采用水力清壳或干吹砂清壳清理，获得整体双层薄壁弯管铸件。
以上在步骤1)中，压注温度：60～75℃，注射压力：0.4～0.6MPa，保压时间：20min。
以上在步骤3)中，压注温度：60～75℃，模具温度：20～35℃，注射压力：2～4MPa，保压时间：3min。
上述步骤5)中，用70-100目刚玉砂和浆料进行第一次挂砂，干燥8小时以上后再用35-45目的上店砂和浆料进行第二至四层挂砂，每次挂砂后干燥6～8小时；第五至八层用20-30目上店砂和浆料挂砂后放入干燥6～8小时；最后用浆料进行封严，保持通风。
上述步骤6)脱蜡处理时，外胆承汽压力：0.7-0.75MPa，脱蜡时间：12-15min，脱蜡温度：160-170℃；脱蜡后在通风条件下自干不少于12小时；脱蜡后将模壳放入在箱式电阻炉中焙烧，使模壳低于300℃入炉，将电阻炉继续升温至700～1000℃，保温2～4小时，随炉冷却至200℃以下取出，取出模壳清理内腔残留物。
上述步骤7)中，合金浇注温度750～770℃，同步建压-60～-100KPa，升液压力1～4KPa，升液速度150～200mm/s，充型压力差40～65KPa，充型速度150～200mm/s，结晶压力1KPa，结晶时间400s～600s，铸型温度：330±30℃。
本发明具有以下有益效果：
本发明的双层薄壁弯管铸件精密铸造方法解决了双层排气管的成型问题，获得了内管的质量高，尺寸精度好的双层复杂薄壁铸件，为其他类似铸件的生产提供了可靠的技术方案。同时，采用铸造成型的方法极大的降低生产成本，缩短了制造周期，提高了产品质量，能产生极大的经济效益。
附图说明
图1为本发明的精密铸造方法的各阶段示意图。
其中：1为蜡棒；2为型芯模具；3为内管模具；4为模具压型；5为外管金属模具。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细描述：
实施例1
1)参见图1A，采用模头机压制蜡棒1，压注温度：60～75℃，注射压力：0.4～0.6MPa，保压时间：20min。
2)将蜡棒1放入压制型芯模具2中作为芯骨，采用压蜡机压制可溶羰芯(以下称2#可溶性羰基型芯)，如图1B所示。
3)参见图1C，将2#可溶性羰基型芯放入内管模具3中作为芯骨，压制带有芯骨的内管蜡模(以下称3#内管蜡模)，压注温度：60～75℃，模具温度：20～35℃，注射压力：2～4MPa，保压时间：3min。
4)从模具中取出3#内管蜡模，采用盐酸将2#可溶性羰基型芯脱芯，得到表面光滑且尺寸精确的内管蜡模，如图3D。
5)制作内管熔模模壳：采用上一步骤制作的内管蜡模，用70目刚玉砂和浆料进行第一次挂砂，干燥8小时以上后再用35目的上店砂和浆料进行第二至四层挂砂，每次挂砂后至少干燥6～8小时；第五至八层用20目上店砂和浆料挂砂后放入干燥至少6～8小时；最后用浆料进行封严，保持通风，保证一定的温度和湿度。
6)对挂砂后的内管蜡模(即内管熔模模壳)进行脱蜡处理，完成后得到型壳；脱蜡参数：外胆承汽压力：0.7-0.75MPa，脱蜡时间：12-15min，脱蜡温度：160-170℃；脱蜡后在通风条件下自干不少于12小时，并检查型壳质量，型壳中的蜡液应脱净，浇口杯要整齐无裂纹。脱蜡后模壳放入在箱式电阻炉中焙烧，模壳低于300℃入炉，将电阻炉升继续升温至700～1000℃，保温2～4小时，随炉冷却至200℃以下取出，待冷却至室温后检验模壳，取出模壳清理内腔残留物，浇注前将模壳预热以备浇注；
7)完成金属熔炼后采用调压浇注方式进行浇注，其合金浇注温度750～770℃，同步建压-60～-100KPa，升液压力1～4KPa，升液速度150～200mm/s，充型压力差40～65KPa，充型速度150～200mm/s，结晶压力1KPa，结晶时间400s～600s，铸型温度：330±30℃。
8)浇注完毕冷却后采用水力清壳或干吹砂清壳清理，获得铝合金内管铸件。
9)内管做打压试验，打压在3分钟以上不渗漏，合格后，再将制作好的3#铝合金内管放在模具压型4中作为芯骨，制作树脂砂砂芯。
10)如图5E，用外管金属模具5制取排气管整体树脂砂铸型。将树脂砂砂芯放到整体树脂砂铸型中，用标准的定位块调整好壁厚尺寸，将树脂砂芯固定，检查各处的壁厚情况，合箱，紧箍砂箱。浇注前在箱式炉中预热150～200℃保温至少4小时。
11)采用与步骤7)内管相同的浇注方式和浇注参数进行浇注。浇注完毕冷却后采用水力清壳或干吹砂清壳清理；获得整体双层管铸件。
实施例2
1)采用模头机压制蜡棒1，压注温度：75℃，注射压力：0.4MPa，保压时间：20min。
2)将蜡棒1放入压制型芯模具2中作为芯骨，采用压蜡机压制可溶羰芯(以下称2#可溶性羰基型芯)。
3)将2#可溶性羰基型芯放入内管模具3中作为芯骨，压制带有芯骨的内管蜡模(以下称3#内管蜡模)，压注温度：75℃，模具温度：35℃，注射压力：2MPa，保压时间：3min。
4)从模具中取出3#内管蜡模，采用盐酸将2#可溶性羰基型芯脱芯，得到表面光滑且尺寸精确的内管蜡模。
5)制作内管熔模模壳：采用上一步骤制作的内管蜡模，用70目刚玉砂和浆料进行第一次挂砂，干燥8小时以上后再用35目的上店砂和浆料进行第二至四层挂砂，每次挂砂后至少干燥8小时；第五至八层用20目上店砂和浆料挂砂后放入干燥8小时；最后用浆料进行封严，保持通风，保证一定的温度和湿度。
6)对挂砂后的内管蜡模(即内管熔模模壳)进行脱蜡处理，完成后得到型壳；脱蜡参数：外胆承汽压力：0.75MPa，脱蜡时间：15min，脱蜡温度：160℃；脱蜡后在通风条件下自干不少于12小时，并检查型壳质量，型壳中的蜡液应脱净，浇口杯要整齐无裂纹。脱蜡后模壳放入在箱式电阻炉中焙烧，模壳低于300℃入炉，将电阻炉升继续升温至700～1000℃，保温4小时，随炉冷却至200℃以下取出，待冷却至室温后检验模壳，取出模壳清理内腔残留物，浇注前将模壳预热以备浇注；
7)完成金属熔炼后采用调压浇注方式进行浇注，其合金浇注温度770℃，同步建压-100KPa，升液压力1KPa，升液速度200mm/s，充型压力差40KPa，充型速度200mm/s，结晶压力1KPa，结晶时间600s，铸型温度：330±30℃。
8)浇注完毕冷却后采用水力清壳或干吹砂清壳清理，获得铝合金内管铸件。
9)内管做打压试验，打压在3分钟以上不渗漏，合格后，再将制作好的3#铝合金内管放在模具压型4中作为芯骨，制作树脂砂砂芯。
10)用外管金属模具5制取排气管整体树脂砂铸型。将树脂砂砂芯放到整体树脂砂铸型中，用标准的定位块调整好壁厚尺寸，将树脂砂芯固定，检查各处的壁厚情况，合箱，紧箍砂箱。浇注前在箱式炉中预热150～200℃保温至少4小时。
11)采用与步骤7)内管相同的浇注方式和浇注参数进行浇注。浇注完毕冷却后采用水力清壳或干吹砂清壳清理；获得整体双层管铸件。
实施例3
1)采用模头机压制蜡棒1，压注温度：60℃，注射压力：0.6MPa，保压时间：20min。
2)将蜡棒1放入压制型芯模具2中作为芯骨，采用压蜡机压制可溶羰芯(以下称2#可溶性羰基型芯)。
3)将2#可溶性羰基型芯放入内管模具3中作为芯骨，压制带有芯骨的内管蜡模(以下称3#内管蜡模)，压注温度：60℃，模具温度：20℃，注射压力：4MPa，保压时间：3min。
4)从模具中取出3#内管蜡模，采用盐酸将2#可溶性羰基型芯脱芯，得到表面光滑且尺寸精确的内管蜡模。
5)制作内管熔模模壳：采用上一步骤制作的内管蜡模，用100目刚玉砂和浆料进行第一次挂砂，干燥8小时以上后再用45目的上店砂和浆料进行第二至四层挂砂，每次挂砂后至少干燥6小时；第五至八层用30目上店砂和浆料挂砂后放入干燥6小时；最后用浆料进行封严，保持通风，保证一定的温度和湿度。
6)对挂砂后的内管蜡模(即内管熔模模壳)进行脱蜡处理，完成后得到型壳；脱蜡参数：外胆承汽压力：0.7MPa，脱蜡时间：12min，脱蜡温度：170℃；脱蜡后在通风条件下自干不少于12小时，并检查型壳质量，型壳中的蜡液应脱净，浇口杯要整齐无裂纹。脱蜡后模壳放入在箱式电阻炉中焙烧，模壳低于300℃入炉，将电阻炉升继续升温至700～1000℃，保温2小时，随炉冷却至200℃以下取出，待冷却至室温后检验模壳，取出模壳清理内腔残留物，浇注前将模壳预热以备浇注；
7)完成金属熔炼后采用调压浇注方式进行浇注，其合金浇注温度750℃，同步建压-60KPa，升液压力4KPa，升液速度150mm/s，充型压力差65KPa，充型速度200mm/s，结晶压力1KPa，结晶时间400s，铸型温度：330±30℃。
8)浇注完毕冷却后采用水力清壳或干吹砂清壳清理，获得铝合金内管铸件。
9)内管做打压试验，打压在3分钟以上不渗漏，合格后，再将制作好的3#铝合金内管放在模具压型4中作为芯骨，制作树脂砂砂芯。
10)用外管金属模具5制取排气管整体树脂砂铸型。将树脂砂砂芯放到整体树脂砂铸型中，用标准的定位块调整好壁厚尺寸，将树脂砂芯固定，检查各处的壁厚情况，合箱，紧箍砂箱。浇注前在箱式炉中预热150～200℃保温至少4小时。
11)采用与步骤7)内管相同的浇注方式和浇注参数进行浇注。浇注完毕冷却后采用水力清壳或干吹砂清壳清理；获得整体双层管铸件。
试验证明，本发明能生产出完全符合设计要求的铸件，既能满足内管的质量要求，又能满足外管的质量要求，是较为理想的工艺方案。

Claims (6)

1.一种双层薄壁弯管铸件精密铸造方法，其特征在于：
1)首先采用模头机压制蜡棒(1)；
2)将所述蜡棒(1)作为芯骨，放入压制型芯模具(2)中，压制可溶羰芯；
3)将上述压制的可溶羰芯作为芯骨放入内管模具(3)中，压制带有芯骨的内管蜡模；
4)再用盐酸将带有芯骨的内管蜡模中的芯骨-即可溶羰芯溶解，得到表面光滑、尺寸精确的内管蜡模；
5)采用上一步骤制作的内管蜡模，用刚玉砂和浆料进行第一次挂砂，干燥后再用上店砂和浆料进行第二至四层挂砂，每次挂砂后干燥处理；第五至八层用上店砂和浆料挂砂并干燥后用浆料进行封严；
6)对挂砂后的内管蜡模进行脱蜡处理，完成后得到型壳；
7)利用型壳进行浇注，浇注前将型壳预热；将熔炼后的合金浆液采用调压浇注方式进行浇注，浇注完毕冷却后采用水力清壳或干吹砂清壳清理，获得铝合金内管铸件；
8)对铝合金内管铸件做打压试验，打压在3分钟以上不渗漏，合格后，再将该铝合金内管铸件作为芯骨放在模具压型(4)中；制作树脂砂砂芯；
9)用外管金属模具(5)制取排气管整体树脂砂铸型；将上步制得的树脂砂砂芯放到整体树脂砂铸型中，用定位块调整好壁厚尺寸，将树脂砂砂芯固定，检查各处的壁厚情况，合箱，紧箍砂箱，浇注前在箱式炉中预热150～200℃保温至少4小时；
10)采用与步骤7)相同的浇注方式和浇注参数进行浇注，浇注完毕冷却后采用水力清壳或干吹砂清壳清理，获得整体双层薄壁弯管铸件。
2.根据权利要求1所述的双层薄壁弯管铸件精密铸造方法，其特征在于，在步骤1)中，压注温度：60～75℃，注射压力：0.4～0.6MPa，保压时间：20min。
3.根据权利要求1所述的双层薄壁弯管铸件精密铸造方法，其特征在于，在步骤3)中，压注温度：60～75℃，模具温度：20～35℃，注射压力：2～4MPa，保压时间：3min。
4.根据权利要求1所述的双层薄壁弯管铸件精密铸造方法，其特征在于，在步骤5)中，用70-100目刚玉砂和浆料进行第一次挂砂，干燥8小时以上后再用35-45目的上店砂和浆料进行第二至四层挂砂，每次挂砂后干燥6～8小时；第五至八层用20-30目上店砂和浆料挂砂后放入干燥6～8小时；最后用浆料进行封严，保持通风。
5.根据权利要求1所述的双层薄壁弯管铸件精密铸造方法，其特征在于，在步骤6)脱蜡处理时，外胆承汽压力：0.7-0.75MPa，脱蜡时间：12-15min，脱蜡温度：160-170℃；脱蜡后在通风条件下自干不少于12小时；脱蜡后将模壳放入在箱式电阻炉中焙烧，使模壳低于300℃入炉，将电阻炉继续升温至700～1000℃，保温2～4小时，随炉冷却至200℃以下取出，取出模壳清理内腔残留物。
6.根据权利要求1所述的双层薄壁弯管铸件精密铸造方法，其特征在于，在步骤7)中，合金浇注温度750～770℃，同步建压-60～-100KPa，升液压力1～4KPa，升液速度150～200mm/s，充型压力差40～65KPa，充型速度150～200mm/s，结晶压力1KPa，结晶时间400s～600s，铸型温度：330±30℃。
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