CN102343418A - 一种三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法 - Google Patents

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单志发
李小军
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李金山
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Abstract

本发明公开了一种三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法,其包括配置树脂砂、制芯、修芯等多个步骤,最终解决了三元流铝合金叶轮铸件的成型问题,获得了内部组织质量好,尺寸精度好的铸件,为其他类似铸件的生产提供了可靠的技术方案。同时,采用树脂砂芯+金属型复合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和实现节能环保的目的。

Description

一种三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法

技术领域

[0001] 本发明属铝合金铸件生产技术领域,涉及一种铝合金叶轮铸件的生产,尤其是一种三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法。

背景技术

[0002] 三元流铝合金叶轮铸件结构复杂,性能要求高,为了实现其减轻质量、提高铝合金结构件的整体结构性能和可靠性的目的,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困难,生产周期长,效率低,金属浪费严重,成本高,且可靠性较和组焊精度低。

[0003] 整体铸造成型由于具有成本低廉、效率高,尤其适合批量生产,且采用铸造的方法能够实现一次成型,但采用单一的铸造方法较难得到性能和尺寸要求俱佳的铸件,为解决类似高性能复杂铸件整体铸造问题,本专利以三元流铝合金叶轮为对象,根据国内外研究, 采用铝合金树脂砂-金属复合型新型铸造工艺方法。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点,提供一种三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法,该铸造方法采用树脂砂造芯,经过修型和上涂料之后,组装砂芯,在预热和喷涂金属型上合箱,并采用反重力浇注,清砂完打磨粗抛,最后实施热处理和吹砂后获得叶轮铸件。该方法能够降低生产成本,缩短制造周期。

[0005] 本发明的目的是通过以下技术方案来解决的:

[0006] 这种三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法,包括以下步骤:

[0007] 1)配置树脂砂

[0008] 选取石英砂及快速铸造用树脂混合搅拌制作树脂砂;

[0009] 2)制芯

[0010] 在10分钟内将混合的树脂砂填入金属模具和芯盒中并紧实;

[0011] 3)修芯

[0012] 修整去除杂物,用修补膏填补砂芯表面,并修整光滑;

[0013] 4)涂涂料

[0014] 用醇基锆英粉涂料涂砂芯工作表面,点燃涂层;

[0015] 5)组装组合砂芯

[0016] 用铁丝将组合好的砂芯上端紧箍;

[0017] 6)金属型预热和喷涂

[0018] 组合砂芯的同时,将放置砂芯的金属上、下型模具预热至250〜350°C保温0. 5〜 1. 5小时,取出喷涂料,涂料厚度> 0. 5mm ;然后在350〜450°C保温1〜3小时;

[0019] 7)合箱[0020] 将组合好的砂芯组件放置到金属下型模中紧固,确保砂芯定位外圈和砂芯与下模定位准确;

[0021] 8)紧固金属型

[0022] 将上述紧固的模具吊装在中隔板上,浇口与升液管口正对,确保升液管和中隔板密封良好,使模具与浇注炉的中隔板紧固;

[0023] 9)熔炼

[0024] 除去坩埚内表面残余涂料和氧化层,经350〜400°C预热后在表面均勻喷涂一层保护涂料,以400〜600°C烘干至发黄备用;采用氩气旋吹机精炼,通过在线测氢来检验精炼效果,如P值满足要求,则停止精炼,否则再次进行精炼,继续测试P值,直到P值满足要求;

[0025] 10)浇注

[0026] 采用低压浇注,升液、充型速度50mm/s,升液压力差30KPa,升液压力lKPa,结晶增压压力lKPa,结晶时间至少600S ;

[0027] 11)对以上得到的铸件进行清砂、打磨粗抛;

[0028] 12)热处理

[0029] 固溶参数为:炉温低于300°C时铸件入炉,升温至540士5°C,保温12小时;铸件出炉后入60〜100°C的清水中冷却,出炉至入水时间不得超过20秒;时效的参数为:炉温低于100°C时铸件入炉,升温至165士5°C保温8小时;铸件出炉空冷;

[0030] 13)吹砂

[0031] 利用干吹砂机吹砂;介质:80#刚玉砂,压力:0. 4〜0. 6MPa。

[0032] 进一步的,以上步骤1)中,选取70/100目的石英砂及快速铸造用树脂CP I 5140 和CPII5235混合搅拌制作树脂砂。

[0033] 进一步,以上步骤幻中,用游标卡尺检测组合芯和外型模具配合尺寸,使组合芯能完全放入外型模具中即可。步骤6)中,将放置砂芯的金属上、下型模具预热至300°C保温 1小时,取出喷涂料,涂料厚度> 0.5mm ;然后在400°C保温2小时。步骤9)中,所述保护涂料层的厚度为0.5〜1mm。步骤10)中,浇注温度为713°C。步骤11)中采用手工清砂,并对铸件锥体表面、内型腔面毛刺、肉瘤、粘砂完全去除,并抛光。

[0034] 本发明具有以下有益效果:

[0035] 本发明解决了三元流铝合金叶轮铸件的成型问题,获得了内部组织质量好,尺寸精度好的铸件,为其他类似铸件的生产提供了可靠的技术方案。同时,采用树脂砂芯+金属型复合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和实现节能环保的目的。

具体实施方式

[0036] 下面结合实施例对本发明做进一步详细描述:

[0037] 实施例1

[0038] 本实施例的三元流铝合金叶轮铸件的铸造具体按照以下步骤进行:

[0039] 1)配置树脂砂:选取石英砂及快速铸造用树脂混合搅拌制作树脂砂;选取70/100 目的石英砂及快速铸造用树脂CP I 5140和CPII5235混合搅拌制作树脂砂。[0040] 2)制芯:在10分钟内将混合的树脂砂填入金属模具和芯盒中并紧实;

[0041] 3)修芯:修整去除杂物,用修补膏填补砂芯表面,并修整光滑;

[0042] 4)涂涂料:用醇基锆英粉涂料涂砂芯工作表面,点燃涂层;

[0043] 5)组装组合砂芯:用游标卡尺检测组合芯和外型模具配合尺寸,使组合芯能完全放入外型模具中即可;用铁丝将组合好的砂芯上端紧箍;

[0044] 6)金属型预热和喷涂:组合砂芯的同时,将放置砂芯的金属上、下型模具预热至 250〜350°C保温0. 5〜1. 5小时,取出喷涂料,涂料厚度> 0. 5mm ;然后在350〜450°C保温1〜3小时;

[0045] 将放置砂芯的金属上、下型模具预热至300°C保温1小时,取出喷涂料,涂料厚度 > 0. 5mm ;然后在400°C保温2小时。

[0046] 7)合箱:将组合好的砂芯组件放置到金属下型模中紧固,确保砂芯定位外圈和砂芯与下模定位准确;

[0047] 8)紧固金属型:将上述紧固的模具吊装在中隔板上,浇口与升液管口正对,确保升液管和中隔板密封良好,使模具与浇注炉的中隔板紧固;

[0048] 9)熔炼:除去坩埚内表面残余涂料和氧化层,经350〜400°C预热后在表面均勻喷涂一层保护涂料,涂料层的厚度为0. 5〜1mm,以400〜600°C烘干至发黄备用;采用氩气旋吹机精炼,通过在线测氢来检验精炼效果,如P值满足要求,则停止精炼,否则再次进行精炼,继续测试P值,直到P值满足要求;

[0049] 10)浇注:采用低压浇注,升液、充型速度50mm/s,升液压力差30KPa,升液压力 lKPa,结晶增压压力lKPa,结晶时间至少600S ;浇注温度为713V ;

[0050] 11)对以上得到的铸件进行清砂、打磨粗抛;具体为:采用手工清砂,并对铸件锥体表面、内型腔面毛刺、肉瘤、粘砂完全去除,并抛光;

[0051] 12)热处理:固溶参数为:炉温低于300°C时铸件入炉,升温至540士5°C,保温12 小时;铸件出炉后入60〜100°C的清水中冷却,出炉至入水时间不得超过20秒;时效的参数为:炉温低于100°C时铸件入炉,升温至165士5°C保温8小时;铸件出炉空冷;

[0052] 13)吹砂:利用干吹砂机吹砂;介质:80#刚玉砂,压力:0. 4〜0. 6MPa。

[0053] 实施例2

[0054] 本实施例的三元流铝合金叶轮铸件的铸造具体按照以下步骤进行:

[0055] 1)配置树脂砂:选取石英砂及快速铸造用树脂混合搅拌制作树脂砂;选取70目的石英砂及快速铸造用树脂CP I 5140和CPII5235混合搅拌制作树脂砂。

[0056] 2)制芯:在10分钟内将混合的树脂砂填入金属模具和芯盒中并紧实;

[0057] 3)修芯:修整去除杂物,用修补膏填补砂芯表面,并修整光滑;

[0058] 4)涂涂料:用醇基锆英粉涂料涂砂芯工作表面,点燃涂层;

[0059] 5)组装组合砂芯:用游标卡尺检测组合芯和外型模具配合尺寸,使组合芯能完全放入外型模具中即可;用铁丝将组合好的砂芯上端紧箍;

[0060] 6)金属型预热和喷涂:组合砂芯的同时,将放置砂芯的金属上、下型模具预热至 250°C保温1. 5小时,取出喷涂料,涂料厚度> 0. 5mm ;然后在450°C保温1小时;

[0061] 7)合箱:将组合好的砂芯组件放置到金属下型模中紧固,确保砂芯定位外圈和砂芯与下模定位准确;[0062] 8)紧固金属型:将上述紧固的模具吊装在中隔板上,浇口与升液管口正对,确保升液管和中隔板密封良好,使模具与浇注炉的中隔板紧固;

[0063] 9)熔炼:除去坩埚内表面残余涂料和氧化层,经350°C预热后在表面均勻喷涂一层保护涂料,涂料层的厚度为0. 5mm,以400°C烘干至发黄备用;采用氩气旋吹机精炼,通过在线测氢来检验精炼效果,如P值满足要求,则停止精炼,否则再次进行精炼,继续测试P 值,直到P值满足要求;

[0064] 10)浇注:采用低压浇注,升液、充型速度50mm/s,升液压力差30KPa,升液压力 lKPa,结晶增压压力lKPa,结晶时间至少600S ;浇注温度为713V ;

[0065] 11)对以上得到的铸件进行清砂、打磨粗抛;具体为:采用手工清砂,并对铸件锥体表面、内型腔面毛刺、肉瘤、粘砂完全去除,并抛光;

[0066] 12)热处理:固溶参数为:炉温低于300°C时铸件入炉,升温至540士5°C,保温12 小时;铸件出炉后入60〜100°C的清水中冷却,出炉至入水时间不得超过20秒;时效的参数为:炉温低于100°C时铸件入炉,升温至165士5°C保温8小时;铸件出炉空冷;

[0067] 13)吹砂:利用干吹砂机吹砂;介质:80#刚玉砂,压力:0. 4〜0. 6MPa。

[0068] 实施例3

[0069] 本实施例的三元流铝合金叶轮铸件的铸造具体按照以下步骤进行:

[0070] 1)配置树脂砂:选取石英砂及快速铸造用树脂混合搅拌制作树脂砂;选取100目的石英砂及快速铸造用树脂CP I 5140和CPII5235混合搅拌制作树脂砂。

[0071] 2)制芯:在10分钟内将混合的树脂砂填入金属模具和芯盒中并紧实;

[0072] 3)修芯:修整去除杂物,用修补膏填补砂芯表面,并修整光滑;

[0073] 4)涂涂料:用醇基锆英粉涂料涂砂芯工作表面,点燃涂层;

[0074] 5)组装组合砂芯:用游标卡尺检测组合芯和外型模具配合尺寸,使组合芯能完全放入外型模具中即可;用铁丝将组合好的砂芯上端紧箍;

[0075] 6)金属型预热和喷涂:组合砂芯的同时,将放置砂芯的金属上、下型模具预热至 350°C保温0. 5小时,取出喷涂料,涂料厚度> 0. 5mm ;然后在350°C保温3小时;

[0076] 7)合箱:将组合好的砂芯组件放置到金属下型模中紧固,确保砂芯定位外圈和砂芯与下模定位准确;

[0077] 8)紧固金属型:将上述紧固的模具吊装在中隔板上,浇口与升液管口正对,确保升液管和中隔板密封良好,使模具与浇注炉的中隔板紧固;

[0078] 9)熔炼:除去坩埚内表面残余涂料和氧化层,经400°C预热后在表面均勻喷涂一层保护涂料,涂料层的厚度为1mm,以600°C烘干至发黄备用;采用氩气旋吹机精炼,通过在线测氢来检验精炼效果,如P值满足要求,则停止精炼,否则再次进行精炼,继续测试P 值,直到P值满足要求;

[0079] 10)浇注:采用低压浇注,升液、充型速度50mm/s,升液压力差30KPa,升液压力 lKPa,结晶增压压力lKPa,结晶时间至少600S ;浇注温度为713V ;

[0080] 11)对以上得到的铸件进行清砂、打磨粗抛;具体为:采用手工清砂,并对铸件锥体表面、内型腔面毛刺、肉瘤、粘砂完全去除,并抛光;

[0081] 12)热处理:固溶参数为:炉温低于300°C时铸件入炉,升温至540士5°C,保温12 小时;铸件出炉后入60〜100°C的清水中冷却,出炉至入水时间不得超过20秒;时效的参数为:炉温低于100°c时铸件入炉,升温至165士5°C保温8小时;铸件出炉空冷;

[0082] 13)吹砂:利用干吹砂机吹砂;介质:80#刚玉砂,压力:0. 4〜0. 6MPa。

[0083] 实施例4

[0084] 本实施例的三元流铝合金叶轮铸件的铸造具体按照以下步骤进行:

[0085] 1)配置树脂砂:选取石英砂及快速铸造用树脂混合搅拌制作树脂砂;选取80目的石英砂及快速铸造用树脂CP I 5140和CPII5235混合搅拌制作树脂砂。

[0086] 2)制芯:在10分钟内将混合的树脂砂填入金属模具和芯盒中并紧实;

[0087] 3)修芯:修整去除杂物,用修补膏填补砂芯表面,并修整光滑;

[0088] 4)涂涂料:用醇基锆英粉涂料涂砂芯工作表面,点燃涂层;

[0089] 5)组装组合砂芯:用游标卡尺检测组合芯和外型模具配合尺寸,使组合芯能完全放入外型模具中即可;用铁丝将组合好的砂芯上端紧箍;

[0090] 6)金属型预热和喷涂:组合砂芯的同时,将放置砂芯的金属上、下型模具预热至 300°C保温1小时,取出喷涂料,涂料厚度> 0. 5mm ;然后在400°C保温2小时;

[0091] 7)合箱:将组合好的砂芯组件放置到金属下型模中紧固,确保砂芯定位外圈和砂芯与下模定位准确;

[0092] 8)紧固金属型:将上述紧固的模具吊装在中隔板上,浇口与升液管口正对,确保升液管和中隔板密封良好,使模具与浇注炉的中隔板紧固;

[0093] 9)熔炼:除去坩埚内表面残余涂料和氧化层,经380°C预热后在表面均勻喷涂一层保护涂料,涂料层的厚度为0. 8mm,以500°C烘干至发黄备用;采用氩气旋吹机精炼,通过在线测氢来检验精炼效果,如P值满足要求,则停止精炼,否则再次进行精炼,继续测试P 值,直到P值满足要求;

[0094] 10)浇注:采用低压浇注,升液、充型速度50mm/s,升液压力差30KPa,升液压力 lKPa,结晶增压压力lKPa,结晶时间至少600S ;浇注温度为713V ;

[0095] 11)对以上得到的铸件进行清砂、打磨粗抛;具体为:采用手工清砂,并对铸件锥体表面、内型腔面毛刺、肉瘤、粘砂完全去除,并抛光;

[0096] 12)热处理:固溶参数为:炉温低于300°C时铸件入炉,升温至540士5°C,保温12 小时;铸件出炉后入60〜100°C的清水中冷却,出炉至入水时间不得超过20秒;时效的参数为:炉温低于100°C时铸件入炉,升温至165士5°C保温8小时;铸件出炉空冷;

[0097] 13)吹砂:利用干吹砂机吹砂;介质:80#刚玉砂,压力:0. 4〜0. 6MPa。

[0098] 实施例5

[0099] 本实施例的三元流铝合金叶轮铸件的铸造具体按照以下步骤进行:

[0100] 1)配置树脂砂:选取石英砂及快速铸造用树脂混合搅拌制作树脂砂;选取90目的石英砂及快速铸造用树脂CP I 5140和CPII5235混合搅拌制作树脂砂。

[0101] 2)制芯:在10分钟内将混合的树脂砂填入金属模具和芯盒中并紧实;

[0102] 3)修芯:修整去除杂物,用修补膏填补砂芯表面,并修整光滑;

[0103] 4)涂涂料:用醇基锆英粉涂料涂砂芯工作表面,点燃涂层;

[0104] 5)组装组合砂芯:用游标卡尺检测组合芯和外型模具配合尺寸,使组合芯能完全放入外型模具中即可;用铁丝将组合好的砂芯上端紧箍;

[0105] 6)金属型预热和喷涂:组合砂芯的同时,将放置砂芯的金属上、下型模具预热至320°C保温1小时,取出喷涂料,涂料厚度> 0. 5mm ;然后在400°C保温2小时;

[0106] 7)合箱:将组合好的砂芯组件放置到金属下型模中紧固,确保砂芯定位外圈和砂芯与下模定位准确;

[0107] 8)紧固金属型:将上述紧固的模具吊装在中隔板上,浇口与升液管口正对,确保升液管和中隔板密封良好,使模具与浇注炉的中隔板紧固;

[0108] 9)熔炼:除去坩埚内表面残余涂料和氧化层,经360°C预热后在表面均勻喷涂一层保护涂料,涂料层的厚度为0. 6mm,以530°C烘干至发黄备用;采用氩气旋吹机精炼,通过在线测氢来检验精炼效果,如P值满足要求,则停止精炼,否则再次进行精炼,继续测试P 值,直到P值满足要求;

[0109] 10)浇注:采用低压浇注,升液、充型速度50mm/s,升液压力差30KPa,升液压力 lKPa,结晶增压压力lKPa,结晶时间至少600S ;浇注温度为713V ;

[0110] 11)对以上得到的铸件进行清砂、打磨粗抛;具体为:采用手工清砂,并对铸件锥体表面、内型腔面毛刺、肉瘤、粘砂完全去除,并抛光;

[0111] 12)热处理:固溶参数为:炉温低于300°C时铸件入炉,升温至MO士5°C,保温12 小时;铸件出炉后入60〜100°C的清水中冷却,出炉至入水时间不得超过20秒;时效的参数为:炉温低于100°C时铸件入炉,升温至165士5°C保温8小时;铸件出炉空冷;

[0112] 13)吹砂:利用干吹砂机吹砂;介质:80#刚玉砂,压力:0. 4〜0. 6MPa。

9

Claims (7)

1. 一种三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法,其特征在于,包括以下步骤:1)配置树脂砂选取石英砂及快速铸造用树脂混合搅拌制作树脂砂;2)制芯在10分钟内将混合的树脂砂填入金属模具和芯盒中并紧实;3)修芯修整去除杂物,用修补膏填补砂芯表面,并修整光滑;4)涂涂料用醇基锆英粉涂料涂砂芯工作表面,点燃涂层;5)组装组合砂芯用铁丝将组合好的砂芯上端紧箍;6)金属型预热和喷涂组合砂芯的同时,将放置砂芯的金属上、下型模具预热至250〜350°C保温0. 5〜1. 5 小时,取出喷涂料,涂料厚度> 0. 5mm ;然后在350〜450°C保温1〜3小时;7)合箱将组合好的砂芯组件放置到金属下型模中紧固,确保砂芯定位外圈和砂芯与下模定位准确;8)紧固金属型将上述紧固的模具吊装在中隔板上,浇口与升液管口正对,确保升液管和中隔板密封良好,使模具与浇注炉的中隔板紧固;9)熔炼除去坩埚内表面残余涂料和氧化层,经350〜400°C预热后在表面均勻喷涂一层保护涂料,以400〜600°C烘干至发黄备用;采用氩气旋吹机精炼,通过在线测氢来检验精炼效果,如P值满足要求,则停止精炼,否则再次进行精炼,继续测试P值,直到P值满足要求;10)浇注采用低压浇注,升液、充型速度50mm/s,升液压力差30KPa,升液压力lKPa,结晶增压压力lKPa,结晶时间至少600S ;11)对以上得到的铸件进行清砂、打磨粗抛;12)热处理固溶参数为:炉温低于300°C时铸件入炉,升温至540士5°C,保温12小时;铸件出炉后入60〜100°C的清水中冷却,出炉至入水时间不得超过20秒;时效的参数为:炉温低于 100°C时铸件入炉,升温至165士5°C保温8小时;铸件出炉空冷;13)吹砂利用干吹砂机吹砂;介质:80#刚玉砂,压力:0. 4〜0. 6MPa。
2.根据权利要求1所述的三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法,其特征在于,步骤1)中, 选取70/100目的石英砂及快速铸造用树脂CP I 5140和CPII5235混合搅拌制作树脂砂。
3.根据权利要求1所述的三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法,其特征在于,步骤5)中, 用游标卡尺检测组合芯和外型模具配合尺寸,使组合芯能完全放入外型模具中即可。
4.根据权利要求1所述的三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法,其特征在于,步骤6)中, 将放置砂芯的金属上、下型模具预热至300°C保温1小时,取出喷涂料,涂料厚度> 0. 5mm ; 然后在400°C保温2小时。
5.根据权利要求1所述的三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法,其特征在于,步骤9)中, 所述保护涂料层的厚度为0. 5〜1mm。
6.根据权利要求1所述的三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法,其特征在于,步骤10) 中,浇注温度为713°C。
7.根据权利要求1所述的三元流铝合金叶轮铸件的铸造方法,其特征在于,步骤11)中采用手工清砂,并对铸件锥体表面、内型腔面毛刺、肉瘤、粘砂完全去除,并抛光。
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