CN103894539B - 一种制备单晶螺旋选晶器蜡模的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种制备单晶螺旋选晶器蜡模的方法，所述单晶螺旋选晶器蜡模包括由下至上、依次连接的引晶段蜡模、螺旋选晶段蜡模和过渡段蜡模，方法包括以下具体步骤：先制作引晶段蜡模和过渡段蜡模；使用塑料焊条缠绕在与所需螺旋选晶段尺寸对应的螺杆上，稍等定型后，浸入68℃的58#精炼石蜡液中4～7秒钟后取出、得到螺旋选晶段蜡模；使用加热至130℃的粘结蜡，将螺旋选晶段蜡模的两端分别与过渡段蜡模的底部和引晶段蜡模的顶部连接起来。本发明可以快速制备符合要求的选晶器蜡模，与传统使用压蜡机和蜡模模具的方法相比，本方法具有不需压蜡机设备、不需加工蜡模模具、费用低、操作简单、耗时少、效率高、合格率高等特点。
Description
技术领域
本发明涉及属于熔模精密铸造领域，具体是在单晶铸件熔模精密铸造过程中蜡模制造阶段的一种快速制备螺旋选晶器蜡模的方法。
背景技术
高温合金因具有优异的高温力学性能，成为先进航空发动机和重型燃气轮机涡轮叶片设计的优先选择材料，而这些叶片铸件毛坯普遍采用熔模精密铸造的方法制备。对于单晶叶片铸件，工业生产上大多采用“选晶法”制备。在此过程中，选晶过程和选晶效率对最终单晶叶片的晶粒取向和合格率有着非常重要的影响，而这又与选晶器在空间方向上的几何尺寸密切相关。因此，选晶器的制备极其重要。
国内外已经对单晶选晶器做了很多研究，其中螺旋选晶器结合了缩颈选晶器和转折选晶器的结构和原理，现已在工业生产中大规模应用。熔模精密铸造过程中，选晶器需要在蜡模阶段制备完成，并组装到蜡模组树上。对于选晶器蜡模，传统办法通常是使用橡胶模具或金属模具在压蜡机上压制出来，需要压蜡机等大型设备，制备螺旋选晶器的模具也很复杂，特别是金属模具价格很高，且整个制备过程繁琐、工作效率不高。
因此，对于大规模生产单晶铸件的工厂，有必要提高选晶器蜡模的制备效率，同时达到降低压蜡机设备投入和模具费用，减少占地面积的目的。最终节约经济及时间成本。
发明内容
本发明的目的在于：提出了一种快速制备单晶螺旋选晶器蜡模的方法，不使用压蜡机和模具，仅利用简单的金属螺杆工装、就能直接绕制出螺旋状选晶器蜡模，达到节约经济和时间成本的目的。
本发明所采用的技术方案是：
一种制备单晶螺旋选晶器蜡模的方法，所述单晶螺旋选晶器蜡模包括由下至上、依次连接的引晶段蜡模、螺旋选晶段蜡模和过渡段蜡模，所述制备单晶螺旋选晶器蜡模的方法，包括以下具体步骤：
（1）制作引晶段蜡模和过渡段蜡模，且引晶段蜡模的顶部为圆锥状、过渡段蜡模是一个上大下小的圆锥状蜡块；
（2）选用适当直径的PVC单股圆形塑料焊条缠绕在与所需螺旋选晶段尺寸对应的螺杆上，稍等定型后取下，得到螺旋状的塑料焊条；再将该螺旋状的塑料焊条浸入68℃的58#精炼石蜡液中4～7秒钟后取出，得到螺旋选晶段蜡模；
（3）使用加热至130℃的粘结蜡，将步骤（2）制得的螺旋选晶段蜡模的两端分别与过渡段蜡模的底部和引晶段蜡模的顶部连接起来。
所述螺旋选晶段蜡模与螺杆的尺寸对应关系如下：螺旋选晶段蜡模的螺旋内径等于螺杆的内径，螺旋选晶段蜡模的螺旋升角等于螺杆的螺旋升角，螺旋选晶段蜡模的螺距等于螺杆的螺距，螺旋选晶段蜡模的通径小于螺杆的螺距。
所述步骤（2）中，从58#精炼石蜡液中取出螺旋状的塑料焊条时，应顺着螺旋切向方向旋转取出，保证螺旋状的塑料焊条表面蜡膜厚0.8～1.2mm。
本发明所产生的有益效果是：
通过本发明提供的方法，可以快速制备符合要求的螺旋选晶器蜡模，与传统使用压蜡机和蜡模模具的方法相比，本方法具有不需压蜡机设备、不需加工蜡模模具、费用低、操作简单、耗时少、效率高、合格率高等特点。
本发明的优点主要在于：
1、不需要昂贵的模具，也不需要压蜡机等大型设备，选用圆柱状蜡条制作、成本低廉。同时，所使用的螺杆结构简单、加工方便、在使用过程中基本没有磨损、且可以多次反复使用；
2、整个制备过程操作简单，易于掌握；
3、耗时少、效率高，合格率高；
4、与传统压制蜡模方法相比，本发明具有占地小、资金投入小、节约时间和经济成本等优点。
5、通过实际验证，通过本方法制作的单晶螺旋选晶器蜡模表面光滑、无毛刺，几何尺寸能够得到保证，在实际浇铸过程表现良好，适用于实际生产和使用。
6、所使用的塑料焊条和蜡一样易于燃烧，在后续焙烧过程中很容易烧掉，不会影响下道工序。
附图说明
图1包含有螺旋选晶器的已组装好的蜡模组树结构示意图；
图2是图1的A局部示意图；
图3是对图2进行参数标注后的示意图；
图4是螺杆的结构示意图。
图中标号表示：1-浇口杯蜡模、2-浇道蜡模、3-蜡模试样、4-过渡段蜡模、5-螺旋选晶段蜡模、6-引晶段蜡模、7-底板蜡模。
具体实施方式
如图1～4所示，本发明的单晶螺旋选晶器蜡模包括由下至上、依次连接的引晶段蜡模6、螺旋选晶段蜡模5和过渡段蜡模4。本具体实施方式中：需要使用加热至130℃的粘结蜡，将1~7各个部件组装成蜡模组树。首先将浇道蜡模2、蜡模试样3、螺旋选晶段蜡模5、引晶段蜡模6和过渡段蜡模4依次粘接起来备用；然后再利用铁架台等固定好浇口杯蜡模1和底板蜡模7两个部分；最后将所有部件按图1所示结构粘接在一起，构成螺旋选晶器的蜡模组树。
本发明主要提供了一种快速制备单晶螺旋选晶器蜡模的方法，包括以下具体步骤：
（1）制作引晶段蜡模6和过渡段蜡模4，且引晶段蜡模6的顶部为圆锥状，过渡段蜡模4是一个上大下小的圆锥状蜡块。本具体实施方式中，引晶段蜡模6和过渡段蜡模4是使用压蜡机成批压制出的，该步骤过程简单，且能够一次性成批次大量制备。
（2）选用适当直径的PVC单股圆形塑料焊条缠绕在与所需螺旋选晶段尺寸对应的螺杆上，稍等定型后取下，得到螺旋状的塑料焊条。再将该螺旋状的塑料焊条快速浸入68℃的58#精炼石蜡液中约4～7秒钟（即5±1秒左右）后取出；注意取出螺旋状的塑料焊条时应顺着螺旋切向方向旋转取出，保证螺旋状的塑料焊条表面的“蜡膜”壁厚均匀、光滑，该蜡膜的厚度约0.8～1.2mm（即1±0.2mm左右）。这样，最终得到螺旋选晶段蜡模5。
如图2、图4所示，螺旋选晶段蜡模5与螺杆的尺寸对应关系如下：螺旋选晶段蜡模5的螺旋内径d s等于螺杆的内径d，螺旋选晶段蜡模5的螺升角θ等于螺杆的螺旋升角φ，螺旋选晶段蜡模5的螺距L p 等于螺杆的螺距t，螺旋选晶段蜡模5的通径d T 小于螺杆的螺距t。
（3）使用加热至130℃的粘结蜡，将步骤（2）制得的螺旋选晶段蜡模5的两端分别与过渡段蜡模4的底部和引晶段蜡模6的顶部连接起来。本具体实施方式中，由于螺旋选晶段蜡模5由塑料焊条浸蜡后制得，过渡段蜡模4和引晶段蜡模6由压蜡机压制得到，三者接触部分的原材料都是蜡、性质相同，因此，使用具有良好粘接性的130℃的液态粘结蜡、能够将上述部分快速粘接在一起，其结合强度也较高。
单晶螺旋选晶器的结构与具体的单晶铸件晶体结构及性能密切相关，因此，必须首先通过一系列的工艺试验确定合适的单晶螺旋选晶器几何尺寸。单晶螺旋选晶器的几何特征对单晶制备过程的晶粒组织演化有着明显的影响。其中：
引晶段蜡模6是一个简单的圆柱体，制备简单，几何特征有：引晶段蜡模6的高度L 1与直径D，很容易通过压蜡机成批次的制得。
如图2、3所示，本发明主要针对螺旋选晶段蜡模5，其主要的几何特征包括：螺旋选晶段蜡模5的倾斜角θ 1和θ 1、通道直径d r、螺升角θ、单个螺旋高度L 2、L 3……、螺旋内径d s、螺旋螺距L p 等等。在制作过程中，需要严格按照上述参数、设计制作与之匹配的螺杆工装。
得到特制的螺杆工装后、制作螺旋选晶段蜡模5时，本具体实施方式中，选用与选晶器通道直径d r相当直径(大小约为d r-塑料焊条表面蜡膜厚度)的PVC单股圆形塑料焊条缠绕在与所需螺旋选晶段尺寸对应的螺杆上，稍等定型后取下，得到塑料焊条螺旋选晶段。再将该塑料焊条快速浸入68℃的58#精炼石蜡液中约5秒钟然后取出。注意取出塑料焊条时应顺着螺旋切向方向旋转取出，保证塑料焊条表面的“蜡膜”壁厚约1mm，且“蜡膜”均匀、光滑。这样最终得到螺旋选晶段蜡模5。
本发明选用的PVC单股圆形塑料焊条是外购件，价格非常便宜，能够方便的在化工原材料市场买到。该PVC单股圆形塑料焊条，是采用聚氯乙稀树脂为主要原料、经挤出成型的实心条状制品，产品执行中华人民共和国HGB2161标准，适用于聚氯乙烯板材、管材产品的制作、各种化工设备、通用防腐机械等焊接之用、塑料制品的修补、汽车修理焊接等，用途广泛。
Claims (3)
1.一种制备单晶螺旋选晶器蜡模的方法，所述单晶螺旋选晶器蜡模包括由下至上、依次连接的引晶段蜡模、螺旋选晶段蜡模和过渡段蜡模，其特征在于，所述制备单晶螺旋选晶器蜡模的方法，包括以下具体步骤：
（1）制作引晶段蜡模和过渡段蜡模，且引晶段蜡模的顶部为圆锥状、过渡段蜡模是一个上大下小的圆锥状蜡块；
（2）选用适当直径的PVC单股圆形塑料焊条缠绕在与所需螺旋选晶段尺寸对应的螺杆上，稍等定型后取下，得到螺旋状的塑料焊条；再将该螺旋状的塑料焊条浸入68℃的58#精炼石蜡液中4～7秒钟后取出，得到螺旋选晶段蜡模；
（3）使用加热至130℃的粘结蜡，将步骤（2）制得的螺旋选晶段蜡模的两端分别与过渡段蜡模的底部和引晶段蜡模的顶部连接起来。
2.根据权利要求1所述制备单晶螺旋选晶器蜡模的方法，其特征在于，所述螺旋选晶段蜡模与螺杆的尺寸对应关系如下：螺旋选晶段蜡模的螺旋内径等于螺杆的内径，螺旋选晶段蜡模的螺旋升角等于螺杆的螺旋升角，螺旋选晶段蜡模的螺距等于螺杆的螺距，螺旋选晶段蜡模的通径小于螺杆的螺距。
3.根据权利要求1所述制备单晶螺旋选晶器蜡模的方法，其特征在于，所述步骤（2）中，从58#精炼石蜡液中取出螺旋状的塑料焊条时，应顺着螺旋切向方向旋转取出，保证螺旋状的塑料焊条表面蜡膜厚0.8～1.2mm。
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