CN103934417B - 一种快速成型的钛精铸件制作方法 - Google Patents

一种快速成型的钛精铸件制作方法 Download PDF

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Abstract

快速成型的钛精铸件制作方法，选择激光熔融烧结工艺制备蜡模，即通过红外激光束使PS蜡粉末材料均匀烧结钛精铸件形状的成形蜡模并完成浸封工序，待蜡模完成浸封工序后，将蜡模冷却，并完成清洗自然干燥；将氧化锆锆溶胶与经氧化钙或氢氧化钙处理的氧化锆混和的浆料，将蜡模完全浸入氧化锆锆溶胶浆料中并挂砂，完成铸型的第一至三层氧化锆作为主体的浆料层的制作；再制备以碱性硅溶胶与莫来石粉为主体的浆料，完成铸型的背层的制作；然后进行高温烧结，将电阻炉空炉升温至1050±50℃，将制壳完成的铸型放入电阻炉内，保温2±1个小时后出炉自然冷却、溶解掉蜡模，然后用80℃～90℃的热水清洗后制备成铸型，此铸型用于铸造钛精铸件。

Description

一种快速成型的钛精铸件制作方法
技术领域
本发明涉及钛及钛合金熔模精密铸造过程中蜡模制备、铸型的制作、真空离心浇注钛精铸件的方法。
背景技术
目前，钛铸件的主要工艺过程中蜡模的制备都是通过往金属模具内注射膏状蜡而获得铸件的，在其制备过程中对金属模具的设计及制作有较高的要求，当铸件结构复杂且薄壁时，就容易发生充不满、变形严重等一系列问题，而使用SLS快速成型获得铸件蜡模可以很好的解决上述问题。
SLS(选择性激光熔融烧结)工艺是以激光器为能量源，通过红外激光束使PS蜡粉末材料均匀烧结成形的。其制作过程如下：将材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的CO2激光器在刚铺的新层上扫描出零件截面；材料粉末在高强度的激光照射下被烧结在一起，得到零件的截面，并与下面已成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新的一层材料粉末，选择性地烧结下层截面，如此反复，直至扫描完所有层面。去掉多余的粉末，并经过浸封等适当的后处理，即可获得铸件蜡模。通过蜡模的直接获得，减少金属模具的设计时间及制作工期，消除了金属模具需要反复返修的弊端，降低了整个钛铸件的生产周期。钛合金熔模精密铸造过程中蜡模制备、铸型的制作。
发明内容
本发明的目的在于，提出一种新型的铸型及钛精铸件获得方法，包括蜡模、铸型制备和钛精铸件的铸造，克服了传统的因内腔结构形式复杂且壁厚较小造成的金属模具设计复杂工期长、蜡模制备成品率低的现象。
本发明的目的可以通过以下措施实现：快速成型的钛精铸件制作方法，选择性激光熔融烧结工艺制备蜡模，即通过红外激光束使PS蜡粉末材料均匀烧结钛精铸件形状的成形蜡模并完成浸封工序，待蜡模完成浸封工序后，将蜡模冷却，并完成清洗自然干燥；将氧化锆锆溶胶与经氧化钙（或氢氧化钙）处理的氧化锆混和的浆料，将蜡模完全浸入氧化锆锆溶胶浆料中并挂砂，完成铸型的第一至三层氧化锆作为主体的浆料层的制作；再制备以碱性硅溶胶与莫来石粉为主体的浆料，完成铸型的背层的制作；将电阻炉空炉升温至1050±50℃，将制壳完成的铸型放入电阻炉内，保温2±1个小时后出炉自然冷却、溶解掉蜡模，然后用80℃～90℃的热水清洗后制备成铸型，此铸型用于铸造钛精铸件。
所述锆溶胶与氧化锆的质量配制比例为3.5±1:1；所述氧化锆是经过5%氧化钙或氢氧化钙稳定化处理过的氧化锆。
所述碱性硅溶胶与莫来石粉的质量比为4±1:1。
无需金属模具可直接通过烧结蜡粉制得蜡模，再配以碱性锆溶胶与氧化钙稳定的氧化锆为制壳材料，通过电阻炉的高温烧结获得铸型，将铸型清洗后加热至指定温度，然后放置在真空自耗电极炉内，进行钛液浇注获得钛精铸件。
所述浇注方式采用真空离心浇注；将铸型加热至500±50℃，放入真空自耗电极炉内，抽真空后提高离心转盘转速至200±50r/min，熔融钛或钛合金电极，将钛液或钛合金液倒入铸型内腔，真空冷却30min后出炉清壳，获得组织致密的精铸件。
所述氧化锆是经过5%氧化钙稳定化处理过的氧化锆；所述高温烧结是先将电阻炉升温至1050±50℃，然后将型壳在电阻炉内保温2±1小时；所述铸型清洗是用80℃～90℃热水，清洗铸型内腔十次以上。
本发明钛精铸件的制作工艺，在于无需金属模具可直接通过烧结蜡粉制得蜡模，再配以碱性锆溶胶与氧化钙稳定的氧化锆为制壳材料，通过电阻炉的高温烧结获得铸型，将铸型清洗后加热至指定温度，然后放置在真空自耗电极炉内，进行钛液离心浇注获得钛精铸件。温烧结后铸型内腔，直至无肉眼可见的小颗粒为止。所述蜡粉为PS蜡粉；
本发明的有益效果是，本发明制备的铸型的精度高，耐温性能好，消除了金属模具的设计及制作工期，适合于钛及钛合金的铸造，提高了复杂结构薄壁铸件蜡模制备的成品率，缩短了新产品的研发速度。
具体实施方式
发明的具体操作方法如下：制备蜡模并完成浸封工序。蜡模制备通过绘制三维图并导入快速成型机，或通过SLS(选择性激光熔融烧结)工艺制备、以激光器为能量源，通过红外激光束使PS蜡粉末材料均匀烧结成形的。将PS蜡粉材料粉末铺洒在已成形零件的上表面，并刮平；用高强度的CO2激光器在刚铺的新一层上扫描出零件截面；并与下面已成形的部分粘接；当一层截面烧结完后，铺上新一层PS蜡粉材料粉末，选择性地烧结下一层截面，直至扫描完所有层面；经过浸封获得铸件蜡模。
待蜡模完成浸封工序后，将蜡模与其他浇注补缩系统的蜡模组焊冷却，并完成清洗自然干燥。制备碱性氧化锆锆溶胶，氧化锆与氧化钙（氢氧化钙）稳定的氧化锆作为主体的浆料，将模组完全浸入浆料中并挂砂，完成铸型第一、二层氧化锆作为主体的浆料层的制作；再制备以碱性硅溶胶与莫来石粉为主体的浆料，完成背层的制作；将电阻炉空炉升温至1050±50℃，将制壳完成的型壳放入电阻炉内，保温2±1个小时后出炉自然冷却、溶解掉蜡模，然后用80℃～90℃的热水清洗后制备成铸型。
将铸型加热至500℃，放入真空自耗电极炉内，抽真空后提高离心转盘转速至200r/min，熔融钛电极，将钛液倒入铸型内腔，真空冷却30min后出炉清壳，获得组织致密的钛精铸件。
在于所述碱性锆溶胶与氧化锆的配制比例为3.5:1；所述氧化锆是经过5%氧化钙稳定化处理过的氧化锆；
1、所述铸型清洗是用80℃～90℃热水，清洗铸型内腔十次以上；直至无肉眼可见的小颗粒为止。
2、将电阻炉空炉升温至1050℃，将制壳完成的型壳（铸型）放入电阻炉内，保温2个小时后出炉自然冷却。
3、所述浇注方式采用真空离心浇注；
4、用80℃～90℃的热水清洗高温烧结后铸型内腔，将铸型加热至500℃，放入真空自耗电极炉内，抽真空后提高离心转盘转速至200r/min，熔融钛电极，将钛液倒入铸型内腔，真空冷却30min后出炉清壳，获得组织致密的钛精铸件。

Claims (2)

1.快速成型的钛精铸件制作方法，其特征是选择激光熔融烧结工艺制备蜡模，即通过红外激光束使PS蜡粉末材料均匀烧结钛精铸件形状的成形蜡模并完成浸封工序，待蜡模完成浸封工序后，将蜡模冷却，并完成清洗自然干燥；将氧化锆锆溶胶与经氧化钙或氢氧化钙处理的氧化锆混和的浆料，将蜡模完全浸入氧化锆锆溶胶浆料中并挂砂，完成铸型的第一至三层氧化锆作为主体的浆料层的制作；再制备以碱性硅溶胶与莫来石粉为主体的浆料，完成铸型的背层的制作；然后进行高温烧结，将电阻炉空炉升温至1050±50℃，将制壳完成的铸型放入电阻炉内，保温2±1个小时后出炉自然冷却、溶解掉蜡模，然后用80℃～90℃的热水清洗后制备成铸型，此铸型用于铸造钛精铸件；
所述锆溶胶与氧化锆的质量配制比例为3.5±1:1；所述氧化锆是经过5%氧化钙或氢氧化钙稳定化处理过的氧化锆；碱性硅溶胶与莫来石粉的质量比为4±1:1；
将铸型加热至500±50℃，放入真空自耗电极炉内，抽真空后提高离心转盘转速至200±50r/min，熔融钛或钛合金电极，将钛液或钛合金液倒入铸型内腔，真空冷却30min后出炉清壳，获得组织致密的精铸件。
2.根据权利要求1所述的快速成型的钛精铸件制作方法，其特征是所述铸型清洗是用80℃～90℃热水，清洗铸型内腔十次以上。
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