CN104874739B - Crdm零件精密铸造成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种CRDM零件精密铸造成型方法，包括：1）.根据CRDM钩爪和/或连杆的设计形状，以熔模方式制造与之相适配的陶瓷模壳；2）.将陶瓷模壳在温度为850～1100℃的条件下预热、并保温1～5小时，保证陶瓷模壳各部位的温度均匀；将司太立合金铸锭在1400～1500℃的条件下熔化后，浇注进预热好的陶瓷模壳中，凝固成铸件；3）.清理模壳；将铸件在1100～1250℃的条件下保温1～5小时后空冷，然后将铸件在850～950℃的条件下保温6～10小时后空冷。本发明以熔模铸造技术可靠地实现CRDM用连杆和/或钩爪零件的成型，成型操作容易且成品率高，所成型的连杆和/或钩爪零件的组织均匀且长效耐磨，服役时可靠、稳定，能够有效满足技术要求。

Description

CRDM零件精密铸造成型方法

技术领域

本发明涉及精密铸造技术，具体是一种CRDM零件精密铸造成型方法。

背景技术

CRDM是核控制棒驱动机构的简称，其是核电站反应堆控制系统和安全保护系统的一种伺服机构，具有完成反应堆启动、调节反应堆功率、停止反应堆和事故情况下快速停堆的作用，是直接影响核反应堆安全可靠运行的关键设备。

长期以来，核控制棒驱动机构的成型技术一直被世界强国强企所垄断，这包括了核控制棒驱动机构的线圈组钩爪组件中的连杆和钩爪成型技术。此种技术垄断迫使我国不得不花费高昂的价格（现价约20000元/套）进口，核控制棒驱动机构的连杆和钩爪不仅用量大，而且还需要定期更换，这一现状严重制约了我国核电行业的发展，甚至威胁我国国防安全。

发明内容

本发明的发明目的在于：针对上述CRDM技术的现状，自主研发一种CRDM零件精密铸造成型方法。

本发明所采用的技术方案是：一种CRDM零件精密铸造成型方法，包括下列步骤：

1）. 根据CRDM钩爪和/或连杆的设计形状，以熔模方式制造与之相适配的陶瓷模壳；

2）. 将陶瓷模壳在温度为850～1100℃的条件下预热、并保温1～5小时，保证陶瓷模壳各部位的温度均匀；将司太立合金铸锭在1400～1500℃的条件下熔化后，浇注进预热好的陶瓷模壳中，凝固成铸件；

3）. 清理模壳；将铸件在1100～1250℃的条件下保温1～5小时后空冷，然后将铸件在850～950℃的条件下保温6～10小时后空冷。

进一步的，所述陶瓷模壳成型于陶瓷的浇注系统上，所述浇注系统包括浇口杯和至少一个直浇道，所述浇口杯设置在直浇道的上部，浇口杯与直浇道相通，所述直浇道上径向设有至少一个钩爪模壳和/或连杆模壳，所述钩爪模壳和/或连杆模壳通过对应的内浇道设置在直浇道上。

再进一步的，所述浇注系统具有顶部横浇道，所述顶部横浇道的顶面用于设置浇口杯、底面用于设置直浇道。所述浇注系统具有底部横浇道，所述底部横浇道设置在直浇道的底部。

更进一步的，所述底部横浇道的侧面、端面和/或底面上设有至少一个外凸的钩爪模壳和/或连杆模壳，所述钩爪模壳和/或连杆模壳通过对应的内浇道设置在底部横浇道上。

所述司太立合金熔液为重熔熔液。进一步的，所述司太立合金熔液为司太立6#合金熔液。

上述陶瓷的浇注系统的成型方法，包括下列步骤：

①. 根据CRDM钩爪和/或连杆的设计形状、以及所要浇注的数量，准备对应的钩爪蜡模和/或连杆蜡模，并准备浇口杯蜡模、直浇道蜡模和内浇道蜡模；

②. 将所准备的钩爪蜡模和/或连杆蜡模通过对应的内浇道蜡模设置在直浇道蜡模的外周壁上，使钩爪蜡模和/或连杆蜡模在直浇道蜡模上径向凸起；将浇口杯蜡模连接在直浇道蜡模的上部，以此形成蜡树；

③. 在步骤②的蜡树上以粘浆淋砂的方式制作陶瓷壳，经脱蜡和焙烧成型陶瓷的浇注系统。

进一步的，所述蜡树上具有顶部横浇道蜡模，所述顶部横浇道蜡模连接在直浇道蜡模的顶端，顶部横浇道蜡模的顶面用于连接浇口杯蜡模。

再进一步的，所述蜡树上具有底部横浇道蜡模，所述底部横浇道蜡模连接在直浇道蜡模的底端。

更进一步的，所述底部横浇道蜡模的侧面、端面和/或底面上通过对应的内浇道蜡模连接有钩爪蜡模和/或连杆蜡模。

本发明的有益效果是：

1. 上述方法以熔模铸造技术可靠地实现CRDM用连杆和/或钩爪零件的成型，成型操作容易且零件成品率高，所成型的连杆和/或钩爪零件的组织均匀且长效耐磨，服役时可靠、稳定，能够有效满足技术要求；

2. 上述方法能够对CRDM的连杆和/或钩爪零件可靠地实现批量、规模化的成型，进而有效提高了生产效率、降低了成型成本，具有非常可观的经济效益和社会效益，实用性强。

附图说明

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1是本发明浇注系统蜡树的一种结构示意图。

图2是图1的侧视图。

图3是图1的俯视图。

图中代号含义：1—浇口杯蜡模；2—顶部横浇道蜡模；3—直浇道蜡模；4—底部横浇道蜡模；5—钩爪蜡模；6—连杆蜡模；7—内浇道蜡模。

具体实施方式

实施例1

本发明为CRDM零件-钩爪和连杆的精密铸造成型方法，其包括下列步骤：

1）. 根据CRDM钩爪和连杆的设计形状，以熔模方式制造与之相适配的陶瓷模壳。

具体的，本发明的陶瓷模壳成型于陶瓷的浇注系统上，该浇注系统包括一个浇口杯、一个顶部横浇道、两个直浇道（即竖向浇道）和一个底部横浇道，所有浇道为中空结构。

其中，浇口杯成型于顶部横浇道的顶部，最好处在顶部横浇道的顶面中央。顶部横浇道为内空的长条状结构，其轮廓的大小应当能够覆盖两个直浇道的上端面，且不影响两个直浇道的空间布置。

两个直浇道设置在顶部横浇道的两端处，每个直浇道为中空结构，直浇道的中空与顶部横浇道的中空相通。在每个直浇道上径向设有多个钩爪模壳和连杆模壳，这些钩爪模壳和连杆模壳最好是分组的矩形阵列式设置，这样既整齐、又能高效且紧凑的布置模壳，前述的每个模壳（钩爪模壳或连杆模壳）不能直接设置在直浇道上，否则将会使所成型的钩爪或连杆零件与直浇道形成大面积的联结，不利于成品处理和质量保证，因而每个钩爪模壳和每个连杆模壳分别通过对应的中空内浇道设置在直浇道上（即径向连接模壳和直浇道的浇道）；每个模壳的中空型腔通过内浇道与直浇道的中空相通。另外，为了保证零件的成型质量，最好使内浇道设置在模壳的顶部处或靠近顶部处。

底部横浇道为内空的长条状结构，底部横浇道设置在直浇道的底部，底部横浇道的两端分别对应两个直浇道的底部，底部横浇道的中空与直浇道的中空相通。在底部横浇道的两个侧面（也可以在除顶面以外的端面和/或底面）上分别设有多个外凸的连杆模壳（或者是钩爪模壳，亦或者是它们的混合设置），如同上述，每个连杆模壳通过对应的中空内浇道设置在底部横浇道上。

参见图1、图2和图3所示，上述陶瓷的浇注系统的成型方法，包括下列步骤：

①. 根据CRDM零件-钩爪和连杆的设计形状（包括结构及轮廓尺寸等）、以及所要浇注的数量，准备对应的钩爪蜡模5和连杆蜡模6；并通过压蜡机压制浇口杯蜡模1、顶部横浇道蜡模2、直浇道蜡模3、底部横浇道蜡模4和内浇道蜡模7，浇口杯蜡模1为锥体状结构，顶部和底部的横浇道蜡模（2、4）为长条状结构，两个横浇道蜡模的长度应该允许两个直浇道蜡模3的自由布置空间，两个直浇道蜡模3分别为长条状结构，内浇道蜡模7为小径柱状结构；前述压蜡机的压制温度通常为60～70℃、压制压力通常为0.8～1.5MPa；

②. 采用电焊刀，将所准备的钩爪蜡模5和连杆蜡模6通过对应的内浇道蜡模7设置在每个直浇道蜡模3的外周壁上，使钩爪蜡模5和连杆蜡模6在直浇道蜡模3上径向凸起；将连杆蜡模6通过对应的内浇道蜡模7设置在底部横浇道蜡模4的两侧面上，使连杆蜡模6在底部横浇道蜡模4的侧面凸起；将浇口杯蜡模1连接在顶部横浇道蜡模2的顶面中央处；将两个直浇道蜡模3竖向连接在顶部横浇道蜡模2的两端；将底部横浇道蜡模4横向连接在两个直浇道蜡模3的底端，以此形成蜡树；

③. 在步骤②的蜡树上以粘浆淋砂的方式制作陶瓷壳，具体的，除去浇口杯蜡模1的顶面（也就是整个蜡树的最高顶面）无需进行粘浆淋砂处理外，整个蜡树的所有外露表面均进行粘浆淋砂处理，待蜡树上的粘浆淋砂成型后，然后将前述蜡树经脱蜡和焙烧处理，得具有空腔的陶瓷的浇注系统。

2）. 将上述结构和方法所成型的浇注系统（包含了陶瓷模壳）放置进电阻炉中，在温度为1100℃的条件下预热、并保温2小时，以此保证浇注系统各部位的温度均匀。

在浇注系统预热的过程中，将司太立6#合金的铸锭在温度为1400℃的条件下进行重熔熔化，直至其充分熔化。

浇注系统预热好后，将其取出电阻炉；再将司太立合金的重熔熔液浇注进浇注系统中，具体的，司太立合金熔液从浇注系统的浇口杯进入顶部横浇道，再由顶部横浇道分散进入直浇道内，进而使合金熔液由下而上灌满底部横浇道和直浇道上的所有钩爪模壳、连杆模壳；浇注系统中的合金熔液凝固成铸件。

3）. 浇注系统中的铸件凝固完毕后，将浇注系统的模壳进行清理去除，并将所成型铸件中的钩爪铸件和连杆铸件从铸件树形上整理下来，形成单体。

接着将所成型的各铸件单体（即钩爪铸件和连杆铸件）进行热处理。具体的，将铸件放置进热处理炉中，在温度为1250℃的条件下，保温1小时后空冷，然后将铸件在温度为950℃的条件下，保温6小时后空冷，进而实现固溶和时效处理，以提高铸件的硬度和强度，得CRDM需要的成品零件-钩爪和连杆。

实施例2

本发明为CRDM零件-钩爪的精密铸造成型方法，其包括下列步骤：

1）. 根据CRDM钩爪的设计形状，以熔模方式制造与之相适配的陶瓷模壳。

具体的，本发明的陶瓷模壳成型于陶瓷的浇注系统上，该浇注系统包括一个浇口杯、一个顶部横浇道和两个直浇道，所有浇道为中空结构。

其中，浇口杯成型于顶部横浇道的顶部，最好处在顶部横浇道的顶面中央。顶部横浇道为内空的长条状结构，其轮廓的大小应当能够覆盖两个直浇道的上端面，且不影响两个直浇道的空间布置。

两个直浇道设置在顶部横浇道的两端处，每个直浇道为中空结构，直浇道的中空与顶部横浇道的中空相通。在每个直浇道上径向设有多个钩爪模壳，这些钩爪模壳最好是分组的矩形阵列式设置，这样既整齐、又能高效且紧凑的布置模壳，前述的每个模壳不能直接设置在直浇道上，否则将会使所成型的钩爪零件与直浇道形成大面积的联结，不利于成品处理和质量保证，因而每个钩爪模壳分别通过对应的中空内浇道设置在直浇道上；每个模壳的中空型腔通过内浇道与直浇道的中空相通。另外，为了保证零件的成型质量，最好使内浇道设置在模壳的顶部处或靠近顶部处。

上述陶瓷的浇注系统的成型方法，包括下列步骤：

①. 根据CRDM零件-钩爪的设计形状（包括结构及轮廓尺寸等）、以及所要浇注的数量，准备对应的钩爪蜡模；并通过压蜡机压制浇口杯蜡模、顶部横浇道蜡模、直浇道蜡模和内浇道蜡模，浇口杯蜡模为锥体状结构，顶部横浇道蜡模为长条状结构，顶部横浇道蜡模的长度应该允许两个直浇道蜡模的自由布置空间，两个直浇道蜡模分别为长条状结构，内浇道蜡模为小径柱状结构；前述压蜡机的压制温度通常为60～70℃、压制压力通常为0.8～1.5MPa；

②. 采用电焊刀，将所准备的钩爪蜡模通过对应的内浇道蜡模设置在每个直浇道蜡模的外周壁上，使钩爪蜡模在直浇道蜡模上径向凸起；将浇口杯蜡模连接在顶部横浇道蜡模的顶面中央处；将两个直浇道蜡模竖向连接在顶部横浇道蜡模的两端，以此形成蜡树；

③. 在步骤②的蜡树上以粘浆淋砂的方式制作陶瓷壳，具体的，除去浇口杯蜡模8的顶面（也就是整个蜡树的最高顶面）无需进行粘浆淋砂处理外，整个蜡树的所有外露表面均进行粘浆淋砂处理，待蜡树上的粘浆淋砂成型后，然后将前述蜡树经脱蜡和焙烧处理，得具有空腔的陶瓷的浇注系统。

2）. 将上述结构和方法所成型的浇注系统（包含了陶瓷模壳）放置进电阻炉中，在温度为1000℃的条件下预热、并保温3小时，以此保证浇注系统各部位的温度均匀。

在浇注系统预热的过程中，将司太立6#合金的铸锭在温度为1500℃的条件下进行重熔熔化，直至其充分熔化。

浇注系统预热好后，将其取出电阻炉；再将司太立合金的重熔熔液浇注进浇注系统中，具体的，司太立合金熔液从浇注系统的浇口杯进入顶部横浇道，再由顶部横浇道分散进入直浇道内，进而使合金熔液由下而上灌满底部横浇道和直浇道上的所有钩爪模壳、连杆模壳；浇注系统中的合金熔液凝固成铸件。

3）. 浇注系统中的铸件凝固完毕后，将浇注系统的模壳进行清理去除，并将所成型铸件中的钩爪铸件和连杆铸件从铸件树形上整理下来，形成单体。

接着将所成型的各铸件单体（即钩爪铸件和连杆铸件）进行热处理。具体的，将铸件放置进热处理炉中，在温度为1100℃的条件下，保温5小时后空冷，然后将铸件在温度为900℃的条件下，保温8小时后空冷，进而实现固溶和时效处理，以提高铸件的硬度和强度，得CRDM需要的成品零件-钩爪和连杆。

实施例3

本发明为CRDM零件-连杆的精密铸造成型方法，包括下列步骤：

1）. 根据CRDM连杆的设计形状，以熔模方式制造与之相适配的陶瓷模壳。

具体的，本发明的陶瓷模壳成型于陶瓷的浇注系统上，该浇注系统包括一个浇口杯和一个直浇道，直浇道为中空结构。

其中，浇口杯成型于直浇道的顶部，二者轴向布置成型。

直浇道的中空与浇口杯的中空相通。在直浇道上径向设有多个连杆模壳，这些连杆模壳最好是分组的矩形阵列式设置，这样既整齐、又能高效且紧凑的布置模壳，前述的每个模壳不能直接设置在直浇道上，否则将会使所成型的连杆零件与直浇道形成大面积的联结，不利于成品处理和质量保证，因而每个连杆模壳分别通过对应的中空内浇道设置在直浇道上；每个模壳的中空型腔通过内浇道与直浇道的中空相通。另外，为了保证零件的成型质量，最好使内浇道设置在模壳的顶部处或靠近顶部处。

上述陶瓷的浇注系统的成型方法，包括下列步骤：

①. 根据CRDM零件-连杆的设计形状（包括结构及轮廓尺寸等）、以及所要浇注的数量，准备对应的连杆蜡模；并通过压蜡机压制浇口杯蜡模、直浇道蜡模和内浇道蜡模，浇口杯蜡模为锥体状结构，直浇道蜡模为长条状结构，内浇道蜡模为小径柱状结构；前述压蜡机的压制温度通常为60～70℃、压制压力通常为0.8～1.5MPa；

②. 采用电焊刀，将所准备的连杆蜡模通过对应的内浇道蜡模设置在直浇道蜡模的外周壁上，使连杆蜡模在直浇道蜡模上径向凸起；将浇口杯蜡模连接在直浇道蜡模的顶面中央处，以此形成蜡树；

③. 在步骤②的蜡树上以粘浆淋砂的方式制作陶瓷壳，具体的，除去浇口杯蜡模8的顶面（也就是整个蜡树的最高顶面）无需进行粘浆淋砂处理外，整个蜡树的所有外露表面均进行粘浆淋砂处理，待蜡树上的粘浆淋砂成型后，然后将前述蜡树经脱蜡和焙烧处理，得具有空腔的陶瓷的浇注系统。

2）. 将上述结构和方法所成型的浇注系统（包含了陶瓷模壳）放置进电阻炉中，在温度为850℃的条件下预热、并保温5小时，以此保证浇注系统各部位的温度均匀。

在浇注系统预热的过程中，将司太立6#合金的铸锭在温度为1450℃的条件下进行重熔熔化，直至其充分熔化。

浇注系统预热好后，将其取出电阻炉；再将司太立合金的重熔熔液浇注进浇注系统中，具体的，司太立合金熔液从浇注系统的浇口杯进入顶部横浇道，再由顶部横浇道分散进入直浇道内，进而使合金熔液由下而上灌满底部横浇道和直浇道上的所有钩爪模壳、连杆模壳；浇注系统中的合金熔液凝固成铸件。

3）. 浇注系统中的铸件凝固完毕后，将浇注系统的模壳进行清理去除，并将所成型铸件中的钩爪铸件和连杆铸件从铸件树形上整理下来，形成单体。

接着将所成型的各铸件单体（即钩爪铸件和连杆铸件）进行热处理。具体的，将铸件放置进热处理炉中，在温度为1200℃的条件下，保温3小时后空冷，然后将铸件在温度为850℃的条件下，保温10小时后空冷，进而实现固溶和时效处理，以提高铸件的硬度和强度，得CRDM需要的成品零件-钩爪和连杆。

以上各实施例仅用以说明本发明，而非对其限制。尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对上述各实施例中的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1. 一种CRDM零件精密铸造成型方法，包括下列步骤：

1）. 根据CRDM钩爪和/或连杆的设计形状，以熔模方式制造与之相适配的陶瓷模壳；

2）. 将陶瓷模壳在温度为850～1100℃的条件下预热、并保温1～5小时，保证陶瓷模壳各部位的温度均匀；将司太立合金铸锭在1400～1500℃的条件下熔化后，浇注进预热好的陶瓷模壳中，凝固成铸件；

3）. 清理模壳；将铸件在1100～1250℃的条件下保温1～5小时后空冷，然后将铸件在850～950℃的条件下保温6～10小时后空冷。

2. 根据权利要求1所述CRDM零件精密铸造成型方法，其特征在于：所述陶瓷模壳成型于陶瓷的浇注系统上，所述浇注系统包括浇口杯和至少一个直浇道，所述浇口杯设置在直浇道的上部，浇口杯与直浇道相通，所述直浇道上径向设有至少一个钩爪模壳和/或连杆模壳，所述钩爪模壳和/或连杆模壳通过对应的内浇道设置在直浇道上。

3.根据权利要求2所述CRDM零件精密铸造成型方法，其特征在于：所述浇注系统具有顶部横浇道，所述顶部横浇道的顶面用于设置浇口杯、底面用于设置直浇道。

4.根据权利要求2或3所述CRDM零件精密铸造成型方法，其特征在于：所述浇注系统具有底部横浇道，所述底部横浇道设置在直浇道的底部。

5. 根据权利要求4所述CRDM零件精密铸造成型方法，其特征在于：所述底部横浇道的侧面、端面和/或底面上设有至少一个外凸的钩爪模壳和/或连杆模壳，所述钩爪模壳和/或连杆模壳通过对应的内浇道设置在底部横浇道上。

6.根据权利要求1所述CRDM零件精密铸造成型方法，其特征在于：所述司太立合金熔液为重熔熔液。

7.根据权利要求1或6所述CRDM零件精密铸造成型方法，其特征在于：所述司太立合金熔液为司太立6#合金熔液。