CN105195680A - 一种钛合金浇铸用石墨型芯及浇铸模具、浇铸方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种钛合金浇铸用石墨型芯及浇铸模具、浇铸方法，属于钛合金浇铸技术领域。本发明的钛合金浇铸用石墨型芯具有中空的内腔，所述石墨型芯为分体结构。本发明通过在石墨型芯内部设置内腔，并设置石墨型芯的壳体厚度为合适的厚度，在保证钛合金浇铸件的浇铸精度的同时，又能使钛合金浇铸件在收缩时能够将石墨型芯挤碎，使石墨型芯具有良好的退让性，避免了钛合金浇铸件内表面产生裂纹。

Description

一种钛合金浇铸用石墨型芯及浇铸模具、浇铸方法

技术领域

本发明涉及一种钛合金浇铸用石墨型芯及浇铸模具、浇铸方法，属于钛合金浇铸技术领域。

背景技术

目前，航空、航天制造领域对钛合金铸件的使用越来越多，对钛合金铸件的表面质量要求也越来越高。钛合金铸件的成型多采用石墨模具精密成型，对于具有较小开口的封闭型腔的钛合金铸件来说，铸件内部的型腔无法全部暴露在视野之中，在检测表面质量的过程中，无法检测到其表面缺陷，即使采用特殊的方法可以观察到其表面的缺陷，由于型腔开口较小，工具无法深入到型腔内部对其表面缺陷进行修复。

对于上述铸件表面的缺陷，目前一般采取的措施是保证铸件的成型，牺牲视野盲区中的表面质量，即对型腔内部的表面缺陷不做处理。随着航空、航天等领域的技术发展，对钛合金铸件的要求也越来越高，即使是开口较小的封闭型腔内，也要求其表面无裂纹等铸造缺陷，传统设计只考虑其成型性能而不考虑其内部表面质量的设计思路已不能满足需要。

现有技术中，型腔内部的表面缺陷多是由于铸件在浇铸过程中收缩时，由于石墨型芯退让性差引起的。如图1-2所示，现有技术中的钛合金浇铸模具包括外模和设置在外模中的石墨型芯2，外模一般由第一外模组件1和第二外模组件3组成，外模和石墨型芯之间形成了用来容纳浇铸件4的空间。由于这种钛合金浇铸用石墨型芯为一体加工成型，在钛合金铸件收缩时，石墨型芯退让性较差，铸件表面很容易产生应力集中，导致产生裂纹。而且，这种具有较小开口的封闭型腔的钛合金铸件，在浇铸完成后，型腔内部的石墨型芯非常不容易清理出来，增加了加工难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种钛合金浇铸用石墨型芯，以解决现有技术中钛合金浇铸用石墨型芯退让性差的问题。本发明的目的还在于提供一种使用上述石墨型芯的浇铸模具及使用该模具的浇铸方法。

为了实现以上目的，本发明的钛合金浇铸用石墨型芯的技术方案如下：

一种钛合金浇铸用石墨型芯，所述石墨型芯具有中空的内腔，所述石墨型芯为分体结构。

所述石墨型芯包括型芯基体和固定设置在型芯基体上的型芯盖体，所述型芯基体和型芯盖体中的至少一个上设置有凹槽，所述凹槽构成了所述内腔。

所述壳体厚度为2-20mm。

所述壳体上设置有与所述内腔连通用来将内腔中的气体通往外部的通气孔。

本发明的浇铸模具的技术方案如下：

一种浇铸模具，包括外模和设置在外模中的石墨型芯，所述石墨型芯具有中空的内腔，所述石墨型芯为分体结构。

所述石墨型芯包括型芯基体和固定设置在型芯基体上的型芯盖体，所述型芯基体和型芯盖体中的至少一个上设置有凹槽，所述凹槽构成了所述内腔。

所述壳体厚度为2-20mm。

所述壳体上设置有与所述内腔连通用来将内腔中的气体通往外部的通气孔。

本发明的浇铸方法的技术方案如下：

一种浇铸方法，将钛合金熔液注入上述浇铸模具中，脱模，即得。

本发明通过在石墨型芯内部设置内腔，形成了石墨型芯壳体，在保证钛合金浇铸件的浇铸精度的同时，又能使钛合金浇铸件在收缩时产生的收缩力能够将石墨型芯挤碎，使石墨型芯具有良好的退让性，避免了钛合金浇铸件的内表面产生裂纹。并采用分体结构，便于组装和加工。而且，石墨型芯被挤碎后，也便于从浇铸件的型腔中清理出来。使用本发明的钛合金浇铸用石墨型芯的模具与现有技术中的模具相比，清壳时间减少了50％以上，大大提高了生产效率。

进一步的，石墨型芯壳体上设置有通气孔，可以将浇铸过程中产生的高温膨胀气体及时排出到模具外部。

附图说明

图1为现有技术中的钛合金浇铸模具的结构示意图；

图2为图1的剖面图；

图3为本发明的浇铸模具的实施例的结构示意图；

图4为图3的剖面图。

具体实施方式

本发明的钛合金浇铸模具的实施例：

如图3-4所示，本实施例的浇铸模具包括外模和设置在外模中的石墨型芯2，外模和石墨型芯之间构成了用来容纳浇铸件的空间，本发明的钛合金浇铸件为具有封闭型腔且腔体开口较小的浇铸件4，本实施例中的浇铸件由圆筒形壳体和一体设置在圆筒形壳体两端的端盖构成，两个端盖上分别具有与圆筒形壳体内部腔体连通的通孔，该通孔的内径小于圆筒形壳体的内径。端盖由沿浇铸件径向方向延伸的圆环状端板和设置在圆环状端板上朝圆筒形壳体外部的圆筒状凸起构成，圆环状端板的外沿与圆筒形壳体的端部一体设置，其内沿与圆筒状凸起的一端一体设置，圆筒状凸起的轴线与圆筒形壳体的轴线重合并沿轴线向圆筒形壳体外部延伸。本实施例的钛合金浇铸模具的外模由长方体第一外模组件1和长方体第二外模组件3固定连接构成，长方体外模组件的一个面上设置有与浇铸件外表面形状匹配的半圆形凹槽，两个长方体外模组件的半圆形凹槽的槽口相对扣合在一起构成了所述外模，外模组件的两端在半圆形凹槽开口所处的平面上设置有半圆形缺口，该半圆形缺口与半圆形凹槽同轴，在两个外模组件扣合在一起后，半圆形缺口围成了外模两端的开口。

石墨型芯为具有中空的内腔的壳体，壳体的外表面与浇铸件的内表面形状匹配，本实施例中石墨型芯壳体由型芯基体6和固定设置在型芯基体上的型芯盖体5组成，型芯基体与型芯盖体最外缘接触处通过销钉固定连接，型芯基体朝向型芯盖体的一端具有槽口朝向型芯盖体的圆形凹槽，该圆形凹槽构成了所述内腔，圆形凹槽的底部由圆环形板构成，该圆环形板远离圆形凹槽槽口的一侧一体设置有圆筒形第一通气段，圆筒形第一通气段远离型芯盖体的一端一体设置与有圆筒形第二通气段，第一通气段和第二通气段内部为沿轴线延伸的内径相同的通气孔7，该通气孔的一个开口设置在第二通气孔远离型芯盖体的一端的端面上，另一个开口由圆环形板的中心孔构成，通气孔能够将圆形凹槽构成的内腔中的气体排出到模具外部。第一通气段的外壁与浇铸件腔体开口的内侧壁配合，第二通气段的外壁与外模一端的开口的内侧壁配合，第一通气段的外径大于第二通气段的外径，这样在第一通气段与第二通气段连接处形成了沿型芯基体径向延伸的台阶面，该台阶面与外模的半圆形凹槽的槽壁紧密配合。

型芯盖体由盖体底板和一体设置在盖体底板远离型芯基体一侧的盖体端部构成，所述盖体底板为圆形，外径与型芯基体的最大外径相同，以能够将型芯基体上的圆形凹槽的槽口封闭，盖体端部由一体设置在盖体底板上的圆柱状中间段和一体设置在中间段上的圆柱状盖体凸起，圆柱状中间段与圆柱状盖体凸起同轴设置，圆柱状中间段的外表面与浇铸件的另一个开口的内侧壁配合，圆柱状凸起的外周面与外模的另一端的开口的内侧壁紧密配合，中间段的外径大于盖体凸起的外径，在中间段和盖体凸起的连接处形成了沿石墨型芯壳体径向延伸的台阶面，该台阶面与外模的半圆形凹槽的槽壁紧密配合。

石墨型芯的壳体厚度包括石墨型芯的型芯基体的壁厚、型芯盖体的底板厚度，石墨型芯的壳体厚度设置为5-20mm，这样的厚度在浇铸件浇铸过程中发生收缩时，能够将石墨型芯的壳体挤碎，避免石墨型芯的退让性差引起的浇铸件内表面产生裂纹。具体的，可以根据浇铸件的外径及浇铸件的厚度来设置，本实施例中浇铸件的外径为400mm，厚度为10mm，石墨型芯的壳体厚度设置为8mm。

本实施例的钛合金浇铸模具在使用时，先将石墨型芯壳体的型芯基体和型芯盖体用销钉固定扣合，然后再将两个外模组件扣在石墨型芯的外部，组成浇铸模具并进行钛合金浇铸件的浇铸，浇铸完成后，浇铸件收缩时的收缩力将石墨型芯壳体压碎，避免了浇铸件型腔表面产生裂纹，而且压碎的石墨型芯壳体碎片也非常便于从浇铸件的型腔中清理出来，将清壳时间减少了50％以上，提高了生产效率。

在本发明的钛合金浇铸模具的其他实施例中，石墨型芯壳体的型芯盖体上设置有槽口朝向型芯基体的凹槽，与型芯基体上的凹槽槽口相对扣合形成石墨型芯的内腔。也可以将型芯基体设置为两端开口的圆筒体，而在型芯基体分别固定设置型芯盖体，以降低石墨型芯的加工难度。

在其他实施例中，石墨型芯壳体的外形根据浇铸件的内腔具体形状来设置，可以为方形筒状结构。

在其他实施例中，石墨型芯壳体的型芯盖体上也设置有通气孔，以提高通气效率，避免高温气体在石墨型芯内腔中集聚影响散热。在其他实施例中，型芯基体和型芯盖体上均不设置通气孔。

在其他实施例中，型芯基体和型芯盖体通过胶粘固定连接在一起。

本发明的钛合金浇铸用石墨型芯的实施例的结构与上述钛合金浇铸模具实施例中的石墨型芯的结构完全一致，在此不再一一赘述。另外，上述钛合金浇铸模具实施例中的石墨型芯的各种替代形式也均适用于本发明的钛合金浇铸用石墨型芯的实施例。

本发明的钛合金浇铸用石墨型芯的制备方法的实施例：将型芯基体朝向型芯盖体的一端的端面上车加工出凹槽，并在另一端加工出通气孔，然后将型芯基体和型芯盖体通过销钉固定连接或者胶粘连接，即得。

在本发明的钛合金浇铸用石墨型芯的制备方法的其他实施例中，在型芯基体和型芯盖体上相对的端面上均车加工出凹槽，将两个端面上的凹槽的槽口相对，使用销钉固定连接。在其他实施例中，将型芯基体加工成两端开口的圆筒状筒体，将其与两端的型芯盖体通过销钉连接。

本发明的浇铸方法的实施例：将钛合金熔液注入上述浇铸模具中，脱模，即得。

Claims (9)

1.一种钛合金浇铸用石墨型芯，其特征在于，所述石墨型芯具有中空的内腔，所述石墨型芯为分体结构。

2.如权利要求1所述的钛合金浇铸用石墨型芯，其特征在于，所述石墨型芯包括型芯基体(6)和固定设置在型芯基体上的型芯盖体(5)，所述型芯基体和型芯盖体中的至少一个上设置有凹槽，所述凹槽构成了所述内腔。

3.如权利要求1所述的钛合金浇铸用石墨型芯，其特征在于，所述壳体厚度为2-20mm。

4.如权利要求1所述的钛合金浇铸用石墨型芯，其特征在于，所述壳体上设置有与所述内腔连通用来将内腔中的气体通往外部的通气孔(7)。

5.一种浇铸模具，包括外模和设置在外模中的石墨型芯(2)，其特征在于，所述石墨型芯具有中空的内腔，所述石墨型芯为分体结构。

6.如权利要求5所述的浇铸模具，其特征在于，所述石墨型芯包括型芯基体(6)和固定设置在型芯基体上的型芯盖体(5)，所述型芯基体和型芯盖体中的至少一个上设置有凹槽，所述凹槽构成了所述内腔。

7.如权利要求5所述的浇铸模具，其特征在于，所述壳体厚度为2-20mm。

8.如权利要求5所述的浇铸模具，其特征在于，所述壳体上设置有与所述内腔连通用来将内腔中的气体通往外部的通气孔(7)。

9.一种浇铸方法，其特征在于，将钛合金熔液注入如权利要求5所述的浇铸模具中，脱模，即得。