CN108480565B - 低流动性钛合金重力浇注大尺寸、薄壁铸件的浇注系统 - Google Patents

低流动性钛合金重力浇注大尺寸、薄壁铸件的浇注系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种低流动性钛合金重力浇注大尺寸、薄壁铸件的浇注系统，该系统通过浇注系统设计，缩短金属液体在型腔中流动距离、避免铸件薄壁部位提前凝固、一旦出现提前凝固自动启动第二套浇注系统使金属液有效补充充型从而避免欠注的浇铸系统设计方法，能够有效的克服大尺寸、薄壁铸件中容易出现的欠注问题。

Description

低流动性钛合金重力浇注大尺寸、薄壁铸件的浇注系统
技术领域
本发明是一种低流动性钛合金重力浇注大尺寸、薄壁铸件的浇注系统，属于钛合金精密铸造加工领域。
背景技术
对于大尺寸复杂铸造钛合金构件，由于设备制约，及保证铸件质量和尺寸稳定性的考虑，通常采用重力浇注。在浇注系统设计中通常采用底注式，使金属液从铸型型腔下部注入，这种方式金属液流动平稳，不易产生气孔夹杂。但对于流动性较差的钛合金，采用底注式重力浇注大尺寸、薄壁铸件时，金属液流动距离长，降温快，容易形成铸件局部欠注甚至铸件无法成型。而铸件在重力浇注过程中很少采用顶注式，虽然顶注式金属液从铸型型腔上部注入，具有良好的填充型腔能力，但金属液易飞溅、涡流，易卷入气体、夹杂。
发明内容
本发明正是针对上述现有技术状况而设计提供了一种低流动性钛合金重力浇注大尺寸、薄壁铸件的浇注系统，其目的是针对低流动性钛合金，提出一种适用于大尺寸、薄壁铸件的浇注系统，该浇注系统中同时采用底注式和顶注式，通过浇道位置设计控制金属液在型腔中的流动方向，保证金属液平稳充型，避免缺陷，该浇注系统中，以底注式为主要方式，当底注式金属液流动因薄壁铸件局部提前凝固导致金属液流动受阻时，启动顶注式，使得金属液对型腔未充满部分补充充型。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：
该种低流动性钛合金重力浇注大尺寸、薄壁铸件的浇注系统，所述低流动性钛合金是指以ZTC4钛合金的流动性为标准，将不足其流动性70％的铸造钛合金材料，称为低流动性钛合金，其特征在于：该浇注系统将底注式浇注系统和顶注式浇注系统相结合，应用于三维最大尺寸大于1000mm、最小壁厚2mm的铸件，其中：
底注式浇注系统包括底浇盘1，底浇盘1的中心处设置有中心直浇道2，底浇盘1上设置底浇盘浇口4与铸件7底部连通，底浇盘1的周边还设置有底注式辅助浇道3，在距离中心浇道较远处和铸件薄壁处底注式辅助浇道3呈柱状从底浇盘1向上延伸与铸件7侧表面贴合，贴合面为细条状，在在距离中心浇道较远处和铸件薄壁处底注式辅助浇道3与铸件7之间不设置浇口，金属液首先通过底注的方式进入底浇盘1，通过与铸件7相贴合的底注式辅助浇道3进入铸件7型腔；
顶注式浇注系统包括顶部横浇道5，顶部横浇道5的中心与中心直浇道2的上部相连通，顶部横浇道5上设置横浇道浇口6与铸件7上部连通，当底注式浇注系统中金属液在铸件7型腔中因凝固遇到阻碍，型腔未能充满的情况下，因中心直浇道2与铸件7内部金属液压力差，会自动启用顶注式浇注系统补充未充型铸件7。
底注式浇注系统的底浇盘1上的底浇盘浇口4横截面面积和底注式辅助浇道3与铸件7侧表面贴合面面积之和是顶注式浇注系统的横浇道浇口6面积的10～15倍，以保证金属液流动以底注式浇注系统为主要通道。
顶注式浇注系统包括顶部横浇道5为水平设置或从中心到外端倾斜向上且与水平方向呈0～5°夹角。
底注式浇注系统和顶注式浇注系统的末端之间的距离大于100mm且不连通。
底注式浇注系统和顶注式浇注系统的末端均位于铸件7的薄壁位置处。
本发明技术方案的特征及优点如下：
一、该浇注系统以将底注式浇注系统和顶注式浇注系统相结合，以底注式浇注系统为主，金属液以底注式充满型腔，浇注过程中底注式金属液流动顺畅，顺利充满铸件型腔，充型过程中金属液流动顺畅，铸件金属液表面始终在同一高度，不需要启用顶注式浇铸系统，仅以底注方式成型铸件，则铸件7先成型，顶部横浇道5后成型，就这一过程中，金属液充型平稳，避免了金属液涡流和憋气现象；
对于大尺寸、薄壁铸件，可能在底注充型过程中，由于金属液流动距离长，降温快，很容易出现局部提前凝固，导致液流阻断，形成欠注，当金属液在底注过程中局部提前凝固，导致底注方式不能充满型腔，之后，当中心直浇道2液面高于铸件7内金属液面，且铸件7内金属液无法流动导致中心浇道2金属液压力迅速增高，启动顶注式浇注方式继续完成铸件成型，这一过程中，铸件顶部的顶部横浇道5和横浇道浇口6除了起到顶注作用外还可以起到冒口补缩的作用；
二、大尺寸薄壁铸件浇注过程中，因金属液在型腔中流动距离长，温度下降快，容易在薄壁处和距离浇道较远位置提前凝固造成欠注,为此，在底注式浇注系统中设计了底注式辅助浇道3，底注式辅助浇道3的位置在薄壁位置处或距离中心直浇道2较远处，底注式辅助浇道3呈柱状从底浇盘1向上延伸与铸件7侧表面贴合，这样能够缩短金属液流动距离，避免没有浇口的薄壁铸件处金属液因温度降低而凝固导致流动受阻。底注式辅助浇道3与铸件7侧表面贴合可以缩短流动距离，避免局部温度过低导致欠注，还可以降低金属量，紧缩接口，减少型壳外形尺寸。
三、底注式浇注系统的底浇盘1上的底浇盘浇口4横截面面积和底注式辅助浇道3与铸件7侧表面贴合面面积之和是顶注式浇注系统的横浇道浇口6面积的10～15倍，可以使金属液大部分从铸型型腔下部注入，保证以底注式为主，使金属液流动平稳，不易产生气孔夹杂，当底注式不能充满型腔时，启用顶注式浇注系统，顶注式浇注方式充型能力强，且仅为补充欠注部位金属，因此顶注式浇注系统横截面远小于底注式；
四、顶注式浇注系统包括顶部横浇道5为水平设置或从中心到外端倾斜向上且与水平方向呈0～5°夹角，该项措施是为了保证金属液只有在底浇式受阻时不能充满型腔时才启用顶注式补充，当金属液顺利充满型腔，顶注式的浇注系统顶部横浇道及浇口也以底注式方式充满；
五、底注式浇注系统和顶注式浇注系统的末端之间的距离大于100mm且不连通，该项措施是为了避免局部压力降低而导致薄壁位置难以成型和形成低压力回路和涡流。
附图说明
图1为本发明所述浇注系统的组成及结构示意图
图2为本发明所述浇注系统以底注式完全充型的示意图
图3为本发明所述浇注系统中底注式不能完全充型启用顶注式补充的示意图
具体实施方式
以下将结合附图和实施例对本发明技术方案作进一步地详述：
参见附图1所示，该种低流动性钛合金重力浇注大尺寸、薄壁铸件的浇注系统，所述低流动性钛合金是指以ZTC4钛合金的流动性为标准，将不足其流动性70％的铸造钛合金材料，称为低流动性钛合金，其特征在于：该浇注系统将底注式浇注系统和顶注式浇注系统相结合，其中：
底注式浇注系统包括底浇盘1，底浇盘1的中心处设置有中心直浇道2，底浇盘1上设置底浇盘浇口4与铸件7底部连通，底浇盘1的周边还设置有底注式辅助浇道3，在距离中心浇道较远处和铸件薄壁处底注式辅助浇道3呈柱状从底浇盘1向上延伸与铸件7侧表面贴合，贴合面为细条状，在距离中心浇道较远处和铸件薄壁处底注式辅助浇道3与铸件7之间不设置浇口，金属液首先通过底注的方式进入底浇盘1，通过与铸件7相贴合的底注式辅助浇道3进入铸件7型腔；
顶注式浇注系统包括顶部横浇道5，顶部横浇道5的中心与中心直浇道2的上部相连通，顶部横浇道5上设置横浇道浇口6与铸件7上部连通，当底注式浇注系统中金属液在铸件7型腔中因凝固遇到阻碍，型腔未能充满的情况下，因中心直浇道2与铸件7内部金属液压力差，会自动启用顶注式浇注系统补充未充型铸件7。
底注式浇注系统和顶注式浇注系统的末端均位于铸件7的薄壁位置处。
实施例1
采用上述浇注系统制备高强度铸造钛合金TC27的铸件，其外廓尺寸为：1337×576×628，首先制备铸件7蜡模及底浇盘1蜡模，将铸件7蜡模和底浇盘1蜡模修整完毕后测量底浇盘1及底浇盘浇口4面积，将底浇盘1和铸件7组焊，并在铸件7薄壁位置和远离中心直浇道2位置的铸件7表面上贴合底注式辅助浇道3，底注式浇注系统的底浇盘1上的底浇盘浇口4横截面面积和底注式辅助浇道3与铸件7侧表面贴合面面积之和是顶注式浇注系统的横浇道浇口6面积的10～15倍，然后根据底浇盘浇口面积计算确定顶注式浇注系统的顶部横浇道5的直径，根据计算结果在铸件7上部布置顶部横浇道5及横浇道浇口6，顶注式浇注系统包括顶部横浇道5为水平设置或从中心到外端倾斜向上且与水平方向呈0～5°夹角，底注式浇注系统和顶注式浇注系统的末端之间的距离大于100mm且不连通，铸件熔炼浇注参数如表1：
表1浇注工艺参数
Figure GDA0002498694830000051
铸件成型结果：
如图2所示，铸件在熔炼浇注过程中采用了较高的型壳温度，金属液流动性较好，铸件在成型过程中未出现提前凝固，铸件全部底注式成型，铸件表面光滑完整。
实施例2
采用上述浇注系统制备高强度铸造钛合金TC27的铸件，其外廓尺寸为：1337×576×628，首先制备铸件7蜡模及底浇盘1蜡模，将铸件7蜡模和底浇盘1蜡模修整完毕后测量底浇盘1及底浇盘浇口4面积，将底浇盘1和铸件7组焊，并在铸件7薄壁位置和远离中心直浇道2位置的铸件7表面上贴合底注式辅助浇道3，底注式浇注系统的底浇盘1上的底浇盘浇口4横截面面积和底注式辅助浇道3与铸件7侧表面贴合面面积之和是顶注式浇注系统的横浇道浇口6面积的10～15倍，然后根据底浇盘浇口面积计算确定顶注式浇注系统的顶部横浇道5的直径，根据计算结果在铸件7上部布置顶部横浇道5及横浇道浇口6，顶注式浇注系统包括顶部横浇道5为水平设置或从中心到外端倾斜向上且与水平方向呈0～5°夹角，底注式浇注系统和顶注式浇注系统的末端之间的距离大于100mm且不连通，铸件熔炼浇注参数如表2：
表2浇注工艺参数
Figure GDA0002498694830000061
铸件成型结果：
铸件在熔炼浇注过程中采用了较低的型壳温度，金属液流动性较差，铸件表面在距离铸件顶部10cm存在少量气孔，其余部位成型完整，该铸件在成型过程中出现局部提前凝固，启动顶注式进行补充浇注，铸件成型完整。

Claims (2)

1.一种低流动性钛合金重力浇注大尺寸、薄壁铸件的浇注系统，以ZTC4钛合金的流动性为标准，将不足其流动性70％的铸造钛合金材料称为低流动性钛合金，其特征在于：该浇注系统将底注式浇注系统和顶注式浇注系统相结合，其中：
底注式浇注系统包括底浇盘(1)，底浇盘(1)的中心处设置有中心直浇道(2)，底浇盘(1)上设置底浇盘浇口(4)与铸件(7)底部连通，底浇盘(1)的周边还设置有底注式辅助浇道(3)，底注式辅助浇道(3)呈柱状从底浇盘(1)向上延伸与铸件(7)侧表面贴合，贴合面为细条状，底注式辅助浇道(3)与铸件(7)之间不设置浇口，金属液首先通过底注的方式进入底浇盘(1)，通过与铸件(7)相贴合的底注式辅助浇道(3)进入铸件(7)型腔；
底注式浇注系统的底浇盘(1)上的底浇盘浇口(4)横截面面积和底注式辅助浇道(3)与铸件(7)侧表面贴合面面积之和是顶注式浇注系统的横浇道浇口(6)面积的10～15倍；
底注式浇注系统和顶注式浇注系统的末端之间的距离大于100mm且不连通；
顶注式浇注系统包括顶部横浇道(5)，顶部横浇道(5)的中心与中心直浇道(2)的上部相连通，顶部横浇道(5)上设置横浇道浇口(6)与铸件(7)上部连通，当底注式浇注系统中金属液在铸件(7)型腔中因凝固遇到阻碍，型腔未能充满的情况下，因中心直浇道(2)与铸件(7)内部金属液压力差，会自动启用顶注式浇注系统补充未充型铸件(7)；
顶注式浇注系统中的顶部横浇道(5)为水平设置或从中心到外端倾斜向上设置且与水平方向呈0～5°夹角。
2.根据权利要求1所述的低流动性钛合金重力浇注大尺寸、薄壁铸件的浇注系统，其特征在于：底注式浇注系统和顶注式浇注系统的末端均位于铸件(7)的薄壁位置处。
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