CN109702146B

CN109702146B - 一种陶瓷型壳脱蜡方法和脱蜡装置

Info

Publication number: CN109702146B
Application number: CN201910184064.4A
Authority: CN
Inventors: 王红卫; 张继; 朱春雷; 胡海涛; 李胜; 张熹雯
Original assignee: Central Iron and Steel Research Institute; Gaona Aero Material Co Ltd
Current assignee: Central Iron and Steel Research Institute; Gaona Aero Material Co Ltd
Priority date: 2019-03-12
Filing date: 2019-03-12
Publication date: 2020-01-10
Anticipated expiration: 2039-03-12
Also published as: CN109702146A

Abstract

本发明提供了一种陶瓷型壳脱蜡方法和脱蜡装置，属于陶瓷型壳成型技术领域。本发明在陶瓷型壳的蜡模上设置有贯穿蜡模中心的中空部分，用于放置加热体，所述中空部分的形状与所述加热体的形状相适应；将所述陶瓷型壳放置在加热体上，使所述加热体贯穿所述陶瓷型壳的蜡模中心，且所述加热体与所述中空部分的内壁不接触；将所述加热体升温至脱蜡温度，进行恒温脱蜡。本发明的脱蜡方法，在进行脱蜡时，加热体向外辐射传热，蜡料由陶瓷型壳中心向外逐渐熔化，熔化后的蜡液沿内壁快速向下流出，与传统的从外向内加热的脱蜡方式相比，有效避免了型壳表面蜡料熔化后不能及时流出，蜡液长时间受热膨胀而造成陶瓷型壳开裂的问题。

Description

一种陶瓷型壳脱蜡方法和脱蜡装置

技术领域

本发明涉及陶瓷型壳成型技术领域，尤其涉及一种陶瓷型壳脱蜡方法和脱蜡装置。

背景技术

新型轻质高温结构材料TiAl合金应用于航空发动机低压涡轮叶片和车辆发动机增压器涡轮，可显著改善发动机的动力特性。目前，TiAl合金的这些部件主要采用熔模精密铸造工艺来制备。TiAl合金熔体化学活性极高，要求采用惰性较高的型壳材料。同时，由于其本征室温塑性较低，为避免铸造开裂，要求型壳具有良好的退让性。目前，TiAl合金精铸普遍采用稳定性和退让性较好的醋酸锆-氧化钇陶瓷型壳。然而，这种型壳的湿强度较低，在脱蜡过程中容易开裂。

对于醋酸锆-氧化钇陶瓷型壳，粘结剂干燥后遇水会发生回溶，不能采用镍基高温合金铸件的蒸汽脱蜡工艺。目前，主要采用电阻热脱蜡和红外脱蜡工艺进行醋酸锆-氧化钇陶瓷型壳的脱蜡。然而，对于这两种脱蜡工艺，其热源均在型壳外侧，且均为从外到内的加热方式，这导致靠近型壳表面的蜡料优先熔化、且不能及时流出，使得该部分蜡液长时间受热膨胀而致型壳开裂。这种现象对于无法在薄壁叶片部位设置脱蜡口的增压涡轮或低压涡轮叶片铸件尤为严重。

发明内容

本发明的目的在于提供一种陶瓷型壳脱蜡方法和脱蜡装置，本发明提供的陶瓷型壳脱蜡方法可有效避免陶瓷型壳开裂，尤其适用于TiAl、Ti₂AlNb铸件精密铸造用醋酸锆-氧化钇陶瓷型壳。

为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：

一种陶瓷型壳脱蜡方法，包括如下步骤：

在陶瓷型壳的蜡模上设置有贯穿蜡模中心的中空部分，用于放置加热体，所述中空部分的形状与所述加热体的形状相适应；

将所述陶瓷型壳放置在加热体上，使所述加热体贯穿所述陶瓷型壳的蜡模中心，且所述加热体与所述中空部分的内壁不接触；

将所述加热体升温至脱蜡温度，进行恒温脱蜡。

优选的，所述陶瓷型壳的蜡模上的中空部分采用机械加工的方式得到，或者通过在制备蜡模时加入加热体的模具，得到蜡模后，取出模具，得到中空部分。

优选的，所述加热体为加热棒；所述加热体上设置有散热翅片，所述散热翅片位于蜡模的冒口部分。

优选的，所述中空部分的内壁与所述加热棒的距离为2.5～10mm；所述加热棒的有效高度比蜡模高度小20～50mm。

优选的，当所述陶瓷型壳为80～200mm的TiAl涡轮陶瓷型壳时，所述脱蜡的温度为250～300℃。

本发明还提供了一种陶瓷型壳脱蜡装置，包括加热体、温控系统、蜡液收集器、陶瓷型壳支架和加热体固定底座，所述蜡液收集器包括导流部件和蜡液收集槽，所述导流部件固定在蜡液收集槽上方；所述导流部件上设置有导流槽和加热体限位孔；所述加热体固定底座固定在导流部件下方，与加热体限位孔配合；所述加热体通过螺栓固定在加热体固定底座上；所述陶瓷型壳支架设置于导流部件上方，用于固定陶瓷型壳。

优选的，所述导流槽的两边采用斜面设计，所述导流槽两边的斜面的倾斜角度独立地为10～60°。

优选的，所述导流槽与加热体固定底座边缘的平面距离大于5mm。

优选的，所述所述导流部件和所述蜡液收集槽通过限位槽固定。

优选的，所述所述导流部件和所述陶瓷型壳支架通过限位槽固定。

本发明提供了一种陶瓷型壳脱蜡方法，包括如下步骤：在陶瓷型壳的蜡模上设置有贯穿蜡模中心的中空部分，用于放置加热体，所述中空部分的形状与所述加热体的形状相适应；将所述陶瓷型壳放置在加热体上，使所述加热体贯穿所述陶瓷型壳的蜡模中心，且所述加热体与所述中空部分的内壁不接触；将所述加热体升温至脱蜡温度，进行恒温脱蜡。本发明将陶瓷型壳放置在加热体上，使所述加热体贯穿所述陶瓷型壳的蜡模中心，在进行脱蜡时，加热体向外辐射传热，蜡料由陶瓷型壳中心向外逐渐熔化，熔化后的蜡液沿内壁快速向下流出，与传统的从外向内加热的脱蜡方式相比，可有效避免型壳表面蜡料熔化后不能及时流出，蜡液长时间受热膨胀而造成陶瓷型壳开裂的问题。

附图说明

图1实施例1中的陶瓷型壳脱蜡方法示意图；

其中，1为蜡模，2为陶瓷型壳，3为陶瓷型壳支架，4为蜡液收集槽，5为导流部件，6为导流槽，7为加热体固定底座，8为温控探头，9为加热体，10为螺栓；

图2实施例1中蜡模结构示意图；其中，11为涡轮铸件部分，12为冒口部分；

图3实施例1中加热体和导流部件的示意图；

其中，5为导流部件，6为导流槽，51为上限位槽，52为下限位槽，91为加热棒主体，92为散热翅片，7为加热体固定底座，8为温控探头，10为螺栓；

图4导流部件的俯视图；其中，6为斜面导流槽，51为上限位槽，53为加热体限位孔；

图5实施例1和对比例1所得TiAl涡轮陶瓷型壳成品的外观图，其中a为实施例1所得TiAl涡轮陶瓷型壳成品的外观图，b为对比例1所得TiAl涡轮陶瓷型壳成品的外观图；

图6实施例2和对比例2所得TiAl涡轮陶瓷型壳成品的外观图，其中a为实施例2所得TiAl涡轮陶瓷型壳成品的外观图，b为对比例2所得TiAl涡轮陶瓷型壳成品的外观图。

具体实施方式

本发明提供了一种陶瓷型壳脱蜡方法，包括如下步骤：

将所述加热体升温至脱蜡温度，进行恒温脱蜡。

本发明在陶瓷型壳的蜡模上设置有贯穿蜡模中心的中空部分，用于放置加热体，所述中空部分的形状与所述加热体的形状相适应。在本发明中，所述中空部分的形状与所述加热体的形状相适应是指中空部分能够容纳加热体，且保证加热体不与中空部分的内壁接触。

在本发明中，所述陶瓷型壳的蜡模上的中空部分优选采用机械加工的方式得到，还优选通过在制备蜡模时加入加热体的模具，得到蜡模后，取出模具，得到中空部分。

在本发明中，所述加热体优选为加热棒；所述加热体上优选设置有散热翅片，所述散热翅片优选位于蜡模的冒口部分。在本发明实施例中，所述加热体为加热棒时，所述中空部分优选为顶部为倒锥体，下部为圆柱体，如图1和图2的蜡模的中空部分所示，有利于蜡液的顺利流出。

在本发明中，所述中空部分的内壁与所述加热棒的距离优选为2.5～10mm；所述加热棒的有效高度优选比蜡模高度小20～50mm；所述加热棒的有效高度为深入陶瓷型壳蜡模中的高度。

得到有贯穿蜡模中心的中空部分的陶瓷型壳后，本发明将所述陶瓷型壳放置在加热体上，使所述加热体贯穿所述陶瓷型壳的蜡模中心，且所述加热体与所述中空部分的内壁不接触。在本发明中，所述陶瓷型壳放置在加热体上，且所述加热体与所述中空部分的内壁不接触可保证熔化的蜡液沿中空部分的内壁快速流出。

将所述陶瓷型壳放置在加热体上后，本发明将所述加热体升温至脱蜡温度，进行恒温脱蜡。

在本发明中，所述升温的速率优选为快速升温，更优选为16～60℃/min。在本发明中，所述快速升温不仅能提高脱蜡效率，更重要的是使蜡料以较快速度升温至蜡料熔点，降低蜡料的传导时间，从而减小蜡料的受热膨胀。

在本发明中，当铸件蜡模的外径为80～200mm时，所述脱蜡的温度为250～300℃；所述脱蜡的时间为30～60min，所述脱蜡的时间优选从温度升温至脱蜡所需温度时计起。

本发明还提供了一种陶瓷型壳脱蜡装置，如图1所示，包括加热体9、温控系统(图1中8为温控探头，与温控系统相连)、蜡液收集器、陶瓷型壳支架3和加热体固定底座7，所述蜡液收集器包括导流部件5和蜡液收集槽4，所述导流部件固定在蜡液收集槽上方；所述导流部件上设置有导流槽6和加热体限位孔53；所述加热体固定底座固定在导流部件下方，与加热体限位孔配合；所述加热体通过螺栓10固定在加热体固定底座上；所述陶瓷型壳支架设置于导流部件上方，用于固定陶瓷型壳。

在本发明中，所述陶瓷型壳脱蜡装置包括若干加热体，所述导流部件上对应有若干加热体限位孔，如图4所示。在本发明中，若干加热体和对应的加热体限位孔，可实现同时对多个陶瓷型壳进行脱蜡。

在本发明中，所述导流槽优选为镂空设计，如图4所示，以利于蜡液流入蜡液收集槽。

在本发明中，所述导流槽的两边优选采用斜面设计，所述导流槽两边的斜面的倾斜角度独立地优选为10～60°。在本发明中，所述斜面设计有利于蜡液及时流入蜡液收集槽。

在本发明中，当所述陶瓷型壳放置在加热体上时，所述蜡模的冒口部位优选在斜面区域内，所述斜面区域为导流槽两边的斜面组成的区域，如图1所示，这样蜡液流下时落在斜面上，直接沿斜面流入导流槽。本发明对所述斜面区域的宽度没有特殊限定，能够使蜡模的冒口部位落在斜面区域内即可。在本发明实施例中，所述导流槽内侧的斜面倾斜起始点与加热体限位孔的边缘的距离优选为2～5mm，且所述导流槽内侧的斜面倾斜起始点与加热体限位孔的边缘的距离优选比蜡模冒口内径小于5～10mm；所述导流槽外侧的斜面倾斜起始点到导流部件中线的距离优选比蜡模的冒口部位外径大5～10mm。

在本发明中，所述导流槽与加热体固定底座边缘的平面距离优选大于5mm。在本发明中，上述设计可避免熔化的蜡液流到加热体固定底座表面。

在本发明中，所述导流部件和所述蜡液收集槽优选通过限位槽固定，如图3中的下限位槽52所示。

在本发明中，所述导流部件和所述陶瓷型壳支架优选通过限位槽固定，如图3中的上限位槽51所示。

下面结合实施例对本发明提供的一种陶瓷型壳脱蜡方法和脱蜡设备进行详细的说明，但是不能把它们理解为对本发明保护范围的限定。

实施例1

使用图1所示的脱蜡装置对带有蜡模的TiAl涡轮陶瓷型壳进行脱蜡，图2为本实施例的蜡模结构示意图，其中，11为涡轮铸件部分，12为冒口部分；图3为本实施例所用加热体和导流部件的放大图，其中，5为导流部件，6为导流槽，导流槽两侧的导流部件为斜面设计，51为上限位槽，用于固定陶瓷型壳支架，52为下限位槽，用于固定蜡液收集槽，91为加热棒主体，92为散热翅片，7为加热体固定底座，与导流部件通过焊接连接，8为温控探头，与温控系统连接，10为螺栓，用于将加热体固定在加热体固定底座上；

所述涡轮型壳外径为105mm，高度为220mm，蜡模中空部分的直径(圆柱体部分的直径)为30mm；所用加热棒的直径为20mm，高度为240mm；

将带有蜡模的TiAl涡轮陶瓷型壳放置在型壳支架上，使陶瓷型壳放置在加热棒上，且加热棒贯穿陶瓷型壳的蜡模中心，加热棒的有效高度为180mm，蜡模的冒口部位落在导流部件的斜面区域；

调节温控系统，将加热棒升温至260℃，升温速率为30℃/min，升温至260℃后，恒温脱蜡30min，脱蜡完成，得到TiAl涡轮陶瓷型壳。

将所得TiAl涡轮陶瓷型壳在高温条件焙烧，得到TiAl涡轮陶瓷型壳成品，其外观如图5a所示。

对比例1

采用传统电阻热脱蜡方法对与实施例1相同的带有蜡模的TiAl涡轮陶瓷型壳进行脱蜡，具体为：

将带有蜡模的TiAl涡轮陶瓷型壳放在电阻炉里面进行加热，调节温控系统，以4℃/min的速率升温至260℃后，恒温脱蜡30min，脱蜡完成，得到TiAl涡轮陶瓷型壳；

将所得TiAl涡轮陶瓷型壳按照实施例1的方法进行焙烧，得到TiAl涡轮陶瓷型壳成品，其外观如图5b所示。

实施例2

使用图1所示的脱蜡装置对较大尺寸的带有蜡模的TiAl涡轮陶瓷型壳进行脱蜡。所述涡轮型壳外径为190mm，高度为230mm，蜡模中空部分的直径为40mm；所用加热棒的直径为30mm，高度为250mm；

将带有蜡模的TiAl涡轮陶瓷型壳放置在型壳支架上，使陶瓷型壳放置在加热棒上，且加热棒贯穿陶瓷型壳的蜡模中心，加热棒的有效高度为190mm，蜡模的冒口部位落在导流部件的斜面区域；

调节温控系统，将加热棒升温至260℃，升温速率为30℃/min，升温至260℃后，恒温脱蜡30min，脱蜡完成，得到TiAl涡轮陶瓷型壳；

将所述TiAl涡轮陶瓷型壳按照实施例1的方法进行焙烧，得到TiAl涡轮陶瓷型壳成品，其外观如图6a所示。

对比例2

采用对比例1的传统电阻热脱蜡方法对与实施例2相同的带有蜡模的TiAl涡轮陶瓷型壳进行脱蜡，得到TiAl涡轮陶瓷型壳；

并将所得TiAl涡轮陶瓷型壳按照实施例1的方法进行焙烧，得到TiAl涡轮陶瓷型壳成品，其外观如图6b所示。

实施例1和实施例2所得TiAl涡轮陶瓷型壳表面没有可见的裂纹缺陷，而对比例1和对比例2所得TiAl涡轮陶瓷型壳表面均存在开裂，裂纹宽度分别为0.5mm和1.5mm。由此可见，采用传统的电阻热脱蜡方式不可避免的会造成涡轮叶片型壳开裂，对于大尺寸的涡轮更为明显。而采用本发明提供的方法可以有效避免陶瓷型壳脱蜡过程的开裂现象，从而减少铸件的飞边缺陷，保证陶瓷型壳的尺寸精度，尤其适用于尺寸较大的薄壁铸件。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种陶瓷型壳脱蜡方法，其特征在于，包括如下步骤：

将所述陶瓷型壳放置在加热体上，使所述加热体贯穿所述陶瓷型壳的蜡模中心，且所述加热体与所述中空部分的内壁不接触；所述加热体为加热棒；所述加热体上设置有散热翅片，所述散热翅片位于蜡模的冒口部分；

将所述加热体升温至脱蜡温度，进行恒温脱蜡。

2.根据权利要求1所述的陶瓷型壳脱蜡方法，其特征在于，所述陶瓷型壳的蜡模上的中空部分采用机械加工的方式得到，或者通过在制备蜡模时加入加热体的模具，得到蜡模后，取出模具，得到中空部分。

3.根据权利要求1所述的陶瓷型壳脱蜡方法，其特征在于，所述中空部分的内壁与所述加热棒的距离为2.5～10mm；所述加热棒的有效高度比蜡模高度小20～50mm。

4.根据权利要求3所述的陶瓷型壳脱蜡方法，其特征在于，当所述陶瓷型壳为80～200mm的TiAl涡轮陶瓷型壳时，所述脱蜡的温度为250～300℃。

5.一种实现权利要求1～4任一项所述的陶瓷型壳脱蜡方法的装置，其特征在于，包括加热体、温控系统、蜡液收集器、陶瓷型壳支架和加热体固定底座，所述蜡液收集器包括导流部件和蜡液收集槽，所述导流部件固定在蜡液收集槽上方；所述导流部件上设置有导流槽和加热体限位孔；所述加热体固定底座固定在导流部件下方，与加热体限位孔配合；所述加热体通过螺栓固定在加热体固定底座上；所述陶瓷型壳支架设置于导流部件上方，用于固定陶瓷型壳。

6.根据权利要求5所述的陶瓷型壳脱蜡装置，其特征在于，所述导流槽的两边采用斜面设计，所述导流槽两边的斜面的倾斜角度独立地为10～60°。

7.根据权利要求5所述的陶瓷型壳脱蜡装置，其特征在于，所述导流槽与加热体固定底座边缘的平面距离大于5mm。

8.根据权利要求5所述的陶瓷型壳脱蜡装置，其特征在于，所述导流部件和所述蜡液收集槽通过限位槽固定。

9.根据权利要求5所述的陶瓷型壳脱蜡装置，其特征在于，所述导流部件和所述陶瓷型壳支架通过限位槽固定。