CN111318641B - 一种复杂薄壁空心铸件水溶芯蜡模偏移尺寸控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种复杂薄壁空心铸件水溶芯蜡模偏移尺寸控制方法，包括：对水溶芯蜡模长度方向的两端进行固定端约束，使水溶芯蜡模的两端固定；在水溶芯蜡模的至少两侧面上分别设置三个定位芯撑，三个定位芯撑呈三角分布，每个侧面上形成三角形定位结构；水溶芯蜡模的上述两侧面上分别还设置多个粘结芯撑；将上述处理后的水溶芯蜡模放置空心蜡模模具的模腔注射成型得到空心薄壁蜡模，空心薄壁蜡模注射的保压压力为最大注射压力的100％‑120％，使水溶芯蜡模在液糊态蜡料注射保压压力作用下不发生偏移以及断裂，不会导致空心薄壁蜡模发生尺寸偏差。本发明通过控制水溶芯蜡模在空心薄壁蜡模注射成型过程的偏移，解决了空心薄壁蜡模壁厚偏差问题。

Description

一种复杂薄壁空心铸件水溶芯蜡模偏移尺寸控制方法

技术领域

本发明涉及复杂空心薄壁铸件的熔模精密铸造领域，具体地，涉及一种复杂薄壁空心铸件水溶芯蜡模偏移尺寸控制方法。

背景技术

随着高推重比航空发动机的研制，其关键热端铸件的结构朝着整体化、薄壁化、复杂化的方向发展，这对航空铸件提出高承载能力要求的同时，对铸件尺寸精度也提出了新的挑战。为了实现铸件的轻量化，产生了大量的空心薄壁结构的铸件，这也是熔模铸造的优势之一。航空发动机机匣空心支板和空心叶片等都是典型的具有内腔结构的空心构件。航空发动机的高温合金机匣主要依赖熔模铸造成型，蜡模制备过程对最终熔模铸件的尺寸具有决定性的影响，为了减少模具返修费用和减小铸件尺寸波动，控制好蜡模尺寸精度至关重要。如何控制与提高高温合金大型复杂薄壁铸件尺寸精度已成为航空发动机件近净形熔模铸造技术瓶颈。

通过不断改善铸件的气冷结构极高冷却效率，在铸件内部形成冷却流道，出现了极为复杂空心薄壁内腔结构。这些空心薄壁结构的蜡模阶段主要是靠预置水溶性型芯成型的。型壳阶段主要采用陶瓷芯形成通道，而这些水溶芯蜡模强度有限，很容易受到不均匀的充填压力而发生偏移及断裂。国际铸造大师伯明翰大学的John Campbell对熔模精铸件的尺寸精度进行了定量化研究，特别指出对于空心薄壁结构类熔模铸件，由可溶性型芯成型，水溶芯在蜡模注射成形型芯偏移严重影响蜡模空心薄壁壁厚尺寸，其尺寸精度无法预测与控制。

经过对现有技术的检索发现，申请号为201510762936.2的中国发明专利，公开了一种控制大型复杂整铸机匣蜡模变形方法。该专利设计了矫正胎具，对蜡模进行校正装配，并放置12小时以上，消除了蜡模存放过程中的粘弹性变形，保证了铸件尺寸精度。但该专利并不是针对空心薄壁蜡模部位尺寸进行校正。

申请号为201711307519.4的中国发明专利，涉及空心叶片蜡模压制方法。该专利通过在相邻陶瓷段之间填蜡或胶处理，以使多根陶瓷段连接成整体，从而增强薄壁细长陶瓷段的整体强度，提高抵抗液态蜡料的冲击能力。使陶瓷芯不易断芯，提高蜡模压制成功率。但该专利并未针对蜡模尺寸偏差进行控制。

因此，目前现有技术还没有针对空心薄壁蜡模壁厚存在偏差的解决方法，偏差部位蜡模壁厚尺寸为2mm±0.7mm，为了满足尺寸精度要求，需要开发一种针对空心薄壁蜡模壁厚存在偏差的解决方案。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种复杂薄壁空心铸件水溶芯蜡模偏移尺寸控制方法。

为实现上述目的，本发明提供一种复杂薄壁空心铸件水溶芯蜡模偏移尺寸控制方法，包括：

对水溶芯蜡模长度方向的两端进行固定端约束，使所述水溶芯蜡模的两端固定；

在所述水溶芯蜡模的至少两侧面上分别设置三个定位芯撑，且三个所述定位芯撑呈三角分布，在每个侧面上形成三角形定位结构；

在所述水溶芯蜡模的上述两侧面上分别还设置多个粘结芯撑，起辅助固定作用；

将上述处理后的所述水溶芯蜡模放置空心蜡模模具的模腔注射成型得到空心薄壁蜡模，所述空心薄壁蜡模注射的保压压力为最大注射压力的100％-120％，使所述水溶芯蜡模在液糊态蜡料注射保压压力作用下不发生偏移以及断裂，不会导致所述空心薄壁蜡模发生尺寸偏差。

优选地，所述粘结芯撑的数量为2-6个。

优选地，将所述粘结芯撑采用粘结蜡或胶粘贴在所述水溶芯蜡模两侧面的表面上。

优选地，所述粘结芯撑的厚度与所述空心薄壁蜡模壁厚一致。

优选地，所述定位芯撑的定位深度尺寸与所述空心蜡模壁厚一致。

优选地，在所述水溶芯蜡模的两端设置固定部件，在两端分别形成固定端约束。

优选地，所述方法还包括：通过注射成型得到所述水溶芯蜡模，所述水溶芯蜡模的注射成型参数为：注射速度100-150cm³/s，保压时间为70-200s，保压压力为1.5-2.5MPa。

优选地，所述空心薄壁蜡模注射成型参数为：注射速度为注射速度100-150cm³/s，保压时间为70-200s。

优选地，在完成所述空心薄壁蜡模的制备之后还包括：

将得到所述空心薄壁蜡模放置在水中，待所述水溶芯蜡模溶解后，检查所述粘结芯撑与所述空心薄壁蜡模间的间隙与所述空心薄壁蜡模表面质量，用超声波检测所述空心薄壁蜡模壁厚，组合蜡模浇注系统，涂料制壳。

与现有技术相比，本发明具有如下至少一种的有益效果：

本发明上述方法中，通过将水溶芯蜡模两端进行固定端约束，并在水溶芯蜡模的两侧的表面设置定位芯撑以及粘结芯撑，有利于水溶芯蜡模在蜡模模具中的放置与定位，减小了因芯撑不够造成的尺寸误差；同时，通过调整空心薄壁蜡模注射的保压压力为最大注射压力的100％-120％，避免了在蜡料注射成型过程中速度压力切换瞬间压力陡然剧增导致的水溶芯两侧压力不均，而发生粘结芯撑被冲掉与定位断裂的情况，解决了因为水溶芯偏移导致蜡模壁厚壁厚超差问题。

本发明上述方法中，通过控制水溶芯蜡模在空心薄壁蜡模注射成型过程的偏移，解决了现有技术存在的空心薄壁蜡模壁厚存在偏差导致无法满足尺寸精度要求的问题。

附图说明

通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本发明一优选实施例的空心薄壁蜡模与水溶芯蜡模装配结构示意图；

图2为本发明一优选实施例的水溶芯蜡及固定端、定位芯撑、粘贴芯撑的结构示意图；

图中标记分别表示为：1为空心薄壁蜡模、2为水溶芯蜡模、3为固定端、4为定位芯撑、5为粘结芯撑。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。

结合图1、图2所示，在本发明一种复杂薄壁空心铸件水溶芯蜡模偏移尺寸控制方法一优选实施例中，该控制方法包括：

对水溶芯蜡模长度方向上前后两端进行固定端约束，使水溶芯蜡模的两端固定；

在水溶芯蜡模的宽度方向上左右相对的两个侧面上分别设置三个定位芯撑，且三个定位芯撑呈三角分布，在每个侧面上形成三角形定位结构；起水溶芯蜡模型面三点定位作用。定位芯撑可以采用穿透性定位芯撑。

在水溶芯蜡模的两侧面上分别还设置多个粘结芯撑，起辅助固定作用；将上述处理后的水溶芯蜡模放置空心蜡模模具的模腔中注射成型得到空心薄壁蜡模，空心薄壁蜡模注射的保压压力为最大注射压力的100％-120％，使水溶芯蜡模在液糊态蜡料注射保压压力作用下不发生偏移以及断裂，不会导致空心薄壁蜡模发生尺寸偏差。

在具体实施过程中发现，当空心薄壁蜡模注射的保压压力小于最大注射压力的100％时，或大于最大注射压力的120％时，会发生粘结芯撑被冲掉与定位断裂的情况。通过将调整保压压力为最大注射压力的100％-120％范围内，避免了在蜡料注射成型过程中速度压力切换瞬间压力陡然剧增而导致的水溶芯蜡模两侧压力不均，而发生上述粘结芯撑被冲掉与定位断裂的情况，进一步解决了因为水溶芯偏移导致蜡模壁厚壁厚超差问题。

在其他部分优选实施例中，粘结芯撑的数量为2-6个。参照图2所示，在水溶芯蜡模的两个侧面上分别设置6个粘结芯撑。粘结芯撑可以采用小尺寸的芯撑。

在其他部分优选实施例中，将粘结芯撑采用粘结蜡或胶粘贴在水溶芯蜡模两侧面的表面上；粘结芯撑的厚度与空心薄壁蜡模壁厚一致；起到防止水溶芯蜡模偏心，固定水溶芯蜡模的作用。

在其他部分优选实施例中，参照图1、图2所示，在水溶芯蜡模的两端设置固定部件，在两端分别形成固定端约束。固定端可以采用圆柱或者方形结构。

在其他部分优选实施例中，在压制空心薄壁蜡模的步骤中，通过注射成型数值模拟软件计算获得最大注射压力。

在另一优选实施例中，本发明的复杂薄壁空心铸件水溶芯蜡模偏移尺寸控制方法可以按照以下步骤执行：

S1：根据水溶芯蜡模两端尺寸，设计固定端；

S2：在水溶芯蜡模的两侧表面分别设计三个定位芯撑，在水溶芯蜡模模具上增加设计定位芯撑结构，三个定位芯撑呈三角分布。定位芯撑在空心蜡模模具中定位深度尺寸与空心蜡模壁厚一致。在空心蜡模模具中定位深度尺寸为2mm，芯撑直径为6-12mm。

S3：制作水溶芯模具：注射成型得到水溶芯蜡模，同时在水溶芯蜡模的两个侧面上分别形成三个呈三角分布的定位芯撑；水溶芯蜡模的注射成型参数为注射速度120cm³/s，保压时间为100s，保压压力为25MPa。水溶芯蜡模的注射成型也可以选用以下参数范围：注射速度100-150cm³/s，保压时间为70-200s，保压压力为1.5-2.5MPa。

S4：在水溶芯蜡模的两侧表面分别安置多个粘结芯撑，将粘结芯撑采用粘结蜡或胶把芯撑粘到水溶芯蜡模的表面上，起辅助固定作用；粘结芯撑厚度与空心薄壁蜡模壁厚一致。

S5：通过注射成型数值模拟软件计算得到速度压力切换获得瞬间最大注射压力，注射成型数值模拟软件可以采用现有技术。

S6：再把经上述S1～S4处理后的水溶芯蜡模装配在空心蜡模模具的模腔中，根据S5得到的参数进行注射成型，得到空心薄壁蜡模。本实施例中，空心薄壁蜡模注射成型参数为：注射速度为注射速度100cm³/s，保压时间为200s，保压压力为最大注射压力的110％。空心薄壁蜡模注射成型也可以选用以下参数范围：注射速度为注射速度100-150cm³/s，保压时间为70-200s，保压压力为最大注射压力的100％-120％。这些参数使水溶芯蜡模在液糊态蜡料注射保压压力作用下不发生偏移以及断裂，不会导致空心薄壁蜡模发生尺寸偏差。

S7：将上述S6得到的空心薄壁蜡模放置在水中，待水溶芯蜡模溶解后，检查芯撑与空心薄壁蜡模间的间隙与空心薄壁蜡模表面质量，用超声波检测空心薄壁蜡模壁厚，组合蜡模浇注系统，涂料制壳。

本实施例通过控制水溶芯蜡模在空心薄壁蜡模注射成型过程的偏移，解决了空心薄壁蜡模壁厚偏差问题。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。

Claims (8)

1.一种复杂薄壁空心铸件水溶芯蜡模偏移尺寸控制方法，其特征在于，包括：

对水溶芯蜡模长度方向的两端进行固定端约束，使所述水溶芯蜡模的两端固定；

在所述水溶芯蜡模的至少两侧面上分别设置三个定位芯撑，且三个所述定位芯撑呈三角分布，在每个侧面上形成三角形定位结构；

在所述水溶芯蜡模的上述两侧面上分别还设置多个粘结芯撑，起辅助固定作用；

将上述处理后的所述水溶芯蜡模放置空心蜡模模具的模腔注射成型得到空心薄壁蜡模，所述空心薄壁蜡模注射的保压压力为最大注射压力的100％-120％，使所述水溶芯蜡模在液糊态蜡料注射保压压力作用下不发生偏移以及断裂，不会导致所述空心薄壁蜡模发生尺寸偏差；

所述空心薄壁蜡模注射成型参数为：注射速度为100-150cm³/s，保压时间为70-200s；

所述最大注射压力是通过注射成型数值模拟软件计算得到的速度压力切换瞬间的最大注射压力。

2.根据权利要求1所述的一种复杂薄壁空心铸件水溶芯蜡模偏移尺寸控制方法，其特征在于，所述粘结芯撑在水溶芯蜡模的每个侧面上的数量为2-6个。

3.根据权利要求2所述的一种复杂薄壁空心铸件水溶芯蜡模偏移尺寸控制方法，其特征在于，将所述粘结芯撑采用粘结蜡或胶粘贴在所述水溶芯蜡模两侧面的表面上。

4.根据权利要求3所述的一种复杂薄壁空心铸件水溶芯蜡模偏移尺寸控制方法，其特征在于，所述粘结芯撑的厚度与所述空心薄壁蜡模壁厚一致。

5.根据权利要求1所述的一种复杂薄壁空心铸件水溶芯蜡模偏移尺寸控制方法，其特征在于，所述定位芯撑的定位深度尺寸与所述空心蜡模壁厚一致。

6.根据权利要求1-5任一项所述的一种复杂薄壁空心铸件水溶芯蜡模偏移尺寸控制方法，其特征在于，在所述水溶芯蜡模的两端设置固定部件，在两端分别形成固定端约束。

7.根据权利要求1-5任一项所述的一种复杂薄壁空心铸件水溶芯蜡模偏移尺寸控制方法，其特征在于，所述方法还包括：通过注射成型得到所述水溶芯蜡模，所述水溶芯蜡模的注射成型参数为：注射速度100-150cm³/s，保压时间为70-200s，保压压力为1.5-2.5MPa。

8.根据权利要求1-5任一项所述的一种复杂薄壁空心铸件水溶芯蜡模偏移尺寸控制方法，其特征在于，在完成所述空心薄壁蜡模的制备之后还包括：

将得到所述空心薄壁蜡模放置在水中，待所述水溶芯蜡模溶解后，检查所述粘结芯撑与所述空心薄壁蜡模间的间隙与所述空心薄壁蜡模表面质量，用超声波检测所述空心薄壁蜡模壁厚，组合蜡模浇注系统，涂料制壳。

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