CN112338138A - 一种高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺 - Google Patents

一种高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺 Download PDF

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张明军
胡聘聘
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Abstract

本发明涉及蜡模精密铸造领域，特别是涉及一种高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺；本发明通过在压制产品蜡模之前，压制与蜡模产品外形随形的冷蜡芯以及对冷蜡芯进行校形来控制蜡模的尺寸；冷蜡芯在蜡模模具内预填充，并且冷蜡芯自身温度较低，对蜡料具有激冷作用，使得蜡模冷却速度加快，解决了蜡模厚大部位变形严重的问题；同时，在进行蜡模压制时，由于冷蜡芯表面设有凹槽以及通孔，蜡料会与冷蜡芯紧密结合，使得冷蜡芯在蜡模内部位置固定，不易错位，保证蜡模均匀收缩。最后，取出蜡模后，把蜡模放置在校形工装上，利用重力对涡轮转子叶片进行校形。采用以上方法可以准确的控制蜡模尺寸，从而得到尺寸符合要求的铸件。

Description

一种高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺
技术领域
本发明涉及蜡模精密铸造领域，特别是涉及一种高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺。
背景技术
高温合金是航空航天军工装备领域复杂服役环境下的首选金属材料体系。所制造产品的组织性能、结构尺寸和服役寿命直接决定了武器装备的服役寿命、制造成本、结构可靠性、重量设计系数等多项性能指标。因此，熔模精密铸造技术是先进航空航天武器装备、商业航天、民用航空等领域产品长寿命、低成本、轻量化、精密化成形发展方向的技术基础支撑。
熔模精密铸造工艺路线为：蜡模成型-蜡模组合-制壳-脱蜡-重力浇注-清壳切割。产品的组织性能与外观尺寸等因素受控于制造工艺与精密成形过程。
蜡模成型是精密铸造中非常重要的工序，对精铸件最终的外观尺寸以及表面质量有着非常重要的影响。
高温合金涡轮转子精密铸造中，一个很突出的问题就是涡轮转子叶片的变形以及整体尺寸收缩难控制。在涡轮转子的蜡模成型、制壳以及重力浇注后冷却过程中均存在不同程度的收缩、变形。为了最终使得铸件尺寸符合图纸要求且要接近理论值，在蜡模成型阶段就要保证蜡模尺寸精确。即蜡模变形需要维持在很小的公差范围(如0.1mm)以内。因此，为了控制蜡模变形量，通常采用的方法就是在压制外形蜡模时使用冷蜡芯并对冷蜡芯以及外形蜡模进行校形。在涡轮转子研制过程中发现,如果冷蜡芯以及校形工装设计不合理，仍然会导致铸件尺寸超差，严重影响合格率。
综上所述，目前随着熔模铸造技术的不断发展，尤其是对铸件的尺寸要求不断提高，传统冷蜡芯设计以及校形工装均难以满足使用要求。基于此，本发明专利提出了一种高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺。
发明内容
本发明的目的在于：针对上述存在的问题，提出一种高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺，完成一种新型冷蜡芯以及校形工装的设计与应用，使其满足精密铸件的尺寸要求。
本发明技术的技术方案是：一种高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：根据产品的形状和尺寸设置冷蜡芯模具1的形状和尺寸，并在所述冷蜡芯模具1的表面设置凹槽1-1和通孔1-2；冷蜡芯模具1的内壁上设有凸起结构；
步骤S2：制造冷蜡芯模具1及蜡模外形模具2；
步骤S3：压制冷蜡芯模具1，冷蜡芯1压制完毕后立刻插入到校形工装3上，10min后从校形工装3上取下放置到冷水中浸泡；
步骤S4：将校形完的冷蜡芯模具1插入到蜡模外形模具2中，并压制形成蜡模；向所述蜡模外形模具2中射入蜡料，所述冷蜡芯1在蜡流的冲击下固定在蜡模外形模具2的中心部位，充型完成后开模，取出蜡，模校形时间为10min；
步骤S5：将压制完的蜡模再次插入到校形工装3上进行校形。
所述冷蜡芯模具需1与蜡模外形模具2留有相同的壁厚。
所述步骤S4向蜡模外形模具2中射入蜡料的温度为55-70℃、压力为5-20bar、流量速度为150CC/S-250CC/S。
所述冷蜡芯模具1为单体结构，整个表面上均匀分布所述凹槽1-1，凹槽1-1呈圆弧状，深度为0.5-4.5mm，宽度为0.5-4.5mm。
所述的冷蜡芯模具1的通孔1-2均匀分布且贯穿设置在所述冷蜡芯模具1厚大区域的高度方向上，直径1-6mm。
所述的冷蜡芯模具1与蜡模外形模具2的内腔壁之间留有2-5mm的空隙。
所述冷蜡芯1中心为圆锥形空心，圆锥直径为1-10mm，高度为10-150mm。
所述校形工装3为单体结构，插入到冷蜡芯模具1中的固定轴3-1与平衡放置台3-2为垂直关系。
所述校形工装3的固定轴3-1与冷蜡芯模具1圆锥形空心随形，固定轴3-1为圆锥形，圆锥直径为1-10mm，高度为10-150mm。
所述校形工装3的平衡放置台3-2为圆柱形，圆的直径为10-100mm，厚度为5-50mm。
本发明的优点是：所提供的高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺，通过在压制产品蜡模之前，压制与蜡模产品外形随形的冷蜡芯以及对冷蜡芯进行校形来控制蜡模的尺寸。冷蜡芯在蜡模模具内预填充，均衡了蜡模模具内的壁厚，大大减少了蜡模厚大部位的蜡料填充，并且冷蜡芯自身温度较低，对蜡料具有激冷作用，使得蜡模冷却速度加快，解决了蜡模厚大部位变形严重的问题；同时，在进行蜡模压制时，由于冷蜡芯表面设有凹槽以及通孔，蜡料会与冷蜡芯紧密结合，使得冷蜡芯在蜡模内部位置固定，不易错位，保证蜡模均匀收缩。最后，取出蜡模后，把蜡模放置在校形工装上，利用重力对涡轮转子叶片进行校形。采用以上方法可以准确的控制蜡模尺寸，从而得到尺寸符合要求的铸件。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所提供的高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺的流程图；
图2为本发明所提供的蜡模模具与冷蜡芯在蜡模成型过程中的位置关系剖视图；
图3为本发明所提供的冷蜡芯外形主视图；
图4为本发明所提供的冷蜡芯外形俯视图
图5为图3所示冷蜡芯的剖面图；
图6为本发明所提供的校形工装图；
图7为本发明所提供的校形蜡模示意图；
图8为本发明所提供的校形冷蜡芯示意图；
其中：1、冷蜡芯，1-1、凹槽，1-2-通孔、2-蜡模模具，3、校形工装，3-1、固定轴，3-2、平衡放置台。
具体实施方式
下面结合附图,对本发明作详细的说明。
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
请参考图1至图6，图1为本发明所提供的高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺的流程图；图2为本发明所提供的蜡模模具与冷蜡芯在蜡模成型过程中的位置关系剖视图；图3为本发明所提供的冷蜡芯外形图；图4为图3所示冷蜡芯的剖面图；图5为本发明所提供的校形工装图；图6为本发明所提供的校形冷蜡芯以及校形蜡模示意图。
在该实施方式中，高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺包括以下步骤：
步骤S1：根据产品的形状和尺寸设置冷蜡芯1的形状和尺寸，冷蜡芯需与蜡模外形留有均匀壁厚，并在所述冷蜡芯的表面设置凹槽1-1和通孔1-2，冷蜡芯1需要与产品随形；
步骤S2：委托模具厂加工所述冷蜡芯1以及蜡模外形模具2；冷蜡芯模具的内腔上需要有凸起，并且冷蜡芯模具内部需要有定位装置，对应冷蜡芯1的凹槽1-1以及通孔1-2；
步骤S3：压制冷蜡芯1，具体方法为：将蜡料射入冷蜡芯模具中，保压一定时间后，取模。取模后用校形工装3校形冷蜡芯；校形冷蜡芯的目的是让冷蜡芯1的内腔可以与蜡模外形模具2内腔的定位装置更好的配合；
步骤S4：将校形完的冷蜡芯1插入到蜡模外形模具2内腔中的定位装置上，按照设置好的参数向蜡模外形模具2内注射蜡料，蜡料流动至冷蜡芯1的四周，包裹住冷蜡芯1，由于定位装置的作用，冷蜡芯1始终保持在蜡模的中心位置，蜡料冷却后，形成蜡模；
步骤S5：将压制完的蜡模再次放到校形工装3上进行校形。刚压制完的蜡模收缩量较大，这个时间窗口是最好的校形时期。根据以往研制经验，涡轮转子叶片经常会出现“低头”的情况，导致叶片轮廓度超差，最终导致铸件报废。本发明需要解决涡轮转子整体尺寸超差以及叶片的这种“低头”现象，从而发明了冷蜡芯1以及校形工装3，校形工装的原理就是让涡轮转子蜡模在不损坏的前提基础上，倒置放置一段时间，利用重力对涡轮转子叶形进行校形，使涡轮转子蜡模可以“抬头”，从而大幅度提升涡轮转子类铸件尺寸合格率。
本发明的实现原理是：在压制产品蜡模之前，压制与蜡模产品外形随形的冷蜡芯以及对冷蜡芯进行校形来控制蜡模的尺寸。冷蜡芯在蜡模模具内预填充，均衡了蜡模模具内的壁厚，大大减少了蜡模厚大部位的蜡料填充，并且冷蜡芯自身温度较低，对蜡料具有激冷作用，使得蜡模冷却速度加快，解决了蜡模厚大部位变形严重的问题；同时，在进行蜡模压制时，由于冷蜡芯表面设有凹槽以及通孔，蜡料会与冷蜡芯紧密结合，使得冷蜡芯在蜡模内部位置固定，不易错位，保证蜡模均匀收缩。最后，取出蜡模，把蜡模插入到校形工装上，利用重力对涡轮转子叶片进行校形。采用以上方法可以准确的控制蜡模尺寸，从而得到尺寸符合要求的铸件。
实施例：按照本发明的方法进行实验,对MAR-M247合金制备的地面燃机高温部件-涡轮转子进行了蜡模防变形的研究实验。压制了与蜡模产品外形随形的冷蜡芯，冷蜡芯设有凹槽以及通孔，凹槽呈圆弧状，深度为0.5-4.5mm，宽度为0.5-4.5mm；通孔均匀分布且贯穿设置在所述冷蜡芯厚大区域的高度方向上，通孔直径1-6mm；冷蜡芯与蜡模外形模具的内腔壁之间留有2-5mm的空隙；为了方便冷蜡芯校形，冷蜡芯中心为圆锥形空心，圆锥直径为1-10mm，高度为10-150mm；压制完毕后，在校形工装上对冷蜡芯校形10min，校形工装由固定轴和平衡放置台组成，固定轴与冷蜡芯中心随形，固定轴为圆锥形，圆锥直径为1-10mm，高度为10-150mm；平衡放置台为圆柱形，圆的直径为10-100mm，高度为5-50mm。将校形完的冷蜡芯放置到冷水中进行冷却，第二天把冷蜡芯插入到蜡模外形模具中，按照规定的工艺参数压制产品蜡模。压制完的蜡模再次插入放到校形工装上校形10min。校形后的蜡模放置24小时后用蓝光扫描仪检测蜡模尺寸,结果表明蜡模变形量均在合理误差范围内,该方法有效防止了涡轮转子类蜡模整体的变形,极大提高了涡轮转子类铸件熔模铸造的合格率,本实施例证明了本发明的可行性。
上述实施例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等同替换，这些对本发明权利要求进行改进和等同替换后的技术方案，均落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤S1：根据产品的形状和尺寸设置冷蜡芯模具(1)的形状和尺寸，并在所述冷蜡芯模具(1)的表面设置凹槽(1-1)和通孔(1-2)；冷蜡芯模具(1)的内壁上设有凸起结构；
步骤S2：制造冷蜡芯模具(1)及蜡模外形模具(2)；
步骤S3：压制冷蜡芯模具(1)，冷蜡芯(1)压制完毕后立刻插入到校形工装(3)上，10min后从校形工装(3)上取下放置到冷水中浸泡；
步骤S4：将校形完的冷蜡芯模具(1)插入到蜡模外形模具(2)中，并压制形成蜡模；向所述蜡模外形模具(2)中射入蜡料，所述冷蜡芯(1)在蜡流的冲击下固定在蜡模外形模具(2)的中心部位，充型完成后开模，取出蜡，模校形时间为10min；
步骤S5：将压制完的蜡模再次插入到校形工装(3)上进行校形。
2.根据权利要求1所述的一种高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺，其特征在于，所述冷蜡芯模具需(1)与蜡模外形模具(2)留有相同的壁厚。
3.根据权利要求1所述的一种高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺，其特征在于，所述步骤S4向蜡模外形模具(2)中射入蜡料的温度为55-70℃、压力为5-20bar、流量速度为150CC/S-250CC/S。
4.根据权利要求1所述的一种高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺，其特征在于，所述冷蜡芯模具(1)为单体结构，整个表面上均匀分布所述凹槽(1-1)，凹槽(1-1)呈圆弧状，深度为0.5-4.5mm，宽度为0.5-4.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺，其特征在于，所述的冷蜡芯模具(1)的通孔(1-2)均匀分布且贯穿设置在所述冷蜡芯模具(1)厚大区域的高度方向上，直径1-6mm。
6.根据权利要求1所述的一种高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺，其特征在于，所述的冷蜡芯模具(1)与蜡模外形模具(2)的内腔壁之间留有2-5mm的空隙。
7.根据权利要求1所述的一种高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺，其特征在于，所述冷蜡芯(1)中心为圆锥形空心，圆锥直径为1-10mm，高度为10-150mm。
8.根据权利要求1所述的一种高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺，其特征在于，所述校形工装(3)为单体结构，插入到冷蜡芯模具(1)中的固定轴(3-1)与平衡放置台(3-2)为垂直关系。
9.根据权利要求1所述的一种高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺，其特征在于，所述校形工装(3)的固定轴(3-1)与冷蜡芯模具(1)圆锥形空心随形，固定轴(3-1)为圆锥形，圆锥直径为1-10mm，高度为10-150mm。
10.根据权利要求1所述的一种高温合金涡轮转子用蜡模防变形工艺，其特征在于，所述校形工装(3)的平衡放置台(3-2)为圆柱形，圆的直径为10-100mm，厚度为5-50mm。
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