CN113333677A - 一种大马力发动机用薄壁复杂铸件精密铸造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及精密铸造技术领域，具体涉及一种大马力发动机用薄壁复杂铸件精密铸造工艺。其通过优化熔模铸造工艺参数生产出合格铸件，降低生产成本，将效益最大化。本发明的工艺步骤为：1）将成型后的蜡型与蜡制浇注系统重熔在一起形成蜡模组树；2）再将制备好的浆料均匀涂挂在蜡模组树上，待浆料干燥后在蜡模表面形成型壳；3）将带有型壳的蜡模组树脱蜡焙烧后得到模壳，将熔融合金浇铸在模壳中，待其冷却后振动脱壳，得到铸件并切割浇口，再进行打磨、一次抛丸处理、热处理、二次抛丸处理、酸洗钝化并干燥即可。

Description

一种大马力发动机用薄壁复杂铸件精密铸造工艺
技术领域
本发明涉及精密铸造技术领域，具体涉及一种大马力发动机用薄壁复杂铸件精密铸造工艺。
背景技术
熔模铸造作为一种精密铸造方法广泛应用在航空航天、仪表、军工等技术领域。因其具有近净成形的铸造特点，可实现近无余量制造铸件毛坯，减少后续机加工序，提高材料利用率，降低生产成本，近些年来备受关注。
高铬镍耐高温合金，具有较高的高温强度及抗氧化性，适用于制造在极端环境下服役的发动机室部件和其他高温部件，但该合金熔炼温度较高，流动性差，收缩倾向大，结合铸件结构的复杂性，薄壁化，及易在熔模铸造过程中产生欠铸、裂纹、缩松缩孔等缺陷。
现有技术为了克服这一缺陷，普遍在真空环境下采用压力铸造的方式，但该方法对设备要求高，铸造成本高。
发明内容
有鉴于此，本发明为解决大马力发动机用薄壁复杂铸件在熔模铸造过程中易产生的欠铸、裂纹、缩松缩孔等缺陷问题，提供一种大马力发动机用薄壁复杂铸件精密铸造工艺，通过优化熔模铸造工艺参数生产出合格铸件，降低生产成本，将效益最大化。
为解决现有技术存在的问题，本发明的技术方案是：一种大马力发动机用薄壁复杂铸件精密铸造工艺，其特征在于：所述的工艺步骤为：
1)将成型后的蜡型与蜡制浇注系统重熔在一起形成蜡模组树；
2)再将制备好的浆料均匀涂挂在蜡模组树上，待浆料干燥后在蜡模表面形成型壳；
3)将带有型壳的蜡模组树脱蜡焙烧后得到模壳，将熔融合金浇铸在模壳中，待其冷却后振动脱壳，得到铸件并切割浇口，再进行打磨、一次抛丸处理、热处理、二次抛丸处理、酸洗钝化并干燥即可。
所述的步骤1)中的蜡型采用半固态石蜡为原材料，采用射蜡机将半固态石蜡注射到蜡模压型中，射蜡压力为3.5～4MPa；射蜡时间为23～25s，射蜡温度为60.5℃±1℃；保压时间为13～15s。
所述的步骤1)中蜡模组树所采用的浇注系统由浇冒口及横浇道组成，且横浇道两端与浇冒口相连的部分在浇铸过程中起排气作用。
所述的步骤2)的具体步骤为：在室温下制作型壳，将模组置于清洗剂中清洗1～2s后置于清水中漂洗干净；在浆料桶中，以硅溶胶为粘结剂，掺入锆粉填料、防裂剂、润湿剂、消泡剂等搅拌8～10h充分混合，将模组涂挂面层浆料，撒120目锆英砂，晾干5h；在模组上涂挂二层浆料，撒60目莫来石砂，晾干8h，在模组上涂挂背层浆料，撒30目莫来石砂，晾干24h，背层沾浆制壳干燥重复三次；最后将模组浸入硅溶胶预湿剂中，约2s后取出后滴约5s，在风干车间风干5～8h。
所述的步骤3)脱蜡焙烧时，将干燥后的模组浇口向下摆放在脱蜡釜中，釜中温度175±5℃、压力8～10kg、脱蜡时长15～20min，将脱掉的蜡液回收至蜡处理设备中；脱蜡过程釜中需压力恒定，防止型壳开裂；脱蜡完成后将型壳放入焙烧炉中焙烧，焙烧温度1150～1180℃；焙烧时间30～60min，得到具有高温强度的铸造型壳。
所述的步骤3)中熔融合金温度为1650±30℃，浇铸时间8～15s，型壳预热温度750～800℃，浇铸过程中遵循先慢后快再慢的原则。
所述的步骤3)中振动脱壳时冲击频率1200n/min。
所述的步骤3)中浇铸合金液为高铬镍高温合金。
所述的步骤3)中一次抛丸处理的抛丸时间为30～40min，钢丸直径为0.6mm；二次抛丸处理的抛丸时间为30～40min，钢丸直径为0.4mm。
所述的步骤3)中酸洗和钝化所采用的酸洗池及钝化池用酸为PH≈2的环保酸，酸洗时，液面需没过铸件后浸泡1～4min后冲洗干净；钝化时液面需没过铸件后浸泡3～7min后取出，在热水池中浸泡2～5min除去表面酸液残留。与现有技术相比，本发明的优点如下：
1)本发明工艺提供一种适用于高铬镍高温合金薄壁复杂铸件的基本尺寸及形貌特征，并提供该铸件蜡模组树示意图作为参考，便于推广使用；
2)本发明工艺针对以高铬镍高温合金为铸件材料的薄壁复杂铸件生产制造的需求下，采用本精密铸造加工工艺，克服了传统熔模铸造生产高铬镍耐高温合金薄壁复杂铸件的局限性，极大的提高了同等类型薄壁复杂铸件的成品率，同时降低设备及生产试验成本，将生产效益最大化。
附图说明：
图1为蜡模组树示意图；
图2为实施例1生产出的大马力发动机用薄壁复杂铸件；
图3为实施例2生产出的大马力发动机用薄壁复杂铸件；
标记说明：1、浇口杯，2、排气通道，3、横浇道，4、薄壁复杂铸件。
具体实施方式
大马力发动机用薄壁复杂构件主要有以下特点：
该类薄壁复杂构件基本尺寸范围有以下特点，长：180～221mm；宽：170～180mm；高：240～246mm，整体为偏心三通结构，并通过薄壁圆弧结构相连，铸件70％以上的表面为厚度在3～3.5mm的薄壁圆弧结构，且壳体与法兰之间壁厚由3.5～5mm之间均匀过渡，除法兰部分需少量机加工以外，其余部分均要求无余量铸造。
本发明一种大马力发动机用薄壁复杂铸件精密铸造工艺步骤为：
1)将成型后的蜡型与蜡制浇注系统重熔在一起形成蜡模组树；
将涂抹过脱模剂的压型固定在液压机平台上，蜡型采用半固态石蜡为熔模原材料，采用射蜡机将半固态石蜡注射到蜡模压型中，射蜡压力为3.5～4MPa；射蜡时间为23～25s，射蜡温度为60.5℃±1℃；保压时间为13～15s。
蜡模组树所采用的顶注式浇注系统，由浇口杯1及横浇道3组成，且横浇道3两端与浇冒口相连的部分为排气通道2在浇铸过程中起排气作用，采用电烙铁加热的方法将蜡制浇注系统与蜡模铸件无缝粘接在一起。
2)再将制备好的浆料均匀涂挂在蜡模组树上，待浆料干燥后在蜡模表面形成型壳；
在室温下制作型壳，将模组置于清洗剂中清洗1～2s后置于清水中漂洗干净；在浆料桶中，以硅溶胶为粘结剂，掺入锆粉填料、防裂剂、润湿剂、消泡剂等搅拌8～10h充分混合，将模组涂挂面层浆料，撒120目锆英砂，晾干5h；在模组上涂挂二层浆料，撒60目莫来石砂，晾干8h，在模组上涂挂背层浆料，撒30目莫来石砂，晾干24h，背层沾浆制壳干燥重复三次；最后将模组浸入硅溶胶预湿剂中，约2s后取出后滴约5s，在风干车间风干5～8h。
3)将带有型壳的蜡模组树脱蜡焙烧后得到模壳，将熔融合金浇铸在模壳中，待其冷却后振动脱壳，得到铸件并切割浇口，再进行打磨、一次抛丸处理、热处理、二次抛丸处理、酸洗钝化并干燥即可。
脱蜡焙烧时，将干燥后的模组浇口向下摆放在脱蜡釜中，釜中温度175±5℃、压力8～10kg、脱蜡时长15～20min，将脱掉的蜡液回收至蜡处理设备中；脱蜡过程釜中需压力恒定，防止型壳开裂；脱蜡完成后将型壳放入焙烧炉中焙烧，焙烧温度1150～1180℃；焙烧时间30～60min，得到具有高温强度的铸造型壳，准备浇铸。
熔融合金温度为1650±30℃，浇铸时间8～15s，型壳预热温度750～800℃，将浇铸后的铸件连带型壳放在沙盘上，待金属液完全凝固后，送到指定地点放置，浇铸过程中遵循先慢后快再慢的原则。
使用振壳机对充分冷却后的带型壳铸件进行振动脱壳，冲击频率1200n/min，振壳时冲头不能接触到铸件表面，防止铸件变形。
使用切割机将与铸件连接的浇注系统切除。
使用磨光机粗磨、细磨浇口表面，去除铸件表面多余毛刺，粗磨砂带40目；细磨砂带80目。
浇铸合金液为高铬镍高温合金。
采用一次抛丸处理强化铸件表面质量，去除残留型壳，抛丸时间为30～40min，钢丸直径为0.6mm，对一次抛丸处理后的铸件进行热处理；对热处理后的铸件采用二次抛丸处理去除铸件表面氧化皮，精整铸件表面，抛丸时间为30～40min，钢丸直径为0.4mm。
对二次抛丸处理后的铸件进行酸洗钝化，酸洗和钝化所采用的酸洗池及钝化池用酸为PH≈2的环保酸，酸洗时，液面需没过铸件后浸泡1～4min后冲洗干净；钝化时液面需没过铸件后浸泡3～7min后取出，在热水池中浸泡2～5min除去表面酸液残留，晾干，得到铸件。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
针对基本尺寸为180mm×180mm×246mm的薄壁复杂铸件，将半固态石蜡注射到蜡模压型中，射蜡压力3.6MPa；射蜡时间24s，射蜡温度61.5℃；保压时间15s。
蜡模组树采用顶注式浇注系统，如图1所示；将模组置于清洗剂中清洗2s后置于清水中漂洗干净；在浆料桶中，以硅溶胶为粘结剂，掺入锆粉填料、防裂剂、润湿剂、消泡剂等搅拌9h充分混合；将模组涂挂面层浆料，撒120目锆英砂，晾干5h；在模组上涂挂二层浆料，撒60目莫来石砂，晾干8h；在模组上涂挂背层浆料，撒30目莫来石砂，晾干24h，背层沾浆制壳干燥重复三次；将模组浸入硅溶胶预湿剂中，约2s后取出后滴约5s，在风干车间风干7h。
脱蜡焙烧时，釜中温度170℃、压力10kg、脱蜡时长18min，将脱掉的蜡液回收至蜡处理设备中；脱蜡过程釜中需压力恒定，防止型壳开裂；脱蜡完成后将型壳放入焙烧炉中焙烧，焙烧温度1160℃；焙烧时间50min。
将如表1所示合金成分的合金液浇铸在预热后的型壳中，浇铸合金液温度1650℃，浇铸时间12s，型壳预热温度800℃。
振壳机冲击频率1200n/min。
一次抛丸抛丸时间30，钢丸直径0.6mm；二次抛丸时间35min，钢丸直径0.4mm。
酸洗钝化时，酸洗池及钝化池用酸为环保酸(PH≈2)。酸洗时，液面需没过铸件后浸泡3min后冲洗干净；钝化时液面需没过铸件后浸泡5min后取出，在热水池中浸泡5min除去表面酸液残留，晾干，得到铸件，该铸件基本尺寸为171mm×171mm×234mm，整体为偏心三通结构，并通过薄壁圆弧结构相连，铸件70％以上的表面积为厚度在3～3.5mm的圆弧薄壁结构，且壳体与法兰之间壁厚由3.5～5mm之间均匀过渡。如图2所示。
表1浇铸合金的化学成分
Figure BDA0003108336140000071
实施例2
针对基本尺寸为221mm×180mm×240mm的薄壁复杂铸件，将半固态石蜡注射到蜡模压型中，射蜡压力4MPa；射蜡时间25s，射蜡温度61.5℃；保压时间15s。
蜡模组树采用顶注式浇注系统，如图1所示；将模组置于清洗剂中清洗2s后置于清水中漂洗干净；在浆料桶中，以硅溶胶为粘结剂，掺入锆粉填料、防裂剂、润湿剂、消泡剂等搅拌10h充分混合；将模组涂挂面层浆料，撒120目锆英砂，晾干5h；在模组上涂挂二层浆料，撒60目莫来石砂，晾干8h；在模组上涂挂背层浆料，撒30目莫来石砂，晾干24h，背层沾浆制壳干燥重复三次；将模组浸入硅溶胶预湿剂中，约2s后取出后滴约5s，在风干车间风干7h。
脱蜡焙烧时，釜中温度170℃、压力10kg、脱蜡时长18min，将脱掉的蜡液回收至蜡处理设备中；脱蜡过程釜中需压力恒定，防止型壳开裂；脱蜡完成后将型壳放入焙烧炉中焙烧，焙烧温度1160℃；焙烧时间50min。
将如表1所示合金成分的合金液浇铸在预热后的型壳中，浇铸合金液温度1650，浇铸时间12s，型壳预热温度800℃。
振壳机冲击频率1200n/min。
一次抛丸抛丸时间35，钢丸直径0.6mm；二次抛丸时间40min，钢丸直径0.4mm。
酸洗钝化时，酸洗池及钝化池用酸为环保酸(PH≈2)。酸洗时，液面需没过铸件后浸泡3min后冲洗干净；钝化时液面需没过铸件后浸泡5min后取出，在热水池中浸泡5min除去表面酸液残留，晾干，得到铸件，该铸件结构特点同实例1，如图3所示。
表1浇铸合金的化学成分
Figure BDA0003108336140000081
以上所述仅是本发明的优选实施例，并非用于限定本发明的保护范围，应当指出，对本技术领域的普通技术人员在不脱离本发明原理的前提下，对其进行若干改进与润饰，均应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种大马力发动机用薄壁复杂铸件精密铸造工艺，其特征在于：所述的工艺步骤为：
1)将成型后的蜡型与蜡制浇注系统重熔在一起形成蜡模组树；
2)再将制备好的浆料均匀涂挂在蜡模组树上，待浆料干燥后在蜡模表面形成型壳；
3)将带有型壳的蜡模组树脱蜡焙烧后得到模壳，将熔融合金浇铸在模壳中，待其冷却后振动脱壳，得到铸件并切割浇口，再进行打磨、一次抛丸处理、热处理、二次抛丸处理、酸洗钝化并干燥即可。
2.根据权利要求1所述的一种大马力发动机用薄壁复杂铸件精密铸造工艺，其特征在于：
所述的步骤1)中的蜡型采用半固态石蜡为原材料，采用射蜡机将半固态石蜡注射到蜡模压型中，射蜡压力为3.5～4MPa；射蜡时间为23～25s，射蜡温度为60.5℃±1℃；保压时间为13～15s。
3.根据权利要求1或2所述的一种大马力发动机用薄壁复杂铸件精密铸造工艺，其特征在于：所述的步骤1)中蜡模组树所采用的浇注系统由浇冒口及横浇道组成，且横浇道两端与浇冒口相连的部分在浇铸过程中起排气作用。
4.根据权利要求3所述的一种大马力发动机用薄壁复杂铸件精密铸造工艺，其特征在于：所述的步骤2)的具体步骤为：在室温下制作型壳，将模组置于清洗剂中清洗1～2s后置于清水中漂洗干净；在浆料桶中，以硅溶胶为粘结剂，掺入锆粉填料、防裂剂、润湿剂、消泡剂等搅拌8～10h充分混合，将模组涂挂面层浆料，撒120目锆英砂，晾干5h；在模组上涂挂二层浆料，撒60目莫来石砂，晾干8h，在模组上涂挂背层浆料，撒30目莫来石砂，晾干24h，背层沾浆制壳干燥重复三次；最后将模组浸入硅溶胶预湿剂中，约2s后取出后滴约5s，在风干车间风干5～8h。
5.根据权利要求4所述的一种大马力发动机用薄壁复杂铸件精密铸造工艺，其特征在于：所述的步骤3)脱蜡焙烧时，将干燥后的模组浇口向下摆放在脱蜡釜中，釜中温度175±5℃、压力8～10kg、脱蜡时长15～20min，将脱掉的蜡液回收至蜡处理设备中；脱蜡过程釜中需压力恒定，防止型壳开裂；脱蜡完成后将型壳放入焙烧炉中焙烧，焙烧温度1150～1180℃；焙烧时间30～60min，得到具有高温强度的铸造型壳。
6.根据权利要求5所述的一种大马力发动机用薄壁复杂铸件精密铸造工艺，其特征在于：所述的步骤3)中熔融合金温度为1650±30℃，浇铸时间8～15s，型壳预热温度750～800℃，浇铸过程中遵循先慢后快再慢的原则。
7.根据权利要求6所述的一种大马力发动机用薄壁复杂铸件精密铸造工艺，其特征在于：所述的步骤3)中振动脱壳时冲击频率1200n/min。
8.根据权利要求7所述的一种大马力发动机用薄壁复杂铸件精密铸造工艺，其特征在于：所述的步骤3)中浇铸合金液为高铬镍高温合金。
9.根据权利要求8所述的一种大马力发动机用薄壁复杂铸件精密铸造工艺，其特征在于：所述的步骤3)中一次抛丸处理的抛丸时间为30～40min，钢丸直径为0.6mm；二次抛丸处理的抛丸时间为30～40min，钢丸直径为0.4mm。
10.根据权利要求9所述的一种大马力发动机用薄壁复杂铸件精密铸造工艺，其特征在于：所述的步骤3)中酸洗和钝化所采用的酸洗池及钝化池用酸为PH≈2的环保酸，酸洗时，液面需没过铸件后浸泡1～4min后冲洗干净；钝化时液面需没过铸件后浸泡3～7min后取出，在热水池中浸泡2～5min除去表面酸液残留。
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