CN113953443B - 一种扭曲内腔蜡模成型模具及零件蜡模成型方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于精密铸造技术领域，更具体地，涉及一种扭曲内腔蜡模成型模具及零件蜡模成型方法，用于具有扭曲内腔的零件蜡模的成型，所述成型模具包括设置有模腔的主体、插设于模腔内的内芯以及用于将内芯从模腔中抽出的抽芯机构；抽芯机构包括与主体相连接并对模腔进行密封的第一模块，内芯靠近第一模块的一端设置有第二连接件，第一模块靠近模腔的一侧设置有可与第二连接件在抽出运动方向相抵接且带动内芯移动并转动的第一连接件。本发明通过内芯与第一模块之间形成点接触，使得内芯抽出过程中在零件蜡模内壁的作用力下自适应旋转，实现蜡模的一次性成型，大大简化生产工序，降低生产成本，缩短生产周期。

Description

一种扭曲内腔蜡模成型模具及零件蜡模成型方法

技术领域

本发明属于精密铸造技术领域，更具体地，涉及一种扭曲内腔蜡模成型模具及零件蜡模成型方法。

背景技术

航空发动机中普遍采用空心叶片，这样可以利用叶片模腔进行导流散热，目前在空心叶片制造过程中，形状复杂的内腔多采用陶瓷型芯或水溶芯辅助成形，这样的方案生产成本较高、制造周期较长，且尺寸控制难度较大，如中国专利CN103143682B公开的一种用于制造高温合金空心叶片的型芯，这种方案后续需要熔模法才能将型芯熔掉；对于一些具有较为复杂内腔的零件，通过采用多个模块进行内芯成形，但这样的模具设计难度较大，且在长期使用过程中各个模块容易发生错位，进而在内腔表面形成批缝或台阶，造成内腔表面质量较低；另外，若是内腔为复杂的曲面，内芯与内腔壁面在沿着内芯方向上具有限位，因此，在抽出内芯的过程中需要把控好力度以及内芯的旋转角度，避免内芯与蜡模在沿内芯方向上产生较大的作用力损坏蜡模，降低蜡模表面质量，从而影响后续空心叶片的表面质量。

发明内容

本发明为克服上述现有技术中的至少一个缺陷，提供一种扭曲内腔蜡模成型模具及零件蜡模成型方法，其能够大大降低空心叶片制造成本及生产周期，且简化蜡模制造工序，提高蜡模表面质量。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：

提供一种扭曲内腔蜡模成型模具，用于具有扭曲内腔的零件蜡模的成型，包括设置有模腔的主体、插设于模腔内的内芯以及用于将内芯从模腔中抽出的抽芯机构；抽芯机构包括与主体相连接并对模腔进行密封的第一模块，内芯靠近第一模块的一端设置有第二连接件，第一模块靠近模腔的一侧设置有可与第二连接件在抽出运动方向相抵接且带动内芯移动并转动的第一连接件。

本方案中的第一连接件与第二连接件仅在抽出运动方向相抵接，则两者仅存在抽出运动方向上的力，第一模块在向远离主体的方向上运动时，内芯同时受到远离主体方向的力以及在模腔中已经成型的零件蜡模侧壁的作用力，则内芯在自旋的同时向远离主体的方向脱离模腔，这样可以使得内芯自适应零件蜡模侧壁的形状进行转动抽出，避免抽出机构与零件蜡模之间在抽芯运动方向上形成较大的冲击力损坏零件蜡模，提高零件蜡模的表面质量，且这样的设计使得模具较为简单，可以对零件蜡模实现一次性抽芯成形，大大降低零件蜡模的生产成本及周期。

进一步地，上述的第一连接件为横杆，第二连接件为U型杆；U型杆与内芯固定连接，U型杆的的深度方向沿抽出运动方向设置并与内芯之间围成通槽，横杆一端与第一模块固定连接，另一端设置有限位部并插设于通槽中，限位部可与U型杆的内侧壁相抵接。

进一步地，上述的横杆的轴心线与U型杆所在的平面相交，且限位部侧壁与U型杆的侧壁之间设置有第一间隔。

进一步地，上述的U型杆远离内芯的一端设置有通孔，横杆设置有限位部的一端穿过通孔并伸入通槽中，且通孔直径小于限位部的最大宽度，横杆的轴心线沿内芯抽出运动方向设置，横杆侧壁与通孔内壁之间具有间隙，限位部与U型杆的侧壁之间设置有第二间隔。

进一步地，上述的限位部及U型杆相互靠近的侧面均为弧面，且两个弧面离心侧相靠近。

进一步地，上述的内芯靠近第一模块的一端固定设置有定位块，第一模块设置有与定位块配合的定位槽，定位块插入定位槽中并对内芯进行周向定位。

进一步地，在内芯抽出运动方向上，限位部与U型杆相靠近的壁面之间的最大距离大于或等于定位块的厚度。

进一步地，上述的零件蜡模的内腔形状为等截面异形腔或者为由抽出端向末端逐渐变小的变截面异形腔。

本发明还提供一种零件蜡模成型方法，零件蜡模具有形状为等截面异形内腔或者由抽出端向末端逐渐变小的变截面异形内腔，采用上述的扭曲内腔蜡模成型模具，包括以下步骤：

S1：将内芯插入模腔中，并通过第一模块将主体的一端盖合并对模腔进行密封；

S2：向模腔内注入蜡并冷却成型，得到零件蜡模；

S3：抽动第一模块向远离主体的方向运动第一距离，并使得限位部与U型杆相接触；

S4：继续抽动第一模块向远离主体的方向运动第二距离，限位部与零件蜡模的内腔壁面同时作用于内芯，使得内芯在自旋的同时向远离主体的方向离开模腔；

S5：取出主体中已冷却成型的零件蜡模。

进一步地，在步骤S1中同时通过内芯上的定位块插入第一模块的定位槽中对内芯进行周向限位，且定位块沿抽出方向的厚度小于或等于第一距离。

与现有技术相比，有益效果是：

本发明通过抽芯机构可以将内芯从模腔中持续抽出，在此过程中，内芯与第一模块形成点接触，即内芯可以相对第一模块自适应旋转，因此内芯在第一模块及零件蜡模的作用力下，一边旋转一边退出模腔，完成零件蜡模内腔的一次性成型；这样模具结构较为简单，且能够大大简化生产工序，降低生产成本及周期。

附图说明

图1是本发明实施例1扭曲内腔蜡模成型模具的内芯结构示意图；

图2是本发明实施例1扭曲内腔蜡模成型模具的第一模块结构示意图；

图3是本发明实施例1扭曲内腔蜡模成型模具的内芯与主体及横杆连接结构示意图；

图4是本发明实施例1扭曲内腔蜡模成型模具的结构示意图；

图5是本发明实施例2扭曲内腔蜡模成型模具的结构示意图；

图6是本发明实施例3扭曲内腔蜡模成型模具的结构示意图；

图7是本发明实施例4零件蜡模成型方法的流程示意框图。

具体实施方式

附图仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制。

本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”“长”“短”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

下面通过具体实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的具体描述：

实施例1：

如图1至图4所示为一种扭曲内腔蜡模成型模具的第一实施例，其用于具有扭曲内腔的零件蜡模的成型，包括设置有模腔11的主体1、插设于模腔11内的内芯2以及用于将内芯2从模腔11中抽出的抽芯机构；抽芯机构包括与主体1相连接并可对模腔11进行密封的第一模块3，内芯2靠近第一模块3的一端设置有第二连接件5，第一模块3靠近模腔11的一侧设置有可与第二连接件5在抽出运动方向相抵接且带动内芯2移动并转动的第一连接件4，其中，内芯2与第一连接件4绕自身轴心线旋转。

另外，模腔11以及内芯2与零件蜡模的形状均应相同，且内芯2与模腔11之间具有间隙，主体1上应设置有与此间隙相连通的流道，铸造时熔料经流道流入内芯2与模腔11之间的间隙中形成零件蜡模。

本实施例中的零件蜡模的内腔形状为等截面椭圆扭曲体，内芯2的形状也为等截面椭圆柱扭曲体(参见图1)，即内芯2中沿着与内芯2端面平行的平面得到截面均与端面的面积相等，这样可以内芯2在自转的且向右运动的过程中不会破坏右边的蜡模。需要说明的是，本实施例中的零件蜡模的内腔以及内芯2形状为等截面椭圆扭曲体仅为方便叙述模具的工作过程及原理，不能理解为对本方案的限定，本方案中的模具对其他类型的等截面扭曲结构或变截面扭曲结构均适用；其中，当内芯2为变截面扭曲结构时，应当是由靠近第一模块3的一端向其另一端逐渐变小的结构，这样在抽出内芯2时，较小的一端最后抽出，其在旋转抽出的过程中不会破坏零件蜡模。

如图3或图4所示，本实施例中的第一连接件4为横杆，第二连接件5为U型杆；U型杆与内芯2固定连接，U型杆的的深度方向沿抽出运动方向设置并与内芯2之间围成通槽51，横杆一端与第一模块3固定连接，另一端设置有限位部41并插设于通槽51中，限位部41可与U型杆的内侧壁相抵接，具体地，第一模块3靠近U型杆的一侧设置有可容纳U型杆转动的腔体(参见图2)，横杆一端与腔体侧壁固定连接，限位部41即为横杆远离腔体内壁的一端，是横杆的一部分，横杆的轴心线与U型杆所在的平面相交，限位部41侧壁与U型杆的侧壁之间设置有第一间隔。当模具处于合模状态，模腔11内部的零件蜡模已经冷却成型，即横杆位于初始位置时，限位部41与U型杆不接触，当第一模块3带动横杆以及限位部41向右运动一定距离后时，限位部41与U型杆接触并施加向右的力，从而带动内芯2向右运动，此时，由于限位部41侧壁与U型杆两侧均具有距离，U型杆与限位部41之间仅存在左右方向即抽芯运动方向的作用力，但是与U型杆固定连接的内芯2与零件蜡模之间存在使得内芯2旋转的周向力，因此，内芯2在向右运动的过程中，其自身会发生相应的旋转，即内芯2与U型杆做螺旋向右的运动，实现内芯2在抽芯运动过程中的自适应旋转，可以一次性将内芯2抽出而不会损坏零件蜡模的侧壁。需要说明的是，本实施例中的第一连接件4为横杆，第二连接件5为U型杆仅为参考的实施方式，当然还可以采用其他的结构以实现第一连接件4与第二连接件5仅存在沿抽出运动方向限位的功能，这里不再一一列举。

本实施例中的限位部41及U型杆相互靠近的侧面均为弧面，且两个弧面的离心侧相靠近。可选地，横杆以及限位部41、U型杆可均为柱状结构，这样U型杆与限位部41之间形成点接触，有效减少两者之间的摩擦力，即减小零件蜡模与内芯2之间的作用力，这样内芯2在周向可等同于仅受零件蜡模侧壁的作用力发生自旋，从而保证内芯2不会破坏零件蜡模侧壁。本实施例中将限位部41与U型杆的侧面设置为弧面仅为优选的实施方式，其仅为实现限位部41与U型杆的点接触，减小摩擦力，当然可以采用其他结构以实现相同的功能，这里不作限定。

由于内芯2与第一模块3之间仅存在抽芯方向的相互限位，在向模腔11内注入熔料时，熔料在流动过程中会对内芯2施加一定的作用力使得内芯2发生转动，因此本实施例中的内芯2靠近第一模块3的一端固定设置有定位块21，第一模块3设置有与定位块21配合的定位槽，定位块21插入定位槽中并对内芯2进行周向定位，这样可以在铸造零件蜡模时保证内芯2不会受到熔料的力而发生转动，避免铸造过程中内芯2的转动造成的零件蜡模侧壁质量下降。值得注意的是，本实施例中的定位块21为固定在内芯2靠近第一模块3一端的一个立方体结构，限位槽31是与定位块21大小结构相同的立方体结构，且限位槽31与容纳U型杆的腔体相连通，U型杆一端与定位块21固定连接，另一端贯穿限位槽31插入腔体中。

另外地，由于限位槽31对定位块21有周向限位作用，为了避免第一模块3在运动过程中定位块21卡在限位槽31中，造成内芯2无法转动从而破坏零件蜡模侧壁的情况出现，本实施例在内芯2抽出运动方向上，限位部41与U型杆相靠近的壁面之间的最大距离大于或等于定位块21的厚度(参见图4)。这样在第一模块3向右运动的距离等于或小于定位块21的厚度时，限位部41与U型杆之间不会相接触，即限位部41不会对U型杆施加作用力，内芯2不会发生任何运动，此过程中只有定位块21与限位槽31相分离，解除限位槽31对内芯2的限位作用，之后第一模块3再继续向右运动，限位部41才与U型杆接触，带动内芯2向右运动。

为了加快生产效率，快速将零件蜡模从模具中取出，实施例中的主体1包括可拆卸连接的上模12和下模13，上模12和下模13围成模腔11，模腔11背离第一模块3的一端设置有第二模块14，第二模块14同样对模腔11进行密封，需要取出零件蜡模时将上模12与下模13以及第二模块14拆开即可。

实施例2：

如图5所示为一种扭曲内腔蜡模成型模具的第二实施例，本实施例与第一实施例的区别仅在于，本实施例中的内芯2为变截面扭曲结构，其是由靠近第一模块3的一端向其另一端逐渐变小的结构，即定位块以21以及U型杆设置在内芯2较大的一端，第一模块3靠近内芯2较大的一端，这样在抽出内芯2时，较小的一端最后抽出，其在旋转抽出的过程中不会破坏零件蜡模。

需要说明的是，本实施例中的内芯2为变截面扭曲结构，则模腔11也应当为与其相配合的变截面扭曲结构；当然，实施过程中也可以根据需要改变模腔11以及内芯2的形状，以铸造不同的零件蜡模，这里不再一一列举。

实施例3：

如图6所示为一种扭曲内腔蜡模成型模具的第三实施例，本实施例与第一实施例或第二实施例的区别仅在于，本实施例中的U型杆远离内芯2的一端设置有通孔52，横杆设置有限位部41的一端穿过通孔52并伸入通槽51中，此时限位部41位于通槽51中，且通孔52直径小于限位部41的最大宽度，横杆的轴心线沿内芯2抽出运动方向设置，横杆侧壁与通孔52内壁之间具有间隙，限位部41与U型杆的侧壁之间设置有第二间隔。

在本实施例中，限位部41为设置在横杆远离第一模块3一端的圆球，圆球直径大于通孔52直径，这样圆球与U型杆之间同样可以形成点接触的关系，在第一模块3向右运动的过程中，带动内芯2向右螺旋运动，完成抽芯运动。由于横杆的轴心线与抽出运动方向相同，也即与U型杆的深度方向相同，这样U型杆在绕其深度方向的轴心线旋转时，U型杆的侧杆完全不会与限位部41发生干涉，即可以完全避免U型杆的侧杆对限位部41的周向限位作用，可让内芯2实现360°的旋转抽出。

实施例4：

如图7所示为一种零件蜡模成型方法的流程图，其中，零件蜡模具有形状为等截面异形内腔或者由抽出端向末端逐渐变小的变截面异形内腔，采用实施例1或实施例2或实施例3中的扭曲内腔蜡模成型模具，包括以下步骤：

S1：将内芯2插入模腔11中，并通过第一模块3将主体1的一端盖合，对模腔11进行密封，且通过定位槽对定位块21进行周向定位；

S2：向模腔11内注入蜡并冷却成型，得到零件蜡模；

S3：抽动第一模块3向远离主体1的方向运动第一距离，使定位块21与定位槽分离，并使得限位部41与U型杆相接触；其中，定位块21沿抽出方向的厚度小于或等于第一距离。

S4：继续抽动第一模块3向远离主体1的方向运动第二距离，限位部41与零件蜡模的内腔壁面同时作用于内芯2，使得内芯2在自旋的同时向远离主体1的方向离开模腔11；

S5：拆开上模12与下模13、第二模块14，取出主体1中已冷却成型的零件蜡模。

本发明是参照本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图或方框图来描述的，应理解可由计算机程序指令实现流程图或方框图中的每一流程或方框、以及流程图或方框图中的流程或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种扭曲内腔蜡模成型模具，包括设置有模腔（11）的主体（1）、插设于所述模腔（11）内的内芯（2）以及用于将所述内芯（2）从所述模腔（11）中抽出的抽芯机构；其特征在于，所述抽芯机构包括与所述主体（1）相连接并可对所述模腔（11）进行密封的第一模块（3），所述内芯（2）靠近所述第一模块（3）的一端设置有第二连接件（5），所述第一模块（3）靠近所述模腔（11）的一侧设置有可与第二连接件（5）在抽出运动方向相抵接且带动所述内芯（2）移动并转动的第一连接件（4）。

2.根据权利要求1所述的一种扭曲内腔蜡模成型模具，其特征在于，所述第一连接件（4）为横杆，所述第二连接件（5）为U型杆；所述U型杆与所述内芯（2）固定连接，所述U型杆的深度方向沿抽出运动方向设置并与所述内芯（2）之间围成通槽（51），所述横杆一端与所述第一模块（3）固定连接，另一端设置有限位部（41）并插设于所述通槽（51）中，所述限位部（41）可与U型杆的内侧壁相抵接。

3.根据权利要求2所述的一种扭曲内腔蜡模成型模具，其特征在于，所述横杆的轴心线与所述U型杆所在的平面相交，所述限位部（41）侧壁与所述U型杆的侧壁之间设置有第一间隔。

4.根据权利要求2所述的一种扭曲内腔蜡模成型模具，其特征在于，所述U型杆远离所述内芯（2）的一端设置有通孔（52），所述横杆设置有限位部（41）的一端穿过所述通孔（52）并伸入所述通槽（51）中，且所述通孔（52）直径小于所述限位部（41）的最大宽度，所述横杆的轴心线沿所述内芯（2）抽出运动方向设置，所述横杆侧壁与所述通孔（52）内壁之间具有间隙，所述限位部（41）与U型杆的侧壁之间设置有第二间隔。

5.根据权利要求3或4所述的一种扭曲内腔蜡模成型模具，其特征在于，所述限位部（41）及所述U型杆相互靠近的侧面均为弧面，且两个弧面的离心侧相靠近。

6.根据权利要求5所述的一种扭曲内腔蜡模成型模具，其特征在于，所述内芯（2）靠近所述第一模块（3）的一端固定设置有定位块（21），所述第一模块（3）设置有与所述定位块（21）配合的定位槽，所述定位块（21）插入所述定位槽中并对所述内芯（2）进行周向定位。

7.根据权利要求6所述的一种扭曲内腔蜡模成型模具，其特征在于，在所述内芯（2）抽出运动方向上，所述限位部（41）与所述U型杆相靠近的壁面之间的最大距离大于或等于所述定位块（21）的厚度。

8.根据权利要求7所述的一种扭曲内腔蜡模成型模具，其特征在于，所述内芯（2）为等截面扭曲结构或者为由靠近第一模块（3）的一端向其另一端逐渐变小的变截面扭曲结构。

9.一种零件蜡模成型方法，所述零件蜡模具有形状为等截面异形内腔或者由抽出端向末端逐渐变小的变截面异形内腔，采用权利要求1至8任一项所述扭曲内腔蜡模成型模具，其特征在于，包括以下步骤：

S1：将内芯（2）插入模腔（11）中，并通过第一模块（3）将主体（1）的一端盖合并对模腔（11）进行密封；

S2：向模腔（11）内注入蜡并冷却成型，得到零件蜡模；

S3：抽动第一模块（3）向远离主体（1）的方向运动第一距离，使得限位部（41）与U型杆相接触；

S4：继续抽动第一模块（3）向远离主体（1）的方向运动第二距离，限位部（41）与零件蜡模的内腔壁面同时作用于内芯（2），使得内芯（2）在自旋的同时向远离主体（1）的方向离开模腔（11）；

S5：取出主体（1）中已冷却成型的零件蜡模。

10.根据权利要求9所述的一种零件蜡模成型方法，其特征在于，在步骤S1中同时通过内芯（2）上的定位块（21）插入第一模块（3）的定位槽中对内芯（2）进行周向限位；且定位块（21）沿抽出方向的厚度小于或等于第一距离。