CN115070341B - 一种消除k4169合金航空发动机机匣铸件变形的方法 - Google Patents

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    • B22D31/002Cleaning, working on castings

Abstract

本发明公开了一种消除K4169合金航空发动机机匣铸件变形的方法:将铸件放置在校正基座上;采用ZGCr25Ni20合金制成的第一、第二校正胎模呈环形,并分别配合在所述铸件的环形槽内的外侧环形壁和内侧环形壁上;第一、第二校正胎模之间的相邻面为一对锲形面,在该对锲形面之间紧配合有多个均匀分布的锲形块,在所述第一、第二校正胎模和锲形块的顶面放置压载,并形成组合体,在高温下利用校正胎模膨胀挤压作用,消除铸件特定部位的变形。本发明通过多次校正,减小了铸件凝固、冷却对变形的影响,铸件未出现裂纹等有害缺陷;校正后铸件尺寸稳定,表明铸件没有因为校正而增加有害的残余应力。

Description

一种消除K4169合金航空发动机机匣铸件变形的方法
技术领域
本发明涉及一种K4169合金大型复杂结构铸件变形控制技术,特别是一种消除K4169合金航空发动机机匣铸件变形的方法。
背景技术
增加航空发动机涡轮前进气温度和减重是提高其推重比的主要途径。构成航空发动机的主要承力部件,如高温合金涡轮后机匣、钛合金中介机匣等部件的结构设计复杂,对其金属基体材料及其加工技术提出了更加苛刻的要求。从世界航空发达国家发展的历程和未来趋势看,在发动机推力一定的情况下,通过机匣类铸件薄壁化、高度集成化的复杂结构和采用整体精铸技术,使发动机减重并提高可靠性,大大提升了发动机性能,也是提高发动机推重比的有效途径之一。
近净形熔模精密铸造技术是国内外制备发动机大型复杂结构最重要的技术。该技术通过采用可熔失的蜡料制造蜡模,然后制作陶瓷型壳,熔失掉蜡模后对陶瓷型壳进行焙烧,最后将熔融的金属液浇注到型壳中,待金属液凝固、冷却后清壳,得到所需的铸件。通过对铸型材料以及对铸件成型过程中各工艺环节和工艺因素的严格控制,进行必要的热处理,可获得工作面无需机械加工或只进行局部打磨的近净形铸件。因此熔模精密铸造技术具有铸件尺寸精度高、表面粗糙度低、可用于铸造形状、结构复杂的大型薄壁复杂结构铸件的优点。
采用熔模精密铸造技术生产大型复杂结构铸件时,由于铸件结构复杂,保证铸件成型所采用的浇注系统特别复杂,铸件凝固、冷却导致的变形无法避免,通过热校正的方法消除铸件变形是保证铸件尺寸精度的有效途径。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种消除K4169合金航空发动机机匣铸件变形的方法,具体是消除该铸件在采用熔模精密铸造成型时因凝固、冷却而导致的变形,以满足航空发动机机匣铸件的精度需求。
为解决上述技术问题,本发明提供了一种消除K4169合金航空发动机机匣铸件变形的方法,采用的发明构思是:采用一种与铸件材料K4169合金不一样的材料ZGCr25Ni20合金制作校正胎模,利用在特定温度范围内校正胎模材料的膨胀系数大于铸件材料的特性,利用校正胎模的膨胀施压作用于铸件,在适当的高温状态下逐渐消除铸件特定部位的变形。
本发明具体提供了一种消除K4169合金航空发动机机匣铸件变形的方法,该铸件的一侧外周部呈环形,该外周部的内侧具有环形槽,包括如下步骤:
(1)、将铸件F放置在校正基座A上;采用ZGCr25Ni20合金制成的第一校正胎模B、第二校正胎模C呈环形,并分别配合在所述铸件的环形槽内的外侧环形壁和内侧环形壁上;第一、第二校正胎模之间的相邻面为一对锲形面,在该对锲形面之间紧配合有多个均匀分布的锲形块D,在所述第一校正胎模B、第二校正胎模C和锲形块D的顶面放置压载E,并形成组合体;
(2)、将所述组合体送入真空炉中,开启真空炉的真空系统给炉膛抽真空;
(3)、当炉膛真空度达到1.2-1.5Pa时,送电升温至900-1000℃、保温2.5小时以上;利用第一、第二校正材料的膨胀系数大于所述铸件材料的特性,同时对所述铸件的环形槽内的外侧环形壁和内侧环形壁进行挤压,以消除所述铸件的变形;
(4)、随炉冷却至730-820℃保温2.5小时以上;
(5)、快速充入氩气冷却至80℃以下出炉;
(6)、检测铸件尺寸,根据检测结果,若还需进一步消除所述铸件的变形,则增大锲形块D的尺寸,以使该锲形块D与所述的一对锲形面紧配合;重复上述步骤2-5,直至检测结果达到目标。
所述环形为圆形环或椭圆环。
在所述步骤(6)中,在增大锲形块D大小的同时,还增大压载E的重量。
所述锲形块D的顶面不超出所述第一、第二校正胎模的顶面;所述压载E的底面同时压贴在所述第一、第二校正胎模的顶面上。
本发明相对于现有设计,具有的技术效果:(1)、根据在特定温度范围内校正胎模材料ZGCr25Ni20合金的膨胀系数大于铸件材料K4169合金的特性,利用校正胎模的高温膨胀、施压作用于铸件的特定部位(也即所述环形槽),在适当的高温状态下逐渐消除铸件特定部位的变形,结合步骤4-5,消除铸件应力,确保铸件的质量;相对于现有技术的采用特殊夹具的方案,本发明的变形校正方法的精度控制较好;(2)利用压载的重力作用,限制所述第一、第二校正胎模在高温膨胀过程中保持好相应的位置,利于消除所述铸件的变形。(3)本发明通过多次校正,减小了铸件凝固、冷却对变形的影响,铸件未出现裂纹等有害缺陷;校正后铸件尺寸稳定,表明铸件没有因为校正而增加有害的残余应力。
说明书附图
图1是本发明的实施例中的铸件的结构示意图;
图2是本发明的实施例中的组合体的结构示意图。
具体实施方式
下面对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅是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,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例,都属于本发明保护的范围。
实施例1
如图1,一种K4169合金航空发动机机匣铸件,该铸件是一种大型复杂结构的多层环形整体铸件,该铸件的外环1(也即外周部)的安装边尺寸Φ786的椭圆度达到了2.5mm,超出要求0.9mm;该铸件的内环2、外环1高度差40.5比理论值超出了2mm,内、外环之间为环形槽3,安装边有加工风险。
消除实施例1所述的铸件变形的方法,包括:
(1)、如图2,将图1的铸件F放置在校正基座A上;采用ZGCr25Ni20合金制成的第一校正胎模B、第二校正胎模C呈环形,并分别配合在所述铸件的环形槽3内的外侧环形壁和内侧环形壁上;第一、第二校正胎模之间的相邻面为一对锲形面,在该对锲形面之间紧配合有多个均匀分布的锲形块D,在所述第一校正胎模B、第二校正胎模C和锲形块D的顶面放置压载E,并形成组合体,如图2;
(2)、将所述组合体送入真空炉中,开启真空炉的真空系统给炉膛抽真空;
(3)、当炉膛真空度达到1.33Pa时,送电升温至940℃、保温2.5小时以上;利用第一、第二校正材料的膨胀系数大于所述铸件材料的特性,同时对所述铸件的环形槽内的外侧环形壁和内侧环形壁进行挤压,以消除所述铸件的变形;
(4)、随炉冷却至780℃保温2.5小时以上;
(5)、快速充入氩气冷却至80℃以下出炉;
(6)、检测铸件尺寸,根据检测结果,若还需进一步消除所述铸件的变形,则增大锲形块D的尺寸,以使该锲形块D与所述的一对锲形面紧配合,同时增大压载E的重量5-10Kg;重复上述步骤2-5,直至检测结果达到目标。
所述锲形块D的顶面不超出所述第一、第二校正胎模的顶面;所述压载E的底面同时压贴在所述第一、第二校正胎模的顶面上。
实施例2
在实施例1的基础上,本实施例存在如下变型:
如图1,一种K4169航空发动机机匣铸件,该铸件的外环1安装边尺寸Φ786的椭圆度达到了2.6mm,超出要求1mm;内、外环高度差40.5比理论值超出了2.1mm,安装边有加工风险。
消除实施例2中所述的铸件变形的方法,包括:
(1)、将铸件F放置在校正基座A上;采用ZGCr25Ni20合金制成的第一校正胎模B、第二校正胎模C呈环形,并分别配合在所述铸件的环形槽内的外侧环形壁和内侧环形壁上;第一、第二校正胎模之间的相邻面为一对锲形面,在该对锲形面之间紧配合有多个均匀分布的锲形块D,在所述第一校正胎模B、第二校正胎模C和锲形块D的顶面放置压载E,并形成组合体;
(2)、将所述组合体送入真空炉中,开启真空炉的真空系统给炉膛抽真空;
(3)、当炉膛真空度达到1.2Pa时,送电升温至1000℃、保温2.5小时以上;利用第一、第二校正材料的膨胀系数大于所述铸件材料的特性,同时对所述铸件的环形槽内的外侧环形壁和内侧环形壁进行挤压,以消除所述铸件的变形;
(4)、随炉冷却至820℃保温2.5小时以上;
(5)、快速充入氩气冷却至80℃以下出炉;
(6)、检测铸件尺寸,根据检测结果,若还需进一步消除所述铸件的变形,则增大锲形块D的尺寸,以使该锲形块D与所述的一对锲形面紧配合,同时增大压载E的重量5-10Kg;重复上述步骤2-5,直至检测结果达到目标。
所述锲形块D的顶面不超出所述第一、第二校正胎模的顶面;所述压载E的底面同时压贴在所述第一、第二校正胎模的顶面上。
实施例3
在实施例1的基础上,本实施例存在如下变型:
如图1,一种K4169合金航空发动机机匣铸件,该铸件的外环1的安装边尺寸Φ786的椭圆度达到了2.45mm,超出要求0.85mm;内外环高度差40.5比理论值超出了2mm,安装边有加工风险。
消除实施例3中所述的铸件变形的方法,包括:
(1)、将铸件F放置在校正基座A上;采用ZGCr25Ni20合金制成的第一校正胎模B、第二校正胎模C呈环形,并分别配合在所述铸件的环形槽内的外侧环形壁和内侧环形壁上;第一、第二校正胎模之间的相邻面为一对锲形面,在该对锲形面之间紧配合有多个均匀分布的锲形块D,在所述第一校正胎模B、第二校正胎模C和锲形块D的顶面放置压载E,并形成组合体;
(2)、将所述组合体送入真空炉中,开启真空炉的真空系统给炉膛抽真空;
(3)、当炉膛真空度达到1.5Pa时,送电升温至900℃、保温2.5小时以上;利用第一、第二校正材料的膨胀系数大于所述铸件材料的特性,同时对所述铸件的环形槽内的外侧环形壁和内侧环形壁进行挤压,以消除所述铸件的变形;
(4)、随炉冷却至730℃保温2.5小时以上;
(5)、快速充入氩气冷却至80℃以下出炉;
(6)、检测铸件尺寸,根据检测结果,若还需进一步消除所述铸件的变形,则增大锲形块D的尺寸,以使该锲形块D与所述的一对锲形面紧配合,同时增大压载E的重量5-10Kg;重复上述步骤2-5,直至检测结果达到目标。
所述锲形块D的顶面不超出所述第一、第二校正胎模的顶面;所述压载E的底面同时压贴在所述第一、第二校正胎模的顶面上。
对实施例1-3所述的方法所获得的铸件,利用三坐标在实验室环境条件下检测外环安装边尺寸Φ786的椭圆度及内外环高度差40.5,检测结果如表1所示。
表1,铸件外环的安装边尺寸Φ的椭圆度及内、外环高度差检测结果:
由表1所列检测结果可知,对实施例1-3所述方法所获得的铸件,利用三坐标在实验室环境条件下检测外环安装边尺寸Φ的椭圆度及内外环高度差,检测结果合格。

Claims (3)

1.一种消除K4169合金航空发动机机匣铸件变形的方法,该铸件的一侧外周部呈环形,该外周部的内侧具有环形槽,其特征在于,包括如下步骤:
(1)、将铸件放置在校正基座上;采用ZGCr25Ni20合金制成的第一、第二校正胎模呈环形,并分别配合在所述铸件的环形槽内的外侧环形壁和内侧环形壁上;第一、第二校正胎模之间的相邻面为一对锲形面,在该对锲形面之间紧配合有多个均匀分布的锲形块,在所述第一、第二校正胎模和锲形块的顶面放置压载,并形成组合体;
(2)、将所述组合体送入真空炉中,开启真空炉的真空系统给炉膛抽真空;
(3)、当炉膛真空度达到1.2-1.5Pa时,送电升温至900-1000℃、保温2.5小时以上;利用制备第一、第二校正胎膜的材料的膨胀系数大于所述铸件材料的特性,同时对所述铸件的环形槽内的外侧环形壁和内侧环形壁进行挤压,以消除所述铸件的变形;
(4)、随炉冷却至730-820℃保温2.5小时以上;
(5)、快速充入氩气冷却至80℃以下出炉;
(6)、检测铸件尺寸,根据检测结果,若还需进一步消除所述铸件的变形,则增大锲形块的尺寸,以使该锲形块与所述的一对锲形面紧配合;重复上述步骤(2)-(5),直至检测结果达到目标。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,在所述步骤(6)中,在增大锲形块大小的同时,还增大压载的重量。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其特征在于,所述锲形块的顶面不超出所述第一、第二校正胎模的顶面;所述压载的底面同时压贴在所述第一、第二校正胎模的顶面上。
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