CN115283622A - 一种大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注系统及浇注方法 - Google Patents
一种大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注系统及浇注方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及高温合金精密铸造技术领域,具体地,涉及一种大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注系统及浇注方法。本发明用于浇注高温合金金属液的浇注系统与大型复杂薄壁机匣铸件的内环、外环的顶端与底端相连,浇注系统对铸件的内环、外环同时充型及补缩,同时将铸件的内环、外环以及空心板的残余热应力转移至浇注系统,降低铸件的热变形。金属液由浇口引流至直浇道,在通过所述的浇注系统同时从铸件的内侧、外侧、上端、下端对铸件进行充型和补缩,完成高温合金大型复杂薄壁机匣铸件的浇注。混注式浇注系统能够对铸件进行顺序填充,降低铸件欠铸、卷气、缩孔和疏松的发生概率,转移铸件残余热应力,抑制铸件热变形。
Description
技术领域
本发明涉及高温合金精密铸造技术领域,具体地,涉及一种大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注系统及浇注方法。
背景技术
高温合金大型复杂薄壁机匣为双环结构,整体壁厚均匀为1~5mm,外环的外径尺寸范围为500~1100mm,内环的外径尺寸范围为300~500mm,内环与外环通过若干空心板连接,且内外环都有法兰结构。在内环与外环上都有若干个薄壁孔,铸件整体为高度旋转对称。由于大型复杂环形薄壁件的内外环及空心板壁厚较薄,流道截面大。因此,铸造时极易发生欠铸、冷隔、缩松等铸造缺陷,且凝固时容易在内外环形成较大残余应力,诱发裂纹产生。
传统铸造方案为底注式难以完成大型复杂环形薄壁件的成形,尤其无法解决空心板的欠铸、冷隔及凝固过时铸件残余应力过大诱发裂纹的问题,从而难以浇注出合格产品。因此,需要设计一种高温合金大型复杂薄壁机匣混注式浇注系统及浇注方法。
发明内容
本发明的目的在于提出一种大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注系统及浇注方法,解决现有底注式浇注技术中的欠铸、冷隔及凝固时铸件残余应力过大诱发裂纹的问题。
本发明的技术方案是:
一种大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注系统,用于浇注高温合金金属液的浇注系统与大型复杂薄壁机匣铸件的内环、外环的顶端与底端相连,浇注系统对铸件的内环、外环同时充型及补缩,同时将铸件的内环、外环以及空心板的残余热应力转移至浇注系统,降低铸件的热变形。
所述的大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注系统,大型复杂薄壁机匣的铸件为双环结构,整体壁厚均匀,由内环与外环之间通过空心板连接而成,且内外环都有法兰结构;在内环与外环上设有薄壁孔,铸件整体为高度旋转对称。
所述的大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注系统,浇注系统的浇口杯与第一直浇道连通,并且置于第一直浇道的正上方;铸件的内环上端设置内环上端环形暗冒口,其连接方式为断续连接,铸件的内环下端设置内环下端环形暗冒口;铸件的外环上端设置外环上端环形暗冒口,其连接方式为断续连接,铸件的外环下端设置外环下端环形暗冒口;铸件的空心板外端设置空心板外端暗冒口,外环球状暗冒口与空心板外端暗冒口连接。
所述的大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注系统,第一直浇道分别与短横浇道和长横浇道连接,且短横浇道与长横浇道沿圆周方向交替均匀排布,短横浇道与长横浇道的一端分别与第一直浇道相连,短横浇道的另一端连接第一环形横浇道,长横浇道的另一端连接第二环形横浇道;第一环形横浇道与第二环形横浇道为同心圆结构,第二环形横浇道位于第一环形横浇道外围,且都设置于铸件的上端。
所述的大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注系统,第一环形横浇道位于内环的上端,第二环形横浇道位于内环、外环之间的上方,第二环形横浇道的上端沿圆周方向均匀排布第二环形横浇道球状暗冒口,第二环形横浇道的下端沿圆周方向交替均匀排布第三直浇道和第四直浇道,第三直浇道下端通过外环下端内浇口与外环下端环形暗冒口连接,且外环下端内浇口中心线与相邻空心板分割的内环、外环弧线的中点相交,第四直浇道分别连接外环上端内浇口、内环上端内浇口。
所述的大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注系统,第四直浇道通过内环上端内浇口与内环上端环形暗冒口相连,且内环上端内浇口中心线与空心板中心线在俯视图平面上共线;第四直浇道通过外环上端内浇口与外环上端环形暗冒口相连,且外环上端内浇口中心线与空心板中心线在俯视图平面上共线。
所述的大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注系统,第一环形横浇道与第二直浇道相连,第二直浇道沿圆周方向均匀分布于第一环形横浇道的下端,第二直浇道的下端通过内环下端内浇口与内环下端环形暗冒口相连,且内环下端内浇口中心线与空心板中心线在俯视图平面上共线。
一种大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注方法,金属液由浇口引流至直浇道,在通过所述的浇注系统同时从铸件的内侧、外侧、上端、下端对铸件进行充型和补缩,完成高温合金大型复杂薄壁机匣铸件的浇注,以此降低空心板浇注时间,增加金属液填充通道,降低空心板的欠铸、冷隔缺陷。
所述的大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注方法,金属液由第一直浇道流出,经过短横浇道、第一环形横浇道、第二直浇道、内环下端内浇口填充内环和空心板;同时,经过长横浇道、第二环形横浇道、第三直浇道、第四直浇道、内环上端内浇口、外环上端内浇口、外环下端内浇口填充内环、外环,降低金属液在对空心板充型过程中所产生的卷气和欠铸缺陷,有利于转移充型和凝固时铸件的残余应力,降低内外环的热变形以及裂纹的产生。
本发明的设计思想是:
基于一种大尺寸复杂环形薄壁机匣的结构特点,在不改变空心结构的前提下,本发明设计一种能够解决该区域的欠铸、卷气、缩松等铸造缺陷的浇注系统,并可有效转移机匣铸件整体热应力,降低热变形,抑制热裂纹形成。本发明通过采用第一直浇道连接第一环形横浇道,在第一环形横浇道内对金属液进行分流,对铸件进行由上端和下端向中间同时填充的混合式浇注方式,缩短铸件整体充型时间,降低欠铸倾向性。本发明通过将内环上、下端内浇口和外环上端内浇口与空心板中心线共线的方式完成金属液对空心板的直接快速填充,缩短空心板的充型时间,防止欠铸。空心板的近内环端浇口数量多于空心板的近外环端,确保空心板由内向外顺序填充,防止卷气。在铸件上、下端设置有暗冒口,并且暗冒口与浇注系统完全连接形成完成环形架构,保证对铸件的补缩,并可有效将铸件的热应力转移至浇注系统,防止铸件产生过大热变形。基于上述设计,实现大尺寸复杂环形薄壁机匣的高质量铸造。
与现有技术相比,本发明具有如下至少一种的有益效果:
1、本发明的混注式浇注系统及方法,混注式浇注系统能够对铸件进行顺序填充,降低铸件欠铸、卷气、缩孔和疏松的发生概率,转移铸件残余热应力,抑制铸件热变形。
2、本发明对空心板的多通道填充方式中,内环下端的内浇口能够对空心板进行高速平稳的金属液填充;同时,空心板的外端暗冒口与外环球状暗冒口以及外环上端内浇口相连接,可以有效降低空心板外侧填充速度过大而引发空心板内外侧金属液相互冲击所形成的卷气,而且能够对空心板形成有效的补缩作用,从而有效解决空心板的卷气和欠铸问题,最终实质性降低因空心板的铸造缺陷而造成产品报废的概率。
附图说明
通过参照如下附图对非限制性实施例所做出的详细说明,将会凸显出本发明的其他特征、目的及优点:
图1是本发明优选实施例高温合金大型复杂环形薄壁件混注式浇注系统俯视图。
图2是本发明优选实施例高温合金大型复杂环形薄壁件混注式浇注系统仰视图。
图3是本发明优选实施例高温合金大型复杂环形薄壁件混注式浇注系统中心剖面图。
图中标记分别为:1浇口杯,2第一直浇道,3短横浇道,4第一环形横浇道,5长横浇道,6第二环形横浇道,7第二环形横浇道球状暗冒口,8第三直浇道,9外环下端内浇口,10外环上端环形暗冒口,11外环球状暗冒口,12内环上端内浇口,13外环上端内浇口,14内环上端环形暗冒口,15外环下端环形暗冒口,16第二直浇道,17内环下端内浇口,18内环下端环形暗冒口,19空心板外端暗冒口,20第四直浇道,21铸件,22内环,23外环,24空心板。
具体实施方式
以下实施例讲有助于本领域的技术人员进一步理解本发明,但不以任何显示限制本发明。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,这些都属于本发明保护的范围。
参照图1-图3所示,本发明一优选实施例的高温合金大型复杂薄壁机匣混注式浇注系统,图中包括用于浇注高温合金金属液的浇注系统和大型复杂薄壁机匣的铸件21,浇注系统与铸件21的内环22、外环23的顶端与底端相连,浇注系统对铸件21的内环22、外环23同时充型及补缩,以解决此铸件21的欠铸问题,同时将铸件21的内环22、外环23以及空心板24的残余热应力转移至浇注系统,降低铸件21的热变形。
大型复杂薄壁机匣的铸件21为双环结构,整体壁厚均匀,由内环22与外环23之间通过若干空心板24连接而成,且内外环都有法兰结构。在内环22与外环23上都有若干个薄壁孔,铸件21整体为高度旋转对称。
用于浇注高温合金金属液的浇注系统,主要包括:浇口杯1、第一直浇道2、短横浇道3、第一环形横浇道4、长横浇道5、第二环形横浇道6、第二环形横浇道球状暗冒口7、第三直浇道8、外环下端内浇口9、外环上端环形暗冒口10、外环球状暗冒口11、内环上端内浇口12、外环上端内浇口13、内环上端环形暗冒口14、外环下端环形暗冒口15、第二直浇道16、内环下端内浇口17、内环下端环形暗冒口18、空心板外端暗冒口19、第四直浇道20等,具体结构如下:
浇口杯1与第一直浇道2连通,并且置于第一直浇道2的正上方;铸件21的内环22上端设置内环上端环形暗冒口14,其连接方式为断续连接,铸件21的内环22下端设置内环下端环形暗冒口18;铸件21的外环23上端设置外环上端环形暗冒口10,其连接方式为断续连接,铸件21的外环23下端设置外环下端环形暗冒口15;铸件21的空心板24外端设置空心板外端暗冒口19,外环球状暗冒口11与空心板外端暗冒口19连接,可以实现空心板外环侧补缩,降低空心板的疏松缺陷。
第一直浇道2分别与短横浇道3和长横浇道5连接,且短横浇道3与长横浇道5沿圆周方向交替均匀排布,短横浇道3与长横浇道5的一端分别与第一直浇道2相连,短横浇道3的另一端连接第一环形横浇道4,长横浇道5的另一端连接第二环形横浇道6。第一环形横浇道4与第二环形横浇道6为同心圆结构,第二环形横浇道6位于第一环形横浇道4外围,且都设置于铸件21的上端。
第一环形横浇道4位于内环22的上端,第二环形横浇道6位于内环22、外环23之间的上方,第二环形横浇道6的上端沿圆周方向均匀排布第二环形横浇道球状暗冒口7,第二环形横浇道6的下端沿圆周方向交替均匀排布第三直浇道8和第四直浇道20,第三直浇道8下端通过外环下端内浇口9与外环下端环形暗冒口15连接,且外环下端内浇口9中心线与相邻空心板24分割的内环22、外环23弧线的中点相交,其作用是:能够保证空心板的顺序填充,防止空心板欠铸、卷气缺陷的产生,同时将内外环及叶片的热应力转移至浇注系统,降低热变形;第四直浇道20分别连接外环上端内浇口13、内环上端内浇口12。
第四直浇道20通过内环上端内浇口12与内环上端环形暗冒口14相连,且内环上端内浇口12中心线与空心板24中心线在俯视图平面上共线,其作用是:强化对空心板近端的充型压力,实现空心板由内向外的顺序填充;第四直浇道20通过外环上端内浇口13与外环上端环形暗冒口10相连,且外环上端内浇口13中心线与空心板24中心线在俯视图平面上共线,其作用是:强化空心板远端的补缩能力。
第一环形横浇道4与第二直浇道16相连,第二直浇道16沿圆周方向均匀分布于第一环形横浇道4的下端,第二直浇道16的下端通过内环下端内浇口17与内环下端环形暗冒口18相连,且内环下端内浇口17中心线与空心板24中心线在俯视图平面上共线,其作用是:强化空心板在由内环向外环的径向充型能力,实现对内环的补缩,同时,转移内环热应力至内环暗冒口区域。
内环上端环形暗冒口14和内环下端环形暗冒口18,可以实现内环的补缩,降低内环的疏松缺陷。外环上端环形暗冒口10和外环下端环形暗冒口15,可以实现外环的补缩,降低外环的疏松缺陷。
本发明第二个方面提供了一种大型复杂薄壁机匣铸件21的混注式浇注方法,通过上述浇注系统实现,金属液由浇口1引流至直浇道2,在通过所述的浇注系统同时从铸件21的内侧、外侧、上端、下端对铸件21进行充型和补缩,完成高温合金大型复杂薄壁机匣铸件21的浇注,以此降低空心板浇注时间,增加金属液填充通道,从而解决空心板的欠铸、冷隔等铸造缺陷。
浇注系统及其浇注方法还有利于转移充型和凝固时铸件的残余应力,降低内外环的热变形以及裂纹的产生,包括:
金属液可由第一直浇道2流出,经过短横浇道3、第一环形横浇道4、第二直浇道16、内环下端内浇口17填充内环22和空心板24;同时,也经过长横浇道5、第二环形横浇道6、第三直浇道8、第四直浇道20、内环上端内浇口12、外环上端内浇口13、外环下端内浇口9填充内环22、外环23,以此降低金属液在对空心板充型过程中所产生的卷气和欠铸等缺陷。
Claims (9)
1.一种大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注系统,其特征在于,用于浇注高温合金金属液的浇注系统与大型复杂薄壁机匣铸件的内环、外环的顶端与底端相连,浇注系统对铸件的内环、外环同时充型及补缩,同时将铸件的内环、外环以及空心板的残余热应力转移至浇注系统,降低铸件的热变形。
2.按照权利要求1所述的大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注系统,其特征在于,大型复杂薄壁机匣的铸件为双环结构,整体壁厚均匀,由内环与外环之间通过空心板连接而成,且内外环都有法兰结构;在内环与外环上设有薄壁孔,铸件整体为高度旋转对称。
3.按照权利要求1所述的大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注系统,其特征在于,浇注系统的浇口杯与第一直浇道连通,并且置于第一直浇道的正上方;铸件的内环上端设置内环上端环形暗冒口,其连接方式为断续连接,铸件的内环下端设置内环下端环形暗冒口;铸件的外环上端设置外环上端环形暗冒口,其连接方式为断续连接,铸件的外环下端设置外环下端环形暗冒口;铸件的空心板外端设置空心板外端暗冒口,外环球状暗冒口与空心板外端暗冒口连接。
4.按照权利要求3所述的大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注系统,其特征在于,第一直浇道分别与短横浇道和长横浇道连接,且短横浇道与长横浇道沿圆周方向交替均匀排布,短横浇道与长横浇道的一端分别与第一直浇道相连,短横浇道的另一端连接第一环形横浇道,长横浇道的另一端连接第二环形横浇道;第一环形横浇道与第二环形横浇道为同心圆结构,第二环形横浇道位于第一环形横浇道外围,且都设置于铸件的上端。
5.按照权利要求4所述的大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注系统,其特征在于,第一环形横浇道位于内环的上端,第二环形横浇道位于内环、外环之间的上方,第二环形横浇道的上端沿圆周方向均匀排布第二环形横浇道球状暗冒口,第二环形横浇道的下端沿圆周方向交替均匀排布第三直浇道和第四直浇道,第三直浇道下端通过外环下端内浇口与外环下端环形暗冒口连接,且外环下端内浇口中心线与相邻空心板分割的内环、外环弧线的中点相交,第四直浇道分别连接外环上端内浇口、内环上端内浇口。
6.按照权利要求5所述的大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注系统,其特征在于,第四直浇道通过内环上端内浇口与内环上端环形暗冒口相连,且内环上端内浇口中心线与空心板中心线在俯视图平面上共线;第四直浇道通过外环上端内浇口与外环上端环形暗冒口相连,且外环上端内浇口中心线与空心板中心线在俯视图平面上共线。
7.按照权利要求4所述的大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注系统,其特征在于,第一环形横浇道与第二直浇道相连,第二直浇道沿圆周方向均匀分布于第一环形横浇道的下端,第二直浇道的下端通过内环下端内浇口与内环下端环形暗冒口相连,且内环下端内浇口中心线与空心板中心线在俯视图平面上共线。
8.一种使用权利要求1至7之一所述浇注系统的大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注方法,其特征在于,金属液由浇口引流至直浇道,在通过所述的浇注系统同时从铸件的内侧、外侧、上端、下端对铸件进行充型和补缩,完成高温合金大型复杂薄壁机匣铸件的浇注,以此降低空心板浇注时间,增加金属液填充通道,降低空心板的欠铸、冷隔缺陷。
9.按照权利要求8所述的大尺寸复杂环形薄壁机匣混注式浇注方法,其特征在于,金属液由第一直浇道流出,经过短横浇道、第一环形横浇道、第二直浇道、内环下端内浇口填充内环和空心板;同时,经过长横浇道、第二环形横浇道、第三直浇道、第四直浇道、内环上端内浇口、外环上端内浇口、外环下端内浇口填充内环、外环,降低金属液在对空心板充型过程中所产生的卷气和欠铸缺陷,有利于转移充型和凝固时铸件的残余应力,降低内外环的热变形以及裂纹的产生。
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