一種復雜薄壁殼體的復合鑄型成形方法
【專利摘要】本發(fā)明公開的一種復雜薄壁殼體的復合鑄型成形方法，具體按照以下步驟實施：制作內(nèi)型芯；制作外模；復合鑄型裝配；復合鑄型成形；采用手工或機械清砂方式清理鑄件。本發(fā)明復雜薄壁殼體的復合鑄型成形方法，將熔模制得的型芯與砂型制得的外模和澆注系統(tǒng)組合，解決了此類復雜薄壁殼體熔模鑄造模殼強度不足和砂型非加工面的鑄造尺寸精度和表面質(zhì)量差的問題；結(jié)合差壓成形技術，實現(xiàn)復雜薄壁殼體的整體鑄造成形，使其復雜型面的公差等級提高至少2～3等級，表面粗糙度降低，解決內(nèi)腔難加工問題。
【專利說明】一種復雜薄壁殼體的復合鑄型成形方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于鑄造成形【技術領域】，涉及一種采用差壓工藝的熔模鑄造、砂型鑄造相結(jié)合的復合鑄型成形工藝方法，具體涉及一種復雜薄壁殼體的復合鑄型成形方法。
【背景技術】
[0002]對于具有高內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量要求，同時追求最小結(jié)構(gòu)重量的殼體類輕合金薄壁件(壁厚5?10mm，直徑200?500mm)，采用差壓工藝是目前的常用工藝，差壓鑄造可以減少針孔和外來夾雜等缺陷、提高鑄件的致密度、力學性能、尺寸精度和表面質(zhì)量。但是，采用砂型鑄造制作鑄型，鑄件的公差等級一般能達到CT9?CT12，表面粗糙度一般可達12.5μπι以上，難以滿足復雜型腔結(jié)構(gòu)件(曲線型面、多筋多凸臺、結(jié)構(gòu)大、加工難度大)的高尺寸精度和表面質(zhì)量的要求。
[0003]熔模鑄造，是一種少切削或無切削的鑄造工藝，是鑄造行業(yè)中的一項優(yōu)異的工藝技術。它不僅適用于各種類型、各種合金的鑄造，而且生產(chǎn)出的鑄件尺寸精度、表面質(zhì)量比其它鑄造方法要高，鑄造的輕合金鑄件的公差等級可達CT4?CT6，表面粗糙度一般可達Ra=1.6?6.3 μ m，另外可以成形其它鑄造方法難于鑄得的復雜、不易加工的鑄件。
[0004]但是由于熔模和型殼的強度及耐火涂料的涂敷工藝所限，目前對于結(jié)構(gòu)尺寸較大的鑄件仍存在很大的難度。而且在制殼過程中，對于鑄件上厚大部分的熱節(jié)，由于涂制工藝的限制，也不宜開設復雜的澆注系統(tǒng)和較大的冒口或采用冷鐵用于熱節(jié)的補縮和激冷。因而對于尺寸較大的殼體類輕合金薄壁件，存在模殼強度不足、難排氣的問題，目前應用還存在著難度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本發(fā)明的目的是提供一種復雜薄壁殼體的復合鑄型成形方法，通過熔模鑄造制得復雜型面的型芯，提高鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量；采用砂型鑄造制得外模，便于澆注系統(tǒng)布置和在熱節(jié)部位放置冷鐵，有利于充形過程的排氣，同時有利于控制凝固方向——從上到下、從里到外凝固，避免成形過程的熱裂紋出現(xiàn)。
[0006]本發(fā)明所采用的技術方案是，一種復雜薄壁殼體的復合鑄型成形方法，具體按照以下步驟實施:
[0007]步驟1:制作內(nèi)型芯；
[0008]步驟2:制作外模；
[0009]步驟3:復合鑄型裝配；
[0010]步驟4:復合鑄型成形；
[0011]步驟5:采用手工或機械清砂方式清理鑄件。
[0012]本發(fā)明的特點還在于，
[0013]其中的步驟I具體按照以下步驟實施:
[0014]A、采用熔模鑄造方式制作薄壁殼體的蠟模；
[0015]B、根據(jù)蠟模的外形形狀，在其外表面制作隔砂膜層，浸蘸涂料、掛砂，實現(xiàn)蠟模內(nèi)表面單面掛砂；
[0016]C、脫蠟并去除外表面隔砂膜層后，得到內(nèi)型芯；
[0017]D、將內(nèi)型芯在920?970°C進行焙燒。
[0018]其中的步驟2具體按照以下步驟實施:根據(jù)鑄件的特點進行澆冒系統(tǒng)設計，利用造型機制作帶有澆冒系統(tǒng)的呋喃樹脂砂外模。
[0019]其中的步驟3具體按照以下步驟實施:將內(nèi)型芯的上定位芯頭和下定位芯頭分別以凹凸嵌入的方式裝配進外模的上定位芯頭和下定位芯頭，采用粘結(jié)劑對裝配面進行粘結(jié)，將裝配好的復合鑄型，在150?200°C預熱。
[0020]其中的步驟4具體按照以下步驟實施:將預熱后的復合鑄型放入差壓成形設備成形，差壓工藝參數(shù)為:升液速度￥卩取20-40mm/s，充型壓力P取25_40KPa，充型速度V充取25-40mm/s，結(jié)殼時間T1取2_4s，保壓時間T2取230_250s。
[0021]本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下有益效果:本發(fā)明采用了熔模型芯、砂型外模、差壓成形工藝技術，既能夠成型復雜薄壁殼體結(jié)構(gòu)零件(曲線型面、多筋多凸臺、結(jié)構(gòu)大、力口工難度大，有著嚴格的尺寸精度等要求)，又能夠提高表面質(zhì)量和內(nèi)部質(zhì)量以及尺寸精度，使其復雜型面的公差等級可達CT4?CT6，表面粗糙度可達Ra = 1.6?6.3 μ m。
[0022]本發(fā)明將熔模制得的內(nèi)型芯與砂型制得的外模組合，解決了此類復雜薄壁殼體熔模鑄造模殼強度不足和砂型非加工面的鑄造尺寸精度和表面質(zhì)量差的問題；結(jié)合差壓成形技術，實現(xiàn)復雜薄壁殼體的整體鑄造成形，使其復雜型面的公差等級提高至少2?3等級，表面粗糙度降低，解決內(nèi)腔難加工問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本發(fā)明方法中內(nèi)型芯制作的示意圖，其中圖1(a)為采用熔模方式制備的薄壁殼體的蠟模1，圖1(b)表示蠟模內(nèi)表面單面掛砂，外表面附有起隔離作用的隔砂膜層2，圖1(c)為脫蠟并去除外表面隔砂膜層后的內(nèi)型芯3 ；
[0024]圖2是復合鑄型裝配示意圖。
[0025]圖中，1.蠟模，2.隔砂膜層，3.內(nèi)型芯，4.鑄件，5.外模。
【具體實施方式】
[0026]下面結(jié)合附圖和【具體實施方式】對本發(fā)明進行詳細說明。
[0027]本發(fā)明復雜薄壁殼體的復合鑄型成形方法，具體按照以下步驟實施:
[0028]步驟1:內(nèi)型芯3的制作，如圖1所示:
[0029]A、采用熔模鑄造方式制作薄壁殼體的蠟模I ;
[0030]B、根據(jù)蠟模I的外形形狀，在其外表面制作起隔離作用的隔砂膜層2，浸蘸涂料、掛砂，實現(xiàn)蠟模I內(nèi)表面單面掛砂；
[0031]C、脫蠟并去除外表面隔砂膜層2后，得到內(nèi)型芯3 ；
[0032]D、將內(nèi)型芯3在920?970°C進行焙燒。
[0033]步驟2:外模的制作
[0034]根據(jù)鑄件的特點進行澆冒系統(tǒng)設計，利用造型機制作帶有澆冒系統(tǒng)的呋喃樹脂砂外模5。
[0035]步驟3:復合鑄型裝配
[0036]如圖2所示，將內(nèi)型芯3的上定位芯頭(I )和下定位芯頭(II )分別以凹凸嵌入的方式裝配進外模5的上定位芯頭(III)和下定位芯頭(IV)，可以采用粘結(jié)劑對裝配面進行粘結(jié)，將裝配好的復合鑄型，在150?200°C預熱。
[0037]步驟4:復合鑄型成形
[0038]將預熱后的復合鑄型放入差壓成形設備成形，差壓工藝參數(shù)為:升液速度V#取20-40mm/s,充型壓力P取25_40KPa，充型速度￥$取25-40mm/s，結(jié)殼時間T1取2_4s，保壓時間 T2 取 230-250s。
[0039]步驟5:采用手工或機械清砂方式清理鑄件。
[0040]實施例1
[0041]采用熔模鑄造方式制作薄壁殼體的蠟模1，在其外表面制作起隔離作用的隔砂膜層2，浸蘸涂料、掛砂，實現(xiàn)蠟模I內(nèi)表面單面掛砂，脫蠟并去除外表面隔砂膜層后，得到內(nèi)型芯3，將內(nèi)型芯3在920°C進行焙燒。利用造型機制作帶有澆冒系統(tǒng)的呋喃樹脂砂外模5，將內(nèi)型芯3上定位芯頭(I )和下定位芯頭(II )與外模5的上定位芯頭(III)和下定位芯頭(IV)，對裝配面進行采用粘結(jié)劑粘結(jié)，將裝配好的復合鑄型，在150°C預熱。將預熱后的復合鑄型放入差壓成形設備成形，差壓工藝參數(shù)為:升液速度V#取20mm/s，充型壓力P取25KPa，充型速度￥$取25mm/s，結(jié)殼時間T1取2s，保壓時間T2取230s。制備的薄壁殼體具有良好的內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量。
[0042]實施例2
[0043]采用熔模鑄造方式制作薄壁殼體的蠟模1，在其外表面制作起隔離作用的隔砂膜層2，浸蘸涂料、掛砂，實現(xiàn)蠟模I內(nèi)表面單面掛砂，脫蠟并去除外表面隔砂膜層后，得到內(nèi)型芯3，將內(nèi)型芯3在950°C進行焙燒。利用造型機制作帶有澆冒系統(tǒng)的呋喃樹脂砂外模5，將內(nèi)型芯3上定位芯頭(I )和下定位芯頭(II )與外模5的上定位芯頭(III)和下定位芯頭(IV)，對裝配面進行采用粘結(jié)劑粘結(jié)，將裝配好的復合鑄型，在150°C預熱。將預熱后的復合鑄型放入差壓成形設備成形，差壓工藝參數(shù)為:升液速度30mm/s，充型壓力P取30KPa，充型速度￥$取30mm/s，結(jié)殼時間T1取3s，保壓時間T2取240s。制備的薄壁殼體具有良好的內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量。
[0044]實施例3
[0045]采用熔模鑄造方式制作薄壁殼體的蠟模1，在其外表面制作起隔離作用的隔砂膜層2，浸蘸涂料、掛砂，實現(xiàn)蠟模I內(nèi)表面單面掛砂，脫蠟并去除外表面隔砂膜層后，得到內(nèi)型芯3，將內(nèi)型芯3在970°C進行焙燒。利用造型機制作帶有澆冒系統(tǒng)的呋喃樹脂砂外模5，將內(nèi)型芯3上定位芯頭(I )和下定位芯頭(II )與外模5的上定位芯頭(III)和下定位芯頭(IV)，對裝配面進行采用粘結(jié)劑粘結(jié)，將裝配好的復合鑄型，在150°C預熱。將預熱后的復合鑄型放入差壓成形設備成形，差壓工藝參數(shù)為:升液速度V#取40mm/s，充型壓力P取40KPa，充型速度￥$取40mm/s，結(jié)殼時間T1取4s，保壓時間T2取250s。制備的薄壁殼體具有良好的內(nèi)部質(zhì)量和表面質(zhì)量。
[0046]1.利用砂型鑄造技術生產(chǎn)的鑄件公差等級一般能達到CT9?CT12，表面粗糙度一般可達12.5 μ m以上，難以滿足復雜型腔結(jié)構(gòu)件的高尺寸精度和表面質(zhì)量的要求，而利用熔模鑄造技術可以生產(chǎn)尺寸精度高、表面質(zhì)量好的鑄件，但對于尺寸較大的殼體類輕合金薄壁件，存在模殼強度不足、難排氣的問題，因此將熔模制得的內(nèi)型芯3與砂型制得的外模5裝配組合，解決了此類復雜薄壁殼體熔模鑄造模殼強度不足和砂型非加工面的鑄造尺寸精度和表面質(zhì)量差的問題。
[0047]結(jié)合差壓成形技術，實現(xiàn)復雜薄壁殼體的整體鑄造成形，可以減少針孔和外來夾雜等缺陷、提高鑄件的致密度、力學性能、尺寸精度和表面質(zhì)量。
[0048]2.本發(fā)明針對具有復雜內(nèi)腔結(jié)構(gòu)的薄壁殼體結(jié)構(gòu)零件，存在尺寸精度要求高，內(nèi)腔加工難度大的問題，因此通過熔模鑄造并對蠟模I的內(nèi)表面單面掛砂獲得復雜型面的內(nèi)型芯，確保精確成形復雜薄壁殼體內(nèi)腔結(jié)構(gòu)，解決了內(nèi)腔復雜結(jié)構(gòu)不易加工的難題，使其復雜型面的公差等級可達CT4?CT6,表面粗糙度可達Ra = 1.6?6.3 μ m。
[0049]3.本發(fā)明采用差壓工藝參數(shù)為:升液速度V升取20-40mm/s，充型壓力P取25-40KPa,充型速度V充取25-40mm/s，結(jié)殼時間T1取2_4s，保壓時間T2取230_250s。
[0050]升液速度V#、充型壓力P和充型速度太大時會加劇金屬液紊流，導致金屬液飛濺，甚至破壞鑄型型腔表面，產(chǎn)生夾渣，太小時則會導致縮孔、澆不足及冷隔缺陷。
[0051]結(jié)殼時間T1過短時，金屬液在壓力下易產(chǎn)生粘砂，不易清理，結(jié)殼時間T1過短長則導致金屬液結(jié)殼太厚，影響補縮，造成疏松、縮孔缺陷。
[0052]保壓時間T2不足時，鑄件得不到充分補縮，易出現(xiàn)縮松、縮孔缺陷，保壓時間T2過長時，易導致金屬液在升液管凝固，造成阻塞。
【權利要求】
1.一種復雜薄壁殼體的復合鑄型成形方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施: 步驟1:制作內(nèi)型芯⑶； 步驟2:制作外模(5)； 步驟3:復合鑄型裝配； 步驟4:復合鑄型成形； 步驟5:采用手工或機械清砂方式清理鑄件(4)。
2.根據(jù)權利要求1所述的復雜薄壁殼體的復合鑄型成形方法，其特征在于，所述的步驟I具體按照以下步驟實施: A、采用熔模鑄造方式制作薄壁殼體的蠟模(I)； B、根據(jù)蠟模(I)的外形形狀，在其外表面制作隔砂膜層(2)，浸蘸涂料、掛砂，實現(xiàn)蠟模(I)內(nèi)表面單面掛砂； C、脫蠟并去除外表面隔砂膜層(2)后，得到內(nèi)型芯(3); D、將內(nèi)型芯(3)在920?970°C進行焙燒。
3.根據(jù)權利要求1所述的復雜薄壁殼體的復合鑄型成形方法，其特征在于，所述的步驟2具體按照以下步驟實施:根據(jù)鑄件的特點進行澆冒系統(tǒng)設計，利用造型機制作帶有澆冒系統(tǒng)的呋喃樹脂砂外模(5)。
4.根據(jù)權利要求1所述的復雜薄壁殼體的復合鑄型成形方法，其特征在于，所述的步驟3具體按照以下步驟實施:將內(nèi)型芯(3)的上定位芯頭和下定位芯頭分別以凹凸嵌入的方式裝配進外模(5)的上定位芯頭和下定位芯頭，采用粘結(jié)劑對裝配面進行粘結(jié)，將裝配好的復合鑄型，在150?200°C預熱。
5.根據(jù)權利要求1所述的復雜薄壁殼體的復合鑄型成形方法，其特征在于，所述的步驟4具體按照以下步驟實施:將預熱后的復合鑄型放入差壓成形設備成形，差壓工藝參數(shù)為:升液速度^^取20-40mm/s，充型壓力P取25_40KPa，充型速度￥$取25-40mm/s，結(jié)殼時間T1取2-4s，保壓時間T2取230-250s。
【文檔編號】B22C9/24GK104190875SQ201410465373
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月12日 優(yōu)先權日:2014年9月12日
【發(fā)明者】王慧梅, 余申衛(wèi), 汪勇, 范玉虎, 付淑艷 申請人:中國船舶重工集團公司第十二研究所