利用液電效應加速脫芯脫除速率的工藝及其專用高溫高壓脫芯釜的製作方法

2023-05-23 20:38:46 1

專利名稱：利用液電效應加速脫芯脫除速率的工藝及其專用高溫高壓脫芯釜的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種熔模精密鑄造陶瓷型芯脫除工藝及其裝置，特別是涉及一種高溫高壓脫除陶瓷型芯的工藝及其裝置。
背景技術：
隨著熔模鑄造技術的發展，具有複雜形狀內腔的鑄件大量出現，然而大量複雜的內腔需要用型芯來形成，型芯分為砂芯和陶瓷芯，砂芯的強度較低，形成鑄件內腔的表面粗糙度較大，但砂芯用機械振動就可以脫除，目前僅用於大型的砂型鑄件中。陶瓷芯用於大量的對型腔內表面要求較高的小型鑄件中，尤其是發動機的空心葉片。陶瓷型芯的強度較高，耐腐蝕較好，目前複雜陶瓷型芯的脫除幾乎都用鹼腐蝕的方法，腐蝕時間較 長，少則幾十個小時，多則幾百個小時，因此陶瓷型芯脫除已成為制約陶瓷型芯應用的重要環節。為了解決陶瓷型芯的脫除，科研工作者們進行了大量的研究，利用高溫高壓加速了陶瓷的腐蝕反應速率，發明了高溫高壓鹼煮工藝。利用這種工藝基本上解決了矽基的陶瓷型芯脫除問題，實現大規模工藝生產，然而對於鋁基型芯仍然需要幾十至幾百小時。為了進一步加速型芯的脫除速率，有報導稱俄羅斯採用超聲波來加速反應過程，然而超聲波很難再高溫中使用，因此這項技術目前在國內還未見用於工業生產。縱觀前人的研究可以得出，研究者一直試圖通過改善腐蝕環境來加速型芯的脫除，然而對於腐蝕界面而未進行認真的考慮。由於陶瓷型芯一般用於形成複雜的小型內腔，小型複雜的內腔不利於新鮮鹼液的滲入，腐蝕後的陶瓷顆粒又不容易從複雜的小型腔中流出，型腔越深、形狀越複雜、孔徑越小，越不容易流出，這樣就阻遏了新鮮的鹼液抵達腐蝕界面，腐蝕也就停止，人們通過停爐後清洗再入爐腐蝕的方法來使鹼液抵達界面，這樣來回反覆幾次，導致腐蝕脫芯時間長達20多天。高壓強電場通過液體，由於巨大的能量瞬間釋放於放電通道內，引發幾萬度以上的高溫和幾千個大氣壓以上的壓力，使通道中的液體迅速汽化、膨脹、產生激波和聲空化。這就是所謂的液電效應，液電效應已廣泛應用於液電成型、液電清砂、石油開採等眾多領域。目前還沒用報導將液電效應應用於陶瓷型芯脫除過程中。

發明內容
為了解決現有技術問題，本發明的目的在於克服已有技術存在的缺陷，提供一種利用液電效應加速脫芯脫除速率的工藝及其專用液電效應高溫高壓脫芯釜，通過液電效應加速陶瓷型芯脫除過程，並適用於工業生產。為達到上述發明目的，本發明採用下述技術方案
一種利用液電效應加速脫芯脫除速率的工藝，包括鑄件的型芯的腐蝕脫除過程和鑄件的內腔的清洗過程，鑄件的型芯的腐蝕脫除過程和鑄件的內腔的清洗過程同時進行，即為在設定的溫度和壓力環境下，向液體腐蝕介質中不斷地間隙施加高壓脈衝電流，通過液電效應使液體腐蝕介質迅速汽化、膨脹、產生激波或發生空化，對鑄件的型芯進行腐蝕化學反應和物理衝刷，使腐蝕後的產物從鑄件的型腔流出，在鑄件的型腔內不斷形成新的鑄件的型芯腐蝕界面，加速鑄件的型芯脫除。本發明所施加的高壓脈衝電流的電流強度為100 5000A，其電壓為I 24V。在本發明鑄件的型芯的腐蝕脫除過程中和在鑄件的內腔的清洗過程中，待脫除型芯的鑄件處於100 500°C的溫度和O IOMPa的壓力環境下。本發明還提供了一種利用液電效應加速脫芯脫除速率的工藝的專用液電效應高溫高壓脫芯釜，在脫芯釜內設有腐蝕液池，料框內裝載待脫除型芯的鑄件，使料框裝載的鑄件完全浸入腐蝕液池中，在鑄件的上方還布置電極，電極的底端也浸入腐蝕液池中，電極與料框內裝載的鑄件不接觸，電極的頂端連接高壓脈衝電源，腐蝕液池接地，控制高壓脈衝電源向腐蝕液池不斷地間隙施加高壓脈衝電流，在設定的溫度和壓力環境下，通過液電效應使腐蝕液池中的液體腐蝕介質迅速汽化、膨脹、產生激波或發生空化，對鑄件的型芯進行腐蝕化學反應和物理衝刷，使腐蝕後的產物從鑄件的型腔流出，在鑄件的型腔內不斷形成新 的鑄件的型芯腐蝕界面，加速鑄件的型芯脫除。在本發明液電效應高溫高壓脫芯釜中，高壓脈衝電源輸出的高壓脈衝電流的電流強度為100 5000A，其電壓為I 24V。在本發明高溫高壓脫芯釜內，溫度為100 500°C，壓力為O lOMPa。本發明與現有技術相比較，具有如下顯而易見的突出實質性特點和顯著優點
I.本發明利用液電效應加速脫芯速率，將型芯的脫除和鑄件的內腔的清洗同時進行，在型芯腐蝕脫除的過程中不斷的間隙施加高壓脈衝電流，利用液電效應促使腐蝕後的產物流出內腔，不斷的形成新鮮的腐蝕界面，加速型芯脫除。2.本發明工藝簡捷，設備簡單，易於實現工業生產，成本低，型芯脫除效率高。


圖I是本發明實施例一的液電效應高溫高壓脫芯釜的結構示意圖。
具體實施例方式結合附圖，對本發明的優選實施例詳述如下
實施例一
參見圖1，在本實施例中，在液電效應高溫高壓脫芯釜內設有腐蝕液池4，料框2內裝載待脫除型芯的鑄件3，使料框2裝載的鑄件3完全浸入腐蝕液池4中，在鑄件3的上方還布置電極1，電極I的底端也浸入腐蝕液池4中，電極I與料框2內裝載的鑄件3不接觸，電極I的頂端連接高壓脈衝電源5，腐蝕液池4接地，控制高壓脈衝電源5向腐蝕液池4不斷地間隙施加高壓脈衝電流，在設定的溫度和壓力環境下，通過液電效應使腐蝕液池4中的液體腐蝕介質迅速汽化、膨脹、產生激波或發生空化，對鑄件3的型芯進行腐蝕化學反應和物理衝刷，使腐蝕後的產物從鑄件3的型腔流出，在鑄件3的型腔內不斷形成新的鑄件的型芯腐蝕界面，加速鑄件3的型芯脫除。在本實施例中，將含有矽基陶瓷型芯的鑄件3裝入料框2中，並一起放入高溫高壓脫芯釜的腐蝕液池4中，腐蝕液池4中的液體腐蝕介質為鹼液，鹼液成分為20%Na0H和KOH的混合液，其中NaOH =KOH為I: I。在鑄件3的正上方布置好電極1，蓋好高溫高壓脫芯爸，通電加熱，溫度升至170攝氏度，壓力達O. 5MPa時，保溫保壓30分鐘後，接通高壓脈衝電源5，施加高壓脈衝電流10分鐘，產生液電效應，利用液電效應的激波、空化等效應促使腐蝕後的腐蝕產物流出鑄件內腔，形成新鮮腐蝕界面，根據鑄件內腔的大小、複雜程度，如此反覆進行，就可以實現型芯的脫除，大大提高脫除效率。實施例二
本實施例與實施例一基本相同，特別之處在於
在本實施例中，將含有鋁基陶瓷型芯的鑄件裝入料框2，並一起放入高溫高壓脫芯釜的腐蝕液池4中，鹼液成分為25%Na0H水溶液。也在鑄件3的正上方布置好電極1，蓋好高溫高壓脫芯釜，通電加熱，到溫度升至200攝氏度，壓力達O. 7MPa時，保溫保壓I小時後，接通高壓脈衝電源5，每隔半小時施加高壓脈衝電流10分鐘，連續時間3次，產生液電效應，利用液電效應的激波、空化等效應促使腐蝕後的腐蝕產物流出鑄件內腔，形成新鮮腐蝕界面，根 據鑄件內腔的大小、複雜程度，如此反覆進行，就可以實現型芯的脫除，大大提高脫除效率。上面結合附圖對本發明實施例進行了說明，但本發明不限於上述實施例，還可以根據本發明的發明創造的目的做出多種變化，凡依據本發明技術方案的精神實質和原理下做的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式，只要符合本發明的發明目的，只要不背離本發明利用液電效應加速脫芯脫除速率的工藝及其專用液電效應高溫高壓脫芯釜的技術原理和發明構思，都屬於本發明的保護範圍。
權利要求
1.一種利用液電效應加速脫芯脫除速率的工藝，包括鑄件的型芯的腐蝕脫除過程和鑄件的內腔的清洗過程，其特徵在於鑄件的型芯的腐蝕脫除過程和鑄件的內腔的清洗過程同時進行，即為在設定的溫度和壓力環境下，向液體腐蝕介質中不斷地間隙施加高壓脈衝電流，通過液電效應使液體腐蝕介質迅速汽化、膨脹、產生激波或發生空化，對鑄件的型芯進行腐蝕化學反應和物理衝刷，使腐蝕後的產物從鑄件的型腔流出，在鑄件的型腔內不斷形成新的鑄件的型芯腐蝕界面，加速鑄件的型芯脫除。
2.根據權利要求I所述的利用液電效應加速脫芯脫除速率的工藝，其特徵在於所施加的高壓脈衝電流的電流強度為100 5000A，其電壓為I 24V。
3.根據權利要求I或2所述的利用液電效應加速脫芯速率的工藝，其特徵在於在鑄件的型芯的腐蝕脫除過程中和在鑄件的內腔的清洗過程中，待脫除型芯的鑄件處於100 500°C的溫度和O IOMPa的壓力環境下。
4.一種權利要求I所述的利用液電效應加速脫芯脫除速率的工藝的專用液電效應高溫高壓脫芯釜，在脫芯釜內設有腐蝕液池(4)，料框(2)內裝載待脫除型芯的鑄件(3)，使所述料框(2)裝載的所述鑄件(3)完全浸入所述腐蝕液池(4)中，其特徵在於在所述鑄件(3)的上方還布置電極(1)，所述電極(I)的底端也浸入所述腐蝕液池(4)中，所述電極(I)與所述料框(2 )內裝載的所述鑄件(3 )不接觸，所述電極(I)的頂端連接高壓脈衝電源(5 )，所述腐蝕液池(4)接地，控制所述高壓脈衝電源(5)向所述腐蝕液池(4)不斷地間隙施加高壓脈衝電流，在設定的溫度和壓力環境下，通過液電效應使所述腐蝕液池(4)中的液體腐蝕介質迅速汽化、膨脹、產生激波或發生空化，對所述鑄件(3)的型芯進行腐蝕化學反應和物理衝刷，使腐蝕後的產物從所述鑄件(3)的型腔流出，在所述鑄件(3)的型腔內不斷形成新的鑄件的型芯腐蝕界面，加速所述鑄件(3)的型芯脫除。
5.根據權利要求4所述的液電效應高溫高壓脫芯釜，其特徵在於所述高壓脈衝電源(5)輸出的高壓脈衝電流的電流強度為100 5000A，其電壓為I 24V。
6.根據權利要求4或5所述的液電效應高溫高壓脫芯釜，其特徵在於在高溫高壓脫芯釜內，溫度為100 500°C，壓力為O lOMPa。
全文摘要
本發明公開了一種利用液電效應加速脫芯脫除速率的工藝，鑄件的型芯的腐蝕脫除過程和鑄件的內腔的清洗過程同時進行，即在設定的溫度和壓力環境下，向液體腐蝕介質中不斷地間隙施加高壓脈衝電流，通過液電效應使液體腐蝕介質迅速汽化、膨脹、產生激波或發生空化，對鑄件的型芯進行腐蝕化學反應和物理衝刷，使腐蝕後的產物從鑄件的型腔流出，在鑄件的型腔內不斷形成新的鑄件的型芯腐蝕界面，加速鑄件的型芯脫除。本發明還公開了一種液電效應高溫高壓脫芯釜，在鑄件的上方布置電極，電極的底端也浸入腐蝕液池中，電極與料框內裝載的鑄件不接觸，電極的頂端連接高壓脈衝電源，腐蝕液池接地，控制高壓脈衝電源向腐蝕液池不斷地間隙施加高壓脈衝電流。
文檔編號B22D29/00GK102896306SQ20121039085
公開日2013年1月30日 申請日期2012年10月16日 優先權日2012年10月16日
發明者餘建波, 任忠鳴, 鄧康, 李霞 申請人:上海大學