一種複雜薄壁殼體的複合鑄型成形方法
2023-04-23 22:55:11 1
一種複雜薄壁殼體的複合鑄型成形方法
【專利摘要】本發明公開的一種複雜薄壁殼體的複合鑄型成形方法，具體按照以下步驟實施：製作內型芯；製作外模；複合鑄型裝配；複合鑄型成形；採用手工或機械清砂方式清理鑄件。本發明複雜薄壁殼體的複合鑄型成形方法，將熔模製得的型芯與砂型製得的外模和澆注系統組合，解決了此類複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量差的問題；結合差壓成形技術，實現複雜薄壁殼體的整體鑄造成形，使其複雜型面的公差等級提高至少2～3等級，表面粗糙度降低，解決內腔難加工問題。
【專利說明】一種複雜薄壁殼體的複合鑄型成形方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於鑄造成形【技術領域】，涉及一種採用差壓工藝的熔模鑄造、砂型鑄造相結合的複合鑄型成形工藝方法，具體涉及一種複雜薄壁殼體的複合鑄型成形方法。
【背景技術】
[0002]對於具有高內部質量和表面質量要求，同時追求最小結構重量的殼體類輕合金薄壁件(壁厚5?10mm，直徑200?500mm)，採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、提高鑄件的緻密度、力學性能、尺寸精度和表面質量。但是，採用砂型鑄造製作鑄型，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，難以滿足複雜型腔結構件(曲線型面、多筋多凸臺、結構大、加工難度大)的高尺寸精度和表面質量的要求。
[0003]熔模鑄造，是一種少切削或無切削的鑄造工藝，是鑄造行業中的一項優異的工藝技術。它不僅適用於各種類型、各種合金的鑄造，而且生產出的鑄件尺寸精度、表面質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於鑄得的複雜、不易加工的鑄件。
[0004]但是由於熔模和型殼的強度及耐火塗料的塗敷工藝所限，目前對於結構尺寸較大的鑄件仍存在很大的難度。而且在制殼過程中，對於鑄件上厚大部分的熱節，由於塗制工藝的限制，也不宜開設複雜的澆注系統和較大的冒口或採用冷鐵用於熱節的補縮和激冷。因而對於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。
【發明內容】
[0005]本發明的目的是提供一種複雜薄壁殼體的複合鑄型成形方法，通過熔模鑄造製得複雜型面的型芯，提高鑄件的尺寸精度和表面質量；採用砂型鑄造製得外模，便於澆注系統布置和在熱節部位放置冷鐵，有利於充形過程的排氣，同時有利於控制凝固方向——從上到下、從裡到外凝固，避免成形過程的熱裂紋出現。
[0006]本發明所採用的技術方案是，一種複雜薄壁殼體的複合鑄型成形方法，具體按照以下步驟實施:
[0007]步驟1:製作內型芯；
[0008]步驟2:製作外模；
[0009]步驟3:複合鑄型裝配；
[0010]步驟4:複合鑄型成形；
[0011]步驟5:採用手工或機械清砂方式清理鑄件。
[0012]本發明的特點還在於，
[0013]其中的步驟I具體按照以下步驟實施:
[0014]A、採用熔模鑄造方式製作薄壁殼體的蠟模；
[0015]B、根據蠟模的外形形狀，在其外表面製作隔砂膜層，浸蘸塗料、掛砂，實現蠟模內表面單面掛砂；
[0016]C、脫蠟並去除外表面隔砂膜層後，得到內型芯；
[0017]D、將內型芯在920?970°C進行焙燒。
[0018]其中的步驟2具體按照以下步驟實施:根據鑄件的特點進行澆冒系統設計，利用造型機製作帶有澆冒系統的呋喃樹脂砂外模。
[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，採用粘結劑對裝配面進行粘結，將裝配好的複合鑄型，在150?200°C預熱。
[0020]其中的步驟4具體按照以下步驟實施:將預熱後的複合鑄型放入差壓成形設備成形，差壓工藝參數為: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，結殼時間T1取2_4s，保壓時間T2取230_250s。
[0021]本發明與現有技術相比具有以下有益效果:本發明採用了熔模型芯、砂型外模、差壓成形工藝技術，既能夠成型複雜薄壁殼體結構零件(曲線型面、多筋多凸臺、結構大、力口工難度大，有著嚴格的尺寸精度等要求)，又能夠提高表面質量和內部質量以及尺寸精度，使其複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]本發明將熔模製得的內型芯與砂型製得的外模組合，解決了此類複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量差的問題；結合差壓成形技術，實現複雜薄壁殼體的整體鑄造成形，使其複雜型面的公差等級提高至少2?3等級，表面粗糙度降低，解決內腔難加工問題。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是本發明方法中內型芯製作的示意圖，其中圖1(a)為採用熔模方式製備的薄壁殼體的蠟模1，圖1(b)表示蠟模內表面單面掛砂，外表面附有起隔離作用的隔砂膜層2，圖1(c)為脫蠟並去除外表面隔砂膜層後的內型芯3 ；
[0024]圖2是複合鑄型裝配示意圖。
[0025]圖中，1.蠟模，2.隔砂膜層，3.內型芯，4.鑄件，5.外模。
【具體實施方式】
[0026]下面結合附圖和【具體實施方式】對本發明進行詳細說明。
[0027]本發明複雜薄壁殼體的複合鑄型成形方法，具體按照以下步驟實施:
[0028]步驟1:內型芯3的製作，如圖1所示:
[0029]A、採用熔模鑄造方式製作薄壁殼體的蠟模I ;
[0030]B、根據蠟模I的外形形狀，在其外表面製作起隔離作用的隔砂膜層2，浸蘸塗料、掛砂，實現蠟模I內表面單面掛砂；
[0031]C、脫蠟並去除外表面隔砂膜層2後，得到內型芯3 ；
[0032]D、將內型芯3在920?970°C進行焙燒。
[0033]步驟2:外模的製作
[0034]根據鑄件的特點進行澆冒系統設計，利用造型機製作帶有澆冒系統的呋喃樹脂砂外模5。
[0035]步驟3:複合鑄型裝配
[0036]如圖2所示，將內型芯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)，可以採用粘結劑對裝配面進行粘結，將裝配好的複合鑄型，在150?200°C預熱。
[0037]步驟4:複合鑄型成形
[0038]將預熱後的複合鑄型放入差壓成形設備成形，差壓工藝參數為:升液速度V#取20-40mm/s,充型壓力P取25_40KPa，充型速度￥$取25-40mm/s，結殼時間T1取2_4s，保壓時間 T2 取 230-250s。
[0039]步驟5:採用手工或機械清砂方式清理鑄件。
[0040]實施例1
[0041]採用熔模鑄造方式製作薄壁殼體的蠟模1，在其外表面製作起隔離作用的隔砂膜層2，浸蘸塗料、掛砂，實現蠟模I內表面單面掛砂，脫蠟並去除外表面隔砂膜層後，得到內型芯3，將內型芯3在920°C進行焙燒。利用造型機製作帶有澆冒系統的呋喃樹脂砂外模5，將內型芯3上定位芯頭(I )和下定位芯頭(II )與外模5的上定位芯頭(III)和下定位芯頭(IV)，對裝配面進行採用粘結劑粘結，將裝配好的複合鑄型，在150°C預熱。將預熱後的複合鑄型放入差壓成形設備成形，差壓工藝參數為:升液速度V#取20mm/s，充型壓力P取25KPa，充型速度￥$取25mm/s，結殼時間T1取2s，保壓時間T2取230s。製備的薄壁殼體具有良好的內部質量和表面質量。
[0042]實施例2
[0043]採用熔模鑄造方式製作薄壁殼體的蠟模1，在其外表面製作起隔離作用的隔砂膜層2，浸蘸塗料、掛砂，實現蠟模I內表面單面掛砂，脫蠟並去除外表面隔砂膜層後，得到內型芯3，將內型芯3在950°C進行焙燒。利用造型機製作帶有澆冒系統的呋喃樹脂砂外模5，將內型芯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)，對裝配面進行採用粘結劑粘結，將裝配好的複合鑄型，在150°C預熱。將預熱後的複合鑄型放入差壓成形設備成形，差壓工藝參數為:升液速度30mm/s，充型壓力P取30KPa，充型速度￥$取30mm/s，結殼時間T1取3s，保壓時間T2取240s。製備的薄壁殼體具有良好的內部質量和表面質量。
[0044]實施例3
[0045]採用熔模鑄造方式製作薄壁殼體的蠟模1，在其外表面製作起隔離作用的隔砂膜層2，浸蘸塗料、掛砂，實現蠟模I內表面單面掛砂，脫蠟並去除外表面隔砂膜層後，得到內型芯3，將內型芯3在970°C進行焙燒。利用造型機製作帶有澆冒系統的呋喃樹脂砂外模5，將內型芯3上定位芯頭(I )和下定位芯頭(II )與外模5的上定位芯頭(III)和下定位芯頭(IV)，對裝配面進行採用粘結劑粘結，將裝配好的複合鑄型，在150°C預熱。將預熱後的複合鑄型放入差壓成形設備成形，差壓工藝參數為:升液速度V#取40mm/s，充型壓力P取40KPa，充型速度￥$取40mm/s，結殼時間T1取4s，保壓時間T2取250s。製備的薄壁殼體具有良好的內部質量和表面質量。
[0046]1.利用砂型鑄造技術生產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，難以滿足複雜型腔結構件的高尺寸精度和表面質量的要求，而利用熔模鑄造技術可以生產尺寸精度高、表面質量好的鑄件，但對於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，因此將熔模製得的內型芯3與砂型製得的外模5裝配組合，解決了此類複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量差的問題。
[0047]結合差壓成形技術，實現複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、提高鑄件的緻密度、力學性能、尺寸精度和表面質量。
[0048]2.本發明針對具有複雜內腔結構的薄壁殼體結構零件，存在尺寸精度要求高，內腔加工難度大的問題，因此通過熔模鑄造並對蠟模I的內表面單面掛砂獲得複雜型面的內型芯，確保精確成形複雜薄壁殼體內腔結構，解決了內腔複雜結構不易加工的難題，使其複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.本發明採用差壓工藝參數為: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，產生夾渣，太小時則會導致縮孔、澆不足及冷隔缺陷。
[0051]結殼時間T1過短時，金屬液在壓力下易產生粘砂，不易清理，結殼時間T1過短長則導致金屬液結殼太厚，影響補縮，造成疏鬆、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】
1.一種複雜薄壁殼體的複合鑄型成形方法，其特徵在於，具體按照以下步驟實施: 步驟1:製作內型芯⑶； 步驟2:製作外模(5)； 步驟3:複合鑄型裝配； 步驟4:複合鑄型成形； 步驟5:採用手工或機械清砂方式清理鑄件(4)。
2.根據權利要求1所述的複雜薄壁殼體的複合鑄型成形方法，其特徵在於，所述的步驟I具體按照以下步驟實施: A、採用熔模鑄造方式製作薄壁殼體的蠟模(I)； B、根據蠟模(I)的外形形狀，在其外表面製作隔砂膜層(2)，浸蘸塗料、掛砂，實現蠟模(I)內表面單面掛砂； C、脫蠟並去除外表面隔砂膜層(2)後，得到內型芯(3); D、將內型芯(3)在920?970°C進行焙燒。
3.根據權利要求1所述的複雜薄壁殼體的複合鑄型成形方法，其特徵在於，所述的步驟2具體按照以下步驟實施:根據鑄件的特點進行澆冒系統設計，利用造型機製作帶有澆冒系統的呋喃樹脂砂外模(5)。
4.根據權利要求1所述的複雜薄壁殼體的複合鑄型成形方法，其特徵在於，所述的步驟3具體按照以下步驟實施:將內型芯(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，採用粘結劑對裝配面進行粘結，將裝配好的複合鑄型，在150?200°C預熱。
5.根據權利要求1所述的複雜薄壁殼體的複合鑄型成形方法，其特徵在於，所述的步驟4具體按照以下步驟實施:將預熱後的複合鑄型放入差壓成形設備成形，差壓工藝參數為: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 優先權日:2014年9月12日
【發明者】王慧梅, 餘申衛, 汪勇, 範玉虎, 付淑豔 申請人:中國船舶重工集團公司第十二研究所