一种整体叶轮树脂砂和金属型复合铸型及制备方法技术

本发明专利技术属于铝合金精密凝固成形制造技术，涉及一种整体叶轮树脂砂和金属型复合铸型及制备方法。本发明专利技术的复合铸型包括金属型外环(8)、芯头排气孔芯杆(9)、上轮缘排气孔芯杆(10)、金属型顶环(11)和浇道型芯。本发明专利技术的制备步骤为：备料；混料；制备上砂箱；制备下砂箱；涂刷涂料；烘烤干燥；组合铸型。本发明专利技术提出了一种整体叶轮树脂砂和金属型复合铸型及制备方法，避免了铸件出现夹渣、气孔及冷隔等冶金缺陷；提高了铸件的综合力学性能、冶金质量与尺寸精度；满足了大型薄壁叶轮铝合金铸件的使用要求。

An integral impeller resin sand and metal type composite casting and preparation method

【技术实现步骤摘要】
一种整体叶轮树脂砂和金属型复合铸型及制备方法
本专利技术属于铝合金精密凝固成形制造技术，涉及一种整体叶轮树脂砂和金属型复合铸型及制备方法。
技术介绍
近年来，随着冶金、化工、机械制造与石油等重型工业产业的迅猛发展，对铝合金材料结构制件的需求数量日益增加。铝合金由于比强度高、成形性好、焊接性优、抗冲击性和耐腐蚀性佳等一系列优点，成为超高比强度材料的选材之一。大型曲面叶轮铝合金铸件由于结构复杂且曲面形状较多，采用机械加工制造时存在着加工周期长、制造成本高、加工制造合格率低与合金材料利用率低等工艺缺点，因此优先选用传统的凝固成形制造方法进行批量化研制生产。大型曲面叶轮铝合金铸件在航空航天领域已得到了广泛的应用，加工制造技术也日臻完善，其中针对整体壁厚为6mm～8mm的薄壁曲面叶轮铝合金铸件，广泛采用金属型整体精密凝固成形加工制造，以用来替代过去广泛采用的钣金组合件或钣金机加组合件，这类铸件的最大轮廓尺寸可达到800mm左右，对铸件的冶金质量与尺寸精度要求都较高，选用金属型凝固成形制造时可以有效提高叶轮铸件的综合力学性能，但在成形整体壁厚为2mm～5mm的薄壁叶轮铝合金铸件时，选用金属型凝固成形加工制造工艺时易出现夹渣、气孔及冷隔等冶金缺陷。对于整体壁厚为3mm～5mm、最大轮廓尺寸达到600mm左右的薄壁曲面叶轮铝合金铸件，可以采用整体精密树脂砂铸型进行凝固成形，与金属型凝固成形相比，树脂砂铸型凝固成形制造的铝合金铸件，其综合力学性能、冶金质量与尺寸精度有所降低。采用熔模壳型铸造大型曲面叶轮铝合金铸件时，大尺寸蜡模难以压制且大型熔模型壳在制备与热烘烤过程中极易变形，熔模壳型的透气性差、散热慢，虽可以整体成形壁厚为2mm～4mm的薄壁曲面叶轮铝合金铸件，但铸件的冶金质量差且综合力学性能不高，无法满足大型薄壁叶轮铝合金铸件的使用要求。
技术实现思路
本专利技术的目的是：提出一种整体叶轮树脂砂和金属型复合铸型及制备方法，以便避免铸件出现夹渣、气孔及冷隔等冶金缺陷；提高铸件的综合力学性能、冶金质量与尺寸精度；满足大型薄壁叶轮铝合金铸件的使用要求。本专利技术的技术方案是：一种整体叶轮树脂砂和金属型复合铸型，所铸造的整体叶轮包括上轮缘1、叶片2、下轮缘3和轮毂4；上轮缘1是一个圆环，下轮缘3是一个圆板，轮毂4位于下轮缘3的中心，叶片2位于上轮缘1和下轮缘3之间并沿圆周均布，叶片2的上端与上轮缘1的下表面连接为整体，叶片2的下端与下轮缘3的上表面连接为整体；所述的树脂砂和金属型复合铸型包括树脂砂型芯，树脂砂型芯包括内芯环5、叶片型腔6和型芯座7；内芯环5的外表面即上轮缘1的内表面，型芯座7的下表面即下轮缘3的上表面；其特征在于：还包括金属型外环8、芯头排气孔芯杆9、上轮缘排气孔芯杆10、金属型顶环11和浇道型芯，金属型外环8是一个圆环，树脂砂型芯位于金属型外环8的内孔中，芯头排气孔芯杆9是圆柱形杆，它位于轮毂4的上方并沿圆周均布；上轮缘排气孔芯杆10也是圆柱形杆，它位于内芯环5的上方并沿内芯环5的圆周均布；金属型顶环11是一个圆环，金属型顶环11位于上轮缘排气孔芯杆10的内侧、内芯环5的上表面上；浇道型芯包括内浇口型芯12a、十字形横浇道型芯12b和环状横浇道型芯12c；复合铸型完成造型后，内浇口型芯12a所在型腔的上端与十字形横浇道型芯12b所在型腔的内端连通，十字形横浇道型芯12b所在型腔的外端与环状横浇道型芯12c的所在型腔连通，环状横浇道型芯12c的所在型腔与叶片型腔6的下端连通。如上面所述的整体叶轮树脂砂和金属型复合铸型的制备方法，其特征在于，制备的步骤如下：1、备料：准备70目～140目铸造硅砂、亚斯兰5140和亚斯兰5132树脂、铸造ZA3造型涂料；2、混料：称重至少120Kg的铸造硅砂，先添加占铸造硅砂总重0.4％～0.5％的亚斯兰5140树脂，采用碗式混砂机均匀搅拌3min～4min，再添加占铸造硅砂总重0.3％～0.4％的亚斯兰5132树脂，采用碗式混砂机均匀搅拌3min～4min，得到造型砂料；3、制备上砂箱：以金属型外环8的上表面为砂箱分型面，依次将芯头排气孔芯杆9、上轮缘排气孔芯杆10与金属型顶环11放入上砂箱中，之后将造型砂料填充至上砂箱中，将上砂箱放置于常温下，硬化18min～45min，然后，依次抽出芯头排气孔芯杆9、上轮缘排气孔芯杆10与金属型顶环11，形成上砂箱；4、制备下砂箱：将浇道型芯放入下砂箱中，之后将造型砂料填充至下砂箱中，将下砂箱放置于常温下硬化18min～45min，然后，抽出浇道型芯，形成下砂箱；5、涂刷涂料：采用刷子分别对上砂箱与下砂箱的型芯外表面涂刷铸造ZA3造型涂料，涂刷完毕后采用喷灯烘烤2min～3min，烘烤完毕后采用600目砂纸手工打磨型芯表面；6、烘烤干燥：采用喷灯烘烤金属型外环8、金属型顶环11、上砂箱、下砂箱与树脂砂型芯，以有效脱除表面水分；7、组合铸型：将树脂砂型芯放置于下砂箱的定位芯头座内，之后采用粘结剂将金属型外环8、金属型顶环11与树脂砂型芯粘结在一起，再盖上上砂箱，形成复合铸型。本专利技术的优点是：提出了一种整体叶轮树脂砂和金属型复合铸型及制备方法，避免了铸件出现夹渣、气孔及冷隔等冶金缺陷；提高了铸件的综合力学性能、冶金质量与尺寸精度；满足了大型薄壁叶轮铝合金铸件的使用要求。附图说明图1是一种整体叶轮的结构示意图。图2是上述整体叶轮的树脂砂型芯的结构示意图。图3是本专利技术未填充造型砂料前上砂箱内部的结构示意图。图4是本专利技术未填充造型砂料前下砂箱内部的结构示意图。具体实施方式下面对本专利技术做进一步详细说明。参见图1至图4，一种整体叶轮树脂砂和金属型复合铸型，所铸造的整体叶轮包括上轮缘1、叶片2、下轮缘3和轮毂4；上轮缘1是一个圆环，下轮缘3是一个圆板，轮毂4位于下轮缘3的中心，叶片2位于上轮缘1和下轮缘3之间并沿圆周均布，叶片2的上端与上轮缘1的下表面连接为整体，叶片2的下端与下轮缘3的上表面连接为整体；所述的树脂砂和金属型复合铸型包括树脂砂型芯，树脂砂型芯包括内芯环5、叶片型腔6和型芯座7；内芯环5的外表面即上轮缘1的内表面，型芯座7的下表面即下轮缘3的上表面；其中内芯环5、叶片型腔6与型芯座7为整体结构，用于整体成形制造叶轮铸件的叶片结构，与常规分块铸型装配制造相比，可明显提高叶轮铸件叶片结构的尺寸一致性与精密度；其特征在于：还包括金属型外环8、芯头排气孔芯杆9、上轮缘排气孔芯杆10、金属型顶环11和浇道型芯，金属型外环8是一个圆环，树脂砂型芯位于金属型外环8的内孔中，芯头排气孔芯杆9是圆柱形杆，它位于轮毂4的上方并沿圆周均布；上轮缘排气孔芯杆10也是圆柱形杆，它位于内芯环5的上方并沿内芯环5的圆周均布；金属型顶环11是一个圆环，金属型顶环11位于上轮缘排气孔芯杆10的内侧、内芯环5的上表面上；其中金属型外环8位于叶轮铸件型腔的外侧面，可提供自外向内的凝固冷却温度梯度，利于熔体补缩；芯头排气孔芯杆9与上轮缘排气孔芯杆10的设置便于合金熔体在低压充型过程，型腔内的气体沿芯头排气孔与上轮缘排气孔自下而上顺利排出铸型之外，提高铸件内部的致密度，避免产生针孔与疏松缺陷；合金熔体低压充型完成后，金属型顶环11的设置可为合金熔体提供自上而下的凝固温度梯度，细化凝固本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种整体叶轮树脂砂和金属型复合铸型，所铸造的整体叶轮包括上轮缘(1)、叶片(2)、下轮缘(3)和轮毂(4)；上轮缘(1)是一个圆环，下轮缘(3)是一个圆板，轮毂(4)位于下轮缘(3)的中心，叶片(2)位于上轮缘(1)和下轮缘(3)之间并沿圆周均布，叶片(2)的上端与上轮缘(1)的下表面连接为整体，叶片(2)的下端与下轮缘(3)的上表面连接为整体；所述的树脂砂和金属型复合铸型包括树脂砂型芯，树脂砂型芯包括内芯环(5)、叶片型腔(6)和型芯座(7)；内芯环(5)的外表面即上轮缘(1)的内表面，型芯座(7)的下表面即下轮缘(3)的上表面；其特征在于：还包括金属型外环(8)、芯头排气孔芯杆(9)、上轮缘排气孔芯杆(10)、金属型顶环(11)和浇道型芯；金属型外环(8)是一个圆环，树脂砂型芯位于金属型外环(8)的内孔中，芯头排气孔芯杆(9)是圆柱形杆，它位于轮毂(4)的上方并沿圆周均布；上轮缘排气孔芯杆(10)也是圆柱形杆，它位于内芯环(5)的上方并沿内芯环(5)的圆周均布；金属型顶环(11)是一个圆环，金属型顶环(11)位于上轮缘排气孔芯杆(10)的内侧、内芯环(5)的上表面上；浇道型芯包括内浇口型芯(12a)、十字形横浇道型芯(12b)和环状横浇道型芯(12c)；复合铸型完成造型后，内浇口型芯(12a)所在型腔的上端与十字形横浇道型芯(12b)所在型腔的内端连通，十字形横浇道型芯(12b)所在型腔的外端与环状横浇道型芯(12c)的所在型腔连通，环状横浇道型芯(12c)的所在型腔与叶片型腔(6)的下端连通。...

【技术特征摘要】
1.一种整体叶轮树脂砂和金属型复合铸型，所铸造的整体叶轮包括上轮缘(1)、叶片(2)、下轮缘(3)和轮毂(4)；上轮缘(1)是一个圆环，下轮缘(3)是一个圆板，轮毂(4)位于下轮缘(3)的中心，叶片(2)位于上轮缘(1)和下轮缘(3)之间并沿圆周均布，叶片(2)的上端与上轮缘(1)的下表面连接为整体，叶片(2)的下端与下轮缘(3)的上表面连接为整体；所述的树脂砂和金属型复合铸型包括树脂砂型芯，树脂砂型芯包括内芯环(5)、叶片型腔(6)和型芯座(7)；内芯环(5)的外表面即上轮缘(1)的内表面，型芯座(7)的下表面即下轮缘(3)的上表面；其特征在于：还包括金属型外环(8)、芯头排气孔芯杆(9)、上轮缘排气孔芯杆(10)、金属型顶环(11)和浇道型芯；金属型外环(8)是一个圆环，树脂砂型芯位于金属型外环(8)的内孔中，芯头排气孔芯杆(9)是圆柱形杆，它位于轮毂(4)的上方并沿圆周均布；上轮缘排气孔芯杆(10)也是圆柱形杆，它位于内芯环(5)的上方并沿内芯环(5)的圆周均布；金属型顶环(11)是一个圆环，金属型顶环(11)位于上轮缘排气孔芯杆(10)的内侧、内芯环(5)的上表面上；浇道型芯包括内浇口型芯(12a)、十字形横浇道型芯(12b)和环状横浇道型芯(12c)；复合铸型完成造型后，内浇口型芯(12a)所在型腔的上端与十字形横浇道型芯(12b)所在型腔的内端连通，十字形横浇道型芯(12b)所在型腔的外端与环状横浇道型芯(12c)的所在型腔连通，环状横浇道型芯(12c)的所在型腔与叶片型腔(6)的下端连通。2.如权利要求1所述的整...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊振中，周永江，洪润洲，熊艳才，杨守杰，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11