适用于定向凝固铸造炉的单晶叶片温度梯度分布优化装置制造方法及图纸

本发明专利技术属于定向凝固铸件熔模精密铸造技术领域，公开了一种适用于定向凝固铸造炉的单晶叶片温度梯度分布优化装置，包括：模具、第一隔热挡板、第二伸缩装置、保温挡板、第一伸缩装置、第二隔热挡板、冷却装置；所述模具位于第一隔热挡板与第二隔热挡板之间，所述第一伸缩装置设置在第二伸缩装置下方，第二伸缩装置与保温挡板、第二隔热挡板连接，第一伸缩装置连接在冷却装置上方。本发明专利技术降低杂晶的出现概率，提高单晶叶片的质量，提升成形率。在铸造过程中应用本装置铸造航空发动机单晶叶片，操作简单，可优化定向凝固过程中的叶片温度梯度分布，降低缺陷、杂晶的形成概率，同时提高了叶片质量与生产效率。质量与生产效率。质量与生产效率。

【技术实现步骤摘要】
适用于定向凝固铸造炉的单晶叶片温度梯度分布优化装置


[0001]本专利技术属于航空发动机单晶叶片的定向凝固铸件熔模精密铸造
，具体涉及一种适用于定向凝固铸造炉的单晶叶片温度梯度分布优化装置。

技术介绍

[0002]定向凝固工艺通过特定技术措施在铸件局部建立单向的温度梯度，从而使熔融金属沿特定晶体取向进行生长的一种工艺，常应用于航空发动机单晶叶片的铸造领域中。定向凝固技术利用机械抽拉系统使叶片模具移出炉体，从而在叶片局部建立单向温度梯度，通过对定向凝固过程中单晶叶片温度梯度和模具抽离速率的控制，可获得组织均匀的柱状晶或单晶叶片。另外，为提高航空发动机单晶叶片的铸造质量，通过在铸造炉腔内热区和冷区之间添加隔热挡板，可改进固液界面前沿液相中的温度梯度分布，降低杂晶与缺陷的形成概率。另外，部分先进的定向凝固设备中设置有空心圆环状的隔热挡板。在定向凝固过程中，这种结构可减少位于热区的模壳热量的热辐射损失，优化叶片热区与冷区之间固液交界处的温度梯度分布，提高单晶质量。但是，在定向凝固抽拉过程中，模具模壳中心的空心部分会导致远离圆环形隔热挡板的叶片内壁与外界交换热量，造成热量损失，使得温度梯度变小，截面出现偏移。同时，由于炉腔内热区的热量辐射到冷区，导致冷区温度升高，进而使得整个装置传热效果降低，严重劣化定向凝固过程中叶片固液交界面的温度梯度分布，导致杂晶和缺陷的出现，使得现有航空发动机单晶叶片的成型率不到三成，生产效率大幅降低。另一方面，现有定向凝固设备的中央隔热挡板主要是由位于冷区的位移控制装置通过伸缩过程来移动的，这种结构对于采用底部浇铸式模具的航空发动机单晶叶片无法适用。因此，由于现有定向凝固高温炉结构会劣化单晶叶片制备过程中的温度梯度分布，影响叶片的铸造质量，亟需专利技术一种适用于定向凝固铸造炉的单晶叶片温度梯度分布优化装置，优化底部浇铸式单晶叶片模具在定向凝固过程中的温度梯度，降低杂晶与缺陷的出现概率，从而提高叶片的成型率。
[0003]通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
[0004](1)现有定向凝固工艺在模具抽拉过程中，模具中心的空心部分会导致远离圆环形隔热挡板的叶片内壁与外界交换热量，造成热量损失，使得温度梯度变小，界面出现偏移；
[0005](2)现有定向凝固工艺由于炉腔内热区的热量辐射到冷区，导致冷区温度升高，进而使得整个装置传热效果降低，严重劣化叶片定向凝固过程中固液交界面的温度梯度分布，导致杂晶和缺陷的出现频率增加，使得目前单晶叶片的成型率不到三成，生产效率大幅降低；
[0006](3)现有定向凝固设备的中央隔热挡板无法适用于底部浇铸式模具的航空发动机单晶叶片。

技术实现思路

[0007]针对现有定向凝固工艺存在上述技术问题，本专利技术提出一种适用于定向凝固铸造炉的单晶叶片温度梯度分布优化装置，优化采用底注式浇注模具的航空发动机单晶叶片铸件在定向凝固过程中的温度梯度分布，降低缺陷和杂晶出现概率，提高叶片的成型率。
[0008]本专利技术是这样实现的，一种适用于定向凝固铸造炉的单晶叶片温度梯度分布优化装置，包括：
[0009]模具、第一隔热挡板、第二伸缩装置、保温挡板、第一伸缩装置、第二隔热挡板、冷却装置；
[0010]所述模具位于第一隔热挡板与第二隔热挡板之间，所述第一伸缩装置设置在第二伸缩装置下方，第二伸缩装置与保温挡板、第二隔热挡板连接，第一伸缩装置连接在冷却装置上方。
[0011]进一步，所述模具包括浇注系统、弧形横浇道、筒体、直浇道、内浇道、底盘；所述底盘与内浇道、内浇道、竖直向的中空叶片型筒体分别连接，弧形横浇道连接于筒体上，浇注系统与弧形横浇道、直浇道相连接；所述筒体的内部空间用以容纳熔融液态金属。
[0012]进一步，所述第一隔热挡板将筒体包围于内，所述第二隔热挡板连接在底盘上方，所述筒体位于第一隔热挡板与第二隔热挡板之间。
[0013]进一步，所述第二伸缩装置包括四个伸缩杆、四个第二连接装置和四个电机；所述第二连接装置位于第二隔热挡板上表面；所述四个第二连接装置以直浇道为中心轴周向均匀布设；所述伸缩杆与第二连接装置圆心对中；所述伸缩杆半径小于第二连接装置。
[0014]进一步，所述保温挡板设置在第二伸缩装置的电机下方，表面设有四个通孔，所述通孔与伸缩杆圆心对中；所述通孔半径大于伸缩杆半径。
[0015]进一步，所述第二隔热挡板由第三隔热挡板与第四隔热挡板组装而成；所述第三隔热挡板由两个第一连接装置与第四隔热挡板连接，所述第三隔热挡板有与第四个隔热挡板的相匹配的长条形第三缺口。
[0016]进一步，所述第二隔热挡板的形状为圆盘状；所述第三缺口位于第三隔热挡板有与第四隔热挡板之间；所述第一连接装置与第三缺口方向垂直；所述第一连接装置位于第二隔热挡板上表面；所述两个第一连接装置以直浇道为对称轴的对称布置。
[0017]进一步，所述第二隔热挡板外缘有与筒体的形状匹配的第一缺口；所述第一缺口的形状为圆弧矩形；所述第一缺口恰好可以使筒体最大横截面积处通过；
[0018]进一步，所述第二隔热挡板有与直浇道的形状匹配的圆形第二缺口；所述第二缺口与直浇道的圆心对中；所述第二缺口半径大于直浇道的半径；
[0019]进一步，所述第二伸缩装置能在竖直向伸长或收缩；所述第二伸缩装置的伸长速度、收缩速度均可调。
[0020]结合上述的技术方案和解决的技术问题，本专利技术所要保护的技术方案所具备的优点及积极效果为：
[0021]第一、针对上述现有技术存在的技术问题以及解决该问题的难度，紧密结合本专利技术的所要保护的技术方案以及研发过程中结果和数据等，详细、深刻地分析本专利技术技术方案如何解决的技术问题，解决问题之后带来的一些具备创造性的技术效果。具体描述如下：
[0022]本专利技术设计巧妙，结构合理，可优化采用底注式浇注系统模具的航空发动机单晶
叶片铸件在定向凝固过程中的局部温度梯度分布，进而降低缺陷和杂晶出现概率，提高叶片的成型率。第二隔热挡板起到防止热量散失的作用，即保证伸缩装置在叶片筒体定向凝固过程中，通过伸缩使第二隔热挡板上表面和第一隔热挡板上表面始终平齐，有效的防止处在热区且远离第一隔热挡板的筒体与冷区的辐射换热，同时也防止了热区辐射的热量通过模具中心的空心区域向冷区辐射，于是，筒体位于热区和冷区之间固液交界面的温度梯度大幅增加，同时采用位于热区伸缩装置通过伸缩过程实现第二隔热挡板的移动，并且中央隔热挡板采用两块拼接的方式克服底部浇铸式模具的直浇道和底盘的阻碍作用，由此优化整个叶片铸件在定向凝固过程中的温度梯度，使得单晶叶片的铸造质量显著提高。
[0023]第二，把技术方案看做一个整体或者从产品的角度，本专利技术所要保护的技术方案具备的技术效果和优点，具体描述如下：
[0024]本专利技术利用多块挡板拼接的方式安装挡板，并利用伸缩装置实现挡板的移动。本专利技术具有保护叶片模具完整性、防止定向凝固过程中炉内热区热量散失，本装置易于安装及拆卸、可多次重复使用等诸多优点，尤其适合采用底本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于定向凝固铸造炉的单晶叶片温度梯度分布优化装置，其特征在于，包括：模具、第一隔热挡板、第二伸缩装置、保温挡板、第一伸缩装置、第二隔热挡板、冷却装置；所述模具位于第一隔热挡板与第二隔热挡板之间，所述第一伸缩装置设置在第二伸缩装置下方，第二伸缩装置与保温挡板、第二隔热挡板连接，第一伸缩装置连接在冷却装置上方。2.如权利要求1所述的适用于定向凝固铸造炉的单晶叶片温度梯度分布优化装置，其特征在于，所述模具包括浇注系统、弧形横浇道、筒体、直浇道、内浇道、底盘；所述底盘与内浇道、内浇道、竖直向的中空的叶片型筒体分别连接，弧形横浇道连接于筒体上，浇注系统与弧形横浇道、直浇道相连接；所述筒体的内部空间用以容纳熔融液态金属。3.如权利要求1所述的适用于定向凝固铸造炉的单晶叶片温度梯度分布优化装置，其特征在于，所述第一隔热挡板将筒体包围于内，所述第二隔热挡板连接在底盘上方，所述筒体位于第一隔热挡板与第二隔热挡板之间。4.如权利要求1所述的适用于定向凝固铸造炉的单晶叶片温度梯度分布优化装置，其特征在于，所述第二伸缩装置包括四个伸缩杆、四个第二连接装置和四个电机；所述第二连接装置位于第二隔热挡板上表面；所述四个第二连接装置以直浇道为中心轴周向均匀布设；所述伸缩杆与第二连接装置圆心一致；所述伸缩杆半径小于第二连接装置。5.如权利要求1所述的适用于定向凝固铸造炉的单晶叶片温度梯度分布优化装置，其特征在于，所述保温挡板设置在第...

【专利技术属性】
技术研发人员：宋宇轩，王志强，金伟娅，周水清，李曰兵，高增梁，
申请(专利权)人：嵊州市浙江工业大学创新研究院，
类型：发明
国别省市：