本发明涉及铸造技术领域，尤其涉及一种用于筒状零件的浇注系统和离心铸造方法。
背景技术：
目前，钛合金材料由于具有强度高、重量轻等特点，广泛应用于航空、航天、船舶等工业领域，特别在导弹发动机，钛合金还作为首选材料，使用钛合金材料制造的各类零部件中，由于其形状、结构特殊，常常需要使用铸造工艺技术方法制造，随着铸造技术的不断发展，近年来，对于筒状零部件广泛使用离心铸造技术；离心铸造工艺技术是将液体金属注入高速旋转的铸型内，使金属液做离心运动充满铸型和形成铸件的技术和方法，由于离心运动使液体金属在径向能很好地充满铸型并形成铸件的自由表面；不用型芯就能获得圆柱形的内孔；有利于液体金属中气体和夹杂物的排除；影响金属的结晶过程，从而改善铸件的机械性能和物理性能；但是，以钛合金材料铸造的筒状零件，由于逐渐外壳一般较薄，结构钢性差，若使用常规的离心铸造工艺，在铸造过程中容易使铸件产生变形，使其轮廓尺寸满足不了逐渐的质量要求，而浇筑后铸件常存在气孔、疏松及缩孔缺陷，所得铸件的变形得不到控制，铸件一致性较差；例如，现有技术中，公开号为“cn104999037a”的专利文献，公开了一种用于薄壁筒状零件的浇注系统及其精密铸造成型方法，浇注系统包括由浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道和铸件依次焊接在一起形成的蜡树，在所述蜡树表面包覆有模壳。精密铸造成型方法包括形成无分型面的模壳；模壳的包覆；模壳预热；熔炼浇注；铸件的清理；热处理等；使用该发明提供的浇注系统和方法，能够显著地节约母合金、提高成品率，降低对设备、环境和人员的苛刻要求，减小机加工量，降低生产成本，但是，对于使用钛合金类的铸造类零件，由于其壁薄，刚性差，使用该铸造工艺方法时，则容易在铸件上形成气孔、疏松及缩孔等缺陷，铸件尺寸一致性较差。
技术实现要素：
为解决上述技术问题，本发明提供了一种用于筒状零件的浇注系统和离心铸造方法。
本发明提供了一种用于筒状零件的浇注系统和离心铸造方法，所述浇注系统包括蜡树、模具，所述蜡树安装于模具上，所述蜡树内侧形成铸型,所述蜡树表面包覆有模壳。
所述蜡树包括直浇道蜡模、横浇道蜡模、内浇道蜡模、立柱浇道蜡模,横浇道蜡模平置于所述模具底部,直浇道蜡模设置于所述铸型离心半径最小处并与横浇道蜡模端面连接,立柱浇道蜡模竖直地设置于横浇道蜡模端面上,内浇道蜡模是腰形形状并与立柱浇道蜡模上端面连接。
所述蜡树还包括缝隙内浇道蜡模以及冒口蜡模，缝隙内浇道蜡模设置于所述铸型厚大部位和热节处并与立柱浇道蜡模连接,冒口蜡模设置于所述铸型离心半径最大处并与立柱浇道蜡模连接。
所述直浇道蜡模、横浇道蜡模和内浇道蜡模的横截面面积之比是：1：2.5：5.2。
所述模具包括底盘、芯棒、螺杆以及压板，芯棒竖直地连接于底盘中心，所述蜡树套合在芯棒上，螺杆的一端与底盘连接并以芯棒为中心旋转阵列布置，螺杆的另一端使用紧固件与压板连接，压板将所述蜡树压合在底盘上。
本发明还提供一种用于筒状零件的离心铸造方法,包括以下步骤:
步骤一：根据筒状零件形状和结构设计蜡模，再使用压蜡机分别压制蜡模，然后将蜡模依次粘接为蜡树，将蜡树安装于模具上制成浇注系统；
步骤二：将步骤一制成的浇注系统放入脱蜡釜中将蜡料熔化脱出后形成模壳，在模壳底部放置冷铁，并在模壳表面包覆5mm～30mm的陶瓷保温材料。
步骤三：将步骤二中包覆好的模壳放置于加热炉中加热至预热温度后保温1-5小时；
步骤四：将熔化后的金属液浇注在步骤四预热后的模壳中；
步骤五：待步骤四中金属液凝固冷却形成铸件后，清理铸件表面冷铁和陶瓷保温材料，然后清理模壳。
所述步骤一中所述压制蜡模的压制温度是65℃～70℃，压制压力为0.8～1.5mpa。
所述步骤三中所述预热温度是1000℃～1200℃。
所述步骤四中所述金属液是熔融的钛合金液。
本发明的有益效果在于：
采用本发明所提供的用于筒状零件的浇注系统和离心铸造方法，首先根据筒状零件的结构特点，设计和使用新型浇注系统，该浇注系统由多个蜡模单元提依次粘接构成，其中直浇道蜡模由铸型中心位置移至外侧，冒口浇道蜡模、立柱缝隙浇道蜡模设置位置充分考虑了浇注过程中离心力对铸件成型的影响因素，设置位置合理，使钛合金液体能够按照顺序凝固的方式充型，浇注工艺使用离心铸造与重力铸造方式相结合的工艺技术，增加了浇注液的流动性，此外，浇注系统内还设又金属模具，蜡模安装于金属模具上，增强了蜡模的结构强度和刚性，使蜡模在铸造工艺过程中不易产生变形，因此减少了气孔、疏松及缩孔等缺陷，提高了铸件产品的尺寸精度，提高了铸件产品的质量和一致性。
附图说明
图1是本发明浇注系统的结构示意图。
图中：1-蜡树，2-金属模具，3-铸型，4-模壳，5-蜡模，6-横浇道蜡模，7-内浇道蜡模，8-立柱浇道蜡模，9-缝隙内浇道蜡模，10-冒口蜡模，11-底盘，12-芯棒，13-螺杆，14-压板。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案作进一步说明，但所要求的保护范围并不局限于所述；
本发明提供了一种用于筒状零件的浇注系统和离心铸造方法，如图1所示，浇注系统包括蜡树1、模具2，蜡树1安装于模具2上，蜡树1内侧形成铸型3,蜡树1表面包覆有模壳4。首先根据筒状零件的结构特点，设计和使用新型浇注系统，该浇注系统由多个蜡模单元提依次粘接构成，其中直浇道蜡模由铸型中心位置移至外侧，冒口浇道蜡模、立柱缝隙浇道蜡模设置位置充分考虑了浇注过程中离心力对铸件成型的影响因素，设置位置合理，使钛合金液体能够按照顺序凝固的方式充型，浇注工艺使用离心铸造与重力铸造方式相结合的工艺技术，增加了浇注液的流动性，此外，浇注系统内还设又金属模具，蜡模安装于金属模具上，增强了蜡模的结构强度和刚性，使蜡模在铸造工艺过程中不易产生变形，因此减少了气孔、疏松及缩孔等缺陷，提高了铸件产品的尺寸精度，提高了铸件产品的质量和一致性。
蜡树1包括直浇道蜡模5、横浇道蜡模6、内浇道蜡模7、立柱浇道蜡模8,横浇道蜡模6平置于模具2底部,直浇道蜡模5设置于铸型3离心半径最小处并与横浇道蜡模6端面连接,立柱浇道蜡模8竖直地设置于横浇道蜡模6端面上,内浇道蜡模7是腰形形状并与立柱浇道蜡模8上端面连接。
蜡树1还包括缝隙内浇道蜡模9以及冒口蜡模10，缝隙内浇道蜡模9设置于铸型3厚大部位和热节处并与立柱浇道蜡模8连接,冒口蜡模10设置于铸型3离心半径最大处并与立柱浇道蜡模8成15°倾角。使用本发明提供的技术方案，蜡树可使用立式或卧式的摆放方式，摆放方式根据筒状零件的结构特点进行选择。
直浇道蜡模5、横浇道蜡模6和内浇道蜡模7的横截面面积之比是：1：2.5：5.2。使用本发明提供的技术方案，直浇道蜡模5、横浇道蜡模6和内浇道蜡模7的横截面按照逐渐递增的比例进行设置，内浇道蜡模7截面积大，但在铸造过程中所受离心力较小，而直浇道蜡模5截面积小且设置于铸型外侧，但是在铸造过程中所受离心力较大，从而改善了金属液在浇注系统的流动性，使金属液按照预设的顺序进行充型，按照顺序凝固，从而在根源上杜绝了在铸造过程中气孔、疏松以及收缩等缺陷的产生。
模具2包括底盘11、芯棒12、螺杆13以及压板14，芯棒12竖直地连接于底盘11中心，蜡树1套合在芯棒12上，螺杆13的一端与底盘11连接并以芯棒12为中心旋转阵列布置，螺杆13的另一端使用紧固件与压板14连接，压板14将蜡树1压合在底盘11上。使用本发明提供的技术方案，进一步地金属模具优选使用牌号为45号的碳素调质钢，模具2不仅使蜡模完全固定，并大大增强了蜡模的结构强度和刚性，避免了蜡模在铸造过程中产生形变，提高了铸件质量，此外，模具2也承受了一部分铸造过程中的离心力，模具2表面具有良好的光洁度，使用金属液在铸型内的流动性大大加强，流动更均匀，进一步减少了气孔、疏松以及收缩等缺陷的产生，提高了铸件质量。
本发明还提供一种用于筒状零件的离心铸造方法,包括以下步骤:
步骤一：根据筒状零件形状和结构设计蜡模，再使用压蜡机分别压制蜡模，然后将蜡模依次粘接为蜡树1，将蜡树1安装于模具2上制成浇注系统；
步骤二：将步骤一制成的浇注系统放入脱蜡釜中将蜡料熔化脱出后形成模壳4，在模壳4底部放置冷铁，并在模壳4表面包覆5mm～30mm的陶瓷保温材料。冷铁有利于促进在铸造过程中的热量迅速散发，而由于各个浇道蜡模的横截面积各不相同，使金属液按照顺序凝固，凝固顺序受到人为控制，消除了气孔、疏松以及收缩等缺陷，陶瓷保温材料可均匀地包覆在模壳外表面，在凝固顺序得到控制时，陶瓷保温材料的均匀涂覆提高了生产效率。
步骤三：将步骤二中包覆好的模壳4放置于加热炉中加热至预热温度后保温1-5小时；保温的作用在于使模壳表面各处温度较为均匀时开始浇注，而金属液的凝固顺序则由蜡模的横截面积确定。
步骤四：将熔化后的金属液浇注在步骤四预热后的模壳4中；
步骤五：待步骤四中金属液凝固冷却形成铸件后，清理铸件表面冷铁和陶瓷保温材料，然后清理模壳4。清理铸件表面冷铁和陶瓷保温材料，然后清理模壳4有助于提高铸件表面质量，在浇注系统下一次使用时，保持铸件质量的一致性。
步骤一中压制蜡模的压制温度是65℃～70℃，压制压力为0.8～1.5mpa。当蜡模温度高于65℃时，压制的蜡模表面光滑，光洁度高，蜡模表面越光滑，使铸造成型的铸件的表面粗糙度也越低，提高了铸件的表面质量，同理，在蜡模压制压力大约0.8mpa时，使模料中的固体更容易析出形成质地均匀的微晶相，从而改善了蜡模表面质地的均匀性，提高了铸件表面质量。
步骤三中预热温度是1000℃～1200℃。当模壳4的预热温度大于1000℃时，使模壳内显微组织析出较多的晶体组织，因而提高了模壳4的抗氧化性，避免了在铸造过程中空气中的各种气体进入，从而避免了气孔、疏松以及收缩等缺陷产生的概率。
步骤四中金属液是熔融的钛合金液。钛合金的浇注温度一般是500℃以上，当浇注温度较高时，钛合金液体的流动性较佳，再配合使用本发明的浇注系统，从而减少气孔等缺陷。
实施例1：
步骤一：根据筒状零件形状和结构设计蜡模，再使用压蜡机以65℃的压制温度，0.8mpa的压制压力分别压制蜡模，然后将蜡模依次粘接为蜡树1，将蜡树1安装于模具2上制成浇注系统；
步骤二：将步骤一制成的浇注系统放入脱蜡釜中将蜡料熔化脱出后形成模壳4，在模壳4底部放置冷铁，并在模壳4表面包覆5mm的陶瓷保温材料。
步骤三：将步骤二中包覆好的模壳4放置于加热炉中加热至1000℃后保温1小时；
步骤四：将熔化后的金属液浇注在步骤四预热后的模壳4中；
步骤五：待步骤四中金属液凝固冷却形成铸件后，清理铸件表面冷铁和陶瓷保温材料，然后清理模壳4。
经检验，铸件表面无气孔、疏松、收缩等缺陷，使用表面粗糙度仪测得铸件表面粗糙度为1.6微米，使用硬度计测得铸件表面硬度为hb188。
实施例2：
步骤一：根据筒状零件形状和结构设计蜡模，再使用压蜡机以65℃的压制温度，1.2mpa的压制压力分别压制蜡模，然后将蜡模依次粘接为蜡树1，将蜡树1安装于模具2上制成浇注系统；
步骤二：将步骤一制成的浇注系统放入脱蜡釜中将蜡料熔化脱出后形成模壳4，在模壳4底部放置冷铁，并在模壳4表面包覆15mm的陶瓷保温材料。
步骤三：将步骤二中包覆好的模壳4放置于加热炉中加热至1100℃后保温3小时；
步骤四：将熔化后的金属液浇注在步骤四预热后的模壳4中；
步骤五：待步骤四中金属液凝固冷却形成铸件后，清理铸件表面冷铁和陶瓷保温材料，然后清理模壳4。
经检验，铸件表面无气孔、疏松、收缩等缺陷，使用表面粗糙度仪测得铸件表面粗糙度为1.4微米，使用硬度计测得铸件表面硬度为hb190。
实施例3：
步骤一：根据筒状零件形状和结构设计蜡模，再使用压蜡机以70℃的压制温度，1.5mpa的压制压力分别压制蜡模，然后将蜡模依次粘接为蜡树1，将蜡树1安装于模具2上制成浇注系统；
步骤二：将步骤一制成的浇注系统放入脱蜡釜中将蜡料熔化脱出后形成模壳4，在模壳4底部放置冷铁，并在模壳4表面包覆30mm的陶瓷保温材料。
步骤三：将步骤二中包覆好的模壳4放置于加热炉中加热至1200℃后保温5小时；
步骤四：将熔化后的金属液浇注在步骤四预热后的模壳4中；
步骤五：待步骤四中金属液凝固冷却形成铸件后，清理铸件表面冷铁和陶瓷保温材料，然后清理模壳4。
经检验，铸件表面无气孔、疏松、收缩等缺陷，使用表面粗糙度仪测得铸件表面粗糙度为1.2微米，使用硬度计测得铸件表面硬度为hb193。
根据以上3个实施例的结果，可见，当蜡模的压制压力和压制温度、模壳4的预热温度、模壳表面包覆保温材料的厚度以及模壳的保温时间越长时，所获得的钛合金铸件的表面粗糙度、硬度等参数逐渐提高，其中，优选压制压力1.5mpa，压制温度70℃、、模壳表面包覆保温材料的厚度为30mm，模壳的保温时间为5小时时，所获得的钛合金表面硬度值hb193与钛合金表面硬度理论值hb195最为接近。