一种中小尺寸单晶叶片用蜡模组树结构及其制备方法与流程

本发明涉及精密铸造技术领域，具体为一种中小尺寸单晶叶片用蜡模组树结构及其制备方法。

背景技术：

由于精密铸造蜡模组树结构用蜡质材料强度偏低，目前国内多为手工拼接，重复性差、稳定性不高，水冷底盘为大平板结构，易出现变形等原因，单纯由蜡料手工组合成的模组容易出现模组破损、模壳质量差、模壳水冷底盘不平、铸件定位不准、模组间重复性差等缺点，导致单晶精密铸件出现模壳破裂、铸造漏钢及批次间稳定性差、因夹杂造成单晶完整性差、铸件合格率低等劣势。

为了更进一步提高航空发动机推重比及工作效率，势必要求更高的发动机涡轮前温度,更优良性能的航空发动机热端部件,尤其是涡轮叶片。部分高代次发动机涡轮叶片的工作温度甚至达到了1550℃以上。如此高的工作温度，使得普通等轴晶组织高温合金叶片及锻造叶片已经难以满足此工况要求。单晶高温合金由于具有熔点高、高温强度和抗蠕变性能优良等优点得到了越来越多的应用。但值得注意的是,为了实现单晶高温合金铸件的定向凝固，会在单晶叶片精密铸造的组树阶段将单晶叶片组合至一个由浇口杯、浇注系统、铸件、选晶器和水冷底盘组成的模组内。蜡模模组的组树的可重复性、模组强度、底盘平整性等会直接影响铸件的合格率和质量。

技术实现要素：

(一)解决的技术问题

针对现有技术的不足，本发明提供了一种中小尺寸单晶叶片用组树及其制备方法，可提高中小尺寸单晶叶片精密铸造过程中蜡模模组质量和降低因此而引起后续报废率的组树方法。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种中小尺寸单晶叶片用蜡模组树结构，包括有浇注系统蜡模、选晶器、单晶叶片、冒口以及水冷底盘蜡模板，通过中柱管蜡模依次相连的浇口杯蜡模、顶浇道蜡模以及底浇道蜡模；

所述的选晶器、单晶叶片、冒口依次相连固定；所述的中柱管蜡模底部与水冷底盘蜡模板由螺栓锁紧；在制壳后形成中心浇道。中柱管应设计定位基准，防止顶/底浇道、底盘在组树过程中相对中柱管的转动。保证组树系统中的重复性良好。

所述的水冷底盘蜡模板上均匀设有选晶器粘接口，以确保叶片组树中位置的确定性；所述的选晶器下端通过选晶器粘接口粘接于水冷底盘蜡模板上；所述的冒口上端与顶浇道蜡模相固定；所述的水冷底盘蜡模板内预埋al质圆盘，是为了防止纯蜡质水冷底盘在压蜡后的冷却过程中翘曲变形；所述的中柱管蜡模内预埋有金属杆，以保证模组强度，所述金属杆外表面蜡层有1.5-3mm的厚度。所述的顶浇道蜡模、底浇道蜡模的支浇道上分别设计有浇道过滤塞，过滤塞的添加能有效的防治夹杂在后续浇注过程中进入铸件内，形成杂晶，破坏单晶的完整性。

所述水冷底盘蜡模板内预埋的al质圆盘上表面设有2-5mm深的沟槽，使al盘与表面蜡层结合更紧密，以防止蜡料收缩变形而造成的铝盘与蜡料剥离，引起平整度降低。所述al质圆盘上表面沟槽内还设有0.1-1mm高的蜡环，防止后续制壳过程中出现模壳剥离蜡模或分层，且该蜡环在模壳底板上为下凹，不影响整个模壳底板与后续铸造炉水冷铜盘接触面的平整度。

所述的顶浇道蜡模、底浇道蜡模的支浇道内的过滤塞的孔隙率为30-70ppi。

所述的冒口通过定位件与顶浇道蜡模定位固定，所述的定位件截面为u形。

一种中小尺寸单晶叶片用组树的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照al质圆盘设计尺寸制作al质圆盘压型模具，进行压型等相关工艺生产得带有2-5mm深沟槽的al质圆盘；按照水冷底盘设计尺寸制作水冷底盘压型模具，将al质圆盘预埋在水冷底盘压型模具中部进行蜡模压型，得水冷底盘蜡模；其中，al质圆盘沟槽上表面还设有0.1-1mm高的蜡环；

(2)按照中注管设计尺寸制作中注管压型模具，将金属杆预埋在中注管压型具中央位置进行蜡模压型，得中柱管蜡模；其中，保留金属杆外表面蜡层有1.5-3mm的厚度；

(3)先将选晶器、单晶叶片以及冒口进行预组合并固定；

(4)将浇口杯蜡模、顶浇道蜡模以及底浇道蜡模通过中柱管蜡模相连；将中柱管蜡模底部与水冷底盘蜡模由螺栓锁紧；

(5)将所述的冒口与顶浇道蜡模通过冒口前端u形定位件卡接固定；最后将选晶器末端粘接于水冷底盘蜡模粘接口上，即得。

采用底注方法铸造时采用底浇道顶浇道，采用顶注方法铸造时采用顶浇道，但无论哪种浇道均应在浇注系统中设计有浇道过滤塞浇道过滤塞的孔隙率在30-70ppi。过滤塞的添加能有效的防治夹杂在后续浇注过程中进入铸件内，形成杂晶，破坏单晶的完整性。当采用顶注方法浇注时，底注浇道可由替换件替代，并将中心浇道在顶部浇道的下方1-2cm位置处封堵；采用底注方法浇注时，顶浇道不设计浇道过滤塞。

(三)有益效果

本发明提供了一种中小尺寸单晶叶片用组树方法，可提高中小尺寸单晶叶片精密铸造过程中蜡模模组质量，降低因上述原因造成的单晶叶片精密铸造报废率。具体包括以下有益效果：

1.本组树方法有效得控制了组树过程中各元件的相对位置，提高可重复性；

2.有效地增强了组树系统的强度，降低了因蜡模破坏或模壳裂纹而造成的报废；

3.明显改善了模组和模壳底板的平整度，减少了因打磨底板平整度而造成的陶芯断裂和因底板平整度差而造成的漏钢；

4.应用本方法制备的模壳在浇注过程中金属液均会通过浇道过滤塞后流入铸件，有效降低了熔渣、陶瓷颗粒或其他异质颗粒进入铸件模壳型腔的可能性，减少铸件夹杂及杂晶缺陷造成报废的几率。

附图说明

图1为本发明组树的结构示意图；

图2为本发明al质圆盘的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种中小尺寸单晶叶片用蜡模组件，包括有浇注系统蜡模选晶器1、单晶叶片2、冒口3以及水冷底盘蜡模板5，所述的浇注系统蜡模包括有通过中柱管蜡模6依次相连的浇口杯蜡模4、顶浇道蜡模7以及底浇道蜡模8；

所述的选晶器1、单晶叶片2、冒口3依次相连固定；所述的中柱管蜡模6底部与水冷底盘蜡模板5由螺栓锁紧；所述的水冷底盘蜡模板5上均匀设有选晶器粘接口10，所述的选晶器1下端通过选晶器粘接口10粘接于水冷底盘蜡模板5上；所述的冒口3上端与顶浇道蜡模7相固定；所述的水冷底盘蜡模板5内预埋al质圆盘8；所述的中柱管蜡模6内预埋有金属杆；所述的顶浇道蜡模7、底浇道蜡模8的支浇道上分别设计有浇道过滤塞9。

所述水冷底盘蜡模板5内预埋的al质圆盘13上表面设有2-5mm深的沟槽11，所述al质圆盘13上表面沟槽14内还设有0.1-1mm高的蜡环。

所述金属杆外表面蜡层有1.5-3mm的厚度。

所述的顶浇道蜡模7、底浇道蜡模8的支浇道内的过滤塞9的孔隙率为30-70ppi。

所述的冒口3通过定位件12与顶浇道蜡模7定位固定，所述的定位件12截面为u形。

一种中小尺寸单晶叶片用组树的制备方法，包括以下步骤：

(1)按照al质圆盘13设计尺寸制作al质圆盘压型模具，进行压型等相关工艺生产得带有2-5mm深沟槽的al质圆盘13；按照水冷底盘设计尺寸制作水冷底盘压型模具，将al质圆盘13预埋在水冷底盘压型模具中部进行蜡模压型，得水冷底盘蜡模5；其中，al质圆盘13沟槽14上表面还设有0.1-1mm高的蜡环；

(2)按照中注管设计尺寸制作中注管压型模具，将金属杆预埋在中注管压型具中央位置进行蜡模压型，得中柱管蜡模6；其中，保留金属杆外表面蜡层有1.5-3mm的厚度；

(3)先将选晶器1、单晶叶片2以及冒口3进行预组合并固定；

(4)将浇口杯蜡模4、顶浇道蜡模7以及底浇道蜡模8通过中柱管蜡模6相连；将中柱管蜡模6底部与水冷底盘蜡模5由螺栓锁紧；

(5)将所述的冒口3与顶浇道蜡模7通过冒口3前端u形定位件卡接固定；最后将选晶器1末端粘接于水冷底盘蜡模5粘接口11上，即得。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。