精密铸造型壳的制备方法、精密铸造铸件的制备方法及应用与流程

本发明涉及精密铸造领域，特别地，涉及一种精密铸造型壳的制备方法。此外，本发明还涉及一种包括上述精密铸造型壳的制备方法的精密铸造铸件的制备方法及应用。

背景技术：

随着航空发动机的发展，整体件结构越来越复杂，由传统的简单结构铸造、锻造、钣金冲压成型再加工、装配或焊接形成复杂结构件，发展成为现阶段的直接采用精密铸造一次成型复杂带内腔结构件。这类的机匣由于集成各类喷嘴、安装边、油管等结构，存在多处热节，对铸件的补缩方案的确定和浇注系统设计都提出了更高的要求。

目前对于整体铸造机匣的精密铸造来说，型壳必须干燥充分，且有足够的强度才能承受住高温金属液的冲击而不漏钢，而该类整体复杂精铸件油腔深而窄，涂料难以干燥透彻，导致浇注漏钢。另外，内部结构散热速度很慢，很容易形成外部冷却速度快于内部热节的冷却速度，导致铸件内部热节出现疏松的缺陷。

技术实现要素：

本发明提供了一种精密铸造型壳的制备方法、精密铸造铸件的制备方法及应用，以解决复杂一体铸件深而窄的盲腔结构浇注漏钢，厚大的内圈结构出现疏松的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种精密铸造型壳的制备方法，型壳采用带有油腔和内圈一体结构的铸件制备获得，包括以下步骤：

a、制备承力机匣蜡模，将蜡模组合浇道形成模组树；

b、在模组树表面进行至少两层制壳，并预留盲腔端口和内圈开口；

c、通过盲腔端口将堵槽材料填充至承力机匣的盲腔内并密封盲腔端口，干燥，形成盲腔内型壳；

d、盲腔内型壳制备完成后，再在模组树表面进行至少两层制壳，并预留内圈开口；

e、通过内圈开口将高冷效材料填充内圈并密封内圈开口，干燥，再在模组树表面进行至少一层制壳，脱蜡并烧结，获得型壳。

进一步地，堵槽材料采用浆料与耐火砂混合；浆料与耐火砂的质量比为8～10∶2～5。

进一步地，浆料采用硅酸乙酯水解液涂料；耐火砂采用刚玉砂、锆英石砂、熔融石英砂或莫来石中的一种或几种；耐火砂的粒径为80目～200目。

进一步地，步骤c中干燥采用氨气硬化干燥；氨气硬化干燥的时间为5min～20min。

进一步地，高冷效材料采用表面包裹耐火材料的金属球体；金属球体的粒径为2mm～10mm。

进一步地，高冷效材料制备方法包括：将金属球体的球面涂覆涂料，形成涂层，在涂层表面撒挂耐火材料，干燥10h～30h，获得高冷效材料；耐火材料的粒径为80目～200目。

进一步地，精密铸造型壳的制备方法还包括，在步骤b中模组树表面进行每一层制壳后，对制壳进行压实工艺，直至形成至少两层制壳。

进一步地，制壳制备方法包括：将模组树表面覆盖涂料，形成涂层，在涂层表面撒砂，干燥，获得制壳；步骤e中干燥采用风干，干燥的时间为4h～5h。

根据本发明的另一方面，还提供了一种精密铸造铸件的制备方法，包括上述精密铸造型壳的制备方法，将型壳注入金属熔液，冷却后，脱除型壳，去掉冒口，获得铸件。

根据本发明的另一方面，还提供了一种航空发动机机匣，包括上述精密铸造铸件的制备方法铸造而成。

本发明具有以下有益效果：

本发明的精密铸造型壳的制备方法，铸造方法简便，对盲腔和内圈进行填充，形成铸造精度高的型壳。针对整体复杂精铸型壳，油腔深而窄，传统制壳难以干燥透彻，未达到指定的强度就已经填满整个型腔，导致浇注漏钢。因此，精密铸造型壳的制备方法中，在涂制至少两层制壳基础上，对盲腔进行堵槽材料填充，堵槽材料具有一定强度，增加盲腔整体抗冲击能力。针对在制壳完成后，内圈结构中填满型壳材料，不利于内圈散热，导致浇注后冷却缓慢，从而导致内圈部位疏松。在模组树表面形成至少四层制壳时，向内圈中填充高冷效材料，由于内圈型壳要承受高温金属熔液冲击，需要内圈型壳满足一定抗冲击强度时，才能进行填充，一般进行至少四层型壳制备。添加高冷效材料可以阻止型壳材料进入内圈内，并有效的吸收内圈内部浇注进的高温熔液热量，散热迅速，避免内圈热节出现疏松的问题。精密铸造型壳的制备方法生产的型壳精度高，产品合格率高，降低原材料和人工的浪费，节约生产成本，提高生产效率。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的部分型壳示意图；以及

图2是本发明优选实施例的部分型壳a-a示意图。

附图标记说明：

1、盲腔；2、内圈；3、浇道。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

图1是本发明优选实施例的部分型壳示意图；图2是本发明优选实施例的部分型壳a-a示意图。

如图1和图2所示，本实施例的精密铸造型壳的制备方法，型壳采用带有油腔和内圈一体结构的铸件制备获得，包括以下步骤：

a、制备承力机匣蜡模，将蜡模组合浇道3形成模组树；

b、在模组树表面进行至少两层制壳，并预留盲腔端口和内圈开口；

c、通过盲腔端口将堵槽材料填充至承力机匣的盲腔1内并密封盲腔端口，干燥，形成盲腔内型壳；

d、盲腔内型壳制备完成后，再在模组树表面进行至少两层制壳，并预留内圈开口；

e、通过内圈开口将高冷效材料填充内圈2并密封内圈开口，干燥，再在模组树表面进行至少一层制壳，脱蜡并烧结，获得型壳。

本发明的精密铸造型壳的制备方法，铸造方法简便，对盲腔1和内圈2进行填充，形成铸造精度高的型壳。针对整体复杂精铸型壳，油腔深而窄，形成制壳难以干燥透彻，未达到指定的强度就已经填满整个型腔，导致浇注漏钢。因此，精密铸造型壳的制备方法中，在涂制两层制壳基础上，对盲腔1进行堵槽材料填充，堵槽材料具有一定强度，增加盲腔1整体抗冲击能力。针对在制壳完成后，内圈2结构中填满型壳材料，不利于内圈2散热，导致浇注后冷却缓慢，从而导致内圈2部位疏松。在模组树表面形成至少四层制壳时，向内圈2中填充高冷效材料，由于内圈型壳要承受高温金属熔液冲击需要内圈2型壳满足一定抗冲击强度时，才能进行填充，一般进行至少四层型壳制备。添加高冷效材料可以阻止型壳材料进入内圈2内，并有效吸收内圈2浇注进的高温熔液热量，散热迅速，避免内圈2热节出现疏松的问题。精密铸造型壳的制备方法生产的型壳精度高，产品合格率高，降低原材料和人工的浪费，节约生产成本。

本实施例中，堵槽材料采用浆料与耐火砂混合。浆料与耐火砂的质量比为8～10∶2～5。上述堵槽材料填充至盲腔中，并压实使堵槽材料充分填充腔体每处角落，采用薄片或球头状工具对仍然软化的浆料和耐火砂压实，提高致密度从而提高强度，且扩展盲腔的空间。优选地，堵槽材料为糊状物，便于注入和在盲腔1内分布均匀，易于控制。上述堵槽材料采用浆料混合较粗的耐火砂，形成的粘度较大的具有一定硬度的糊状物，起到抗冲击力和保温的作用。

本实施例中，浆料采用硅酸乙酯水解液涂料。耐火砂采用刚玉砂、锆英石砂、熔融石英砂或莫来石中的一种或几种。上述硅酸乙酯水解液涂料是传统背层制壳所用的涂料，与耐火砂混合，形成具有一定强度和硬度的堵槽材料。优选地，耐火砂的粒径为80目～200目。与浆料充分混合，便于注入盲腔1内。

本实施例中，步骤c中干燥采用氨气硬化干燥。氨气硬化干燥的时间为5min～20min。将堵槽材料填充盲腔1内并密封盲腔端口，密封可采用涂料或泥浆密封，并采用氨气硬化干燥，使得端口硬化，密封严实。上述氨气硬化干燥将其放入氨气室中进行干燥，使得堵槽材料硬化干燥彻底。上述氨气硬化干燥与传统制壳的风干技术相比较，将风干6h以上改进为仅需5min～20min的氨气硬化干燥，大大缩短制壳时间，提高效率。

本实施例中，高冷效材料采用表面包裹耐火材料的金属球体。金属球体的粒径为2mm～10mm。上述高冷效材料有效的降低内圈2内部温度，受到高冷效材料性能影响，吸收热量，使得内圈2散热迅速，有效的抑制内圈2过热引起疏松问题。内圈填充的材料主要是金属球体，是吸热材料，可以吸收热量，迅速散热。耐火材料采用刚玉砂、锆英石砂、熔融石英砂或莫来石中的一种或几种。

本实施例中，高冷效材料制备方法包括：将金属球体的球面涂覆涂料，形成涂层，在涂层表面撒挂耐火砂，干燥10h～30h，获得高冷效材料。耐火砂的粒径为50μm～150μm。上述高冷效材料的制备可与步骤c中盲腔内型壳的制备一同进行；也可以先进行盲腔内型壳的制备，再进行高冷效材料的制备；或者，先进行高冷效材料的制备，再进行盲腔内型壳的制备。在金属球体表面包裹一层涂料和耐火材料，如果仅使用金属球体，金属球体吸收热量，软化粘结在一起，后续无法从内圈2中取出，因此涂料和耐火材料作为隔离层，防止金属球体受热软化粘结在一起。

本实施例中，精密铸造型壳的制备方法还包括，在步骤b中模组树表面进行每一层制壳后，对制壳进行压实工艺，直至形成至少两层制壳。上述整体复杂精铸型壳油腔深而窄，涂料难以干燥透彻，且仅涂制几层即已基本填满整个油腔，因此，在模组树表面进行每一层制壳后，进行压实，使得制壳与模组树紧密结合，也使得制壳薄而密封严实，减少漏钢的可能。压实工艺的具体步骤为：每进行下层涂料之前用压缩空气对准盲腔端口和内圈开口吹气，清理浮在表面的耐火材料，每涂制完一层干燥之前用薄片状或球头状可弯曲工具将涂制在表面的材料压实。然而仅仅采用压实工艺，不能解决漏钢的问题。

本实施例中，制壳制备方法包括：将模组树表面覆盖涂料，形成涂层，在涂层表面撒砂，干燥，获得制壳。上述制壳制备方法详细步骤为：将模组树浸入涂料中，使得涂料均匀的覆盖在模组树表面。制壳涂料采用粘结剂，粘结剂为硅溶胶、水玻璃、硅酸乙酯等，与耐火材料，耐火材料为粒度在325目左右的锆英粉、莫来石粉、刚玉粉等，二者搅拌均匀的粘度较小的混合物。优选地，涂料采用锆英粉与硅溶胶组成的混合物，锆英粉的质量为50％～60％，硅溶胶的质量为40％～50％，形成的涂层表面粘附一层耐火材料，耐火材料采用石英、刚玉、以及硅酸铝耐火材料等，为使耐火材料层结成坚硬的制壳，撒砂后干燥，干燥为自然干燥，形成1mm～2mm的制壳。

本实施例中，步骤e中干燥采用风干，干燥的时间为4h～5h。将高冷效材料填充内圈2并密封内圈开口，内圈开口采用泥浆密封，干燥4h～5h，使得内圈开口硬化，密封严实。上述将开口和端口封严后一方面不会再有制壳材料进入到盲腔或者内圈中，仅在表面进行涂挂，表面干燥所需时间短，可缩短制壳时间；另一方面防止填充物从开口和端口流出，防止型壳漏钢和疏松。

根据本发明的另一方面，还提供了一种精密铸造铸件的制备方法，包括上述精密铸造型壳的制备方法，将型壳注入金属熔液，冷却后，脱除型壳，去掉冒口，获得铸件。上述铸件，铸造操作简单、铸造精度高，产品合格率高，无需频繁返工，节省成本。上述型壳将熔炼出的预定化学成分和温度的金属液趁热注入，浇注方式可采用热型重力浇注、真空吸气浇注等多种形式。冷却后，脱除型壳，去掉冒口，获得铸件并进行清理。

根据本发明的另一方面，还提供了一种航空发动机机匣，包括上述精密铸造铸件的制备方法铸造而成。

实施例

精密铸造型壳的制备方法

a、选择模料，并使模料在可压制的状态下进行压制，形成具有一定强度、尺寸和形状的蜡模，将蜡模组合浇道3形成模组树；

b、将模组树浸入涂料中，涂料包括60％的325目锆英粉与40％的硅溶胶，形成的涂层表面粘附一层耐火材料，耐火材料采用硅酸铝耐火材料，使得耐火材料层结成坚硬的制壳，进行自然干燥，形成1.5mm的制壳，采用压缩空气对准盲腔端口和内圈开口吹气，清理浮在表面的耐火材料，将形成的制壳采用球头状可弯曲工具进行压实成1mm的制壳；重复上述操作，直至形成三层制壳；

c、将100g的硅酸乙酯水解液涂料与40g的100μm的刚玉砂成分混合均匀，获得堵槽材料，将堵槽材料通过盲腔端口填充盲腔1内，采用泥浆将盲腔端口密封，并采用球头状可弯曲工具进行压实，放入氨气室中进行干燥，干燥时间为10min，使得盲腔1内和盲腔端口密封严实，形成盲腔内型壳；

d、盲腔内型壳制备完成后，与步骤b相同，在模组树表面进行两层制壳；

e、将5mm金属球平铺于筛子中(筛网孔小于金属球孔径)，将金属球与筛子一同浸入涂料中，使金属球表面覆盖一层涂料，撒入100μm刚玉砂，摇晃筛子使5mm金属球表面均匀粘满刚玉砂，干燥24h后，获得高冷效材料；将高冷效材料通过内圈开口填充内圈2并密封开口，采用泥浆将内圈开口密封，风干干燥4h，再在模组树表面进行一层制壳，与步骤b相同的制壳方法，进入85℃水中进行脱蜡，再在900℃的高温炉中进行加热，冷却后，获得型壳。

上述型壳将熔炼出的预定化学成分和温度的金属液趁热注入，冷却后，脱除型壳，去掉冒口，获得铸件。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。