一种控制大模组型壳同步充型的浇注系统及应用的制作方法

本发明涉及精密铸造和材料制备领域，具体为一种控制大模组型壳同步充型的浇注系统及应用。

背景技术：

随着工业发展和进步，对一些零件的研制和生产提出更高的要求，大模组精密铸造是一种高质量、短周期的铸造方法。但是，相比于传统的小模组铸造技术，它容易导致疏松、夹渣、欠铸和气泡等冶金缺陷的形成，造成铸件合格率低、质量难以保证等问题。由于大模组型壳具有体型大、空间结构复杂等特点，所以浇注时难以保证各个部位充型的一致性，充型过程的不同步是大模组铸造缺陷产生的一个根本原因。

浇注系统是控制大模组型壳中合金液流动的主要方式之一，合理设计浇注系统是实现同步充型、降低冶金缺陷的关键，也是提高大模组铸造的零件合格率的关键。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种控制大模组型壳同步充型的浇注系统及应用，适用于所有金属材料的铸造过程，特别适用于所有金属材料的智能化生产过程。

本发明的技术方案是：

一种控制大模组型壳同步充型的浇注系统，浇注系统采用完全对称结构，包括浇口杯、直浇道、横浇道和内浇道，其中：

浇口杯设计为碗状，底部开有5～7个分流孔，每个分流孔的直径为6～12mm；

直浇道设计为圆柱形，底部设有漩涡状的窝槽；

横浇道为葵花对称结构，沿圆周均布，各个横浇道分支之间角度在15～75°，横浇道层数≥2，总长度100～500mm；横浇道截面为正弦波，数量2～10个，波长10～100mm，波高10～50mm，间距10～30mm。

所述的控制大模组型壳同步充型的浇注系统，直浇道、横浇道与内浇道的横截面积比例为3～10：1：1.5～3。

所述的控制大模组型壳同步充型的浇注系统，大模组型壳为空间对称结构，最大名义直径800mm，最大高度2m。

所述的控制大模组型壳同步充型的浇注系统，将浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道的蜡模组合，形成浇注系统蜡模，放置20～30h后，组焊上零件蜡模，制成高温强度在5～20mpa内的型壳，在铸造工艺下将合金液浇注到型壳中。

所述的控制大模组型壳同步充型的浇注系统，合金液浇注温度1500～1850℃，浇注时间3～20s。

所述的控制大模组型壳同步充型的浇注系统的应用，适用于所有金属材料的铸造过程，特别适用于金属材料的智能化生产过程。

本发明的设计思想是：

本发明通过合理设计大模组浇注系统来控制合金液的流动状态，使其平稳，并同时充满铸件型腔中，旨在保证充型过程的同步性，有利于铸件充型完整、夹渣上浮、气泡逸出。

本发明的优点及有益效果是：

1.本发明用于控制大模组型壳的充型过程，解决其充型过程不同步导致冶金缺陷容易形成的问题。

2.本发明可以直接应用于生产实际，具有很大的实用性和可控性，有利于提高零件的质量和性能。

3.本发明应用于所有能流动的合金液体材料的充型阶段，特别适用于较高过热度的合金浇注过程，最高浇温可达1850℃，最短浇注时间可控制在3s。

附图说明：

图1为大模组浇口杯形貌图。

图2为大模组直浇道形貌图。

图3为大模组横浇道形貌图。

图4为大模组横浇道形貌图。

图5为大模组横浇道截面形貌图。

图6为实施例1条件下制备大模组t试样的浇注系统模组模拟图。其中，(a)为凝固顺序模拟图，(b)为大模组t试样的模组蜡型图，(c)为凝固时疏松形成位置模拟图。

图7a为实施例2条件下制备大模组t试样的浇注系统模组模拟图。

图7b为实施例2条件下大模组t试样的浇注系统浇注后铸件组形貌。

图8为实施例3条件下制备大模组t试样的浇注系统模组模拟图。

具体实施方式：

在具体实施过程中，本发明控制大模组型壳同步充型的浇注系统及应用如下：

第一步，压制浇口杯，浇口杯设计为碗状，底部带有6个分流孔，直径为6～12mm，起到稳定高温金属液流的作用，见图1。

第二步，压制直浇道，直浇道设计为圆柱形，底部为漩涡状的窝槽，起到缓冲金属液冲击型腔的作用，见图2。

第三步，制备横浇道

横浇道为葵花对称结构，沿圆周均布，各个横浇道分支之间角度在15～75°，横浇道层数≥2，总长度100～500mm，见图3。

横浇道截面为正弦波，数量3～10个，波长10～100mm，波高10～50mm，间距10～30mm，见图4。

另外，浇注系统还包括内浇道，内浇道设置于横浇道正弦波的波峰处，直浇道、横浇道与内浇道的横截面积比例为3～10：1：1.5～3。

第四步，如图5所示，将浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道组合，放置24h后，组焊上零件蜡模，制成高温强度在5～20mpa内的型壳。

最后，在特定的铸造工艺下将合金液浇注到型壳中。

本发明中，procast数值模拟技术是指：使用procast铸造过程模拟软件(购买国外的正版)，采用非均匀四面体单元进行网格划分，结合有限元的数值计算和综合求解的方法，对铸件充型、凝固和冷却过程进行数值模拟。通过对铸件在凝固过程的流场、温度场及其它们之间的耦合场进行仿真模拟，基于有限元分析方法，能够预测铸造过程中合金液的流动方式，凝固缺陷产生的位置和严重程度。为确定最佳工艺，优化工艺参数，缩短实验周期，降低生产成本提供理论依据。

下面，通过实施例和附图对本发明进一步详细阐述。

实施例1

本实施例中，采用该发明制备大模组t试样的浇注系统，用k465合金进行模拟浇注。首先设计碗状浇口杯，底部有直径为12mm的6个分流孔。然后，设计圆柱形直浇道，底部带有漩涡状的窝槽。而后，设计葵花对称结构的横浇道，沿圆周均布，各个横浇道分支之间角度在60°，横浇道层数3，总长度180mm。横浇道截面为正弦波，数量3个，波长15mm，波高12mm，间距10mm。再后，参考图5中的形状和尺寸将它们模拟组合在一起，并放上零件蜡模，制成型壳。最后，采用procast数值模拟技术，在设定温度1650℃和5s时间内下，将合金液浇注到型壳中。

模拟结果显示：应用该浇注系统浇注后的叶片经检验外型完整，疏松、夹渣、气泡等冶金缺陷在控制范围内，没有因冶金缺陷导致报废的试样，见图6。

实施例2

本实施例中，采用该发明制备大模组超薄板片的浇注系统，用k24合金进行工艺试验。首先压制碗状浇口杯，底部有直径为8mm6个分流孔。然后，压制圆柱形直浇道，底部带有漩涡状的窝槽。而后，制备葵花对称结构的横浇道，沿圆周均布，各个横浇道分支之间角度在60°，横浇道层数2，总长度120mm。横浇道截面为正弦波，数量3个，波长10mm，波高12mm，间距8mm。再后，按照图5中的形状和尺寸将它们组合在一起，放置24h后，组焊上零件蜡模，制成高温强度为9mpa内的型壳。最后，采用procast数值模拟技术，在设定温度1650℃和5s时间内下，将合金液浇注到型壳中。

实验结果显示：应用该浇注系统浇注后的叶片经检验外型完整，疏松、夹渣、气泡等冶金缺陷在控制范围内，因冶金缺陷导致报废的板片占9％，见图7a。实际结果与模拟结果相当，因冶金缺陷导致报废的板片占12％，见图7b。

实施例3

本实施例中，采用该发明制备大模组航空发动机叶片的浇注系统，用k418合金进行工艺试验。首先压制碗状浇口杯，底部有直径为9mm的6个分流孔。然后，压制圆柱形直浇道，底部带有漩涡状的窝槽。而后，制备葵花对称结构的横浇道，沿圆周均布，各个横浇道分支之间角度在60°，横浇道层数3，总长度120mm。横浇道截面为正弦波，数量3个，波长10mm，波高13mm，间距9mm。再后，按照图5中的形状和尺寸将它们组合在一起，放置24h后，组焊上零件蜡模，制成高温强度为9mpa内的型壳。最后，在温度1550℃和7s时间内，将合金液浇注到型壳中。

实验结果显示：应用该浇注系统浇注后的叶片经检验外型完整，疏松、夹渣、气泡等冶金缺陷在控制范围内，因冶金缺陷导致报废的叶片为14％，见图8。

实施例结果表明，本发明控制大模组型壳同步充型的浇注系统及应用，不仅提高铸件质量和性能水平，而且显著地缩短制造周期，降低成本，具有长远的应用前景和较高的经济效益。因此，适用于所有金属材料的铸造过程，特别适用于金属材料的智能化生产过程。