单晶铸件的制造方法、系统及设备与流程

本发明涉及精密制造铸造技术领域，尤其涉及一种单晶铸件的制造方法、系统及设备。

背景技术：

在单晶铸件的制造领域，单晶铸件比如单晶叶片的缘板由于截面拓展较大，在常规预设抽拉速度下其边角部位散热过快而使熔体过冷容易产生杂晶缺陷，同时在单晶叶片不易产生杂晶缺陷的叶片和叶身区域使用较慢的常规预设抽拉速度会影响制造效率，导致单晶铸件的良品率和生产效率不高。

技术实现要素：

鉴于此，本发明提供一种单晶铸件的制造方法、系统及设备，解决现有单晶铸件制造时容易产生杂晶缺陷而导致单晶铸件的良品率和生产效率不高的技术问题。

根据本发明的一个实施例，提供一种单晶铸件的制造方法，包括：单晶铸件的制造方法，包括：分析单晶铸件的形状特征和历史实验数据，以获取单晶铸件的杂晶易发位置；根据获取的杂晶易发位置确定抽拉速度的调整区段；根据历史实验数据中杂晶出现的频率和严重程度确定抽拉速度的调整幅度；根据预设抽拉速度和确定的抽拉速度的调整幅度确定调整区段的抽拉速度；以及根据确定的调整区段的抽拉速度对单晶铸件的定向凝固确定的调整区段进行变速处理。

优选的，所述根据获取的杂晶易发位置确定抽拉速度的调整区段，包括：将杂晶易发位置确定为抽拉速度的减速区段；以及将非杂晶易发位置确定为抽拉速度的加速区段。

优选的，所述根据确定的调整区段的抽拉速度对单晶铸件的定向凝固确定的调整区段进行变速处理，包括：根据确定的减速区段的抽拉速度对单晶铸件的定向凝固在确定的减速区段进行减速处理；以及根据确定的加速区段的抽拉速度对单晶铸件的定向凝固在确定的加速区段进行加速处理。

优选的，所述根据确定的调整区段的抽拉速度对单晶铸件的定向凝固在确定的调整区段进行变速处理，包括：提前调整抽拉速度，以使单晶铸件的定向凝固在到达调整区段时刚好调整到确定的调整区段的抽拉速度。

优选的，所述单晶铸件为单晶叶片。

根据本发明另一个实施例，提供一种单晶铸件的制造系统，包括：杂晶易发分析模块，用于分析单晶铸件的形状特征和历史实验数据，以获取单晶铸件的杂晶易发位置；调整区段确定模块，用于根据所述分析模块获取的杂晶易发位置确定抽拉速度的调整区段；调整幅度确定模块，用于根据历史实验数据中杂晶出现的频率和严重程度确定抽拉速度的调整幅度；抽拉速度确定模块，用于根据预设抽拉速度和所述调整幅度确定模块确定的抽拉速度的调整幅度确定调整区段的抽拉速度；以及凝固控制模块，用于根据所述抽拉速度确定模块确定的调整区段的抽拉速度对单晶铸件的定向凝固在所述调整区段确定模块确定的调整区段进行变速处理。

优选的，所述调整区段确定模块包括：减速区段确定单元，用于将杂晶易发位置确定为抽拉速度的减速区段；以及加速区段确定单元，用于将非杂晶易发位置确定为抽拉速度的加速区段。

优选的，所述凝固控制模块包括：第一凝固控制单元，用于根据所述抽拉速度确定模块确定的减速区段的抽拉速度对单晶铸件的定向凝固在所述调整区段确定模块确定的减速区段进行减速处理；以及第二凝固控制单元，用于根据所述抽拉速度确定模块确定的加速区段的抽拉速度对单晶铸件的定向凝固在所述调整区段确定模块确定的加速区段进行加速处理。

根据本发明又一个实施例，提供一种单晶铸件的制造设备，所述单晶铸件的制造设备包括定向凝固装置以及上述的单晶铸件的制造系统，所述定向凝固装置用于根据所述单晶铸件的制造系统确定的调整区段的抽拉速度对单晶铸件进行定向凝固。

本发明提供的单晶铸件的制造方法、系统及设备，单晶铸件的制造方法，包括：分析单晶铸件的形状特征和历史实验数据，以获取单晶铸件的杂晶易发位置；根据获取的杂晶易发位置确定抽拉速度的调整区段；根据历史实验数据中杂晶出现的频率和严重程度确定抽拉速度的调整幅度；根据预设抽拉速度和确定的抽拉速度的调整幅度确定调整区段的抽拉速度；以及根据确定的调整区段的抽拉速度对单晶铸件的定向凝固确定的调整区段进行变速处理。本发明对单晶铸件的定向凝固在杂晶易发区段针对性地进行减速抽拉处理，降低了杂晶易发区段的冷却速率，避免了杂晶易发区段散热过快而使熔体过冷太大而导致的杂晶缺陷；对单晶叶片的定向凝固在非杂晶易发区段针对性地进行加速抽拉处理，节省了制造时间并细化凝固组织，提升了单晶铸件的良品率和生产效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一个实施例中单晶铸件的制造方法的流程示意图。

图2为本发明一个实施例中确定抽拉速度的调整区段的流程示意图。

图3为本发明一个实施例中定向凝固的流程示意图。

图4为本发明另一个实施例中单晶铸件的制造系统的结构示意图。

图5为本发明另一个实施例中调整区段确定模块的结构示意图。

图6为本发明另一个实施例中凝固控制模块的结构示意图。

图7为本发明又一个实施例中单晶铸件的制造设备的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案作进一步更详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。根据本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以结合具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。

图1为本发明一个实施例中单晶铸件的制造方法的流程示意图。如图所示，所述单晶铸件的制造方法，包括：

步骤s101：分析单晶铸件的形状特征和历史实验数据，以获取单晶铸件的杂晶易发位置。

所述单晶铸件可以为任意类型的单晶合金铸件，比如单晶叶片。下面仅以单晶叶片为例，对本发明实施例的技术方案进行详细描述。在本实施例中，在制造单晶铸件之前，可综合分析单晶铸件的形状特征和历史实验数据，获取到单晶铸件的杂晶缺陷的易发位置。根据单晶叶片制造的历史实验数据，单晶叶片缘板由于截面拓展较大，其边角部位散热过快而使熔体过冷，容易导致杂晶缺陷。单晶叶片叶身和叶根区域由于形状简单、界面变化不大，确定为杂晶缺陷的非易发位置。

步骤s102：根据获取的杂晶易发位置确定抽拉速度的调整区段。

在获取到单晶叶片的杂晶缺陷的易发位置后，根据获取的杂晶缺陷的易发位置确定抽拉速度的调整区段。参见图2，所述确定抽拉速度的调整区段。包括：

步骤s201：将杂晶易发位置确定为抽拉速度的减速区段。

步骤s202：将非杂晶易发位置确定为抽拉速度的加速区段。

在本实施例中，将杂晶易发位置确定为抽拉速度的减速区段以进行减速抽拉，将非杂晶易发位置确定为抽拉速度的加速区段以进行加速抽拉，对单晶叶片的杂晶缺陷的易发区段进行针对性地抽拉速度变速调整。

步骤s103：根据历史实验数据中杂晶出现的频率和严重程度确定抽拉速度的调整幅度。

在本实施例中，进一步根据历史实验数据中杂晶出现的频率和严重程度确定抽拉速度的调整幅度。即当杂晶缺陷出现的频率和严重程度较高时，可提升杂晶易发位置对应的减速区段的减速幅度，将最终抽拉速度控制为常规预设抽拉速度的10％至90％，降低缘板边角的冷却速度，避免了缘板边角部位散热过快而使熔体过冷太大而导致的杂晶缺陷。同时，针对非杂晶易发位置对应的加速区段，将最终抽拉速度控制为常规预设抽拉速度的1.1至5倍，节省了生产时间并细化凝固组织，提高了单晶铸件的生产效率和机械性能。

在本实施例中，可在凝固前沿到达调整区段前一段安全距离(比如10至40毫米)时提前调整抽拉速度，以使单晶铸件到达调整区段时刚好调整到确定的调整区段的凝固速度，提高速度控制的及时性和精确度，避免抽拉速度控制的延迟和误差而导致的制造误差和缺陷。

步骤s104：根据预设抽拉速度和确定的抽拉速度的调整幅度确定调整区段的抽拉速度。

在本实施例中，在确定抽拉速度的调整幅度后，根据预设抽拉速度和确定的抽拉速度的调整幅度确定调整区段的抽拉速度，准确地确定单晶叶片在减速区段的常规预设抽拉速度基础上减速处理后最终的抽拉速度、以及单晶叶片在加速区段的常规预设抽拉速度基础上加速处理后最终的抽拉速度。

步骤s105：根据确定的调整区段的抽拉速度对单晶铸件的定向凝固在确定的调整区段进行变速处理。

在本实施例中，最终根据确定的调整区段的抽拉速度对单晶铸件的定向凝固在确定的调整区段进行变速处理。参见图3，所述变速定向凝固，包括：

步骤s301：根据确定的减速区段的抽拉速度对单晶铸件的定向凝固在确定的减速区段进行减速处理。

步骤s302：根据确定的加速区段的抽拉速度对单晶铸件的定向凝固在确定的加速区段进行加速处理。

在本实施例中，对单晶铸件杂晶易发区段针对性地进行减速抽拉，降低了杂晶易发区段的冷却速度，避免了杂晶易发区段散热过快而使熔体过冷太大而导致的杂晶缺陷；对单晶叶片非杂晶易发区段针对性地进行加速抽拉，节省了制造时间并细化凝固组织，提升了单晶铸件的良品率和生产效率。

参见图4，在上述方法实施例的基础上，本发明一个实施例还提供一种单晶铸件的制造系统100，包括杂晶易发分析模块10、调整区段确定模块20、调整幅度确定模块30、抽拉速度确定模块40和凝固控制模块50。

所述单晶铸件可以为任意类型的单晶合金铸件，比如单晶叶片。在本实施例中，在制造单晶铸件之前，所述杂晶易发分析模块10可综合分析单晶铸件的形状特征和历史实验数据，获取到单晶铸件的杂晶缺陷的易发位置。所述杂晶易发分析模块10根据单晶叶片制造的历史实验数据，单晶叶片缘板由于截面扩展较大，其边角部位散热过快而使熔体过冷太大，容易导致杂晶缺陷。单晶叶片叶身和叶根区域由于形状简单、横截面面变化不大，确定为杂晶缺陷的非易发位置。

在所述杂晶易发分析模块10获取到单晶叶片的杂晶缺陷的易发位置后，所述调整区段确定模块20根据杂晶缺陷的易发位置确定抽拉速度的调整区段。参见图5，所述调整区段确定模块20，包括减速区段确定单元201和加速区段确定单元202。

在本实施例中，所述减速区段确定单元201将杂晶易发位置确定为抽拉速度的减速区段以进行减速抽拉，所述加速区段确定单元202将非杂晶易发位置确定为抽拉速度的加速区段以进行加速抽拉。

在本实施例中，所述调整幅度确定模块30进一步根据历史实验数据中杂晶出现的频率和严重程度确定抽拉速度的调整幅度。即当杂晶缺陷出现的频率和严重程度较高时，所述调整幅度确定模块30可提升杂晶易发位置对应的减速区段的减速幅度，将最终抽拉速度控制为常规预设抽拉速度的10％至90％，降低缘板边角的冷却速度和冷却程度，避免了缘板边角部位散热过快而使熔体过冷而导致的杂晶缺陷。同时，针对非杂晶易发位置对应的加速区段，所述调整幅度确定模块30将最终抽拉速度控制为常规预设抽拉速度的1.1至5倍，节省制造时间并细化凝固组织，提高了单晶铸件的制造效率和机械性能。

在本实施例中，所述调整区段确定模块20可在凝固前沿到达调整区段前一段安全距离(比如10至40毫米)时提前调整抽拉速度，以使单晶铸件到达调整区段时刚好调整到确定的调整区段的抽拉速度，提高速度控制的及时性和精确度，避免抽拉速度控制的延迟和误差而导致的制造缺陷。

在本实施例中，在所述调整幅度确定模块30确定抽拉速度的调整幅度后，所述抽拉速度确定模块40根据预设抽拉速度和所述调整幅度确定模块30确定的抽拉速度的调整幅度确定调整区段的抽拉速度，准确地确定单晶叶片在减速区段的常规预设抽拉速度基础上减速处理后最终的抽拉速度、以及单晶叶片在加速区段的常规预设抽拉速度基础上加速处理后最终的抽拉速度。

在本实施例中，所述凝固处理模块50最终根据所述抽拉速度确定模块40确定的调整区段的抽拉速度对单晶铸件的定向凝固在确定的调整区段进行变速处理。参见图6，所述凝固控制模块50，包括第一凝固控制单元501和第二凝固控制单元502。

在本实施例中，所述第一凝固控制单元501对单晶铸件杂晶易发区段针对性地进行减速抽拉，降低了杂晶易发区段的冷却速度，避免了杂晶易发区段散热过快而使熔体过冷太大而导致的杂晶缺陷；所述第二凝固处理单元502对单晶叶片非杂晶易发区段针对性地进行加速抽拉，节省了制造时间并细化凝固组织，提升了单晶铸件的良品率和生产效率。

参见图7，本发明再一个实施例还提供一种单晶铸件的制造设备300。所述单晶铸件的制造设备300包括定向凝固装置200以及上述实施例中所述的单晶铸件的制造系统100，所述定向凝固装置200根据所述单晶铸件的制造系统100确定的调整区段的抽拉速度对单晶铸件的定向凝固在确定的调整区段进行变速处理，在杂晶易发区段针对性地进行减速抽拉，降低了杂晶易发区段的冷却速度和冷却程度，避免了杂晶易发区段散热过快而使熔体过冷太大而导致的杂晶缺陷；对非杂晶易发区段针对性地进行加速抽拉，节省了制造时间并细化凝固组织，提升了单晶铸件的良品率和生产效率。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨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，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。