[发明专利]闭合式空间曲面结构铸件型芯的制备方法

说明书

技术领域

本发明涉及铸件型芯的制备工艺技术领域，具体为一种闭合式空间曲面结构铸件型芯的制备方法。

背景技术

闭合式空间曲面结构铸件，如具有复杂旋转曲面的开闭式水力学叶轮，其空间曲面结构即为具有空间扭转拓扑面的叶片，叶片处于叶轮的两个夹层中间，因此在铸造开闭式水力学叶轮时，必须采用型芯。而型芯的空腔曲面形状决定了铸造得到的铸件的空间曲面形状，因此如何制备空腔曲面形状满足要求的型芯是铸造闭合式空间曲面结构铸件首先要解决的问题。

目前，传统的制备闭合式空间曲面结构铸件型芯的工艺是：先加工好独立的金属质地的空间曲面结构(如开闭式水力学叶轮的叶片)，制芯时将其固定在芯盒上，然后用热固性砂(如油砂)填充紧实，再将空间曲面结构松动，依靠油砂的蠕变退让取出空间曲面结构，这样在型芯上形成的空腔变形严重，形状与实际空间曲面结构模型差别较大。加之油砂必须经过烘烤才能固化，烘烤必须用芯托托住，工艺装备复杂，且在重力的作用下和搬运时的震动都引起型芯内空腔形状变化进一步加重，所以这种方法生产的闭合式空间曲面结构铸件的空间曲面形状与实际设计的曲面形状相差较大，相应的闭合式空间曲面结构铸件也就达不到设计的预期效果。

发明内容

本发明为解决闭合式空间曲面结构铸件在制备型芯过程中，型芯内空腔变形严重，与闭合式空间曲面结构铸件的空间曲面设计要求不符合的问题，提出了一种闭合式空间曲面结构铸件型芯的制备方法，通过在自硬性砂中预埋水溶性材质制备的空间曲面结构，在自硬性砂固化后用水将空间曲面结构溶解掉，而使所形成的型芯空腔曲面完全符合空间曲面结构的设计要求。

本发明的技术方案为：

所述一种闭合式空间曲面结构铸件型芯的制备方法，其特征在于：采用以下步骤：

步骤1：制备独立的空间曲面结构模具和型芯主体芯盒；

步骤2：将水溶性材料加热融化后浇入空间曲面结构模具中，冷却使水溶性材料凝固后开模取出并修整，得到水溶性材料制备的空间曲面结构；

步骤3：根据闭合式空间曲面结构铸件的结构要求，将若干个独立的空间曲面结构在型芯主体芯盒下半模上固定；

步骤4：将自硬性砂填入主体芯盒并紧实,在自硬性砂硬化后，打开型芯主体芯盒，取出型芯；

步骤5：将型芯中的水溶性材料用水溶解，再将型芯烘干，得到闭合式空间曲面结构铸件型芯。

进一步的优选方案，所述一种闭合式空间曲面结构铸件型芯的制备方法，其特征在于：水溶性材料采用尿素。

进一步的优选方案，所述一种闭合式空间曲面结构铸件型芯的制备方法，其特征在于：自硬性砂采用呋喃树脂砂。

有益效果

本发明的有益效果是：

本发明通过在自硬性砂中预埋水溶性材质制备的空间曲面结构，在自硬性砂固化后用水将空间曲面结构溶解掉，能够得到符合曲面要求的空间曲面结构内腔。在优选方案中采用尿素作为水溶性材料，相比于采用食盐作为水溶性材料，主要利用尿素溶解度高、熔点低、而且凝固后有强度的优点。在优选方案中采用呋喃树脂砂作为自硬性砂，相比于脲醛树脂砂，主要利用呋喃树脂砂在烘烤过程中耐高温性能比脲醛树脂砂好，不会溃散的特点。

附图说明

图1：型芯主体芯盒示意图，其中(a)为型芯主体芯盒下半模，(b)为型芯主体芯盒上半模。

图2：尿素叶片示意图。

图3：尿素叶片固定在型芯主体芯盒下半模上的示意图。

图4：合上型芯主体芯盒后的示意图。

图5：型芯主体芯盒填充呋喃树脂砂后的示意图。

图6：水溶前的型芯示意图。其中(a)为正面，(b)为背面。

图7：水溶后的型芯示意图。其中(a)为正面，(b)为背面。

具体实施方式

下面结合具体实施例描述本发明：

本实施例中的闭合式空间曲面结构铸件为开闭式水力学叶轮，其空间曲面结构为叶片，采用的型芯制备方法包括以下步骤：

步骤1：制备独立的叶片模具(用于制备尿素叶片)和型芯主体芯盒(用于制备树脂砂芯)。型芯主体芯盒如图1所示。

步骤2：将尿素加热至150--160℃，尿素完全融化后浇入叶片模具中，冷却30-60秒，使尿素凝固后开模取出尿素叶片，并修整，得到符合曲面形状要求的尿素叶片。如图2所示。

步骤3：根据开闭式水力学叶轮的结构要求，将六个尿素叶片在主体芯盒下半模上固定好，如图3所示，然后盖上型芯主体芯盒上半模，如图4所示。