[发明专利]基于3D打印多层中空壳型实现定向凝固的方法

说明书

本发明提供了基于3D打印多层中空壳型实现定向凝固的方法，作为铸型的多层中空壳型结构因冷却能力优良而适合用于通过定向凝固铸造铸件，但其结构复杂难以通过常规方法制造，基于3D打印技术打印能制造出结构精准的多层中空壳型结构。在铸造铸件时，将液态金属浇注到多层中空壳型结构的型腔中后，多层中空壳型结构的底部浸入冷却水中冷却，形成定向凝固，随着冷却水的液面的上升，中空层将自下而上被冷却水逐步填充，使液态金属的凝固界面的高度在高于冷却水的液面的高度的情况下沿竖直方向逐渐向上推进，实现铸件各处相同的保温条件以及稳定的定向凝固，从而减少杂晶、雀斑等缺陷的产生，达到优化铸件质量及其性能，提高铸件合格率的目的。

技术领域

本发明涉及铸造领域，尤其涉及一种基于3D打印多层中空壳型实现定向凝固的方法。

背景技术

定向凝固是航空发动机叶片制造的关键技术，是军工国防装备制造的关键技术之一，也是我国制造业的瓶颈问题之一。在典型的定向凝固中，作为铸造铸件所需的铸型的陶瓷型壳对保温炉壁存在热辐射，干扰了铸件沿高度方向的传热，影响了高度方向的温度梯度和凝固界面的平直性，并且随着凝固逐步向上推进，凝固界面前沿距离底部的水冷源越来越远，因此凝固界面前沿的温度梯度越来越小，冷却速度也越来越小，这都影响了铸件的质量，容易产生杂晶、雀斑等缺陷，降低铸件性能，甚至使铸件报废。

发明内容

鉴于现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种基于3D打印多层中空壳型实现定向凝固的方法，其能基于3D打印技术根据定向凝固的需求得到铸造铸件所需的复杂铸型，优化铸件铸造的质量。

为了实现上述目的，本发明提供了基于3D打印多层中空壳型实现定向凝固的方法，包括步骤：S1，根据待铸造的铸件，基于3D打印技术得到作为铸型的多层中空壳型结构，所述多层中空壳型结构包括多个嵌套的型壳，位于最内部的型壳形成型腔，相邻两个型壳之间形成中空层，除位于最内部的型壳外的其它型壳均设置有沿竖直方向均匀分布用于与中空层连通的多个通孔；S2，将步骤S1中得到的多层中空壳型结构支撑于无水干燥的箱体中；S3，将液态金属浇注到型腔中；S4，浇注完成后，向箱体中注入冷却水，使冷却水浸没多层中空壳型结构的底部以使冷却水经由通孔进入所有中空层且冷却水的液面以第一速度自下而上移动，随着型腔中的液态金属自下而上逐渐凝固，控制第一速度使冷却水的液面的高度始终低于液态金属的凝固界面，使液态金属的凝固界面沿竖直方向逐渐向上推进，直至整个铸件凝固完成。

本发明的有益效果如下：在根据本发明的基于3D打印多层中空壳型实现定向凝固的方法中，作为铸型的多层中空壳型结构因多个嵌套的型壳和中空层的存在具有保温作用，因冷却能力优良而适合用于通过定向凝固铸造铸件，但其结构复杂难以通过常规方法制造，基于3D打印技术打印能制造出结构精准的多层中空壳型结构。在铸造铸件时，将液态金属浇注到多层中空壳型结构的型腔中后，多层中空壳型结构的底部浸入冷却水中冷却，形成定向凝固，冷却水的液面逐渐升高，随着冷却水的液面的上升，中空层将自下而上被冷却水逐步填充，由此加快处于冷却水的液面所在平面及平面以下的铸件部位向周围散失热量的速度，而位于冷却水的液面上方的铸件部位由于中空层的保温作用热量散失较慢，以实现大的温度梯度，保证液态金属的凝固界面前沿的温度以及冷却速度维持在可控范围之内，使液态金属的凝固界面的高度在高于冷却水的液面的高度的情况下沿竖直方向逐渐向上推进，实现铸件各处相同的保温条件以及稳定的定向凝固，从而减少杂晶、雀斑等缺陷的产生，达到优化铸件质量及其性能，提高铸件合格率的目的。

附图说明

图1是根据本发明的基于3D打印多层中空壳型实现定向凝固的方法中的所使用装置的示意图。

其中，附图标记说明如下：

1多层中空壳型结构 3液态金属

11型壳 4冷却水