[发明专利]一种降低钛合金熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法

说明书

本发明属于铸造技术领域，涉及一种降低钛合金熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法。制备方法包括下述步骤：熔模制备、铸件浇注系统设计、带浇注系统的熔模制备、型壳制备、铸件浇注、一次吹砂和酸洗。本方法解决了采用熔模精密铸造方法制备的钛合金铸件表面粗糙度高的问题，并且通过改善钛合金铸件的表面质量可提高钛合金铸件的性能和使用可靠性。

技术领域

本发明属于熔模精密铸造技术领域，涉及对一种降低钛合金熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法的改进。

背景技术

钛合金精密铸件主要采用熔模精密铸造方法制备，采用易熔材料制备熔模，然后在熔模表面包覆若干层耐火材料制成型壳，将脱除熔模后的型壳焙烧，获得稳定的型壳，然后利用型壳进行铸件浇注。目前采用熔模精密铸造方法制备的钛合金铸件表面粗糙度介于3.2～6.3μm之间。由于钛合金铸件主要被用于航空航天领域，其对铸件的表面粗糙度、尺寸精度和使用可靠性有较高的要求，其中铸件的表面粗糙度与产品的配合性质、耐磨性、疲劳强度、接触刚度、振动和噪声等有密切的关系，对产品的使用寿命和可靠性有重要的影响，因而要求钛合金铸件表面粗糙度要低于3.2μm以下，对关键铸件或者铸件的关键区域要求表面粗糙度甚至要低。

由于熔模精密铸造的第一个工序就是制造熔模，要获得表面光洁度和尺寸精度高的铸件，首先熔模应具有较高的表面光洁度和尺寸精度。其次，铸件是利用型壳浇注制备而成，因而型壳内腔的表面光洁度也影响铸件的表面粗糙度。由于铸件在成型后，内部不可避免会存在冶金缺陷，需要通过补焊修复的方法消除，对铸件表面也有较大的影响，因而需要降低铸件一次成型的缺陷率。由于熔模精密铸造工序长，各工序都对表面粗糙度有影响，也要进行相关工序的过程表面粗糙度控制，才能实现铸件表面粗糙度降低。同时为进一步降低铸件表面粗糙度，需对铸件表面进行特殊处理，结合多种工艺效果，逐级降低铸件表面粗糙度，使铸件表面具有较低的表面粗糙度。

发明内容

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供一种降低钛合金熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法。

本发明的技术方案是：一种降低钛合金熔模精密铸件表面粗糙度的制备方法，其包括熔模制备、铸件浇注系统设计、带浇注系统的熔模制备、型壳制备和铸件浇注。其中，在熔模制备前还包括熔模制备模拟，在铸件浇注后包括吹砂和酸洗处理。

所述熔模制备模拟过程如下：

1.1根据铸件的三维模型，设计熔模模型，并初步设计模具模型；

1.2采用数值模拟软件进行面网格和体网格划分，形成可用于模拟的带网格的熔模模型和模具模型，所述的熔模模型面网格和体网格的边长≤5mm；

1.3设定熔模模拟边界参数；

1.4设定不同熔模制备工艺参数，对熔模制备过程进行模拟，其中模具预热温度为25～50℃，熔模注射温度为55～85℃，熔模注射压力为0.5～2MPa，熔模保压时间为150s～500s，评价表面流痕，并进行工艺参数优化；

1.5根据步骤1.4的模拟结果，观察熔模充型过程中，熔模在模具中的流动方向和充型顺序，通过改变模具注射口的设计位置，来改变熔模的流动和充型顺序，减少熔模紊流，平稳顺序充型，并确定模具注射口的设计位置及最终模具模型设计方案；

1.6在步骤1.5确定的模具模型设计方案的基础上，重复进行步骤1.4，根据步骤1.4的模拟结果预测熔模缺陷产生位置，进一步调整步骤1.4优化后的熔模制备工艺参数，将缺陷率降低10％以上，确定最终熔模制备工艺参数。

所述吹砂时，在铸件表面上喷涂钛合金玻璃润滑剂，改善吹砂效果。

所述吹砂用的砂料采用玻璃珠、碳化硅、棕刚玉、石英砂中的一种或几种，一次吹砂的压力为0.1～4MPa。

酸洗中，酸洗溶液为HNO₃+HF+添加剂的混合溶液。