[发明专利]一种钛合金开式叶轮熔模精密铸造方法

说明书

本发明公开了一种钛合金开式叶轮熔模精密铸造方法，包括如下步骤：设计浇注系统蜡模、设计组合蜡模组、制作型壳、脱蜡与脱模处理、浇注成型和后处理步骤，本发明通过在组合蜡模组中增加支撑柱以及在型壳制备中反复翻转组合蜡模组的方法，以解决钛合金开式叶轮熔模精密铸造生产过程中变形的问题。

技术领域

本发明涉及钛及钛合金熔模精密铸造领域，具体的说是一种钛合金开式叶轮熔模精密铸造方法。

背景技术

钛合金叶轮包括轮盘、轮毂和叶片，叶片围绕轮盘的轴心均匀分布在轮盘的表面，按其结构分为开式、半闭式、闭式三种。钛合金开式叶轮的叶片呈螺旋形、沿弧面渐进增高的曲面造型，通常采用熔模精密铸造方式，其在制备过程中所采用的组合蜡模组的示意图见图1，叶轮的轮盘垂直于挂钩1，呈水平放置，直浇口2与横浇道5连接，内浇道I4与轮毂连接，两个内浇道II 3与轮盘连接。挂钩1设置在直浇口2处，制壳时叶轮轮盘垂直于挂钩1悬挂。现有技术存在以下问题：(1)、蜡模在制壳过程中，由于悬挂时涂料重力的影响使轮盘边缘变形；(2)、清壳时叶片与地面接触受力时产生变形，初检叶轮尺寸时，存在叶轮的变形量超出设计公差范围的问题。

钛合金开式叶轮的造型结构影响叶轮工作的可靠性，目前该类钛合金开式叶轮熔模精密铸造的生产中，如何控制叶轮变形成为一个难点，因此，亟待提出一种能够防止钛合金开式叶轮变形的熔模精密铸造方法。

发明内容

为了解决现有技术中的不足，本发明提供一种钛合金开式叶轮熔模精密铸造方法，该方法针对钛合金开式叶轮生产过程中变形的问题，通过在组合蜡模组中增加支撑柱以及在型壳制备中反复翻转组合蜡模组的方法，以解决钛合金开式叶轮熔模精密铸造生产过程中变形的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的具体方案为：

一种钛合金开式叶轮熔模精密铸造方法，包括如下步骤：

(1)、设计浇注系统蜡模：所述浇注系统蜡模包括一个竖直浇道、一个大径水平浇道、两个个小径水平浇道以及两个直角浇道，其中，竖直浇道的一端与直浇口相连通，大径水平浇道、小径水平浇道以及直角浇道均与竖直浇道垂直连通，小径水平浇道分别设于大径水平浇道的上下两侧，直角浇道分别设于大径水平浇道的左右两侧，竖直浇道的两端均连接有与竖直浇道延伸方向一致的挂钩；

(2)、设计组合蜡模组：叶轮蜡模制作完毕后，将蜡模焊成叶轮蜡件，将叶轮蜡件竖直固定，使设于叶轮蜡件中轮毂中心处的第一浇注口的轴心与水平方向平行；将浇注系统蜡模与叶轮蜡件焊接在一起，形成组合蜡模组，其中，浇注系统蜡模中的大径水平浇道与第一浇注口相连接，小径水平浇道和直角浇道分别与叶轮蜡件中的轮盘相连通；叶轮蜡件中在轮盘朝向叶片的圆周面上环形阵列有至少三根支撑柱，所述支撑柱的自由端面距轮盘的距离大于叶片的自由端面距轮盘的距离；

(3)、制作型壳：利用其中一个挂钩将组合蜡模组悬挂于机械臂上，利用机械臂将组合蜡模组浸入料浆中，转动组合蜡模组，并不断往上撒砂料，使砂料完全包覆蜡模，并置于20℃～25℃环境中进行干燥，待组合蜡模组干燥后，即得到一层壳，重复上述步骤至少5次即得到型壳；其中，在前5层壳的制备中，每制得一层壳后将组合蜡模组整体上下翻转一次；

(4)、脱蜡与脱模处理：使用蒸汽脱蜡釜对型壳进行脱蜡，得到空腔的型壳，脱蜡后利用焙烧炉对型壳进行1050℃焙烧5h，型壳随炉冷却后出炉等待浇注；

(5)、浇注成型：采用真空自耗电极凝壳炉熔化钛锭电极，然后浇注至50～100℃的型壳的型腔内，冷却30min后出炉，即得到铸件；

(6)、后处理：将型壳支撑柱着地放置，机器振动清壳，清壳完毕后对铸件进行抛丸、切除浇注系统、打磨工序处理。

进一步地，步骤(1)中，设于大径水平浇道左侧的直角浇道的直径小于设于大径水平浇道右侧的直角浇道的直径。

进一步地，设于大径水平浇道左侧的直角浇道的直径与小径水平浇道的直径相等。