[发明专利]双层双向整体导向器铸件的浇注系统及其铸造成形方法

说明书

本发明公开了一种双层双向整体导向器铸件的浇注系统及其铸造成形方法，所述双层双向整体导向器铸件的浇注系统通过采用钳形浇冒口和定向传热装置，实现了铸造工艺难度极大的双层双向整体精密铸造导向器的顺序凝固和同时凝固相结合的复合凝固精密铸造成形。经实际生产验证，本发明的浇注系统可有效解决双层双向导向器精密整体铸件的缩松缺陷问题，避免欠铸或冷隔缺陷的产生，减少铸件夹杂缺陷，减轻铸件变形，显著提升整体铸造合格率，可为类似双层双向结构的整体精密导向器生产制造提供技术支撑和实践指导。

技术领域

本发明涉及精密铸造技术领域，特别地，涉及一种双层双向整体导向器铸件的精密铸造成形方法。

背景技术

导向器是航空发动机的重要部件，常规导向器主要有双层单向和双层双向两种结构。如图1所示，双层单向导向器由内、外环双层流道及水平叶片组成，工作气流由进气边进入，再由排气边单向排出，实现单向流通。如图2所示，双层双向导向器由内、外环双层流道及竖直叶片组成，工作时通过L形内、外流道及竖直叶片转向导流作用，实现气流由-Z方向进入，再由Z方向排出的双向流通。现阶段，对于结构相对较简单的双层单向结构导向器，一般采用整体铸造方式成形，专利CN201810493597.6公开了在内、外环安装边设置直接浇冒口，即可实现由叶片至内、外环再到浇冒口的顺序凝固补缩。而对于结构复杂的双层双向结构导向器，专利CN201810663928.6公开了由多个简单铸造单件通过铆接或焊接方式组装成形。随着航空发动机对性能和寿命要求的不断提升，精密铸件逐渐向集成化方向发展，总体呈现复杂、无余量等特点，铸造工艺难度急剧提升。如图3所示，某航空发动机用导向器为一种典型的双层双向大型复杂整体精密铸件，内、外环双层流道均呈L形变截面，通过厚大竖直叶片连接形成双层双向整体结构，该铸件集成化程度高，结构紧凑，对冶金缺陷的控制要求异常严苛。目前，该铸件采用熔模精密铸造工艺一次性成型，主要存在的铸造工艺难点如下：

(1)铸件L型内环厚大，与竖直厚大叶片连接的流道部位存在密集大尺寸热节，凝固过程中金属液补缩行程远，补缩需求量大，常规直接浇冒口设计无法满足内环凝固补缩需求；

(2)铸件外环呈多变截面薄壁L型结构，两端厚，中间薄，热节数量多，且在中间最大外圆弧处分布有多处实心凸台，液态收缩与凝固收缩阶段难以形成有利的顺序凝固补缩条件，固态收缩阶段则容易产生尺寸变形；

(3)内、外环与叶片之间空间结构紧凑，严重限制浇冒口尺寸和形状的设计，如果浇冒口设计过于复杂，会导致壳型干燥和铸件凝固过程中散热困难，加剧缩松和夹杂缺陷的产生；

(4)竖直叶片进气边厚度大于10mm，排气厚度却不足1mm，金属液充型过程中在排气边极易产生欠铸或冷隔缺陷，而在凝固过程中容易形成由排气边至进气边生长的柱状晶；

(5)内、外环及叶片之间干涉严重，存在大面积的视觉盲区，现有抛修工具与方法无法将该区域超标冶金缩松、夹杂等缺陷打磨至合格或排除进行补焊修复，对冶金缺陷的控制要求极为严格。

发明内容

本发明提供了一种双层双向整体导向器铸件的精密铸造成形方法，以解决现有的浇注系统采用常规直接浇冒口设计无法满足内环凝固补缩需求的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种双层双向整体导向器铸件的浇注系统，包括常规浇注系统和钳形浇冒口，所述钳形浇冒口的上端与常规浇注系统连接，下端分别与双层双向整体导向器铸件的内环内浇口、外环内浇口连接，所述钳形浇冒口用于将常规浇注系统浇入的充型金属液分别引入内环内浇口和外环内浇口中，使得充型金属液先将竖直叶片和外环充填完整，再由下至上对内环型腔进行充填，并在凝固过程中实现对双层双向整体导向器铸件的内、外环进行双向顺序凝固补缩。

进一步地，所述钳形浇冒口采用鱼嘴型钳口设计，其中，内环内浇口设置在内环水平截面热节上方，外环内浇口设置在外环竖直截面壁厚最厚的部位。

进一步地，还包括设置在外环下方并用于对外环进行导热的定向传热装置。