一种具有大长径细长封闭孔道的钛合金熔模铸件成型方法与流程

本发明涉及熔模铸造工艺，特别涉及一种具有大长径细长封闭孔道的钛合金熔模铸件成型方法。

背景技术：

1、随着零部件结构及多功能的不断集成，具有油路、气路或散热功能的大长径比细长深孔结构的零部件越来越多，这类结构大多受到整体外形、壁厚等设计的限制，具有弯曲甚至变截面等复杂特征，该类结构件一般行程较长，内径较大壁厚较薄，且成形尺寸、荧光、x-ray等要求高。

2、该产品若是仅依靠熔模铸造中普通方法则存在细长、封闭弯孔无法铸出的问题，其难度有以下几点：(1)封闭弯曲孔道，蜡模模具抽芯无法实现；(2)细长孔无法制壳，大孔径比涂挂第一层浆料时，就会被堵死，此外细长孔腔内部砂浆干燥困难，强度会很低，难以承受钛液冲击。

3、而在现有的公开的其它成形方案：(1)“分体铸造-组合焊接”，即将铸件沿孔道中心分开制作主体蜡模和分体蜡模，分体制壳、焙烧、浇注成形，再通过焊接方式组合成形。此方案缺点为：存在不连续性缺陷(未焊透、未熔合、裂纹等)、几何偏差(错边、变形等)以及焊疤缺陷，成为潜在的失效源，同时影响产品合格率。(2)内孔采用陶瓷芯等型芯辅助孔腔成形。此方案缺点在于细长结构的陶瓷芯结构强度有限极易出现断裂并且由于孔道狭窄有效面积狭小同样会导致的无法脱芯等问题，例如铸件浇注后，用强碱腐蚀法脱除陶瓷型芯，但强碱腐蚀会严重损伤铝钛合金铸件本身。

4、申请号为200810236242.5的中国发明专利公开了一种异形深孔类零件的精密成形方法，将零件毛坯进行退火、抛丸、磷皂化处理，然后将毛坯进行一次大变形量的反挤，完成深孔预成形，再进行低温退火、抛丸、磷皂化处理，续而通过若干道的冷精整，通过反挤成形方法，一次完成异形深孔的预成形。该技术方案加工成本高，冷精整过程还是难以实现精度要求，操作起来时间较长。

5、申请号为cn201910742540.x的中国发明专利公开了一种细长异形孔的加工方法，采用工件表面处理、开孔制弯、修整检验、蜡模压制、铸件成型，通过将清洗后的工件坯料，在机床上进行定位和校正，并用电火花开孔技术进行开孔，开孔过程中在开孔处缓慢添加氮化硼混悬液，然后弯制成所需异形孔形状，工艺较为复杂，且产品质量精度不易控制，良品率较差。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明旨在提出一种具有大长径细长封闭孔道的钛合金熔模铸件成型方法，解决了现有技术中具有大长径比细长深孔结构的油路、气路或散热功能的钛合金铸件不易制造、良品率差的难题。

2、为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

3、一种具有大长径细长封闭孔道的钛合金熔模铸件成型方法，包括：

4、s1：管体模型设计，通过三维建模软件在铸件孔腔模型中随形设计镶嵌钛管模型；

5、s2：3d打印预备钛管，将设计好的三维管件数据通过3d打印机，将最终数据按照分层进行3d打印成形，制备所需要的镶嵌用预备钛管；

6、s3：预备钛管表面处理，获取清洗后满足管径要求的预备钛管；

7、s4：预备钛管与光敏树脂模组合，将预备钛管的三维数据嵌入铸件三维模型中进行匹配，通过进行光敏树脂模的打印、拼接、封蜡得到嵌入预备钛管的光敏树脂模；

8、s5：组焊及制壳，对嵌入预备钛管的光敏树脂模进行涂挂浆料及撒砂操作，经过焙烧制得到型壳；

9、s6：浇注成形，向型壳内浇注熔炼后的钛合金液，待钛合金液冷凝后获得钛合金铸件；

10、s7：清壳、喷砂处理，将浇注后的钛合金铸件清壳并喷砂去除模壳灰；

11、s8：管径内壁处理，对钛合金铸件内部的管径内壁进行酸洗浸除，喷砂。

12、进一步的，所述钛管的细长比大于40，钛管具有转弯结构且钛管转弯内径不大于10mm，钛管最薄壁厚小于3mm。

13、进一步的，在步骤s1中，在设计镶嵌钛管模型时，在管体模型上增加固定支撑杆，所述固定支撑杆与钛管相接部位圆角光滑过渡，通过布尔运算后，形成镶嵌用管的三维模模型。

14、进一步的，在步骤s2中，将设计好的三维管件数据通过stl文件格式进行输入，通过magic对三维数据进行检查和修复。

15、进一步的，在步骤s3中，对s2步骤中的预备钛管表面进行强酸溶液酸洗，测量记录酸洗前后预备钛管管径，获得减薄的预备钛管。

16、进一步的，在步骤s2中，预备钛管的经过3d打印机制备出来的壁厚为1±0.15mm，在步骤s3中，酸洗处理后钛管壁厚为0.5±0.15mm。

17、进一步的，预备钛管表面处理的配制酸洗溶液成分为hno3、hf和水的混合物，水：硝酸：氢氟酸＝5:4:1。

18、进一步的，在步骤s4中，在光敏树脂模中嵌入预备钛管的部位预留0.1～0.2mm的收缩间隙。

19、进一步的，在步骤s5中，制壳前将预备钛管的开放口通过浸蜡进行封死。

20、进一步的，在步骤s8中，将步骤s7中制备的钛合金铸件毛胚放进清水中完全浸没，再向预备钛管内孔通入强酸腐蚀液对内腔腐蚀酸洗，待内腔氧化皮完全浸除干净后，取出钛合金铸件毛胚在清水清洗干净内腔，喷砂。

21、相对于现有技术，本发明所述的一种具有大长径细长封闭孔道的钛合金熔模铸件成型方法具有以下优势：

22、(1)本发明所述的一种具有大长径细长封闭孔道的钛合金熔模铸件成型方法，不仅生产工艺简单，而且有效保证了孔腔的成形精度，铸造出的铸件孔壁密实度高，光洁度好，管道气密性、耐压性能均良好，可以使用于带有气路、油路管铸件的熔模铸造成形。

23、(2)本发明所述的一种具有大长径细长封闭孔道的钛合金熔模铸件成型方法，铸造过程无需分体铸造，实现了铸件大长径比细长封闭弯曲孔道的一体完整成型，有效保证了孔道外壁承受各种应力以及变形的能力，增加了铸件生产质量的稳定性和可靠性，采用该成型方法制备的孔腔内壁光洁，无铸造及焊接缺陷，提高了铸件制造的实际效果。

技术特征：

1.一种具有大长径细长封闭孔道的钛合金熔模铸件成型方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的具有大长径细长封闭孔道的钛合金熔模铸件成型方法，其特征在于，所述钛管的细长比大于40，钛管具有转弯结构且钛管转弯内径不大于10mm，钛管最薄壁厚小于3mm。

3.根据权利要求1所述的具有大长径细长封闭孔道的钛合金熔模铸件成型方法，其特征在于，在步骤s1中，在设计镶嵌钛管模型时，在管体模型上增加固定支撑杆，所述固定支撑杆与钛管相接部位圆角光滑过渡，通过布尔运算后，形成镶嵌用管的三维模模型。

4.根据权利要求1或2或3所述的具有大长径细长封闭孔道的钛合金熔模铸件成型方法，其特征在于，在步骤s2中，将设计好的三维管件数据通过stl文件格式进行输入，通过magic对三维数据进行检查和修复。

5.根据权利要求4所述的具有大长径细长封闭孔道的钛合金熔模铸件成型方法，其特征在于，在步骤s3中，对s2步骤中的预备钛管表面进行强酸溶液酸洗，测量记录酸洗前后预备钛管管径，获得减薄的预备钛管。

6.根据权利要求1或5所述的具有大长径细长封闭孔道的钛合金熔模铸件成型方法，其特征在于，在步骤s2中，预备钛管的经过3d打印机制备出来的壁厚为1±0.15mm，在步骤s3中，酸洗处理后钛管壁厚为0.5±0.15mm。

7.根据权利要求6所述的具有大长径细长封闭孔道的钛合金熔模铸件成型方法，其特征在于，预备钛管表面处理的配制酸洗溶液成分为hno3、hf和水的混合物，水：硝酸：氢氟酸＝5:4:1。

8.根据权利要求1或7所述的具有大长径细长封闭孔道的钛合金熔模铸件成型方法，其特征在于，在步骤s4中，在光敏树脂模中嵌入预备钛管的部位预留0.1～0.2mm的收缩间隙。

9.根据权利要求1所述的具有大长径细长封闭孔道的钛合金熔模铸件成型方法，其特征在于，在步骤s5中，制壳前将预备钛管的开放口通过浸蜡进行封死。

10.根据权利要求1所述的具有大长径细长封闭孔道的钛合金熔模铸件成型方法，其特征在于，在步骤s8中，将步骤s7中制备的钛合金铸件毛胚放进清水中完全浸没，再向预备钛管内孔通入强酸腐蚀液对内腔腐蚀酸洗，待内腔氧化皮完全浸除干净后，取出钛合金铸件毛胚在清水清洗干净内腔，喷砂。

技术总结
本发明提供了一种具有大长径细长封闭孔道的钛合金熔模铸件成型方法，包括：S1：管体模型设计；S2：3D打印预备钛管；S3：预备钛管表面处理；S4：预备钛管与光敏树脂模组合；S5：组焊及制壳；S6：浇注成形；S7：清壳、喷砂处理；S8：管径内壁处理。一种具有大长径细长封闭孔道的钛合金熔模铸件成型方法，不仅生产工艺简单，而且有效保证了孔腔的成形精度，铸造出的铸件孔壁密实度高，光洁度好，管道气密性、耐压性能均良好，可以使用于带有气路、油路管铸件的熔模铸造成形。

技术研发人员：孙冰,乔海滨,程亚珍,孙宏喆,董振江,晁红颖,金戈,张世桂,马力苹,陈沛,马江南
受保护的技术使用者：洛阳双瑞精铸钛业有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15