阅读说明：本技术 环形零件的铸坯及铸坯的制造方法 (Casting blank for ring-shaped part and method for manufacturing casting blank ) 是由 米沥 连凯文 姜智超 胡斌 王炳 袁建波 于 2020-04-30 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种环形零件的铸坯及铸坯的制造方法,环形零件的铸坯包括铁皮套以及附着于铁皮套上的环形铸坯,铁皮套的外壁面由低到高逐渐向内倾斜,从而构成用于高温稳定化热处理时对环形铸坯进行支撑的支撑面；环形铸坯的高度大于多个环形零件的高度,环形铸坯的内径尺寸小于环形零件的内径尺寸,环形铸坯的外径尺寸大于环形零件的外径尺寸。本发明的环形零件的铸坯,通过使浇注至模具本体的型腔中的合金液凝固成环形铸坯并附着于铁皮套上,从而减少了合金液的用量,减少了制作成本,同时缩短了凝固成形的时间,通过铁皮套上由低到高向内倾斜的外壁面构成用于高温稳定化热处理时对环形铸坯进行支撑的支撑面,从而防止环形铸坯受热变形。(The invention discloses a casting blank of an annular part and a manufacturing method of the casting blank, wherein the casting blank of the annular part comprises an iron sheet sleeve and an annular casting blank attached to the iron sheet sleeve, and the outer wall surface of the iron sheet sleeve is gradually inclined inwards from low to high so as to form a supporting surface for supporting the annular casting blank during high-temperature stabilization heat treatment; the height of the annular casting blank is larger than the height of the annular parts, the inner diameter of the annular casting blank is smaller than that of the annular parts, and the outer diameter of the annular casting blank is larger than that of the annular parts. According to the casting blank of the annular part, the alloy liquid poured into the cavity of the die body is solidified into the annular casting blank and is attached to the iron sheet sleeve, so that the using amount of the alloy liquid is reduced, the manufacturing cost is reduced, the solidification forming time is shortened, and the outer wall surface of the iron sheet sleeve, which is inclined inwards from low to high, forms a supporting surface for supporting the annular casting blank during high-temperature stabilization heat treatment, so that the annular casting blank is prevented from being deformed by heating.)

环形零件的铸坯及铸坯的制造方法

技术领域

本发明涉及铸坯制造技术领域，特别地，涉及一种环形零件的铸坯，此外，还涉及一种铸坯的制造方法。

背景技术

在航空发动机上，以铜银锌为代表的一种新型材料制造成环形零件，用于作为封严组件内环使用，其技术要求极高，不允许任何疏松、夹渣缺陷。同时，为满足后期焊接需求，铸坯在加工前需经高温稳定化热处理，稳定化热处理的温度接近材料的固相线温度，因此热处理过程材料极易“软化”导致铸件坍塌变形。

现有技术中，通过材料的合金液铸造铜合金铸棒，再通过加工去除铜合金铸棒的余料，从而制造得到环形零件。铜合金铸棒一般的铸造工艺有离心铸造和重力铸造。离心铸造工艺形成的铸坯为空心铸棒，相对于重力铸造较为节省材料，适用于直径较大的环形零件的铸坯制造，如铸坯直径为60mm及以上。离心铸造模具转速高达1000r/min，因此对于各元素质量差别大的材料，如含Zn、Pb、Ag等，离心铸造容易形成偏析。采用重力铸造的铸棒，一般为实心，因此对于直径较大的环形零件，采用实心铸棒较为浪费材料，且实心铸棒冷却过程自然凝固性较差，容易有疏松缺陷。对于加工前需要高温稳定化处理的铸坯，若使用离心铸造，一方面要考虑材料组元中是否含质量较重的元素导致铸件偏析，另一方面要考虑空心结构在高温稳定化处理阶段极易变形的问题。使用重力铸造，则要考虑大直径实心棒坯会造成贵重金属如“Ag”的浪费，且铸件疏松缺陷难以控制的问题。

发明内容

本发明提供了一种环形零件的铸坯及铸坯的制造方法，以解决现有的环形零件的铸坯在铸坯制造过程中出现偏析、变形和/或疏松缺陷的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种环形零件的铸坯，用于制造环形零件，包括铁皮套以及附着于铁皮套上的环形铸坯，铁皮套的外壁面由低到高逐渐向内倾斜，从而构成用于高温稳定化热处理时对环形铸坯进行支撑的支撑面；环形铸坯的高度大于多个环形零件的高度，环形铸坯的内径尺寸小于环形零件的内径尺寸，环形铸坯的外径尺寸大于环形零件的外径尺寸。

进一步地，支撑面向内倾斜的角度为1度-5度。

进一步地，铁皮套设有中心空腔，铁皮套的底部设有用于对环形铸坯进行支撑并防止浇注的合金液流入中心空腔的环形底板。

进一步地，环形铸坯的外壁面由低到高向外倾斜。

进一步地，环形铸坯的外壁面的下部和中部的倾斜角度为1度-5度，环形铸坯的外壁面的上部的倾斜角度为10度-50度。

根据本发明的另一方面，还提供一种铸坯的制造方法，用于制造环形零件的铸坯，铸坯模具包括设有型腔的模具本体以及盖合于模具本体上的用于向型腔中浇入合金液的浇口杯，包括以下步骤：在模具本体的型腔中心放置一个铁皮套，使铁皮套的外壁面与型腔的内壁面之间构成用于铸坯成型的环形腔；将浇口杯盖合于模具本体上，并从浇口杯向环形腔中浇入合金液，从而使合金液凝固成型后形成的环形铸坯，且环形铸坯附着于铁皮套上；将带有铁皮套的环形铸坯从模具本体中取出，并进行高温稳定化热处理。

进一步地，铁皮套放入模具本体的型腔中心前对铁皮套进行预处理，包括以下步骤：采用3％-5％碳酸钠溶液将铁皮套进行碱洗除油，从而将铁皮套表面的氧化皮和油污去除；将铁皮套表面残留的碳酸钠溶液清洗干净并烘干。

进一步地，向模具本体的型腔与铁皮套之间浇注合金液之前，采用1.5％-2％的硼酸水溶液涂覆于模具本体的型腔的内壁面上。

进一步地，模具本体的型腔的底面设有径向尺寸由低到高逐渐变大的锥形孔，锥形孔中安装有相匹配的用于将成型后铸坯从模具本体的型腔中顶出的顶出活块。

进一步地，合金液包括50％-60％的铜、20％-25％的银以及20％-25％的锌，合金液熔炼、纯化以及出炉浇注温度为1000℃-1052℃；高温稳定化热处理的温度为700℃±20℃，时间为5h±10min。

本发明具有以下有益效果：

本发明的环形零件的铸坯，通过增设铁皮套，使浇注至模具本体的型腔中的合金液凝固成环形铸坯并附着于铁皮套上，从而减少了合金液的用量，减少了制作成本，同时缩短了凝固成形的时间，减少了制造环形零件时需要去除的余料，提高了加工效率，通过铁皮套上由低到高向内倾斜的外壁面构成用于高温稳定化热处理时对环形铸坯进行支撑的支撑面，从而防止环形铸坯受热变形，此外，环形铸坯的高度大于多个环形零件的高度，环形铸坯的内径尺寸小于环形零件的内径尺寸，环形铸坯的外径尺寸大于环形零件的外径尺寸，因此，最后通过加工将铁皮套和环形铸坯的余料去除后，同时获得多个环形零件，进一步提高了环形零件的加工效率。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的环形零件的铸坯的结构示意图；

图2是本发明优选实施例的铁皮套的结构示意图；

图3是本发明优选实施例的铸坯模具的结构示意图。

图例说明：

1、铁皮套；2、环形铸坯；3、环形底板；4、模具本体；41、型腔；5、浇口杯；6、顶出活块；7、环形零件。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

图1是本发明优选实施例的环形零件的铸坯的结构示意图；图2是本发明优选实施例的铁皮套的结构示意图；图3是本发明优选实施例的铸坯模具的结构示意图。

如图1所示，本实施例的环形零件的铸坯，用于制造环形零件7，包括铁皮套1以及附着于铁皮套1上的环形铸坯2，铁皮套1的外壁面由低到高逐渐向内倾斜，从而构成用于高温稳定化热处理时对环形铸坯2进行支撑的支撑面；环形铸坯2的高度大于多个环形零件7的高度，环形铸坯2的内径尺寸小于环形零件7的内径尺寸，环形铸坯2的外径尺寸大于环形零件7的外径尺寸，通过加工将铁皮套1和环形铸坯2的余料去除，从而获得多个环形零件7。本发明的环形零件的铸坯，通过增设铁皮套1，使浇注至模具本体4的型腔41中的合金液凝固成环形铸坯2并附着于铁皮套1上，从而减少了合金液的用量，减少了制作成本，同时缩短了凝固成形的时间，减少了制造环形零件7时需要去除的余料，提高了加工效率，通过铁皮套1上由低到高向内倾斜的外壁面构成用于高温稳定化热处理时对环形铸坯2进行支撑的支撑面，从而防止环形铸坯2受热变形，此外，环形铸坯2的高度大于多个环形零件7的高度，环形铸坯2的内径尺寸小于环形零件7的内径尺寸，环形铸坯2的外径尺寸大于环形零件7的外径尺寸，因此，最后通过加工将铁皮套1和环形铸坯2的余料去除后，同时获得多个环形零件7，进一步提高了环形零件7的加工效率。

如图1和图2所示，支撑面向内倾斜的角度为1度-5度。支撑面向内倾斜的角度过小则不利于对环形铸坯2进行支撑，支撑面向内倾斜的角度过大则合金液的用量会增加。铁皮套1设有中心空腔，铁皮套1的底部设有用于对环形铸坯2进行支撑并防止浇注的合金液流入中心空腔的环形底板3。铁皮套1采用20钢制作而成。可选地，铁皮套1的制作材料为碳含量低于0.25且合金总量低于1以下的钢材。

如图1和图2所示，环形铸坯2的外壁面由低到高向外倾斜。环形铸坯2的内壁面附着于铁皮套1的支撑面上，由低到高向内倾斜。由于合金液凝固成环形铸坯2时，由液相转变成固相存在相变收缩，因此，环形铸坯2的厚度由低到高逐渐变大，环形铸坯2的顺序凝固性更优，由低到高逐渐凝固，从而避免铸坯缩松倾向大。环形铸坯2的外壁面的下部和中部的倾斜角度为1度-5度，环形铸坯2的外壁面的上部的倾斜角度为10度-50度。环形铸坯2中用于制造环形零件7的部分位于环形铸坯2的下部和中部，以及上部中靠近中部的区域。环形铸坯2的上部更靠近浇口杯5，通过将环形逐渐的上部的倾斜角度变大，从而保证热节上移，使环形铸坯2中用于制造环形零件7的部分能自然补缩，而环形铸坯2的缩松集中于上部中非制造环形零件7的部分。

如图3所示，本实施例的铸坯的制造方法，用于制造环形零件的铸坯，铸坯模具包括设有型腔41的模具本体4以及盖合于模具本体4上的用于向型腔41中浇入合金液的浇口杯5，包括以下步骤：在模具本体4的型腔41中心放置一个铁皮套1，使铁皮套1的外壁面与型腔41的内壁面之间构成用于铸坯成型的环形腔；将浇口杯5盖合于模具本体4上，并从浇口杯5向环形腔中浇入合金液，从而使合金液凝固成型后形成的环形铸坯2，且环形铸坯2附着于铁皮套1上；将带有铁皮套1的环形铸坯2从模具本体4中取出，并进行高温稳定化热处理。铁皮套1的高度高于型腔41的高度，且浇口杯5的中心处设有与铁皮套1顶端相匹配的凹槽。浇口杯5盖合于模具本体4上，铁皮套1的顶端定位装配于凹槽内，从而保证铁皮套1在浇注过程中位于型腔41的中心。

如图3所示，铁皮套1放入模具本体4的型腔41中心前对铁皮套1进行预处理，包括以下步骤：采用3％-5％碳酸钠溶液将铁皮套1进行碱洗除油，从而将铁皮套1表面的氧化皮和油污去除；将铁皮套1表面残留的碳酸钠溶液清洗干净并烘干。

如图3所示，向模具本体4的型腔41与铁皮套1之间浇注合金液之前，采用1.5％-2％的硼酸水溶液涂覆于模具本体4的型腔41的内壁面上，以避免型腔41表面受热时产生较厚的氧化层和脱碳而影响环形铸坯2的表面质量和尺寸精度。型腔41表面的涂料采用乙炔在空气中燃烧产生的炭黑涂层，表面光滑，便于脱模，且有利于提高环形铸坯2的表面质量。

如图3所示，模具本体4的型腔41的底面设有径向尺寸由低到高逐渐变大的锥形孔，锥形孔中安装有相匹配的用于将成型后铸坯从模具本体4的型腔41中顶出的顶出活块6。脱模时，通过操作人员手动操作或采用顶杆装置将顶出活块6向上顶，从而将成型后的铸坯顶出。

如图3所示，根据合金液的液相线温度确定铸坯高温稳定化处理的温度。根据合金液的用量确定高温稳定化处理的时间。在本实施例中，合金液包括50％-60％的铜、20％-25％的银以及20％-25％的锌，合金液熔炼、纯化以及出炉浇注温度为1000℃-1052℃；高温稳定化热处理的温度为700℃±20℃，时间为5h±10min。通过铁皮套1对合金液浇注而成的环形铸坯2进行支撑，从而避免环形铸坯2变形。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。