一種用于螺旋選晶器的模具及其制造方法
【專利摘要】本發(fā)明是涉及單晶葉片制造領(lǐng)域，特指一種用于螺旋選晶器的模具及其制造方法。所述模具結(jié)構(gòu)較為簡單，外形為長方體，其組件包括上模胚和下模胚，模胚兩側(cè)分別開設(shè)U型槽，通過螺栓螺母緊固上下模胚；模胚內(nèi)部分為上模仁和下模仁，其材質(zhì)選用軟質(zhì)高彈性材料，上下模仁組成了螺旋選晶器型腔、澆道及注蠟嘴，其中螺旋選晶器型腔由引晶段、螺旋段和過渡段組成，另外模仁上有若干個(gè)定位孔，整個(gè)模具分型面為平面，上下模仁阻礙開模處有一個(gè)活動(dòng)的開口。本發(fā)明的新型模具，選晶器蠟?zāi)Ｄ軌蛞淮纬尚?，最大的?yōu)點(diǎn)在于模具分型面為平面，大大簡化了選晶器的制備過程，同時(shí)避免了金屬模具復(fù)雜的制作過程，節(jié)約了生產(chǎn)成本。
【專利說明】—種用于螺旋選晶器的模具及其制造方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是涉及單晶葉片制造領(lǐng)域，特指一種用于螺旋選晶器的模具及其制造方法。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著航空發(fā)動(dòng)機(jī)及燃?xì)廨啓C(jī)制造技術(shù)的發(fā)展，制造高性能、長壽命的單晶葉片成為我國高新技術(shù)制造產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一；而單晶高溫合金的出現(xiàn)，使航空發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪前溫度大幅度提高，推力增大，油耗降低；單晶葉片可通過籽晶法和螺旋選晶法得到，其中螺旋選晶法具有工藝簡單、可操作性強(qiáng)、生產(chǎn)周期短等特點(diǎn)而被廣泛利用，因此，在短時(shí)間內(nèi)開發(fā)出高質(zhì)量、低成本、高附加值的螺旋選晶器模具已迫在眉睫。
[0003]螺旋選晶器從外形可以看出其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，由引晶段、螺旋段及過渡段組成；特別是螺旋段，由于其特殊的外形決定了其開模的復(fù)雜性，特別是金屬模具，其螺旋結(jié)構(gòu)加工難度大，需要復(fù)雜的活塊和鑲塊或者復(fù)雜的曲面才能完成開模，取出蠟?zāi)?，這必將會(huì)對(duì)制出的螺旋選晶器的精度及形態(tài)造成很大影響，同時(shí)，螺旋選晶器的這些缺陷將會(huì)嚴(yán)重影響單晶的成型。
[0004]專利號(hào)為CN102205391A和CN102794402A的中國專利分別公開了一種螺旋選晶器模具，它們的共同點(diǎn)都是金屬模具，從而都免不了開模的復(fù)雜性；其中專利號(hào)為CN102205391A的專利，其具體描述了金屬外模和金屬內(nèi)鑲塊，金屬內(nèi)鑲塊固定設(shè)置于金屬外模內(nèi)腔中，金屬內(nèi)鑲塊共四塊且分別轉(zhuǎn)動(dòng)設(shè)置于金屬外模內(nèi)部四個(gè)頂角，注蠟后金屬內(nèi)鑲塊和蠟?zāi)Ｒ黄鹑〕?，分別按順序45°方向分離四塊金屬內(nèi)鑲塊即可得到螺旋選晶器蠟?zāi)?，因此，雖然其分型面為水平的，但是螺旋選晶器一次成型需要四個(gè)鑲塊共同完成，這不僅增加了制造成本，同時(shí)四個(gè)鑲塊的尺寸誤差累積，影響了蠟?zāi)５木?，開模時(shí)需要旋即一定角度才能得到蠟?zāi)＃@大大增加開模的難度；對(duì)于專利號(hào)為CN102794402A的專利，其具體描述了一種單晶葉片螺旋選晶器的壓型模具，其長方體結(jié)構(gòu)，由上模和下模組成，引晶段和過渡段所在的模具分型面為平面，螺旋段所在的模具分型面為曲面，其曲面分型面上的分型線平行于平面分型面的分型線，且與螺旋段相應(yīng)位置沿模具高度方向的截面相交的有兩個(gè)交點(diǎn)為切點(diǎn)，并沿模具高度方向作截面切線，曲面分型線與該切線垂直，這樣的設(shè)計(jì)改變了螺旋選晶器規(guī)則螺旋的特征，影響了選晶器的精度，同時(shí)也對(duì)選晶效果有一定影響，另外復(fù)雜的曲面的設(shè)計(jì)增加了加工難度和生產(chǎn)成本。
[0005]本發(fā)明針對(duì)現(xiàn)有模具技術(shù)的不足，克服開模困難的問題，采用了高彈性軟質(zhì)材料制作模仁，并在阻礙開模處留有活動(dòng)開口，這樣使螺旋選晶器蠟?zāi)５拿撃８咝Э旖荩叽缇却蟠筇崧劇?br>

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的螺旋選晶器的新型模具結(jié)構(gòu)較為簡單，外形為長方體，其組件包括上模胚和下模胚，其特征在于:所述上模胚和下模胚內(nèi)部分別設(shè)有上模仁和下模仁，上下模仁組成了螺旋選晶器型腔、澆道及注蠟嘴，其中螺旋選晶器型腔由引晶段、螺旋段和過渡段組成，另外模仁上有若干個(gè)定位孔；整個(gè)模具分型面為平面，上下模仁阻礙開模處有一個(gè)活動(dòng)的開口。
[0007]進(jìn)一步的，所述上模胚和下模胚的兩側(cè)分別開設(shè)U型槽，通過螺栓螺母緊固上下模胚。
[0008]所述上下模胚材質(zhì)為金屬材料，尺寸長度在80-100mm，寬度在30-50mm，高度在30_50mm。
[0009]進(jìn)一步的，所述上下模胚材質(zhì)為為6063鋁合金。
[0010]所述的上下模仁尺寸與上、下模胚尺寸對(duì)應(yīng)，上下模仁恰好能夠分別填入上模胚和下模胚；材質(zhì)具有流動(dòng)性，經(jīng)過3h左右能發(fā)生固化，同時(shí)固化后要具有彈性和抗撕拉性，同時(shí)耐180-220°C的高溫而分子結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞，經(jīng)久耐用。
[0011]進(jìn)一步的，所述上下模仁的材質(zhì)為HC-9030硅膠。
[0012]所述活動(dòng)的開口在閉合時(shí)要密封，防止漏蠟，同時(shí)打開時(shí)阻力不能太大；本發(fā)明是采用刀片在上下模仁阻礙開模處劃開一個(gè)開口，確保螺旋選晶器的蠟?zāi)Ｄ軌蛉〕觥?br> [0013]一種螺旋選晶器的新型模具的制作方法是:
(I)用硬質(zhì)材料制成一個(gè)與模胚尺寸一致的框架放置在水平物體上。
[0014](2)將厚度為15_25mm的開模泥平鋪在框架內(nèi)，將涂有脫模劑的帶澆道的螺旋選晶器蠟?zāi)：穸鹊?/2埋入開模泥中，并在開模泥上的任意位置留若干定位孔。
[0015](3)澆注形成下模仁的材料，移入真空下固化，固化后取走開模泥，在阻礙蠟?zāi)Ｈ〕龅南履Ｈ噬蟿濋_一個(gè)活動(dòng)的開口，使蠟?zāi)Ｄ茏杂扇〕觥?br> [0016](4)將蠟?zāi)Ｔ俅伟丛恢梅湃胂履Ｈ手?，涂脫模劑，再次將形成上模仁的材料倒入硬質(zhì)框架，移入真空固化，取出下模仁，在阻礙蠟?zāi)Ｈ〕龅纳夏Ｈ噬蟿濋_一個(gè)開口，將得到的上下模仁嵌入上下模胚中，即可完成模具的制作。
[0017]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):本發(fā)明與其他金屬螺旋選晶器模具的優(yōu)勢在于選用軟質(zhì)高彈性材料制作模仁，這首先大大降低了生產(chǎn)成本；其次新型模具采用的是水平分型，分型面為平面，由于模仁材料的彈性和抗撕拉等特性，在阻礙開模處留有自由開合的口子，極大的簡化了開模難度；最重要的是，生產(chǎn)制作該模具的所用材料較為簡單易尋。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是螺旋選晶器蠟?zāi)５墓枘z模具示意圖。
[0019]圖2是螺旋選晶器蠟?zāi)５墓枘z模具分型面示意圖。
[0020]圖3是帶澆道的螺旋選晶器蠟?zāi)Ｊ疽鈭D。
[0021]圖4是通過該新型模具做出的螺旋選晶器蠟?zāi)！?br> [0022]圖5是利用該模具生產(chǎn)的螺旋選晶制成的單晶葉片。
[0023]圖中:I注蠟嘴、2澆道、3上模胚、4 U型槽、5定位孔、6過渡段、7活動(dòng)的開口、8引晶段、9下模仁、10上模仁、11螺旋選晶器螺旋段型腔、12螺旋選晶器型腔、13下模胚、14帶澆道的螺旋選晶器蠟?zāi)！?br>
【具體實(shí)施方式】
[0024]根據(jù)以上所述的模具制作方法，選用金屬模胚和硅膠模仁作為模具主要材料，制作螺旋選晶器的新型模具。
[0025]本發(fā)明的用于螺旋選晶器的新型模具，如圖1所示，其組件包括上模胚3和下模胚13，材質(zhì)為6063鋁合金，模胚兩側(cè)分別開設(shè)U型槽4，通過螺栓螺母夾緊；模胚內(nèi)部分為上模仁9和下模仁10，其材質(zhì)為HC-9030硅膠，上下模仁組成了螺旋選晶器型腔12、澆道2及注蠟嘴1，其中螺旋選晶器型腔由引晶段8、螺旋段11和過渡段6組成，另外上下模仁上共有8個(gè)定位孔5，上模仁為凹入狀，下模仁為凸出狀；整個(gè)模具分型面為平面(如圖2)，上下模仁阻礙開模處劃開一個(gè)活動(dòng)的開口 7，確保螺旋選晶器的蠟?zāi)Ｄ軌蛉〕觥?br> [0026]用于螺旋選晶器的新型模具的制作方案是首先用翻模積木(硬質(zhì)材料)搭建一個(gè)48 X 100 X 46mm的框架放置在水平桌面上在周壁上均勻涂抹凡士林，將厚度23mm的開模泥平鋪在框架內(nèi)，將用蠟焊接好的帶澆道的螺旋選晶器蠟?zāi)?4 (如圖3)的1/2埋入開模泥中，補(bǔ)開模泥，確保分模泥表面水平無凹陷，在蠟?zāi)Ｖ苓叺膮^(qū)域用柱狀物按壓8個(gè)定位孔，將HC-9030硅膠混合攪拌均勻倒入翻模積木中，移入真空下經(jīng)3小時(shí)后固化，固化后拆開翻模積木，取走開模泥，采用刀片下模仁阻礙開模處劃開一個(gè)開口，確保螺旋選晶器的蠟?zāi)Ｄ軌蛉〕?；將蠟?zāi)０丛恢梅湃朐枘z模中，在原硅膠模上表面均勻涂抹凡士林，再次將HC-9030硅膠混合攪拌均勻倒入翻模積木中，移入真空下經(jīng)3小時(shí)后固化，取出下模，采用刀片在上模仁阻礙開模處劃開一個(gè)開口，確保螺旋選晶器的蠟?zāi)Ｄ軌蛉〕?。將得到的上下模仁嵌入模胚中，即可完成硅膠模具的制作。
[0027]采用本發(fā)明的一種用于螺旋選晶器的新型模具注蠟成型的步驟是:
分別在上下模仁的型腔上均勻涂抹凡士林，將模具組合好，用螺栓螺母在U型槽處夾緊。將組合好的模具放到壓蠟機(jī)上，射蠟溫度保持在70-80°C，保壓時(shí)間為9-13s，冷卻30-60s后打開夾緊螺母，緩慢分開模具，取出螺旋選晶器蠟?zāi)?如圖4)，利用該新型模具得出的螺旋選晶器制作出的單晶如圖5所示。
【權(quán)利要求】
1.一種用于螺旋選晶器的模具，外形為長方體，其組件包括上模胚和下模胚，其特征在于:所述上模胚和下模胚內(nèi)部分別設(shè)有上模仁和下模仁，上下模仁組成了螺旋選晶器型腔、澆道及注蠟嘴，其中螺旋選晶器型腔由引晶段、螺旋段和過渡段組成，另外模仁上有若干個(gè)定位孔；整個(gè)模具分型面為平面，上下模仁阻礙開模處有一個(gè)活動(dòng)的開口。
2.如權(quán)利要求1所述的一種用于螺旋選晶器的模具，其特征在于:所述上模胚和下模胚的兩側(cè)分別開設(shè)U型槽，通過螺栓螺母緊固上下模胚。
3.如權(quán)利要求1所述的一種用于螺旋選晶器的模具，其特征在于:所述上下模胚材質(zhì)為金屬材料，尺寸長度在80-100mm，寬度在30-50mm，高度在30_50mm。
4.如權(quán)利要求3所述的一種用于螺旋選晶器的模具，其特征在于:所述上下模胚材質(zhì)為為6063鋁合金。
5.如權(quán)利要求1所述的一種用于螺旋選晶器的模具，其特征在于:所述的上下模仁尺寸與上、下模胚尺寸對(duì)應(yīng)，上下模仁恰好能夠分別填入上模胚和下模胚；材質(zhì)具有流動(dòng)性，經(jīng)過3h左右能發(fā)生固化，同時(shí)固化后要具有彈性和抗撕拉性，同時(shí)耐180-220°C的高溫而分子結(jié)構(gòu)不發(fā)生破壞，經(jīng)久耐用。
6.如權(quán)利要求5所述的一種用于螺旋選晶器的模具，其特征在于:所述上下模仁的材質(zhì)為HC-9030硅膠。
7.如權(quán)利要求1所述的一種用于螺旋選晶器的模具，其特征在于:所述活動(dòng)的開口在閉合時(shí)要密封，防止漏蠟，同時(shí)打開時(shí)阻力不能太大；采用刀片在上下模仁阻礙開模處劃開一個(gè)開口，確保螺旋選晶器的蠟?zāi)Ｄ軌蛉〕觥?br> 8.如權(quán)利要求1所述的一種螺旋選晶器的模具的制作方法，其特征在于包括如下步驟: (1)用硬質(zhì)材料制成一個(gè)與模胚尺寸一致的框架放置在水平物體上； (2)將厚度為15-25_的開模泥平鋪在框架內(nèi)，將涂有脫模劑的帶澆道的螺旋選晶器蠟?zāi)：穸鹊?/2埋入開模泥中，并在開模泥上的任意位置留若干定位孔； (3)澆注形成下模仁的材料，移入真空下固化，固化后取走開模泥，在阻礙蠟?zāi)Ｈ〕龅南履Ｈ噬蟿濋_一個(gè)活動(dòng)的開口，使蠟?zāi)Ｄ茏杂扇〕觯? (4)將蠟?zāi)Ｔ俅伟丛恢梅湃胂履Ｈ手校棵撃?，再次將形成上模仁的材料倒入硬質(zhì)框架，移入真空固化，取出下模仁，在阻礙蠟?zāi)Ｈ〕龅纳夏Ｈ噬蟿濋_一個(gè)開口，將得到的上下模仁嵌入上下模胚中，即可完成模具的制作。
【文檔編號(hào)】B22C9/04GK104070138SQ201410308661
【公開日】2014年10月1日 申請(qǐng)日期:2014年7月2日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月2日
【發(fā)明者】趙玉濤, 張力, 賈志宏, 梁向鋒 申請(qǐng)人:江蘇大學(xué)