[发明专利]螺旋桨铸件成形凝固顺序控制装置及其控制步骤

说明书

本发明所述的螺旋桨铸件成形凝固顺序控制装置及其控制步骤，涉及一种螺旋桨铸件的加工装置及步骤，具体为成型顺序凝固装置及其控制步骤。控制装置包括：砂型、桨叶部控制系统、叶根部控制系统、桨毂部控制系统；所述的桨叶部控制系统、叶根部控制系统、桨毂部控制系统由螺旋桨砂型叶片部至桨毂部依次设置。本发明具有结构新颖、加工简便、使用方便、提高工作效率、提高产品质量、降低成本等特点，故属于一种集经济性与实用性为一体的新型螺旋桨铸件成形凝固顺序控制装置及其控制步骤。

技术领域

本发明所述的螺旋桨铸件成形凝固顺序控制装置及其控制步骤，涉及一种螺旋桨铸件的加工装置及步骤，具体为成型顺序凝固装置及其控制步骤。

背景技术

随着科学技术的发展，对铸造产品精度以及铸件的性能要求越来越高，因此提高铸造工作效率、加快铸件冷却速度、促进铸件晶粒细化、提升铸件力学性能的工作十分必要。螺旋桨的材料通常是镍铝青铜，对于这种体收缩率较大的合金，对凝固顺序和凝固速度的控制是影响铸件质量的关键因素。

现有浇注成型方法往往通过增加铸件尺寸余量、增设补缩冒口、安放随型冷铁以及控制浇注次数等方法，尽可能提升产品铸造质量。但铸件尺寸余量增加会导致后续机械加工难度与周期增加，使原材料利用率降低，整体成本大幅增加。安放补缩冒口及随型冷铁，又会增加冒口及随型冷铁的加工工序，进一步导致成型周期及成本增加。采用开放式底注的方式来促进顺序凝固，将螺旋桨重要加工面、主要工作面(桨叶的压力面)朝下放置，将浇道设计于螺旋桨桨毂小端面侧，通过冒口填金属液的方式来进行补缩，这就使得浇注方案设计具有很大的局限性。然而金属冷却仍处于不可控的状态，如若出现内部先冷却，外部金属液没有及时填补的情况，铸件中就会出现缩松、气孔等质量问题，严重影响铸件的力学性能。

针对上述现有技术中所存在的问题，研究设计一种新型的螺旋桨铸件成形凝固顺序控制装置及其控制步骤，从而克服现有技术中所存在的问题是十分必要的。

发明内容

鉴于上述现有技术中所存在的问题，本发明的目的是研究设计一种新型的螺旋桨铸件成形凝固顺序控制装置及其控制步骤。用以实现螺旋桨铸件质量可控，尺寸余量及辅助工序减少，改进螺旋桨铸造过程中的凝固冷却控制技术，人为精确控制凝固顺序及冷却速度，提高铸造效率，以获得船用螺旋桨叶片的高质量铸件。

本发明主要利用在铸件周围合理分布降温介质管路，结合铸件成型理论模拟分析数值，通过控制开关阀门的先后顺序以及通流介质的温度和流量大小，人为实现螺旋桨铸件的顺序凝固控制。

本发明打破传统铸件自然凝固模式，强制进行预定顺序冷却凝固。在螺旋桨铸造砂质模型制备过程中，将设有开关、流量控制阀和相应传感器的桨叶部控制系统、叶根部控制系统、桨毂部控制系统随模型建造过程预置砂质模具中，待模具硬化处理后，使温度控制系统与传感器共同成为模具的一部分，可随模具移动，降温介质与传感器通过转换接头与温度控制设备单元相连接。

桨叶部分的降温管路分布：首先基于Procast仿真软件，模拟镍铝青铜合金在螺旋桨铸件凝固过程，获得桨叶凝固过程曲线，即凝固等温线。根据凝固等温线的走势，分别在叶面及叶背两侧来分布温度控制系统管路。根据铸件自身尺寸厚度及凝固速度需求，确定控制系统管路直径及分布区间位置。整体原则为随着铸件尺寸厚度增加，控制系统管路直径及分布密度亦相应增加。

叶根部分的降温管路分布：由于叶根部分需要进行叶根填料处理，所以该部位相对厚大，因此在叶根处叶面及叶背两侧中间砂层分别铺设直径较大的降温介质通流管路，以便达到更好的降温效果。

桨毂部分的降温管路分布：在螺旋桨铸件桨毂小端面侧中间层砂中分两层铺设降温介质通流管路，其中每层分布两条直径大小相同的通流管路，每条管路呈螺旋状旋转一圈。

在每条通流管路的进口端均安装进口阀可以控制通道开关以及流量大小，在出口端安装温度传感器和流量传感器，有根据的控制模具整体冷却速度与冷却时间，以求达到较好的冷却效果。