專利名稱：一種鈦合金箱體箱蓋合一的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鈦合金加工技術(shù)，特別是一種鈦合金箱體箱蓋合一的制造方法。
背景技術(shù)：
目前，在各個(gè)領(lǐng)域的機(jī)械設(shè)計(jì)中，存在著許多這樣的結(jié)構(gòu):在箱體(或者叫殼體)內(nèi)部裝入其它零件，然后用蓋子將箱體蓋住封閉起來，箱體和蓋是兩個(gè)獨(dú)立的零件，要求箱體和箱蓋得外形尺寸相等，整齊美觀，箱體和箱蓋鑄造成形。而傳統(tǒng)的制造方法是生產(chǎn)商按照設(shè)計(jì)的要求箱體和箱蓋分別鑄造成形。該制造方法的弊端有兩個(gè):一是在鑄造成形的過程中箱體和箱蓋的收縮不一樣導(dǎo)致其外形尺寸不相等，箱蓋蓋到箱體上外形不整齊，往往采用手工修整或者機(jī)加工的方法將其修復(fù)使其配合良好；二是箱蓋屬于平板類鑄件在鑄造的過程中存在較大變形，需要增加校正變形的工序。二者不僅增加了制造的成本，還對于縮短產(chǎn)品的生產(chǎn)周期非常不利，不符合現(xiàn)代化生產(chǎn)的管理理念。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種鈦合金箱體箱蓋合一的制造方法，使得鑄出的箱體和箱蓋鑄件尺寸完全一樣，不需要后期的修正或者機(jī)加工，鑄出的箱蓋沒有變形，減少制造的成本和工期，以 提高企業(yè)的競爭力。為了實(shí)現(xiàn)解決上述技術(shù)問題的目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案:
本發(fā)明的一種鈦合金箱體箱蓋合一的制造方法，將箱體和箱蓋合成一個(gè)零件鑄造，然后用線切割的方法將其分離，變成兩個(gè)鑄件，具體步驟如下:
一、設(shè)計(jì)一個(gè)把箱體和箱蓋合在一起的零件:
合體零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是箱體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和箱蓋的下半部分，外部輪廓是箱體和箱蓋一致的輪廓，上面結(jié)構(gòu)是箱蓋的上部，下部結(jié)構(gòu)是箱體的下部，合體零件的高度是箱體和箱蓋的高度之和加放3 4mm的加工余量，中部加0.2mm的線切割量；
二、將設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行鑄件生產(chǎn):
1、豐吳具材料選用人造石墨做造型材料；
2、模具分為上型、中型、下型、芯子四大部分，鑄件的主要結(jié)構(gòu)由中型形成，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)由芯子形成，由數(shù)控銑床完成個(gè)部分的加工，上下型設(shè)置止口裝配在一起防止錯(cuò)型，芯子上設(shè)置上芯頭下芯頭和上下型裝配在一起；
3、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì):鑄件采用水平位置放置澆注，主澆道通過鑄件的中心部位到達(dá)底部，4根橫澆道通向鑄件的四周；
4、人造石墨模具的高溫除氣:澆注以前要對人造石墨模具進(jìn)行高溫除氣；優(yōu)選的工藝參數(shù)是:900°C ±20°C保溫4小時(shí)，真空度要求彡5Pa ；
5、材料制備:
按照GB/T15073-94《鑄造鈦及鈦合金牌號和化學(xué)成分》要求，在ZH200型真空自耗電極電弧爐中制備ZTA5鈦錠；6、真空澆注:將除過氣的模具放在ZN-150型真空自耗電極凝殼爐中，真空度達(dá)到IxKT2Pa開始熔煉澆注；澆注完成后隨爐冷卻2小時(shí)后出爐；
7、清整:鑄件出爐后移去上下型和中型，清理掉芯子，去除澆道，然后對鑄件表面的毛刺飛邊進(jìn)行打磨，完成設(shè)計(jì)零件的鑄造生產(chǎn)；
三、對產(chǎn)品進(jìn)行熱等靜壓處理:熱熱等靜壓處理的工藝參數(shù)是:溫度920°C±10°C，壓力10(Tl40MPa，保溫2.0 2.5小時(shí)，隨爐冷卻至300°C以下出爐；等靜壓的目的有二:一是改善鑄件的內(nèi)部質(zhì)量，二是消除鑄造過程中的應(yīng)力，防止在線切割時(shí)引起變形；
四、對生產(chǎn)出的鑄件或者熱等靜壓處理后的鑄件用線切割的方法進(jìn)行切割分離，使其成為箱體和箱蓋兩個(gè)零件；
線切割可以將鑄件豎放，因鑄件的外形不規(guī)則，所以要在鑄件的外部點(diǎn)焊上工藝墊塊，保證鑄件放置平穩(wěn)，裝夾牢固，線切割時(shí)鑄件固定不動；
五、對箱體和箱蓋兩個(gè)零件分別進(jìn)行尺寸檢驗(yàn)；表面質(zhì)量檢查；內(nèi)部X射線探傷檢查；
六、對箱體和箱蓋兩個(gè)零件進(jìn)行退火處理；
具體的熱處理工藝可以為:620°C ±10°C，保溫1.5小時(shí)；真空度要求彡0.13MPa，隨爐冷卻至300°C以下出爐；這是因?yàn)樵诹慵蔫T造過程線切割過程都會產(chǎn)生應(yīng)力，需要通過熱處理的方法消除應(yīng)力；
七、終檢和驗(yàn)收。具體的，本專利的鈦及鈦合金鑄件的澆注系統(tǒng)采用底注式。不采用頂注式澆注系統(tǒng)是因?yàn)橛庙斪⒌臐沧⑾到y(tǒng)，鑄型中釋放出上冒的氣體會于進(jìn)入型腔的金屬流攪混在一起，最終造成鑄件上產(chǎn)生大的氣縮孔。同時(shí)金屬流動不平穩(wěn)，鑄件表面易產(chǎn)生流痕冷隔鐵豆等缺陷。鈦及鈦合金具有一系列特點(diǎn):它的密度小、比強(qiáng)度高、耐熱性能好、耐低溫的性能也好，它具有優(yōu)良的抗蝕性能、并且它的導(dǎo)熱性能差、無磁、彈性模量低但是它具有很高的化學(xué)活性等，在較高的溫度下，可與許多元素及化合物發(fā)生反應(yīng)。鈦的熔煉必須在真空中或惰性氣體保護(hù)下進(jìn)行，通常采用真空熔煉。在真空熔煉時(shí)，用真空或氬氣氛可防止大氣污染用水冷銅坩堝控制坩堝的溫度，使熔煉時(shí)鈦于銅不發(fā)生反應(yīng)，保持惰性，使熔融鈦安全地冷凝在水冷銅樹禍中。鈦及鈦合金的鑄造性能:鈦合金的流動性與普通鑄鋼的流動性相近，流動性受合金元素、鑄型性能、熔煉和澆注的條件等影響。同等條件下T1-6A1-4V合金的流動性略優(yōu)于其它合金。鈦及鈦合金對鑄件的設(shè)計(jì)要求嚴(yán)格:壁厚盡可能均勻，減少熱節(jié)區(qū)，避免鑄件壁急轉(zhuǎn)彎壁厚陡變、大而薄的均勻截面、長而細(xì)的平面以保證個(gè)部分結(jié)構(gòu)在鑄造過程中易被充滿。鑄件壁的內(nèi)外轉(zhuǎn)角均應(yīng)做成足夠大的過渡圓角半徑避免出現(xiàn)應(yīng)力集中的形狀，以防產(chǎn)生裂紋。鈦和鈦合金鑄件的圓角半徑比鋼鋁要大。對于大而薄的復(fù)雜鑄件或其它易于變形的鑄件一定要注意它的剛性和結(jié)構(gòu)合理性，防止鑄件清砂和后處理后發(fā)生變形。鈦及鈦合金鑄件的澆注系統(tǒng)通常采用底注式，而不采用頂注式澆注系統(tǒng)是因?yàn)橛庙斪⒌臐沧⑾到y(tǒng)，鑄型中釋放出上冒的氣體會于進(jìn)入型腔的金屬流攪混在一起，最終造成鑄件上產(chǎn)生大的氣縮孔。同時(shí)金屬流動不平穩(wěn)，鑄件表面易產(chǎn)生流痕冷隔鐵豆等缺陷。鈦合金箱蓋類鑄件一般都是平板狀，板的厚度在riOmm之間，上面不規(guī)則分布有搭子和一些孔洞。在鑄造成形的過程中，搭子比較厚大形成了熱節(jié)部位，容易出現(xiàn)縮孔，孔洞和搭子收縮不均勻，導(dǎo)致變形，這樣的結(jié)構(gòu)按照常規(guī)的鋼制件鋁制件是需要設(shè)置冒口，立式澆注，澆注系統(tǒng)復(fù)雜，還會引起變形。該發(fā)明設(shè)計(jì)一個(gè)合體零件，克服了上述的問題從根本上解決了影響箱蓋制作質(zhì)量的的問題。模具材料:鈦及鈦合金因?yàn)槠涓叩幕瘜W(xué)活性，必須在真空狀態(tài)下進(jìn)行熔煉和澆注，不能采用砂型或者金屬型，選用人造石墨做造型材料。而且，人造石墨做造型材料的特點(diǎn)包括:
a.化學(xué)熱穩(wěn)定性高。它的熔點(diǎn)高達(dá)3850°C，在鈦和鈦合金的澆注溫度(1700°C型左右)下。石墨與熔融鈦接觸只發(fā)生恨微弱的物理化學(xué)反應(yīng)。b.高的耐火度和抗熱沖擊性能。澆注液態(tài)鈦后，鑄型應(yīng)不發(fā)生軟榻和爆裂。c.低的熱膨脹系數(shù)和熱導(dǎo)率。d..石墨對熔融鈦有很好的潤濕性，有利于鈦液對鑄型的充填和鑄出輪廓清晰的鑄件。e.石墨內(nèi)部有發(fā)達(dá)的空隙，相對于金屬型來說，其退讓性好，減少鑄件裂紋的產(chǎn)生。模具分為上型、中型、下型、芯子四大部分，由數(shù)控銑床完成個(gè)部分的加工，上下型設(shè)置止口裝配在一起防止錯(cuò)型，芯子上設(shè)置上芯頭下芯頭和上下型裝配在一起。人造石墨作為造型材料其缺點(diǎn)是吸附氣體能力強(qiáng)，所以澆注以前要進(jìn)行高溫除
氣。 進(jìn)行熱等靜壓處理是為了消除鑄件內(nèi)部的缺陷，改善其綜合性能。熱等靜壓處理過程是個(gè)蠕變、擴(kuò)散連接的過程。這些技術(shù)方案也可以互相組合或者結(jié)合，從而達(dá)到更好的技術(shù)效果。通過采用上述技術(shù)方案，本發(fā)明具有以下的有益效果:
本發(fā)明通過將箱體和箱蓋合二為一鑄造，減少了其中一個(gè)鑄件的模具設(shè)計(jì)和制造費(fèi)用；兩個(gè)件合在一起變成了一個(gè)封閉的結(jié)構(gòu)，消除了平板類鑄件鑄造冷卻凝固過程造成的變形；兩個(gè)件的外形尺寸絕對一樣，消除了因兩個(gè)件收縮不一致造成的外形大小不一樣，節(jié)約了后期修整的費(fèi)用和工時(shí)。


圖1是實(shí)施例的某船用鈦合金零件QN8.010.187箱蓋外形示意圖。箱蓋的外形尺寸是798x343x69，上平面不規(guī)則地分布24個(gè)直徑26mm高度6mm的小搭子，還有直徑4個(gè)直徑分別是0 105 135 0 145 175高度6mm和200x200高度30mmd的凸臺，還有一些局部結(jié)構(gòu)。箱蓋的重量有25kg。圖2是實(shí)施例的某船用鈦合金零件QN8.005.095箱體外形示意圖。箱體的外形尺寸是798x343x306，箱體上半部分的外形輪廓和箱蓋一樣，局部結(jié)構(gòu)不一樣，箱體的重量是45kg。圖3和圖4是QN8.010.187箱蓋和QN8.005.095箱體蓋體合一的鑄件圖。合體鑄件的重量是70kg。圖中，1-箱蓋，2-箱體，3-箱蓋箱體線切割位置。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖進(jìn)一步具體說明本專利。但是本專利的保護(hù)范圍不限于具體的實(shí)施方式。
實(shí)施例某船用鈦合金零件QN8.010.187箱蓋和QN8.005.095箱體的生產(chǎn) 客戶的要求是:
QN8.010.187 箱蓋 I 件；QN8.005.095 箱體 I 件。尺寸:符合圖紙要求，箱蓋蓋在箱體上整齊一致；
材質(zhì):ZTA5化學(xué)成分符合GB/T15073-94《鑄造鈦及鈦合金牌號和化學(xué)成分》要求，力學(xué)性能符合GB/T6614-94《鈦及鈦合金鑄件》的要求；
內(nèi)部質(zhì)量:熱等靜壓處理，滿足GB5677-85 I級要求；
交貨狀態(tài):退火狀態(tài)，表面噴 砂處理。具體過程為:
1、將QN8.010.187箱蓋的下平面放4mm的加工余量，圓搭子和方搭子上平面及圓通孔放4mm的加工余量，箱蓋的高度設(shè)計(jì)為69，圓通孔的直徑分別是<2 103、€ 79.5, Φ69.5、Φ 89.5 (mm);將QN8.005.095箱體的上下平面各放4mm的加工余量，箱體的高度設(shè)計(jì)為306mm ;箱蓋的上平面作合體鑄件的上平面，箱體的下平面作合體鑄件的下平面，合體的中部結(jié)果是箱蓋下平面和箱體上平面的結(jié)合，合體鑄件的總高度是375.2mm。2、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì):鑄件采用水平位置放置澆注，主澆道0 50通過鑄件的中心部位到達(dá)底部，根據(jù)這個(gè)鑄件的腰形形狀，設(shè)計(jì)3根30x20橫澆道通向鑄件的周邊；
3、模具設(shè)計(jì):模具分為上型、中型、下型、芯子四大部分，鑄件的主要結(jié)構(gòu)由中型形成，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)由芯子形成，由數(shù)控銑床完成個(gè)部分的加工，上下型和中型的配合是設(shè)置IOxlOmm的止口裝配在一起防止錯(cuò)型，芯子上設(shè)置IOmm深的上芯頭下芯頭和上下型裝配在一起。模具的外形尺寸是890x465x503.3，模具的中型尺寸是890x465 x340.4，中型形成了合體鑄件的主要外部結(jié)構(gòu)，下型的尺寸是890x465x50，下型起到固定芯子的作用，主要的結(jié)構(gòu)是IOmm深的芯座，上型的尺寸是890x465x118，上型形成合體鑄件的上部結(jié)構(gòu)和固定圓柱芯子的作用，主要的結(jié)構(gòu)是圓柱結(jié)構(gòu)和小圓搭子；芯子部分分為主芯和4個(gè)小圓芯，芯子分為兩部分的目的是方便加工。4、模具的高溫除氣:模具的材料是人造石墨，澆注以前要對人造石墨模具進(jìn)行高溫除氣；優(yōu)選的工藝參數(shù)是:900°C ±20°C保溫4小時(shí)，真空度要求彡5Pa ；
5、材料制備:按照GB/T15073-94《鑄造鈦及鈦合金牌號和化學(xué)成分》要求，在ZH200型真空自耗電極電弧爐中制備ZTA5鈦錠；
6、真空澆注:將除過氣的模具放在ZN-150型真空自耗電極凝殼爐中，真空度達(dá)到lxlO_2Pa開始熔煉，熔煉的重量達(dá)到80kg開始澆注；澆注完成后隨爐冷卻2小時(shí)后出爐。7、清整:鑄件出爐后用人工移去上下型和中型，清理掉芯子，用氣割的方法去除澆道，然后對鑄件表面的毛刺飛邊進(jìn)行打磨，完成設(shè)計(jì)零件的鑄造生產(chǎn)；
8、對產(chǎn)品進(jìn)行熱等靜壓處理:熱等靜壓處理的工藝參數(shù)是:溫度920°C ±10°C，壓力10(Tl40MPa，保溫2.0 2.5小時(shí)，隨爐冷卻至300°C以下出爐；
9、對生產(chǎn)出的鑄件或者熱等靜壓處理后的鑄件用線切割的方法進(jìn)行切割分離，使其成為箱體和箱蓋兩個(gè)零件。線切割前用同種材料的鈦合金塊加工成180長χ180寬XlOO高(mm)的工藝塊點(diǎn)焊在合體鑄件的中部偏向箱體端的凹腰位置處(不能壓住線切割的位置)，然后將工藝塊貼合放在線切割機(jī)的工作臺上，使鑄件平穩(wěn)裝夾。10、對箱體和箱蓋兩個(gè)零件分別進(jìn)行尺寸檢驗(yàn)；表面質(zhì)量檢查；內(nèi)部X射線探傷檢查；
11、對箱體和箱蓋兩個(gè)零件進(jìn)行退火處理；具體的熱處理工藝可以為:620°c±10°C，保溫1.5小時(shí)；真空度要求彡0.13MPa，隨爐冷卻至300°C以下出爐；這是因?yàn)樵诹慵蔫T造過程線切割過程都會產(chǎn)生應(yīng)力，需要通過熱處理的方法消除應(yīng)力；
12、終檢和驗(yàn)收。經(jīng)檢驗(yàn)，箱蓋沒有變形，箱蓋和箱體的形狀尺寸及其它指標(biāo)符合客戶的要求。實(shí)施例1的產(chǎn)品符合客戶的要求；兩付模具設(shè)計(jì)為I付模具節(jié)約模具材料93kg ；兩個(gè)件變成I個(gè)件澆注，節(jié)約鈦料18kg ;節(jié)約了校正變形的時(shí)間4小時(shí)，和校正熱處理的時(shí)間12小時(shí)和費(fèi)用3000元人民幣；節(jié)約了外形修磨時(shí)間2小時(shí)。
對比例:下表I是箱蓋和箱體兩種不同的鑄造方法的效果比較。表I箱蓋和箱體不同的鑄造方法的效果比較表
權(quán)利要求
1. 一種鈦合金箱體箱蓋合一的制造方法，其特征是將箱體和箱蓋合成一個(gè)零件鑄造，然后用線切割的方法將其分離，變成兩個(gè)鑄件，具體步驟如下 一、設(shè)計(jì)一個(gè)把箱體和箱蓋合在一起的零件 合體零件的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是箱體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和箱蓋的下半部分，外部輪廓是箱體和箱蓋一致的輪廓，上面結(jié)構(gòu)是箱蓋的上部，下部結(jié)構(gòu)是箱體的下部，合體零件的高度是箱體和箱蓋的高度之和加放3 4mm的加工余量，中部加O. 2mm的線切割量； 二、將設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行鑄件生產(chǎn) 1.豐吳具材料選用人造石墨做造型材料； 2、模具分為上型、中型、下型、芯子四大部分，鑄件的主要結(jié)構(gòu)由中型形成，內(nèi)腔結(jié)構(gòu)由芯子形成，由數(shù)控銑床完成個(gè)部分的加工，上下型設(shè)置止口裝配在一起防止錯(cuò)型，芯子上設(shè)置上芯頭下芯頭和上下型裝配在一起；3、澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)鑄件采用水平位置放置澆注，主澆道通過鑄件的中心部位到達(dá)底部，4根橫澆道通向鑄件的四周；4、人造石墨模具的高溫除氣澆注以前要對人造石墨模具進(jìn)行高溫除氣； 5、材料制備 按照GB/T15073-94《鑄造鈦及鈦合金牌號和化學(xué)成分》要求，在ZH200型真空自耗電極電弧爐中制備ZTA5鈦錠； 6、真空澆注將除過氣的模具 放在ZN-150型真空自耗電極凝殼爐中，真空度達(dá)到I*IO^2Pa開始熔煉澆注；澆注完成后隨爐冷卻2小時(shí)后出爐； 7、清整鑄件出爐后移去上下型和中型，清理掉芯子，去除澆道，然后對鑄件表面的毛刺飛邊進(jìn)行打磨，完成設(shè)計(jì)零件的鑄造生產(chǎn)； 三、對產(chǎn)品進(jìn)行熱等靜壓處理； 四、對生產(chǎn)出的鑄件或者熱等靜壓處理后的鑄件用線切割的方法進(jìn)行切割分離，使其成為箱體和箱蓋兩個(gè)零件； 五、對箱體和箱蓋兩個(gè)零件分別進(jìn)行尺寸檢驗(yàn)；表面質(zhì)量檢查；內(nèi)部X射線探傷檢查； 六、對箱體和箱蓋兩個(gè)零件進(jìn)行退火處理； 七、終檢和驗(yàn)收。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述鈦合金箱體箱蓋合一的制造方法，其特征是所述的對人造石墨模具進(jìn)行高溫除氣的工藝參數(shù)是900°C ±20°C保溫4小時(shí)，真空度要求彡5Pa。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述鈦合金箱體箱蓋合一的制造方法，其特征是所述的熱等靜壓處理的工藝參數(shù)是溫度920°C ±10°C，壓力10(Tl40MPa，保溫2. 0 2. 5小時(shí)，隨爐冷卻至.300°C以下出爐。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述鈦合金箱體箱蓋合一的制造方法，其特征是所述的退火處理工藝為620°C ±10°〇，保溫1.5小時(shí)；真空度要求≤O. 13MPa，隨爐冷卻至300°C以下出爐。
全文摘要
本發(fā)明介紹了一種鈦合金箱體箱蓋合一的制造方法，其特征是設(shè)計(jì)一個(gè)把箱體和箱蓋合在一起的零件；將設(shè)計(jì)的零件進(jìn)行鑄件生產(chǎn)；對產(chǎn)品進(jìn)行熱等靜壓處理；對生產(chǎn)出的鑄件或者熱等靜壓處理后的鑄件用線切割的方法進(jìn)行切割分離，使其成為箱體和箱蓋兩個(gè)零件；零件分別進(jìn)行尺寸檢驗(yàn)；表面質(zhì)量檢查；內(nèi)部X射線探傷檢查；退火處理；終檢和驗(yàn)收。本發(fā)明通過將箱體和箱蓋合二為一鑄造，減少了其中一個(gè)鑄件的模具設(shè)計(jì)和制造費(fèi)用；兩個(gè)件合在一起變成了一個(gè)封閉的結(jié)構(gòu)，消除了平板類鑄件鑄造冷卻凝固過程造成的變形；兩個(gè)件的外形尺寸絕對一樣，節(jié)約了后期修整的費(fèi)用和工時(shí)。
文檔編號B22C9/24GK103111587SQ20131003411
公開日2013年5月22日 申請日期2013年1月30日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月30日
發(fā)明者陳麗萍, 徐群, 楊學(xué)東, 鄭申清 申請人:洛陽雙瑞精鑄鈦業(yè)有限公司