[發明專利]一種輪體整體精密鑄造方法及其應用

在審

• 申請號: 201711130196.6
• 申請日: 2017-11-15
• 公開（公告）號: CN108326236A
• 公開（公告）日: 2018-07-27
• 發明（設計）人: 楊金俠;周亦胄;孫曉峰
• 申請（專利權）人: 中國科學院金屬研究所
• 主分類號: B22C9/04
• 分類號: B22C9/04;B22C9/28;B22C7/02
• 代理公司: 沈陽優普達知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 21234
• 代理人: 張志偉

本發明涉及精密鑄造和材料制備領域，具體為一種輪體整體精密鑄造方法及其應用。首先壓制蠟件，接著組焊蠟型，而后在一定的溫濕度條件下，按特定的制殼工藝參數制備型殼的面層和背層，最后按特定的鑄造工藝參數在真空下澆注成型，并在熱處理爐中隨爐冷到室溫。本發明是一次性將輪體整體鑄造出來，徹底擺脫以往組合式輪體的焊接工序，除了少量的機械加工外，其它所有部位都不需要任何額外的加工，不僅可以保證不銹鋼材料的成分、組織與性能的均勻一致性，而且可以保證輪體的靜質量平衡與動質量平衡，提高輪體的使用壽命與安全可靠性，具有長遠的應用前景。此外，該技術顯著縮短制造周期，降低成本，具有較高的經濟效益。

技術領域：

本發明涉及精密鑄造和材料制備領域，具體為一種輪體整體精密鑄造方法及其應用。

背景技術：

輪體類零件在航天科技領域應用廣泛，是航天器姿態控制系統和儲能裝置的核心部件，是決定飛行產品壽命和可靠性的關鍵因素。輪體在運動過程中，承受高速旋轉造成的巨大的離心力、剪切力、拉壓應力以及振動和偏擺等作用，這就要求飛輪具有足夠的剛度和轉動慣量、較高的強度和抵抗變形的能力。如果輪體結構強度低，就容易因各種應力作用導致輪體內微裂紋的萌生和擴展，尤其當輪體各部分之間的連接區和轉接區的性能達不到使用要求時，就會導致輪體變形，裂紋產生，甚至開裂。

自1957年人類第一顆人造衛星誕生以來，航天技術飛速發展，輪體在材料和制備技術等方面不斷改進和更新。早期的飛行器結構簡單，所用的材料主要是木材、布和繩索等，采用嵌鎖、編織等工藝制備。后來使用鋼鐵、鋁合金和鎂合金等，采用切割、嵌鎖組裝、焊接等工藝制備。但是存在不可避免的構造缺陷，使其難以滿足航天器不斷發展的更強、更快、更準、更遠的要求。

目前，輪體類產品還都使用組合式輪體，尤其是大型輪體類零件(直徑0.5～1mm)，采用輪輻式結構，主要由輪緣、輪輻、輪轂等部分組成，它們之間是通過焊接技術組合在一起的。但在使用時經常出現焊接接頭過早失效、輪體變形和開裂等問題，至今沒有徹底解決。

近年來，隨著精密鑄造技術在航天領域上的成功應用，使輪體整體鑄造成型成為可能。

發明內容

本發明的目的在于提供一種輪體整體精密鑄造方法及其應用，該方法一次成型，工序短，成本低，適用于所有金屬材料的輪體類零件。

本發明的技術方案是：

一種輪體整體精密鑄造方法，包括如下步驟：

(1)對蠟件進行變形控制：設計出冷蠟筋，并在模具中固定，用來抑制輪緣部位產生凹鼓變形，壓制環形蠟件；

(2)組焊蠟型：在室溫下，將澆注系統組焊到蠟件上，形成蠟型模組；組合時間在12～48h范圍內，進入到制殼工序前放置時間不超過72h；

(3)制備型殼的面層和背層，總層數7～10層；

(4)型殼在真空下澆注成型，并在500～800℃的熱處理爐中隨爐冷到室溫。

所述的輪體整體精密鑄造方法，壓制環形蠟件前，在模具中固定冷蠟筋，冷蠟筋為圓弧形，內圈直徑為845mm，厚度3～7mm。

所述的輪體整體精密鑄造方法，壓制環形蠟件時，壓蠟溫度75～82℃，壓力2.5～3.5MPa，保壓時間150～300s。

所述的輪體整體精密鑄造方法，環形蠟件取出后，立即放入室溫下的水池中20～30分鐘，水溫與室溫之間相差值≤3℃。

所述的輪體整體精密鑄造方法，組焊后的蠟型模組在溫度22～24℃、濕度40～60％的環境下制備型殼。

所述的輪體整體精密鑄造方法，型殼面層粘度28～36s，光潔度≤2.0μm，面層層數1～3層。

所述的輪體整體精密鑄造方法，型殼背層粘度10～20s，強度1～3MPa，層數5～7層。