用于陶瓷型芯的自动预填蜡装置及其预填蜡方法与流程

本发明属于熔模铸造，具体涉及一种用于陶瓷型芯的自动预填蜡装置及其预填蜡方法。

背景技术：

1、众所周知，在熔模铸造技术领域中，生产中大多采用热压注成型的方法制造熔模，针对空心铸件，比如航空发动机的空心叶片铸件，采用陶瓷型芯形成空心铸件内部的空腔，然而在室温条件下陶瓷型芯的强度低、脆性大，在制模过程中需要控制注射压力和注射流量以防止陶瓷型芯因受到高温蜡液冲击时发生失效而断裂。为了缓解高温蜡液冲击对陶瓷型芯带来的应力，通常预先在陶瓷型芯内部的通道、缝隙、镂空等结构区域进行人工填蜡，从而降低陶瓷型芯在高温蜡液冲击时发生断裂的风险。

2、随着航空发动机空心叶片内腔结构复杂程度的加剧，生产中对陶瓷型芯结构的精密化要求也越来越高，采用传统的人工填蜡方式已无法满足现代工业对高效、精准、一致性的高要求，更是无法适应快速、准确、严格的生产周期，因此亟需开发一种用于陶瓷型芯的自动预填蜡装置及其预填蜡方法，以实现对陶瓷型芯内部的通道、缝隙、镂空等精细化结构的预填蜡过程，这对提高生产效率、保障产品质量具有重要意义。

3、申请公布号为cn117301262a的发明专利公开了一种陶瓷型芯的压蜡前处理方法，包括以下步骤：提供粘接蜡，熔化粘接蜡；于隔墙贯穿区域内每间隔第一距离填充粘接蜡，使粘接蜡连接隔墙贯穿区域的两个相互正对的壁；粘接蜡冷却；提供具备底面和顶面的芯撑，芯撑底面的面积大于芯撑顶面的面积；于陶瓷型芯的表面上每间隔第二距离粘接芯撑的底面；将陶瓷型芯置于模具中，使芯撑的顶面抵于模具的内壁或与模具的内壁之间形成间隙。

4、申请公布号为cn108015224a的发明专利公开了一种空心叶片蜡模压制方法，用于成型空心叶片蜡模型腔的陶瓷型芯具有多根薄壁细长的陶芯段，多根陶芯段依次间隔设置，蜡模压制方法包括以下步骤：在相邻陶芯段之间充填蜡或胶以使多根陶芯段连接成整体；在陶瓷型芯的空槽处、陶芯段与陶瓷型芯的陶芯主体连接处包蜡片；在陶瓷型芯的表面贴芯撑；将完成上述处理的陶瓷型芯放入空心叶片蜡模模具的模腔中压制蜡模。

5、上述两项专利技术虽然能够降低蜡模压制过程中陶瓷型芯发生断裂的风险，但是都借助于芯撑，引入额外部件会影响最终产品的精度，此外在陶瓷型芯的空槽或间隙内均采用传统的人工填蜡方式，而这种填蜡方式无法满足陶瓷型芯对高精度、一致性等的要求。

技术实现思路

1、为解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种用于陶瓷型芯的自动预填蜡装置，所述预填蜡装置包括控制箱和操作箱，所述控制箱的内部设置控制系统，所述操作箱的内部设置六轴机械手组件、型芯胎膜调节组件和蜡料融化装置，所述操作箱的箱壁上设置控制屏，所述六轴机械手组件和所述型芯胎膜调节组件固定在同一水平面上；所述操作系统与所述六轴机械手组件、所述型芯胎膜调节组件、所述控制屏和所述蜡料融化装置连接。

2、优选的是，所述六轴机械手组件包括固定底座、六轴机械手、注蜡软管和注蜡枪管，所述固定底座水平固定在所述操作箱的底板上，所述六轴机械手安装在所述固定底座上，所述注蜡枪管安装在所述六轴机械手上，所述注蜡软管的一端与所述蜡料融化装置连接，所述注蜡软管的另一端与所述注蜡枪管连接。

3、在上述任一方案中优选的是，所述注蜡枪管位于所述型芯胎膜调节组件的上方，所述注蜡枪管由注蜡枪管垂直段和注蜡枪管弯折段一体成型，所述注蜡枪管垂直段与所述注蜡枪管弯折段之间的夹角为130-150°，所述注蜡枪管的直径为0.2-2mm。

4、在上述任一方案中优选的是，所述型芯胎膜调节组件包括型芯胎膜、承载平台、支撑平板、第一l形连接板、第二l形连接板、旋转控制电机和倾斜控制电机；所述承载平台上至少设置九个所述型芯胎膜，所述型芯胎膜上固定陶瓷型芯。

5、在上述任一方案中优选的是，所述型芯胎膜通过锁模螺丝和销钉水平固定在所述承载平台上，所述承载平台下方的中心部位与所述支撑平板固定连接。

6、在上述任一方案中优选的是，所述支撑平板与所述旋转控制电机连接，所述第一l形连接板的水平段与所述旋转控制电机的上端连接，所述第一l形连接板的竖直段与所述倾斜控制电机连接；所述第二l形连接板的水平段水平固定在所述操作箱的底板上，所述第二l形连接板的竖直段与所述倾斜控制电机连接。

7、在上述任一方案中优选的是，所述旋转控制电机垂直于所述操作箱底板所处的水平面，所述旋转控制电机的底端距离所述操作箱的底板10-12cm，所述旋转控制电机用于调节承载平台及其上的型芯胎膜和陶瓷型芯整体沿着所述旋转控制电机的轴线旋转，旋转角度为0-360°；所述倾斜控制电机平行于所述操作箱底板所处的水平面，所述倾斜控制电机用于调节承载平台及其上的型芯胎膜和陶瓷型芯整体向所述六轴机械手组件一侧倾斜或者向所述六轴机械手组件相反的一侧倾斜，倾斜角度均为0-70°。

8、在上述任一方案中优选的是，所述注蜡枪管弯折段的底端距离陶瓷型芯中待填蜡的通道结构2-10mm；所述注蜡枪管弯折段所在的直线与陶瓷型芯中待填蜡的通道结构的轴线之间的夹角为20-75°。

9、本发明还提供一种用于陶瓷型芯的自动预填蜡方法，使用上述任一项所述的用于陶瓷型芯的自动预填蜡装置，按照先后顺序包括以下步骤：

10、步骤一：检查用于陶瓷型芯的自动预填蜡装置中的各个部件及其连接关系，以确保预填蜡装置能够正常使用，并根据需要在承载平台上固定若干个型芯胎膜；

11、步骤二：打开电源，启动控制系统，蜡料融化装置自动将固态蜡料加热融化至液态，并保持恒定的温度；

12、步骤三：在每一个型芯胎膜上固定一个陶瓷型芯，并根据设计要求调节陶瓷型芯的姿态和注蜡枪管弯折段的姿态，以确保从注蜡枪管弯折段输出的液态蜡料能够沿着陶瓷型芯中待填蜡的通道结构的轴线填充蜡料；

13、步骤四：注蜡软管自动将液态蜡料输送至注蜡枪管，并从注蜡枪管弯折段输出，同时六轴机械手以一定的速度运行，液态蜡料以点滴注蜡方式填充到陶瓷型芯中待填蜡的通道结构中；

14、步骤五：待陶瓷型芯中所有待填蜡的通道结构都填充完毕后，关闭控制系统和电源，取出陶瓷型芯，即可直接用于后续的熔模铸造工序中。

15、优选的是，步骤一中，在承载平台上固定九个型芯胎膜；步骤二中，保持60-90℃的恒定温度；步骤三中，首先通过倾斜控制电机调节承载平台及其上的型芯胎膜和陶瓷型芯整体向六轴机械手组件一侧倾斜或者向六轴机械手组件相反的一侧倾斜，倾斜角度均为0-70°，然后通过旋转控制电机调节承载平台及其上的型芯胎膜和陶瓷型芯整体沿着旋转控制电机的轴线旋转，旋转角度为0-360°，最后调节注蜡枪管，使注蜡枪管弯折段所在的直线与陶瓷型芯中待填蜡的通道结构的轴线之间的夹角为20-75°；步骤四中，注蜡压力为2-4bar，六轴机械手的运行速度为10-110mm/s，点滴注蜡的时间间隔为0.2-0.5s。

16、本发明中，所使用的控制系统、控制屏、六轴机械手和蜡料融化装置等采用传统的或现有的技术即可，对设备的结构、型号不做特殊要求。控制箱和操作箱用于覆盖整个预填蜡装置，提供安全防护，防止热蜡飞溅，保障操作人员的安全，同时保持工作环境的整洁。六轴机械手用于执行复杂的三维空间运动，精确控制注蜡枪头的位置与姿态。控制屏作为人机交互界面，用于调用六轴机械手的动作序列，便于操作人员监控和调整填蜡过程。蜡料融化装置用于将固体蜡料加热至液态，并维持恒定温度，确保蜡料具有良好的流动性。注蜡软管连接蜡料融化装置，用于将液态蜡料稳定、均匀地输送至注蜡枪管。注蜡枪管连接注蜡软管，用于将液态蜡料稳定、均匀地输送至填充通道。型芯胎模用于固定待填充的陶瓷型芯，确保在填充过程中保持稳定。旋转控制电机和倾斜控制电机与型芯胎模连接，用于实时调整陶瓷型芯通道的方位，确保注蜡枪管弯折段始终沿着通道轴线进行填充。

17、所采用的注蜡枪管（直径为0.2-2mm）能够确保蜡液精确的注入到微小孔隙中，从而提升整体注蜡的精准性和充型性，适用于对复杂、微细型芯结构的填蜡要求。注蜡枪管的弯折角度为130-150°，适用于型芯通道的复杂走向和空间限制，特别是通道深度为0.5-10mm、宽度为1-6mm，且通道深度与宽度呈圆弧倾斜角度，可以完成直角或锐角通道拐弯处的填蜡，这种注蜡枪管的设计适用于不同角度和深度的型芯通道，降低拐弯处的填充阻力，从而优化整体填蜡效果。采用点滴式注蜡，能够精确控制蜡液的注入量与速度，避免内部产生气泡、冷隔，有利于保证型芯通道内部蜡料的均匀分布和紧密填充，通过重力作用促进蜡液更好地渗入通道深处和狭窄部位，增强填蜡效率和质量。

18、在型芯胎膜调节组件中，承载平台上至少可以放置九个型芯胎膜，也即至少可以放置九个陶瓷型芯；一个陶瓷型芯中含有多种形状的通道结构，比如横向通道、竖向通道、圆弧形通道等，这些通道也可以称为缝隙或镂空结构，通道的深度为0.5-10mm、宽度为1-6mm；在向通道结构中填充液态蜡料时，即可以选择先将所有陶瓷型芯中同一种形状的通道结构填充完，再将另一种形状的通道结构填充蜡料，也可以选择先将一个陶瓷型芯中所有形状的通道结构填充完，再将另一个陶瓷型芯的通道结构填充蜡料。

19、对于横向通道和竖向通道而言，注蜡枪管弯折段所在的直线与通道结构的轴线之间的夹角为20-75°，当调整好角度后，在向通道结构中填充液态蜡料时，注蜡枪管弯折段的姿态基本不变；对于圆弧形通道而言，注蜡枪管弯折段所在的直线与通道结构的轴线之间的夹角为20-75°，当调整好角度后，在向通道结构中填充液态蜡料时，注蜡枪管弯折段的姿态会随着圆弧的变化而改变。

20、本发明中，注蜡枪管垂直段与注蜡枪管弯折段之间的夹角（130-150°）、旋转控制电机对承载平台及其上的型芯胎膜和陶瓷型芯整体的旋转角度（0-360°）、倾斜控制电机对承载平台及其上的型芯胎膜和陶瓷型芯整体的倾斜角度（±70°）、注蜡枪管弯折段所在的直线与陶瓷型芯中待填蜡的通道结构的轴线之间的夹角（20-75°）、注蜡压力（2-4bar）、六轴机械手的运行速度（10-110mm/s）、点滴注蜡的时间间隔（0.2-0.5s）等参数都非常关键，只有将各个参数进行协调作用，才能达到本发明所预期的技术效果。

21、本发明用于陶瓷型芯的自动预填蜡装置及其预填蜡方法，具有如下有益效果：

22、（1）采用本发明的预填蜡装置和预填蜡方法对陶瓷型芯的通道、扰流柱、盖板、排气边等缝隙和镂空部位进行预先填蜡，实现陶瓷型芯的表面平整均匀，在蜡模注射成型过程中可有效防止蜡模局部收缩异常造成表面局部凹陷，实现蜡模表现平滑均匀，也可有效防止蜡模局部收缩，实现蜡模壁厚均匀，同时也可防止陶瓷型芯在蜡模压制过程中产生裂纹，提高蜡模压制合格率，适用于大规模生产。

23、（2）本发明的预填蜡装置和预填蜡方法，能够有效降低蜡料的表面张力对填蜡效果的影响，实现了对型芯尺寸多样化的挑战，确保对型芯精密结构处进行高效、精确、高质量的填蜡，为后续精密铸造工序提供可靠保障。

24、（3）本发明的预填蜡装置和预填蜡方法，能够面向型芯孔径、通道尺寸精密化及多样性导致的填蜡精确度与适应性的需求，解决了在蜡料收缩过程中蜡料表面张力引发的复杂、狭窄通道处未完全填充的问题，保证蜡料在型芯精密结构处的预填蜡完整性。

25、（4）采用本发明的预填蜡装置和预填蜡方法，完成一件陶瓷型芯的预填蜡操作仅需要三分钟，设备运行稳定，不受人为因素干扰，生产效率更为恒定且高效，同时避免了人工操作可能出现的失误或疏忽，比如蜡料涂抹不均、多余蜡料清理不彻底等，从而确保陶瓷型芯表面质量的一致性。

26、（5）采用本发明的预填蜡装置和预填蜡方法，设备与陶瓷型芯之间无直接物理接触，降低了因操作工具刮擦等导致陶瓷型芯表面受损的风险。