專利名稱：用于制造渦輪機或壓縮機輪的方法和設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及渦輪機和壓縮機輪的制造，尤其但不排它地，涉及用于渦 輪增壓器的這種輪的制造。
背景技術(shù)：
渦輪增壓器是用于以高于大氣的壓力(升壓)將空氣供給到內(nèi)渦輪機 發(fā)動機的進口的公知裝置。常規(guī)的渦輪增壓器主要包括被安裝在渦輪機殼 體內(nèi)的可旋轉(zhuǎn)的軸上的排放氣體驅(qū)動的渦輪機的輪。渦輪機的輪的旋轉(zhuǎn)使 被安裝在壓縮機殼體內(nèi)的軸的另一端上的壓縮機輪旋轉(zhuǎn)。所述壓縮機輪將 壓縮空氣傳遞給發(fā)動機的進氣歧管。壓縮機和渦輪機的輪具有非常復(fù)雜的形狀，以便改變空氣/排放氣體的流向和流速及其壓力。所述輪包括厚度大約為lmm的薄壁狀葉片部分， 所述葉片部分以在45。和90°之間的角度被連接到大截面轂上?？諝饣驓?體沿著被限定在葉片和殼體之間的通道流動。例如，在壓縮機輪中，葉片 最初被成形以沿著主軸方向吸收進口的空氣，并然后向外彎曲以使空氣轉(zhuǎn) 向，沿著徑向流動，而同時，施加離心力并將空氣加速到高速。之后，所 述空氣必須在高壓下被葉片的尖端投射入在所述輪的徑向外圍上的出口 渦室。葉片的形狀對于渦輪增壓器的空氣動力學(xué)性能是很重要的，且必須 所述葉片的形狀必須被精確地規(guī)格化和重復(fù)。除了葉片的復(fù)雜的形狀之 外，所述輪在表面輪廓中具有根切和其他的突變。所述輪的形狀的復(fù)雜度 確保所有的當(dāng)前的制造方法(例如鑄造或從鍛件機加工)具有其自身不可 避免的缺點。目前用于生產(chǎn)渦輪增壓器的輪的最普通的方法是鑄造。這是可以生產(chǎn) 精確尺寸的產(chǎn)品的成本相對較低的工藝。在該方法中，液態(tài)金屬(例如用 于渦輪機的輪的Ni基超合金以及用于壓縮機輪的A1-Si合金)，被澆入陶瓷或石膏模具中，所述模具通過將其在母型(例如蠟)上形成，而被事先生 產(chǎn)出來，所述蠟通過合適的溶劑或通過加熱，在所述合金被澆入模具中之 前被移除。 一旦金屬冷卻到室溫，陶瓷或石膏就被打碎以顯露所述輪。初 始的蠟型通常通過將熔化的蠟注入模具來生產(chǎn)。鋁，重量輕且成本相對較低，是制造壓縮機和渦輪機的輪的優(yōu)選材料。 在前一種情況下，鋁以基體的形式被使用，而在后一種情況下，鋁被用作 用于渦輪機的輪的合金元素。與鋁相關(guān)聯(lián)的一個缺點在于，即使在真空或 惰性氣體環(huán)境中，在鑄造之前和在鑄造過程中都可能出現(xiàn)氧化缺陷。由于 通常這種缺陷存在于產(chǎn)生疲勞失效的位置上，所以這種缺陷不是可易于控 制的，且其急劇地降低部件的耐久性。因此這種輪的耐久性很難預(yù)測，且 因此，渦輪增壓器的可靠性降低。近年來，對于降低在鑄造鋁和鎳基超合 金輪中的氧化效應(yīng)進行了很多努力，但是收效甚微，甚至沒有效果。與鑄造渦輪增壓器相關(guān)聯(lián)的另一個困難在于控制材料的微結(jié)構(gòu)。所述 輪的復(fù)雜的形狀意味著，從晶粒尺寸、枝狀晶體尺寸和二相顆粒尺寸的角 度，幾乎不可能確保對微結(jié)構(gòu)的收縮、孔隙率和均一性進行始終如一的控 制，因此降低了部件質(zhì)量的一致性。為了解決與鑄造相關(guān)的問題，新近開發(fā)的技術(shù)己經(jīng)被用于將材料鑄造 成坯塊，將所述坯塊擠壓成棒料，將所述棒料切割成片，對這些片進行鍛 造，并然后通過多軸機床將每個經(jīng)過鍛造的件加工成所述輪的形狀。在該 工藝中，移除了在擠壓、鍛造和機加工操作過程中的任何缺陷，例如氧化 夾雜物和疏松。且可以獲得精細和均勻的顆粒結(jié)構(gòu)和二相顆粒。根據(jù)該工 藝制造的輪的耐久性的一致性與由常規(guī)的鑄造所生產(chǎn)的輪相比，提高很 多。盡管所述工藝經(jīng)受耐久性的輪的可重復(fù)的生產(chǎn)，但是與鑄造方法相比， 就步驟數(shù)量、勞動強度和成本而言，都大大增加。在需要具有可以重復(fù)地生產(chǎn)高質(zhì)量的渦輪增壓器的制造工藝時，還需 要確保所述工藝具有合理的成本。公知地，金屬的半固態(tài)形式可以被用于生產(chǎn)高強度和延展性且沒有收 縮問題的產(chǎn)品。半固態(tài)成形是被用于描述金屬合金的加工的術(shù)語，所述金 屬合金處于液相線溫度和固相線溫度之間，在所述溫度處，所述金屬合金 包括固相金屬顆粒懸浮在液相熔融金屬中的漿。枝狀固體顆粒被改性(例如攪動)，以使得所述顆粒為近似球狀體。加工的最流行的方法金屬的觸融壓鑄和流變鑄造(rheocasting)用于以低成本和與由固態(tài)金屬加工 的部件的可比較的質(zhì)量的部件是公知的。在觸融壓鑄中，通過在枝狀微結(jié) 構(gòu)被改性的同時冷卻所述漿直到所述漿成為固態(tài)并然后將所述漿重新加 熱為半固態(tài)，來生產(chǎn)半固態(tài)觸融壓鑄的坯塊，其中所述坯塊在注入或澆鑄 入模具之前包括大約30-70%的液相。在流變鑄造中，合金被完全熔化，然 后被冷卻到液相線和固相線之間的溫度，在所述溫度下，固體顆粒被液體 共晶體包圍，所述微結(jié)構(gòu)被改性且所述部件通過將處于半固態(tài)的材料注入 或澆鑄入模具來形成。流變鑄造是引人注目的，這是因為其提供了根據(jù)準(zhǔn) 備注入模具的需要制備半固態(tài)材料的可能性，而與觸融壓鑄形成對比，在 觸融壓鑄中，材料為在注入之前重新加熱，而在成批的固態(tài)的坯塊中被有 效地制備。在這兩種情況下，半固態(tài)材料可以被轉(zhuǎn)移入高壓注入或模具鑄造機器 中，并被注入模具中。在所注入的材料固化之后，所述模具被從所述機器 移除，并被打開以將所設(shè)計的零件暴露出來。觸融壓鑄的優(yōu)勢是所需的均 勻的微結(jié)構(gòu)和鑄造缺陷的消除是更可控的，但是觸融壓鑄的缺點在于成本 比流變鑄造高得多。半固態(tài)成形的工藝到目前為止還不能為復(fù)雜形狀(例如渦輪增壓器的 輪)的制造所考慮。所有的半固態(tài)加工的當(dāng)前的應(yīng)用是針對相對簡單的形 狀的生產(chǎn)，在所述簡單的形狀中，橫截面面積或者復(fù)雜的輪廓(例如，如 上所述)沒有大的變化。這些制造方法的示例在美國專利No.5，630，466、 美國專利No. 6, 214， 478、美國專利申請No. 2003205351和歐洲專利 No. 0980730中進行了描述。金屬合金在半固態(tài)下的觸融壓鑄的表現(xiàn)和觸融壓鑄的表現(xiàn)對于成形 金屬產(chǎn)品的應(yīng)用己經(jīng)成為重大研究課題。可觸融壓鑄的合金和采用觸融壓 鑄和流變鑄造生產(chǎn)簡單的制造部件在許多專利中進行了描述，例如 US3948650、法國專利2141979、 US5630466、 SK10002001、 US6214478 (其具體地描述了用于交通工具的相對簡單的薄壁體零件的生產(chǎn))、 US5879478、 W00053914和EP0980730。最新的研究集中在鋁硅合金上，這是因為所述合金具有在鋁顆粒和硅共晶體之間的凝固次序的相對清晰的邊界。例如，最常見的可觸融壓鑄的鋁合金A356 (6.5-7.5%Si，每一種其他元素<1%)以及其改進型合金A357 (添加大約O. 03劣Sr和增加Mg成分以增加強度)，被廣泛地應(yīng)用于制造汽車 部件。最常見的部件可以被概括為(見R. DasGupta: Industrial Applications - The Present Status and Chanllenges We Face in the Proceedings of the 8th International Conference on Semi-Solid Processing of Alloys and Composites, Limassol， Cyprus, 21-23 S印tember 2004):(1) 由合金A357觸融壓鑄制造的燃料管道；(2) 由合金A357觸融壓鑄制造的自動變速器的變速桿；(3) 由合金A357流變鑄造制造的發(fā)動機架；(4) 由合金A357流變鑄造制造的不同類型的發(fā)動機托架；(5) 由合金A356流變鑄造制造的上控制臂；(6) 由合金A357流變鑄造制造的懸臂；以及(7) 由合金A356流變鑄造制造的柴油機發(fā)動機泵體。 由所述工藝制造的產(chǎn)品已經(jīng)獲得了超過鑄造的顯著的質(zhì)量改善，以及超越由固態(tài)金屬進行機加工的成本優(yōu)勢。上述的所有產(chǎn)品的共同特征是相對簡單的形狀所述產(chǎn)品的最薄部分與其最厚截面之比不超過大約l: 2，且簡單的鑄造模具可以被用于制造所述產(chǎn)品。另外，上述部件針對在相對簡單的條件和經(jīng)常性的良性環(huán)境下進 行的操作而設(shè)計，這與渦輪增壓器的輪不同，所述渦輪增壓器的輪在由熱 循環(huán)、速度循環(huán)和氣體壓力等造成的非常復(fù)雜的條件下工作。存在用于對觸融壓鑄合金進行成形的超過十種的不同的方法。所有這 些方法都采用相同的概念，即獲得具有被液相包圍的類似球狀的固體顆粒 的半固態(tài)微結(jié)構(gòu)，然后形成半固態(tài)材料。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是在消除或減輕上述和其他缺點，并提供用于采用半固 態(tài)工藝制造用于渦輪增壓器的壓縮機和渦輪機的輪的復(fù)雜形狀的方法和 設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種用于形成渦輪機或壓縮機輪的方 法，所述輪具有轂和多個從所述轂向外延伸的復(fù)雜曲面的葉片，所述方法 采用包括外模和內(nèi)模夾筒組件的模具組件，所述方法包括步驟由多個模 具段組裝內(nèi)模夾筒組件，以使得所述夾筒組件限定中心轂腔和從所述中心 轂腔向外延伸的多個葉片腔，所述葉片腔被限定在相鄰的模具段之間；將 所述夾筒組件插入外模；將半固態(tài)金屬合金注入模具，以使得所述合金流 入夾筒組件和葉片腔；在注入階段期間，將夾筒組件內(nèi)的溫度和壓力維持 在預(yù)定范圍內(nèi)；將夾筒組件從所述外模移除；以及分離所述夾筒組件的模 具段以釋放所形成的輪。所述成本與鑄造可比較，而質(zhì)量與由鍛造進行加工的部件可比較。該目的通過仔細選擇合金系統(tǒng)、部件設(shè)計、工具設(shè)計、加工參數(shù)的優(yōu) 化和后續(xù)的表面處理來實現(xiàn)。所述模具段可以被組裝以限定環(huán)形的夾筒組件。所述夾筒組件優(yōu)選地還包括蓋子，所述轂腔被限定在所述模具段的外 表面和所述蓋子之間。理想地，所組裝的模具段被放置在夾筒組件的外環(huán) 內(nèi)部，而所述蓋子可以在將所述夾筒組件插入所述外模之前與模具段組 裝。所述蓋子可以被固定到外夾筒環(huán)上。所述合金優(yōu)選地通過在夾筒組件中的開口被注入所述轂腔。半固態(tài)合 金可以被注入，以使得其首先進入所述轂腔，并然后進入葉片腔?？蛇x地， 預(yù)先制成的轂可以在注入階段之前被插入所述內(nèi)模夾筒的轂腔，以使得所 述葉片以半固態(tài)材料在預(yù)先制成的轂上形成。以這種方式，所述葉片可以 被容易地形成到轂上，所述轂由被鑄造或鍛造等的原料加工而成。在所述轂沒有被預(yù)先制成的情況下，半固態(tài)合金從所述轂腔通過，經(jīng) 由狹縫狀開口進入所述葉片腔。優(yōu)選地，所述夾筒組件在所制成的輪被釋放后，被重新組裝以便重新 使用。在本發(fā)明的一個實施例中，提供第二內(nèi)模夾筒，所述第二內(nèi)模夾筒 被預(yù)先組裝，且在移除第一內(nèi)模夾筒之后被插入所述模。任意數(shù)量的預(yù)先 組裝的夾筒可以被提供以使得制造操作更方便。所述模夾筒，或每個模夾 筒可以在注入之前被預(yù)先加熱到預(yù)定的溫度，并確實可以在插入所述外模 之前被預(yù)先加熱到預(yù)定的溫度。通過以特定的技術(shù)加熱觸融壓鑄坯塊或由液態(tài)金屬鑄造成半固態(tài)，來 生產(chǎn)半固態(tài)材料。所述夾筒優(yōu)選在拆卸前被冷卻。所述模具段至少可以在注入之前以脫模劑處理。所述脫模劑用于在所 述夾筒已經(jīng)被從所述模組件移除之后便于從所制成的輪移除所述模具段。在一個優(yōu)選的實施例中，在合金注入后的預(yù)定時間之后，所述夾筒組 件被從所述模具組件的剩余部分移除，且所述段被分離以使所述輪的葉片 暴露出來。模組件還可以包括第一和第二部分，所述第一和第二部分限定所述夾 筒所容納在的室中。所述夾筒優(yōu)選地被置于室中，且然后所述模具的第一 和第二部分被形成密封性的接合。所述室優(yōu)選地被限定在所述模組件的第 一部分中。合金可以經(jīng)由模具的第一部分上的澆道塊(runnerblock)中的澆道通 道被注入，所述通道提供注入裝置和所述模具轂腔之間的連通，所述澆道 塊在插入夾筒之后被移動到第一位置，以使得其被定位在室和夾筒上，并 被移動到第二位置，在所述第二位置上，在注入步驟完成以后，所述室和 夾筒是清潔的，以便允許夾筒的移除。澆道塊可以具有第一和第二部分， 所述第一和第二部分被一起引到第一位置上，以限定澆道通道，并被移開 至第二位置。所述第一和第二部分可以由致動器相對于模具的第一部分滑 動。所述方法可以包括在合金通過所述澆道通道的過程中將氧化物從所述 合金的表面剝離的步驟，且為此，可以使?jié)驳劳ǖ莱叽绲碾A梯式減小。所述澆道通道可以具有從進口延伸到澆道塊的第一部分以及從附近 延伸到模具轂腔的第二部分，所述第一和第二部分相交，第一部分在相交位置之后具有盲端，在所述相交位置和盲端之間的容積被用于容納所注入 的合金的初始部分，以便用作氧化物捕獲器。當(dāng)澆道塊位于第一位置上時， 所述澆道通道優(yōu)選地被以在夾筒蓋中的開口對齊。在模具部分上所限定的 定位構(gòu)件可以被用于在當(dāng)所述模具的第一和第二部分被放在一起時將模 具的第一部分和第二部分對準(zhǔn)。在一個優(yōu)選的實施例中，經(jīng)過加熱的油可以被引入模具部分中的孔 中，以維持夾筒的溫度。所述溫度優(yōu)選地被維持在0.6 (液相線溫度)+/-9(^的范圍內(nèi)。這例 如對于壓縮機輪，可以在20(TC到35(TC的范圍內(nèi)。壓力可以被保持在550 至2800巴的范圍內(nèi)，或者在550至1050巴的范圍內(nèi)。理想地，所述合金以40至60%的固相被注入。所述合金可以從注塑機的壓鑄儲筒(shot sleeve)注入，并可以在IO 秒或更少的時間內(nèi)被注入。一旦被注入內(nèi)模夾筒中，材料優(yōu)選被允許冷卻預(yù)定的時間，以使得所 述材料在夾筒被從外模移除之前到達基本100%的固相。所述夾筒可以被冷卻，而所述材料的壓力被維持大致恒定。所述合金可以是鋁合金，所述鋁合金也包括銅、硅和鎂和/或其他合 金元素。所述方法可以包括步驟制成觸變的(thixotropic)半固態(tài)材料的毛 坯；將觸變材料重新加熱到半固態(tài)，以便獲得預(yù)定的粘度，所述粘度適合 于制成被重新加熱的毛坯，或?qū)⑺霰恢匦录訜岬拿鬓D(zhuǎn)移到壓模注射成 型機(die casting injection machine )， 以制成所述輪。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于由半固態(tài)材料制成壓縮機或渦 輪機的輪的模具組件，所述組件包括夾筒，所述夾筒包括多個模具段、 蓋子和外夾筒環(huán)，所述模具段被容納在所述外夾筒環(huán)中，并對于沿著徑向 向外的運動被支撐；中心轂腔，所述中心轂腔被限定在所述蓋子和所述段 之間；和多個葉片腔，所述葉片腔從所述轂腔向外延伸，所述葉片腔被限 定在相鄰的模具段之間。所述模具組件還可以包括外模，所述外模限定室，夾筒以可移除的方 式被容納在所述室中。理想地，所述模具組件的蓋子具有開口，所述開口提供與所述轂腔的 連通。所述蓋子可以被固定到外模夾筒環(huán)上?？赡茉谀＞叨魏?或外模中提供通風(fēng)口，以允許氣體在將材料引入模 具的過程中逃逸。根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種用于由半固態(tài)材料制成壓縮機或渦 輪機的輪的模具組件，所述組件包括夾筒，所述夾筒包括多個模具段、 蓋子；中心轂腔，所述中心轂腔被限定在所述蓋子和所述段之間；和多個20葉片腔，所述葉片腔從所述轂腔向外延伸；以及至少一個第一通風(fēng)口，所述通風(fēng)口被限定在模具段之間，并與所述葉片腔連通，以允許葉片腔中的 氣體在引入半固態(tài)材料的過程中排出。第一通風(fēng)口是與進口分離的，通過所述進口半固態(tài)材料被引入模具腔。所述通風(fēng)口被設(shè)置在葉片腔的徑向外圍上。模具組件還可以包括外模，所述外模限定室，所述夾筒以可移除的方式被容納在所述室中，所述 外模具有至少一個與第一通風(fēng)口連通的第二通風(fēng)口 ?？赡艽嬖谕猸h(huán)，經(jīng)過組裝的模具段被容納在所述外環(huán)中，第三通風(fēng)口 被設(shè)置在所述環(huán)中，并與所述第一和/或第二通風(fēng)口連通。根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種用于由半固態(tài)材料制成壓縮機或渦輪機的輪的模具組件，所述組件包括夾筒，所述夾筒包括多個模具段、 蓋子；中心轂腔，所述中心轂腔被限定在所述蓋子和所述段之間；和多個 葉片腔，所述葉片腔從所述轂腔向外延伸，其中提供材料進口和澆道通道， 所述澆道通道提供所述進口和模具轂腔之間的連通，并被配置用于當(dāng)半固 態(tài)材料沿著通道通過時和在其進入模具夾筒之前，將外層從半固態(tài)材料剝 離。澆道通道可以被澆道塊所限定，所述澆道塊具有第一和第二部分，所 述第一和第二部分被一起引到第一位置中，以限定澆道通道，并可移動離 開到達第二位置?？梢蕴峁┲聞悠鳎业谝缓偷诙糠挚梢酝ㄟ^所述致動器相對于所述 模具的第一部分可滑動。所述澆道通道可以具有沿著朝向夾筒的方向的尺寸的至少一個階梯 地減少。所述澆道通道可以具有從進口延伸到澆道塊的第一部分以及從附近 延伸到模具轂腔的第二部分，所述第一和第二部分相交，第一部分在相交 位置之后具有盲端，在所述相交位置和盲端之間的容積被用于容納所注入 的合金的初始部分，以便用作氧化物捕獲器。所述澆道通道還可以被限定在外模中，所述外模限定室，夾筒以可移 除的方式被容納在所述室中。根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種包括如上所限定的本發(fā)明的任何一 個方面中所限定的壓縮機或渦輪機的輪的渦輪增壓器。根據(jù)本發(fā)明的第六方面，提供一種具有如上所限定的渦輪增壓器的內(nèi) 燃機。


在此將僅以示例的方式，參照附圖對本發(fā)明的具體的實施例進行描 述，在所述附圖中圖l是用于可以根據(jù)本發(fā)明的制造的渦輪增壓器的壓縮機葉輪的立體圖；圖2是圖1的葉輪的主視圖； 圖3是圖1的葉輪的側(cè)向剖視圖；圖4是本發(fā)明的模具組件的一個實施例的第一部分的前向立體圖；圖5是用于連接如圖4所示的模具的移動部分的本發(fā)明的模具組件的第二部分的后向立體圖；圖6是本發(fā)明的模具組件的夾筒形成部分的前向分解立體圖；圖7是以經(jīng)過組裝的形式示出的圖6的夾筒的前向立體圖；圖8是圖7的經(jīng)過組裝的夾筒的側(cè)視圖；圖9是具有以點線示出的隱藏特征的圖7的經(jīng)過組裝的夾筒的主視圖；圖10是圖6至9的夾筒組件的主模具段的主視圖；圖11是沿著箭頭W的方向的圖10的模具段的平面圖；圖12是沿著箭頭X的方向的圖IO的模具段的側(cè)視圖； 圖13是圖6至9的夾筒組件的小模具段的主視圖； 圖14是沿著箭頭Y方向的圖13的模具段的平面圖； 圖15是沿著箭頭Z方向的圖13的模具段的側(cè)視圖； 圖16是壓縮機輪剛剛被從圖6至9的模具夾筒組件上移除之后的立體 圖；以及圖17是示出材料通過本發(fā)明的模具的流動的示意圖。
具體實施方式
在此，參照圖1至3，壓縮機輪l包括中心的、大致成圓柱形的轂IO， 所述轂10沿徑向向外張開到基座部分11。轂10限定中心軸，在使用中，輪 圍繞所述中心軸旋轉(zhuǎn)，并支撐多個沿圓周間隔設(shè)置的、沿著所述軸向外延 伸的大約lmm厚的薄壁葉片。所述葉片通常對著在轂上的45。和90°之間 的角度，并且是圍繞所述轂交替地設(shè)置的兩種類型主葉片12和較短的分 流葉片13。從所述附圖中可知，葉片12、 13具有復(fù)雜的扭曲輪廓，以將空 氣以所需的方式引導(dǎo)，且所述葉片12、 13在表面輪廓中還具有特征錐度、 根切和其他的突變。用于制造本發(fā)明的壓縮機輪的材料是鋁合金。所述合金元素的組合的 示例是硅、銅和鎂。預(yù)先鑄造的材料是在半固態(tài)下觸變的，即，其微結(jié)構(gòu) 包括被鋁合金元素共晶體所包圍的近似球狀體的退化的枝狀鋁顆粒，例如 在專利US5879478中所詳細描述的。下面將對示例進行描述。通過采用活塞驅(qū)動的注射成型機將半固態(tài)材料注入特殊設(shè)計的模具 組件中來形成所述壓縮機輪，所述模具組件包括三個主要部分第一部分 20 (圖4)、第二部分40 (圖5)和夾筒50 (從圖6至9最容易看出)，在所述 夾筒50中，制成產(chǎn)品。模具20的第一部分被設(shè)置用于容納夾筒50 (如圖4 所示)，且模具20、 40的第一和第二部分在制作工藝開始前被放在一起。 模具40的第二部分被螺栓聯(lián)接至用于制作工藝的半固態(tài)材料注射成型機 的出口，并由此被固定，而第一部分20相對于其是可移動的，以使得所述 第一部分可以斷開連接，以使得夾筒50被從所述模具組件移除。如圖4和圖5所示，模具部分20、 40在輪廓上近似是方形的，并具有多 個互補配合的元件。每個模具部分具有主體，所述主體限定用于與在另一 部分上的對應(yīng)的配合表面接合的配合表面21、 41。模具的第一部分20的配 合表面21具有四個孔22，朝向每個角的位置上各一個，所述孔22容納從模 具的第二部分40凸出的對應(yīng)的引導(dǎo)銷42，所述配合表面21還具有近似截頭 圓錐楔形的凸出部分23，所述凸出部分23被容納在模具的第二部分中的對 應(yīng)的凹槽43中。第一模具部分的主體限定用于容納夾筒50的中心圓柱室 24，且其是可以由一對澆道塊25封閉的，所述澆道塊25以每個可滑動的方 式安裝在所述主體上。每個澆道塊25的截面基本成矩形，并可通過各自的 液壓氣缸26的致動相對于所述主體滑動，所述液壓氣缸26被固定到第一模具部分2的主體的側(cè)翼上。氣缸26的桿27被端部連接件28固定到每個箱體 中的澆道塊25的側(cè)翼上。塊25在圖4中以開和閉位置之間的部分方式被示 出，因此，夾筒50被部分地隱藏。每個澆道塊25具有半圓柱形凹槽29a、 b，當(dāng)所述塊25被置于一起以封 閉室24時，所述半圓柱形凹槽29a、 b組合以限定澆道通道29。當(dāng)模具的兩 個部分20、 40被放在一起時，該澆道通道29被以在模具40的第二部分中的 圓形開口44對齊，并用于提供夾筒50和注模機(未示出)之間的連通。如 圖4和17所示，澆道通道29被以一定的方式配置，在所述方式中，澆道通 道29可以被分成兩個部分第一個大致成圓柱形的直部30和第二個彎部 31。第一部30從澆道塊25的前表面32延伸，具有徑向向內(nèi)的臺階33，具有 盲端表面34以及側(cè)開口35，所述側(cè)開口鄰近但與端部表面34有間隔。被限 定在開口35和端部表面34之間的通道的容積，被用作下文所述的氧化物捕 獲器。第二部分31從鄰近室24的位置沿著初始平行于第一部分30但是從第 一部分30橫向偏移的方向朝向前表面32延伸。然后，其將方向改變90度， 以與在第一部分30中的側(cè)開口35連接。澆道塊25用作夾筒50的支撐件，并幫助承受半固態(tài)材料在夾筒中所經(jīng) 受的高壓效應(yīng)。當(dāng)半固態(tài)材料從注射成型機的壓鑄儲筒(未示出)通入夾 筒50時，它們也限定用于半固態(tài)材料的澆道通道29。模具20、 40的各個部分的主體被多個小孔通道36a穿過，所述小孔通 道36a被用作回油孔，并在使用中被外部的油加熱器(未示出)傳遞的油 所填充。在這些通道36a中的油被設(shè)計用于調(diào)節(jié)模具的溫度，并由此，調(diào) 節(jié)夾筒50的溫度。附加的內(nèi)部的電阻加熱器(在附圖中隱藏)被設(shè)置在模 具的第一部分20的主體37中的孔36b中。在此回到如圖5所示的模具的第二部分，主體具有中心矩形凹槽45， 所述中心矩形凹槽45被設(shè)計用于當(dāng)澆道塊25處于封閉位置時，容納澆道塊 25。凹槽被前壁46和四個側(cè)壁47所限定。被設(shè)計用于以與澆道通道29對齊 的中心開口44被限定在凹槽45的前壁46中。在主中心凹槽上面緊接著存在 近似梯形的凹槽43，所述近似梯形的凹槽43與模具20的第一部分上的對應(yīng) 的截頭圓錐楔形的凸出部分23互配。凹槽43具有一對凸出的銷48，所述銷 48比被安裝在角上的銷42略小，并被設(shè)計在模具20的第一部分中的對應(yīng)孔38中配合。附加的凹槽49被提供用于容納液壓氣缸26的桿27和端部連接器 28。通風(fēng)口通路V，被限定在所述模具的第二部分的配合表面41中。在操作中，夾筒50被插入模具20的第一部分的室24中，且液壓氣缸26 被致動以閉合澆道塊25。然后，模具20、 40的第一和第二部分通過將在第 二部分上的銷42和在第一部分20上的對應(yīng)的孔22對準(zhǔn)并將所述第一和第 二部分放在一起而被對齊。然后，半固態(tài)坯塊(在圖17中示意性地示出) 被從注射成型機的壓鑄儲筒經(jīng)由模具40的第二部分中的開口44注入且注 入到澆道通道29中。在模具中的開口44的直徑小于壓鑄儲筒的出口，而限 定所述套筒的所述壁的邊緣由此用于將氧化物從半固態(tài)鋁坯塊的表面剝 離，所述氧化物由于與空氣的接觸而形成。在澆道通道29中的臺階33類似 地用于當(dāng)坯塊從中通過時將表面層從所述坯塊剝離。這僅僅允許來自所述 坯塊的芯部的材料在夾筒50中加工。所述坯塊的起始端也包含氧化物，并 由于其被引導(dǎo)到澆道通道29的第一部分30的端部表面34前面的氧化物捕 獲器中，而被類似地剝離。然后，被剝離的坯塊通過側(cè)開口35進入澆道通 道29的第二部分31中且進入夾筒50中。如圖6至8詳細表示的夾筒50包括多個主夾筒段51和次夾筒段52，所述 主夾筒段51和次夾筒段52交替地被設(shè)置在圓環(huán)面中，并被組裝用于限定平 坦的前、后壁55、 56以及環(huán)形側(cè)壁57。段51、 52組合用于限定徑向的外部 和內(nèi)部，所述外部在沿著軸向的大致恒定的深度上基本上是固態(tài)的，所述 內(nèi)部將深度沿著軸向從前向后增加，以限定中心轂腔58。在所述外部中， 模具段51、 52的正對表面配合并嚙合在一起，而所述內(nèi)部提供用于生產(chǎn)所 述輪的葉片的腔體。所述轂腔從在前壁55中的大的圓形開口59延伸到夾筒 50的后壁56中的相對小的圓形開口60，且多個薄的扭轉(zhuǎn)的通道61從腔體58 朝向外部并穿過在前、后壁55、 56之間的距離的明顯的部分向外延伸。中 心腔58通常截面是圓柱形的，且以從前壁55到后壁56的彎曲的動作而向內(nèi) 逐漸變細。腔58的形狀用于限定已經(jīng)完成的輪的轂10。扭曲的通道61被限 定在段51、 52的配合表面之間，并借助被延長的狹槽63每個都對腔開口。 應(yīng)當(dāng)理解，這些通道61的輪廓被設(shè)計用于限定輪的葉片12、 13的形狀。夾 筒段51、 52在下文中被更詳細地描述。一旦被組裝，內(nèi)夾筒體50就被保持在由一對鎖合蓋板66所覆蓋的環(huán)形25外夾筒環(huán)65內(nèi)。從這個角度，外環(huán)65具有內(nèi)徑，所述內(nèi)徑與內(nèi)夾筒體的外 徑大致相同或略大，以便緊密配合。當(dāng)夾筒體50被容納在外環(huán)65中時，蓋 板66被放在其前壁55上，并被固定在合適的位置上。蓋板66和夾筒環(huán)65 的相對旋轉(zhuǎn)被互鎖配合元件所避免。尤其是，環(huán)形唇67和徑向輻條68被限 定在環(huán)65的前表面上，并被設(shè)計用于與被限定在蓋板的下側(cè)上的互配的凹 槽69 (在圖中僅僅示出一類，而另一類不可見)進行配合。板66結(jié)合用于 覆蓋前壁55，并覆蓋內(nèi)夾筒體51、 52的腔58的一部分，而限定用于與澆道 通道29和腔58的出口連通的中心開口70。 一旦被組裝，夾筒50的各個部分 被多個螺釘71剛性地固定到一起，所述螺釘71通過在鎖合蓋板66中的孔 72，進入外環(huán)65中的螺紋孔73中。螺釘71和對應(yīng)的孔72、 73相對于夾筒50 的中心軸被傾斜，如圖9所示。環(huán)形通風(fēng)口通路V2被限定在外環(huán)65的內(nèi)部上，并與多個軸向延伸的通 風(fēng)孔通路V3 (圖6中僅示出一個)相交。所述通路V2、 V3提供模具部分40 中的通風(fēng)口通路V,和被限定在模具段51、52的配合表面的外部中的通風(fēng)口 V4 (在圖6中示出兩個)之間的連通。如圖10至12所示的每個夾筒體的主段51是相同的，并以平坦的前壁 55a、后壁56a以及外圓周側(cè)壁57a從夾筒組件50的前面向后延伸。如圖13 至15所示的每個次段52，被容納在相鄰的主段51之間，但不會一直延伸到 夾筒組件50的后壁56。其具有帶有外圓周側(cè)壁57b的平坦的前壁55b。在所 述夾筒的外部中，段51、 52的配合表面鄰接和互鎖，而在內(nèi)部區(qū)域中，所 述配合表面在合適的位置凹陷，以限定用于形成所述輪的主葉片12和分流 葉片13的通道61。用于限定主葉片腔的通道被朝向夾筒組件50的前方分別 限定在主段51和次段52的相鄰的配合表面70、 72之間，和被限定在相鄰的 主段51的配合表面70、 71之間的后部處。限定次葉片腔的通道被分別限定 在主、次段的相鄰的配合表面73和74之間。被限定在主、次段之間的通風(fēng) 口V4從葉片腔顯露，并提供其間的連通。夾筒段51、 52由工具鋼的組合制成。形成與半固態(tài)鋁接觸的工具的任 何部分由H13優(yōu)質(zhì)工具鋼以已知的工藝制成。該材料具有適合于熱加工的 屬性，對于處理涉及半固態(tài)工藝的溫度循環(huán)是不易磨損的、尺寸精確的、 穩(wěn)定的并能夠被拋光到高的表面光潔度。 一旦所述工具已經(jīng)完成了所有的切削工作，則所述部分被進行表面滲氮硬化處理。這將提高工具壽命，并 有助于在鍛造之后拆卸各個部分。模具的第一和第二部分20、 21由AISIP20制成。中碳(C.33%)、軟 合金(Crl.6%、 Mo .5%)等級適合于寬范圍的模制應(yīng)用。所采用的材料 被預(yù)先硬化到布氏硬度269-302 (洛氏硬度C 28-32)。在使用中，經(jīng)過組裝的夾筒單元50被采用操縱(機械手)臂(未示出) 置于模具20的第一部分中(如圖4所示)。模具20借助油和夾筒加熱器被加 熱，使得所述夾筒在當(dāng)制作工藝開始時處于26(TC的溫度，并在制作工藝 過程中被維持在一定的溫度帶以內(nèi)。在制作工藝過程中，當(dāng)半固態(tài)材料被 引入時，通風(fēng)口V4允許空氣從模具腔排出?？諝獗粡哪＞咔豁樞虻亟?jīng)由夾 筒的外環(huán)中的通風(fēng)口通路V2、 V3、然后是外部模具部分41中的通風(fēng)口通路 V,排放到大氣中。在制作工藝之后，模具部分被分離，且澆道塊被移動成 開口配置，以允許移除夾筒組件。在合適的冷卻時間之后，通過放松和移 除所述蓋子、將內(nèi)夾筒體50滑移出外環(huán)和沿著大致徑向向外的方向滑動 主、次段，以暴露所制作的輪，來拆卸夾筒。所述拆卸可以通過機械手操 縱器進行。應(yīng)當(dāng)理解，夾筒設(shè)計的主要優(yōu)點之一是所述段通過將它們沿著 預(yù)定的路徑移動，可以容易地從組件夾筒體釋放，所述預(yù)定路徑可以在以 合適的空間坐標(biāo)系編制的軟件的控制下所操作的機械手操縱器所穿過。因 此可以重新使用夾筒的段。以如圖6至15所示的模具夾筒組件制成的壓縮機輪的示例如圖16所 示。對應(yīng)于圖1至3的部分由相同的附圖標(biāo)記加100之后表示，不再進一步 描述?？梢钥吹剑?10的小直徑端具有由經(jīng)過夾筒50的后壁中的開口60 的材料制成的凸出接頭。該接頭100可以包含氧化物并通過加工移除。示例通過觸融壓鑄鋁-硅-銅-鎂合金，具有98mm的外徑的壓縮機輪已經(jīng)被 成功示出。合金的化學(xué)成分(重量百分比)給出如下 銅2.5-3.5% 硅5.5-6.5% 鎂0.3-0.4% 鍶0.01-0.05%其他每種<0.03% 其他總共<0.1%預(yù)先鑄造的原材料具有觸變的半固態(tài)微結(jié)構(gòu)，即被如美國專利No.5,879，478所述的硅和銅共晶體所包圍的球狀退化的枝狀鋁顆粒。通過 電磁場的攪動修改微結(jié)構(gòu)。所生產(chǎn)的固體坯塊直徑為90mm，長度為2m， 并被切成長度為178mm的毛坯。通過感應(yīng)加熱到572'C至589'C范圍內(nèi)的溫 度，所述毛坯被重新加熱到半固態(tài)，其中毛坯包含大約40-60%固相材料， 以在加工完成的部件中給出最佳的材料質(zhì)量。經(jīng)過加熱的毛皮被轉(zhuǎn)移到壓 模注射成型機中，并之后在10秒內(nèi)被注入上述特殊設(shè)計的模具中。依賴于 加工完成的部件的所需的表面質(zhì)量，結(jié)合在750至1050巴范圍內(nèi)的高壓， 依賴于縮松限制的要求，具有在200'C至35(TC之間的溫度的熱夾筒被用于 制造根據(jù)本發(fā)明的壓縮機輪。如上述所制造的壓縮機輪已經(jīng)在兩個特定設(shè)計的裝備測試工具中被 測試。測量空氣動力學(xué)性能的一個壓縮機輪已經(jīng)顯示，半固態(tài)的加過加工 的輪具有與根據(jù)由液態(tài)金屬鍛造或鑄造所加工的輪相同的空氣動力學(xué)性 能。第二測試裝備，模擬在柴油發(fā)動機應(yīng)用中所發(fā)現(xiàn)的實際的循環(huán)操作條 件，并因此測量所述輪的耐久性，所述第二測試裝備已經(jīng)表現(xiàn)出比鑄造的 輪長得多的耐久性，以及可與由鍛造件進行機加工的部件相比的耐久性。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的方法可以采用觸變成形技術(shù)(例如觸融壓鑄)來 實現(xiàn)，由此半固態(tài)材料通過重新熔化改進的退化的枝狀結(jié)構(gòu)的固態(tài)坯塊和 以鑄造、鍛造或其他方法在模具中制作處于半固態(tài)的材料?？蛇x地，其可 以采用流變成形技術(shù)(例如流變鑄造)實現(xiàn)，由此通過將所述半固態(tài)材料 冷卻到在模具中立即形成的半固態(tài)，"根據(jù)需要"生產(chǎn)所述半固態(tài)材料。應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明的模具組件和方法可以被用于將輪的葉片形成到預(yù) 制的轂上。在這種方法中，所述轂通過常規(guī)的方法(例如鑄造、鍛造或機 加工)制造，并之后被從夾筒中的合適的開口插入模具腔和半固態(tài)材料中。 在所述技術(shù)中，葉片與轂整體成形。
權(quán)利要求
1.一種用于形成渦輪機或壓縮機輪的方法，所述輪具有轂和多個從所述轂向外延伸的復(fù)雜曲面的葉片，所述方法采用包括外模和內(nèi)模夾筒組件的模具組件，所述方法包括步驟由多個模具段組裝內(nèi)模夾筒組件，以使得所述夾筒組件限定中心轂腔和從所述轂腔向外延伸的多個葉片腔，所述葉片腔被限定在相鄰的模具段之間；將所述夾筒組件插入外模；將半固態(tài)金屬合金注入模具，以使得所述合金流入夾筒組件和葉片腔；在注入階段期間，將夾筒組件內(nèi)的溫度和壓力維持在預(yù)定范圍內(nèi)；將夾筒組件從所述外模移除；以及分離所述夾筒組件的模具段以釋放所制成的輪。
2. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中所述模具段被組裝以限定大致為 環(huán)形的夾筒組件。
3. 根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述經(jīng)過組裝的模 具段被置于夾筒組件的外環(huán)的內(nèi)部。
4. 根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述夾筒組件還包 括蓋子，所述轂腔被限定在模具段的外表面和所述蓋子之間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其中所述蓋子在將夾筒組件插入外模 之前與模具段組裝。
6. 根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的方法，當(dāng)從屬于權(quán)利要求3時，其中所述 蓋子被固定到外夾筒環(huán)上。
7. 根據(jù)權(quán)利要求3至6中任一項所述的方法，其中所述合金通過夾筒 組件的開口注入轂腔內(nèi)。
8. 根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述半固態(tài)材料被注入，這樣，所述半固態(tài)材料首先進入所述轂腔，并之后進入所述葉片腔。
9. 根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述合金從所述轂 腔經(jīng)由狹槽狀開口通入所述葉片腔。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1至6中任一項所述的方法，其中預(yù)制轂在注入階段之前被插入內(nèi)模的轂腔中。
11. 根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中在所制成的輪已經(jīng) 被釋放之后，所述內(nèi)模夾筒被重新組裝，以便重新使用。
12. 根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中提供第二內(nèi)模夾筒， 所述第二內(nèi)模夾筒被預(yù)組裝，并在移除第一內(nèi)模夾筒之后被插入模具。
13. 根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述模具夾筒組件 在注入之前被預(yù)先加熱到預(yù)先確定的溫度。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13的方法，其中所述模具夾筒組件在插入外模之前 被預(yù)先加熱到預(yù)先確定的溫度。
15. 根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述半固態(tài)合金通 過觸融壓鑄或流變鑄造生產(chǎn)。
16. 根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中夾筒組件在模具段 分離之前被冷卻。
17. 根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中至少模具段在注入 之前用脫模劑處理。
18. 根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中在注入合金后的預(yù)定時間之后，所述夾筒組件被從剩余的模具組件中移除，且所述模具段被 分離以暴露輪的葉片。
19. 根據(jù)前面權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述模具組件還包 括第一和第二部件，所述第一和第二部件限定室，夾筒組件被容納在所述 室中，且所述夾筒組件被置于所述室中，然后所述模具的第一和第二部件 被形成密封的接合。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的方法，其中所述室被限定在模具組件的第一部件中。
21. 根據(jù)權(quán)利要求19或20所述的方法，其中所述合金經(jīng)由模具組件的 第一部件上的澆道塊中的澆道通道被注入，所述澆道通道在注入裝置和模 具轂腔之間提供連通，所述澆道塊在插入夾筒組件之后被移動到第一位 置，這樣所述澆道塊被定位在所述室和夾筒之上，然后被移動到第二位置， 在所述第二位置處，在注入步驟完成之后室和夾筒是通暢的，以便允許移 除夾筒。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述澆道塊具有第一和第二部 分，所述第一和第二部分被一起放在第一位置，以限定澆道通道，并被移 離到第二位置。
23. 根據(jù)權(quán)利要求22所述的方法，其中所述澆道塊的第一和第二部分 通過致動器相對于模具的第一部件滑動。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21、 22或23中任一項所述的方法，還包括在所述合 金移動通過澆道通道的過程中，將氧化物從所述合金表面剝離的步驟。
25. 根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其中通過澆道通道的尺寸的階梯式 減小來從合金的外部剝離氧化物。
26. 根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的方法，其中所述澆道通道具有從進口 延伸到澆道塊的第一部分以及從模具轂腔附近延伸的第二部分，所述第一 和第二部分相交，第一部分在相交位置之后具有盲端，在所述相交位置和 盲端之間的容積被用于容納所注入的合金的初始部分，以用作氧化物捕獲器o
27. 根據(jù)權(quán)利要求21至26中任一項所述的方法，其中當(dāng)所述澆道塊處 于第一位置時，所述澆道通道與夾筒組件中的進口開口對齊。
28. 根據(jù)權(quán)利要求19至27中任一項所述的方法，還包括當(dāng)模具的第一 和第二部件被放在一起時、采用限定在模具部件上的定位構(gòu)件來對準(zhǔn)所述 模具的第一和第二部件的步驟。
29. 根據(jù)權(quán)利要求19至28中任一項所述的方法，還包括將經(jīng)過加熱的 油引入模具部件中的孔，以將夾筒的溫度維持在預(yù)定的范圍內(nèi)的步驟。
30. 根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述溫度被維持 在0.6 (液相線溫度)+/-9(^的范圍內(nèi)。
31. 根據(jù)權(quán)利要求1至29中任一項所述的方法，其中所述溫度被維持 在200'C至35(TC的范圍內(nèi)。
32. 根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述壓力被維持 在550至1050巴的范圍內(nèi)。
33. 根據(jù)權(quán)利要求1至31中任一項所述的方法，其中所述壓力被維持 在550至2800巴的范圍內(nèi)。
34. 根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述合金以40%至60%的固相注入。
35. 根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述合金從注射 成型機的壓鑄儲筒注入。
36. 根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述合金在IO 秒內(nèi)被注入。
37. 根據(jù)權(quán)利要求36所述的方法，其中所述合金在5秒內(nèi)被注入。
38. 根據(jù)權(quán)利要求37所述的方法，其中所述合金在2秒內(nèi)被注入。
39. 根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中一旦被注入內(nèi)模 夾筒組件，所述合金被允許冷卻預(yù)定的時間，以使得所述合金在夾筒從外 模移除之前到達基本100%固相。
40. 根據(jù)權(quán)利要求39所述的方法，其中所述夾筒以維持基本恒定的合 金壓力冷卻。
41. 根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述合金是鋁合金。
42. 根據(jù)權(quán)利要求41所述的方法，其中所述合金也包括銅、硅和鎂。
43. 根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項所述的方法，包括步驟形成觸變 的半固態(tài)材料的毛坯；將所述觸變材料重新加熱到半固態(tài)，以便獲得適用 于成型的預(yù)定的粘度；和將所述重新加熱的毛坯轉(zhuǎn)移到壓模注射成型機用 于成型所述輪。
44. 根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述模具夾筒組件由熔點高于所制成的輪的材料制成。
45. 根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述模具段是永久性的。
46. 根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項所述的方法，其中所述半固態(tài)材料 在剪切下變形到所述腔中。
47. 根據(jù)權(quán)利要求1至20中任一項所述的方法，其中在半固態(tài)材料進 入夾筒組件之前，外層從所述半固態(tài)材料剝離。
48. 根據(jù)權(quán)利要求47所述的方法，其中當(dāng)所述外層沿外模中限定的通 道通過時，所述外層被剝離。
49. 根據(jù)權(quán)利要求48所述的方法，其中通過通道尺寸的階梯式減小來 剝離所述外層。
50. 根據(jù)權(quán)利要求48或49所述的方法，其中所述通道被限定在澆道塊 中，所述澆道塊被限定在所述外模的第一部件中，所述通道提供注入裝置 和所述轂腔之間的連通。
51. 根據(jù)前面的權(quán)利要求中任一項所述的方法，還包括允許氣體隨著 合金被引入其中而從所述轂腔和/或葉片腔排出的步驟。
52. 根據(jù)權(quán)利要求51所述的方法，其中所述氣體被允許通過模具段中 的至少一個通氣口排出。
53. 根據(jù)權(quán)利要求52所述的方法，其中所述氣體被允許還通過外模中 的至少一個通氣口排出。
54. —種用于由半固態(tài)材料制成壓縮機或渦輪機輪的模具組件，所述組件包括夾筒，所述夾筒包括多個模具段、蓋子和保持構(gòu)件，所述模具 段被容納在所述保持構(gòu)件中并逆著徑向向外的運動被支撐；中心轂腔，所 述中心轂腔被限定在所述蓋子和所述模具段之間；和多個葉片腔，所述葉 片腔從所述轂腔向外延伸，所述葉片腔被限定在相鄰的模具段之間。
55. 根據(jù)權(quán)利要求54所述的模具組件，其中所述保持構(gòu)件是圍繞夾筒 的外環(huán)。
56. 根據(jù)權(quán)利要求54或55所述的模具組件，還包括外模，所述外模限 定室，夾筒以可移動的方式被容納在所述室中。
57. 根據(jù)權(quán)利要求54、 55或56所述的模具組件，其中所述蓋子具有開 口，所述開口提供與轂腔的連通。
58. 根據(jù)權(quán)利要求54至57中任一項所述的模具組件，其中所述蓋子被 固定到所述保持構(gòu)件上。
59. 根據(jù)權(quán)利要求54至58中任一項所述的模具組件，其中存在被限定 在模具段之間的夾筒的前壁中的狹槽狀開口 。
60. 根據(jù)權(quán)利要求56所述的模具組件，其中所述外模還包括第一和第 二部件，所述第一和第二部件限定容納夾筒的室。
61. 根據(jù)權(quán)利要求60所述的模具組件，其中所述室被限定在模具組件 的第一部件中。
62. 根據(jù)權(quán)利要求60或61的模具組件，其中所述澆道通道被限定在外 模的第一部件中，所述澆道通道提供進口和模具轂腔之間的連通，并被配 置用于隨著半固態(tài)材料沿著通道通過和在所述半固態(tài)材料進入模具夾筒之前將外層從所述半固態(tài)材料剝離。
63. 根據(jù)權(quán)利要求62所述的模具組件，其中所述澆道通道被階梯式地降低，以提供用于剝離材料的階梯式的邊緣。
64. 根據(jù)權(quán)利要求62或63所述的模具組件，其中在模具的第一部件上 提供澆道塊，所述澆道塊限定所述澆道通道，所述澆道通道在用于連接到 注入裝置的進口和模具轂腔之間提供連通，所述澆道塊在第一位置和第二 位置之間是可移動的，在所述第一位置上，所述澆道塊被置于所述室和夾 筒上，而在所述第二位置上，所述室是通暢的，以便允許夾筒從模具組件 移除。
65. 根據(jù)權(quán)利要求64所述的模具組件，其中所述澆道塊具有第一和第 二部分，所述第一和第二部分被一起置于第一位置上，以限定澆道通道， 并被移幵至第二位置。
66. 根據(jù)權(quán)利要求65所述的模具組件，還包括致動器，且其中所述澆 道塊的第一和第二部分通過所述致動器相對于模具的第一部件滑動。
67. 根據(jù)權(quán)利要求62至66中的任一項所述的模具組件，其中所述澆道 通道具有沿著朝向夾筒的方向的尺寸的至少一個階梯式的減小。
68. 根據(jù)權(quán)利要求66或67所述的模具組件，其中所述澆道通道具有從 進口延伸到澆道塊的第一部分以及從模具轂腔附近延伸的第二部分，所述 第一和第二部分相交，所述第一部分在所述相交位置之后具有盲端，在所 述相交位置和所述盲端之間的容積用于容納被注入的合金的初始部分，以 便用作氧化物捕獲器。
69. 根據(jù)權(quán)利要求64至67中任一項所述的模具組件，其中當(dāng)所述澆道 塊處于第一位置時，所述澆道通道與夾筒蓋子中的開口對齊。
70. 根據(jù)權(quán)利要求60至69中任一項所述的模具組件，還包括定位構(gòu)件， 所述定位構(gòu)件被限定在模具部件上，以便當(dāng)所述模具的第一和第二部件被 放在一起時，對準(zhǔn)模具的第一和第二部件。
71. 根據(jù)權(quán)利要求60至70中任一項所述的模具組件，還包括被限定在 外模中的油孔。
72. 根據(jù)權(quán)利要求54至71中任一項所述的模具組件，其中所述夾筒具 有前壁和后壁以及外側(cè)壁。
73. 根據(jù)權(quán)利要求54至72中任一項所述的模具組件，其中所述夾筒的 軸線基本對應(yīng)于被制成的輪的軸線，所述模具段結(jié)合用于限定外部和內(nèi) 部，前述外部具有基本恒定的軸向深度，在前述外部處所述模具段鄰接， 前述內(nèi)部限定轂腔和葉片腔。
74. 根據(jù)權(quán)利要求73所述的模具組件，其中所述模具段在外部中互鎖。
75. 根據(jù)權(quán)利要求73或74所述的模具組件，其中所述夾筒在外部中基 本為固態(tài)。
76. 根據(jù)權(quán)利要求73至75任一所述的模具組件，其中所述轂腔被模具 段的錐形壁部分所限定，所述錐形壁部分在前壁和后壁之間的內(nèi)部延伸。
77. 根據(jù)權(quán)利要求76所述的模具組件，其中所述錐形壁部分是弓形的。
78. 根據(jù)權(quán)利要求77所述的模具組件，其中所述錐形壁部分結(jié)合用于 限定轂腔，所述轂腔在夾筒的前壁和后壁之間延伸的方向上直徑減小。
79. 根據(jù)權(quán)利要求73至78中的任一項所述的模具組件，其中所述葉片腔由所述模具段的相對表面中的凹槽限定。
80. 根據(jù)權(quán)利要求79所述的模具組件，其中所述凹槽基本限定在夾筒的內(nèi)部中。
81. 根據(jù)權(quán)利要求54至80中的任一項所述的模具組件，其中所述模具 段被配置用于允許通過沿著大致徑向的方向的滑動運動而對所述模具段 進行拆卸。
82. 根據(jù)權(quán)利要求54至81中的任一項所述的模具組件，其中所述模具 段包括在所述夾筒的周圍交替設(shè)置的主段和次段，所述主段從夾筒的前面 延伸到夾筒的后面，而所述次段被夾在相鄰的主段之間。
83. 根據(jù)權(quán)利要求82所述的模具組件，其中所述次段沒有延伸到后壁。
84. 根據(jù)權(quán)利要求54至83中的任一項所述的模具組件，其中所述蓋子 被一對板限定。
85. 根據(jù)權(quán)利要求54至84中的任一項所述的模具組件，其中所述模具 夾筒組件由熔點高于所制成的輪的材料所形成。
86. 根據(jù)權(quán)利要求54至85中的任一項所述的模具組件，其中所述模具 段是永久性的。
87. 根據(jù)權(quán)利要求54至86中的任一項所述的模具組件，其中提供用于 弓I入半固態(tài)材料的進口以及至少一個通風(fēng)口 ，所述通風(fēng)口與所述進口分 離，并用于允許當(dāng)半固態(tài)材料被引入時氣體從模具中排出。
88. 根據(jù)權(quán)利要求87所述的模具組件，其中所述至少一個通風(fēng)口被設(shè) 置在所述模具段中，以允許當(dāng)半固態(tài)材料被引入時氣體從葉片腔排出。
89. 根據(jù)權(quán)利要求54至88中任一項所述的模具組件，其中在外環(huán)中提 供通風(fēng)口，以允許氣體從所述模具夾筒離開。
90. —種用于由半固態(tài)材料形成壓縮機或渦輪機輪的模具組件，所述 組件包括夾筒，所述夾筒包括多個模具段；蓋子；中心轂腔，所述中心 轂腔被限定在所述蓋子和所述模具段之間；和多個葉片腔，所述葉片腔從 所述轂腔向外延伸；以及至少一個第一通風(fēng)口，所述第一通風(fēng)口被限定在 模具段之間，并與所述葉片腔連通，以允許葉片腔中的氣體在引入半固態(tài) 材料的過程中排出。
91. 根據(jù)權(quán)利要求90所述的模具組件，其中所述通風(fēng)口被設(shè)置在葉片 腔的徑向外圍處。
92. 根據(jù)權(quán)利要求90或91所述的模具組件，還包括外模，所述外模限 定室，夾筒被可移動地容納在所述室中，所述外模具有用于連通第一通風(fēng) 口的至少一個第二通風(fēng)口。
93. 根據(jù)權(quán)利要求90、 91或92所述的模具組件，其中所述模具夾筒還 包括保持環(huán)，經(jīng)過組裝的模具段被容納在所述保持環(huán)中；第三通風(fēng)口， 所述第三通風(fēng)口被設(shè)置在所述環(huán)中，并與所述第一和/或第二通風(fēng)口連通。
94. 一種用于由半固態(tài)材料制成壓縮機或渦輪機輪的模具組件，所述 組件包括夾筒，所述夾筒包括多個模具段；蓋子；中心轂腔，所述中心 轂腔被限定在所述蓋子和所述段之間；和多個葉片腔，所述葉片腔從所述 轂腔向外延伸，其中提供材料進口和澆道通道，所述澆道通道提供所述進 口和模具轂腔之間的連通，并被配置用于當(dāng)所述半固體材料沿著所述通道 通過時和在所述半固體材料進入模具夾筒之前，從半固態(tài)材料剝離外層。
95. 根據(jù)權(quán)利要求94所述的模具組件，其中所述澆道通道由澆道塊限定，所述澆道塊具有第一和第二部分，所述第一和第二部分被一起置于第 一位置中，以限定澆道通道并可被移開至第二位置。
96. 根據(jù)權(quán)利要求95所述的模具組件，還包括致動器，且其中，所述 澆道塊的第一和第二部分通過所述致動器相對于所述模具的第一部件可 滑動。
97. 根據(jù)權(quán)利要求94至96中任一項所述的模具組件，其中所述澆道通 道具有沿著朝向夾筒的方向的至少一個階梯式的尺寸減小。
98. 根據(jù)權(quán)利要求96或97所述的模具組件，其中所述澆道通道具有從 進口延伸到澆道塊的第一部分以及從模具轂腔附近延伸的第二部分，所述 第一和第二部分相交，所述第一部分在所述相交位置之后具有盲端，在所 述相交位置和所述盲端之間的容積用于容納被注入的合金的初始部分，以 便用作氧化物捕獲器。
99. 根據(jù)權(quán)利要求94至97中任一項所述的模具組件，其中當(dāng)澆道塊處 于第一位置時，所述澆道通道與夾筒蓋子中的開口對齊。
100. 根據(jù)權(quán)利要求94至99中任一項所述的模具組件，其中所述澆道 通道被限定在外模中，所述外模限定室，夾筒以可移除的方式容納在所述 室中。
全文摘要
一種用于由半固態(tài)材料形成渦輪機或壓縮機輪的方法，采用具有內(nèi)夾筒和外模的模具組件，所述內(nèi)夾筒由多個段制成。所述半固態(tài)材料在壓力和高溫下被注入模具，以使得所述半固態(tài)材料流入被限定在夾筒的段之間的葉片腔。所述夾筒被從外模移除，然后，分離所述段以釋放所述輪。
文檔編號B22C9/06GK101262966SQ200680033293
公開日2008年9月10日 申請日期2006年6月29日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月19日
發(fā)明者安德魯·菲利普·杰克森, 強 朱 申請人:康明斯渦輪增壓技術(shù)有限公司