一種整體式壓氣機(jī)葉輪的熔模低壓鑄造工藝的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種整體式壓氣機(jī)葉輪的熔模低壓鑄造工藝，用熔模鑄造用硅溶膠粘結(jié)劑配制涂料，耐火材料面層和二層為電熔剛玉粉、砂，加固層為熔模鑄造專用莫來(lái)石粉、砂；涂加固層涂料時(shí)采用先沾稀涂料，再沾稠涂料的兩次沾漿方法；型殼脫蠟后先經(jīng)過(guò)500℃低溫焙燒后存放，澆注前進(jìn)行高溫焙燒，高溫焙燒溫度1000℃，保溫4h，澆注時(shí)的型殼溫度為100～150℃；制得的型殼強(qiáng)度高，可以用單殼進(jìn)行低壓澆注，鋁液澆注溫度670～680℃，充型壓力0.03MPa、充型時(shí)間10s，凝固保壓壓力0.35MPa、保壓時(shí)間5min。采用熔模低壓鑄造工藝生產(chǎn)的整體式壓氣機(jī)葉輪，充型和補(bǔ)縮效果好，鑄件組織致密，產(chǎn)品力學(xué)性能和內(nèi)在質(zhì)量高，而且不用裝箱造型，生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低。
【專利說(shuō)明】一種整體式壓氣機(jī)葉輪的熔模低壓鑄造工藝
【技術(shù)領(lǐng)域】
本發(fā)明涉及一種鋁合金件的鑄造工藝，尤其涉及一種鋁合金葉輪的鑄造工藝。
【背景技術(shù)】
[0001]熔模鑄造生產(chǎn)工藝包括易熔模的壓制、模組焊接、涂料配制、掛砂、脫蠟、型殼焙燒，澆注。相對(duì)于其它鑄造方法，熔模鑄件尺寸精度和表面粗糙度高，常用于尺寸精度和表面粗糙度要求高，而又不易加工的零件，特別是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，利用其它鑄造方法不容易造型的鑄件，常用熔模鑄造方法生產(chǎn)。
[0002]某大型柴油發(fā)動(dòng)機(jī)渦輪增壓器上的整體式壓氣機(jī)葉輪，工作轉(zhuǎn)速32500r /min(rpm),輪盤直徑Φ 210mm,葉片數(shù)19,葉片是彎曲變厚度的，最薄處0.5mm,要求有足夠的強(qiáng)度和一定的塑性，特別是輪轂內(nèi)部宏觀組織級(jí)別要求高，以保證其工作性能和安全性。
[0003]整體式壓氣機(jī)葉輪材料為鑄造鋁硅鎂合金ZL104，背景生產(chǎn)工藝是:熔模鑄造生產(chǎn)，采用中溫模料易熔模、硅溶膠型殼，將制好的型殼放到有底砂的鐵箱內(nèi)，填干砂造型，再進(jìn)行焙燒、澆注；澆注方式是離心澆注，利用離心力來(lái)提高葉片薄壁處的充型能力。要求對(duì)每澆注批次的葉輪抽檢一件，除了進(jìn)行化學(xué)成分檢測(cè)，還要對(duì)葉輪輪轂部位剖分后進(jìn)行宏觀組織檢測(cè)，主要檢測(cè)針孔與疏松級(jí)別。生產(chǎn)中，如果由于宏觀組織不合格而導(dǎo)致鑄件報(bào)廢，則是批量報(bào)廢，造成鑄件廢品率極高，而鑄件宏觀組織級(jí)別低影響葉輪的工作質(zhì)量，易出現(xiàn)故障。
[0004]低壓鑄造是一種使金屬液自下而上在一定壓力下充型和凝固的鑄造工藝，金屬液的充型效果好，在一定壓力下凝固結(jié)晶可使金屬液補(bǔ)縮充分，鑄件組織致密。低壓鑄造用鑄型一般為金屬型，也有砂型、石膏型、陶瓷型，熔模鑄造型殼等。熔模鑄造型殼在低壓機(jī)上澆注，一般采取裝箱造型，但由于澆口超下，需專用封閉式砂箱，生產(chǎn)效率很低，鑄型排氣條件也不好。
[0005]采用單殼進(jìn)行低壓澆注，需要型殼具有足夠的強(qiáng)度，保證充型和凝固過(guò)程中型殼不開(kāi)裂；另一方面，低壓充型凝固過(guò)程中鑄型內(nèi)腔是封閉的，型殼應(yīng)具有良好的排氣性。整體式壓氣機(jī)葉輪鑄件壁厚差別大，組織致密度要求高，一般的低壓澆注工藝難以滿足要求。
[0006]因而，需要一種整體式壓氣機(jī)葉輪的熔模低壓鑄造工藝，一方面使葉片部位能很好充型；另一方面使鑄件凝固過(guò)程中補(bǔ)縮充分，排氣良好，組織致密。這是本發(fā)明的宗旨。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明目的是提供一種整體式壓氣機(jī)葉輪的熔模低壓鑄造工藝，提高葉輪內(nèi)部組織致密度，提升產(chǎn)品質(zhì)量，同時(shí)生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低。
[0008]本發(fā)明提供的一種整體式壓氣機(jī)葉輪的熔模低壓鑄造工藝，包括制殼、型殼焙燒、低壓充型凝固步驟，
[0009]制殼:包括配制涂料和掛砂，采用熔模鑄造用硅溶膠粘結(jié)劑配制涂料，耐火材料面層和二層為電熔剛玉粉、砂，加固層為熔模鑄造專用莫來(lái)石粉、砂；配制涂料用耐火粉料使用級(jí)配粉，面層涂料粘度40?45s、密度2.1?2.2g/cm3、涂掛80#電熔剛玉砂；二層涂料粘度30?35s、密度2.0?2.lg/cm3、涂掛60#電熔剛玉砂；加固層用兩種涂料，一種涂料粘度10?13s、密度1.81?1.83g / cm3,另一種涂料粘度25?30s、密度1.85?1.95g /cm3，涂加固層涂料時(shí)采用兩次沾涂料的方法，先沾稀涂料，再沾稠涂料，掛砂粒度依次為30-50#、20-40#、20-40#、12-20#，最后涂掛一層涂料粘度25?30s的涂料；涂掛好的型殼放置4h后采用高壓釜脫掉易熔模；
[0010]型殼低溫焙燒:型殼裝爐升溫至500°C保溫2h，隨爐降溫至小于200°C出爐空冷至室溫存放，存放時(shí)間5周以內(nèi)；
[0011]型殼高溫焙燒:低溫焙燒的型殼在澆注前進(jìn)行高溫焙燒，型殼高溫焙燒溫度1000°C，保溫4h，隨爐空冷至小于500°C后出爐，澆注時(shí)的型殼溫度為100?150°C ；
[0012]型殼定位夾緊:低壓機(jī)升液管上口放置過(guò)濾網(wǎng)，安放專用底盤，然后將型殼澆口朝下放入底盤中心過(guò)濾網(wǎng)上面，周圍用硅酸鋁纖維保溫材料封閉好，上部壓緊型殼；
[0013]低壓充型凝固:鋁液澆注溫度670?680°C，充型壓力0.03MPa、時(shí)間10s，凝固保壓壓力0.35MPa、保壓時(shí)間5min。利用本發(fā)明澆注的整體式壓氣機(jī)葉輪輪轂部位補(bǔ)縮充分，組織致密，無(wú)針孔和疏松缺陷。
[0014]本發(fā)明的有益效果是:
(1)面層用剛玉粉、砂涂掛性好，獲得高的鑄件表面粗糙度；加固層用莫來(lái)石粉、砂，型殼透氣性好；加固層用煤矸石粉、砂、采用兩次沾涂料，掛砂粒度逐層增大，制得型殼強(qiáng)度高，單殼經(jīng)過(guò)兩次焙燒，低壓充型凝固過(guò)程中不開(kāi)裂、排氣充分。
(2)采用較低的澆注溫度、適當(dāng)?shù)某湫蛪毫统湫蜁r(shí)間，較高的保壓壓力和保壓時(shí)間，充型和補(bǔ)縮效果好，鑄件組織致密，可有效提高產(chǎn)品的力學(xué)性能和內(nèi)在質(zhì)量，而且不用裝箱造型，生產(chǎn)效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低。
【具體實(shí)施方式】
具體實(shí)施例一
[0015]制殼:硅溶膠粘結(jié)劑SiO2含量20%，耐火材料面層和二層為電熔剛玉粉、砂，加固層為熔模鑄造專用莫來(lái)石粉、砂；面層涂料粘度40s、密度2.lg/cm3、涂掛80#電熔剛玉砂，二層涂料粘度30s、密度2.0g/cm3、涂掛60#電熔剛玉砂，加固層用兩種涂料，一種涂料粘度10s、密度1.81g / cm3，另一種涂料粘度25s、密度1.86g / cm3，涂加固層涂料時(shí)先沾稀涂料，再沾稠涂料，掛砂粒度依次為30-50#、20-40#、20-40#、12-20#，最后涂掛一層涂料粘度25s的涂料；涂掛好的型殼放置4h后采用高壓釜脫掉易熔模；
[0016]型殼低溫焙燒:型殼裝爐升溫至500°C保溫2h，隨爐降溫至200°C出爐空冷至室溫存放，存放時(shí)間I天；
[0017]型殼高溫焙燒:低溫焙燒的型殼在澆注前進(jìn)行高溫焙燒，型殼高溫焙燒溫度1000°C，保溫4h，隨爐空冷至500°C后出爐冷卻；
[0018]型殼定位夾緊:低壓機(jī)升液管上口放置過(guò)濾網(wǎng)，安放專用底盤，然后將型殼澆口朝下放入底盤中心過(guò)濾網(wǎng)上面，周圍用硅酸鋁纖維保溫材料封閉好，上部壓緊型殼；
[0019]低壓充型凝固:充型澆注時(shí)型殼溫度150°C，鋁液澆注溫度670°C，充型壓力0.03MPa、時(shí)間10s，凝固保壓壓力0.35MPa、保壓時(shí)間5min。澆注的整體式壓氣機(jī)葉輪輪轂部位組織致密，無(wú)針孔和疏松缺陷。
具體實(shí)施例二
[0020]制殼:硅溶膠粘結(jié)劑SiO2含量20%，耐火材料面層和二層為電熔剛玉粉、砂，加固層為熔模鑄造專用莫來(lái)石粉、砂；面層涂料粘度43s、密度2.14g/cm3、涂掛80#電熔剛玉砂，二層涂料粘度33s、密度2.05g / cm3、涂掛60#電熔剛玉砂，加固層用兩種涂料，一種涂料粘度12s、密度1.82g/cm3，另一種涂料粘度28s、密度1.91g/cm3，涂加固層涂料時(shí)先沾稀涂料，再沾稠涂料，掛砂粒度依次為30-50#、20-40#、20-40#、12-20#，最后涂掛一層涂料粘度28s的涂料；涂掛好的型殼放置4h后采用高壓釜脫掉易熔模；
[0021]型殼低溫焙燒:型殼裝爐升溫至500°C保溫2h，隨爐降溫至200°C出爐空冷至室溫存放，存放時(shí)間15天；
[0022]型殼高溫焙燒:低溫焙燒的型殼在澆注前進(jìn)行高溫焙燒，型殼高溫焙燒溫度1000°C，保溫4h，隨爐空冷至500°C后出爐冷卻；
[0023]型殼定位夾緊:低壓機(jī)升液管上口放置過(guò)濾網(wǎng)，安放專用底盤，然后將型殼澆口朝下放入底盤中心過(guò)濾網(wǎng)上面，周圍用硅酸鋁纖維保溫材料封閉好，上部壓緊型殼；
[0024]低壓充型凝固:充型澆注時(shí)型殼溫度130°C，鋁液澆注溫度675°C，充型壓力0.03MPa、時(shí)間10s，凝固保壓壓力0.35MPa、保壓時(shí)間5min。澆注的整體式壓氣機(jī)葉輪輪轂部位組織致密，無(wú)針孔和疏松缺陷。
具體實(shí)施例三
[0025]制殼:硅溶膠粘結(jié)劑SiO2含量20%，耐火材料面層和二層為電熔剛玉粉、砂，加固層為熔模鑄造專用莫來(lái)石粉、砂；面層涂料粘度45s、密度2.19g / cm3、涂掛80#電熔剛玉砂，二層涂料粘度35s、密度2.lg/cm3、涂掛60#電熔剛玉砂，加固層用兩種涂料，一種涂料粘度13s、密度1.83g / cm3，另一種涂料粘度30s、密度1.94g/cm3，涂加固層涂料時(shí)先沾稀涂料，再沾稠涂料，掛砂粒度依次為30-50#、20-40#、20-40#、12-20#，最后涂掛一層涂料粘度30s的涂料；涂掛好的型殼放置4h后采用高壓釜脫掉易熔模；
[0026]型殼低溫焙燒:型殼裝爐升溫至500°C保溫2h，隨爐降溫至200°C出爐空冷至室溫存放，存放時(shí)間30天；
[0027]型殼高溫焙燒:低溫焙燒的型殼在澆注前進(jìn)行高溫焙燒，型殼高溫焙燒溫度1000°C，保溫4h，隨爐空冷至500°C后出爐冷卻；
[0028]型殼定位夾緊:低壓機(jī)升液管上口放置過(guò)濾網(wǎng)，安放專用底盤，然后將型殼澆口朝下放入底盤中心過(guò)濾網(wǎng)上面，周圍用硅酸鋁纖維保溫材料封閉好，上部壓緊型殼；
[0029]低壓充型凝固:充型澆注時(shí)型殼溫度100°C，鋁液澆注溫度680°C，充型壓力
0.03MPa、時(shí)間10s，凝固保壓壓力0.35MPa、保壓時(shí)間5min。澆注的整體式壓氣機(jī)葉輪輪轂部位組織致密，無(wú)針孔和疏松缺陷。
【權(quán)利要求】
1.一種整體式壓氣機(jī)葉輪的熔模低壓鑄造工藝，包括制殼、型殼焙燒、澆注步驟，其特征是: (1)制殼:硅溶膠型殼，面層涂料粘度40?45s、密度2.1?2.2g/cm3、涂掛80#電熔剛玉砂，二層涂料粘度30?35s、密度2.0?2.lg/cm3、涂掛60#電熔剛玉砂，加固層一種涂料粘度10?13s、密度1.81?1.83g/cm3，另一種涂料粘度25?30s、密度1.85?1.95g/cm3，采用先沾稀涂料，再沾稠涂料的兩次沾漿方法，涂掛4層加固層，掛砂粒度依次為30?50#、20?40#、20?40#、12?20#，最后涂掛一層涂料粘度25?30s的涂料； (2)型殼焙燒:采用兩次焙燒工藝，型殼低溫焙燒:將脫蠟后的型殼裝爐升溫至500°C保溫2h，隨爐降溫至小于200°C出爐空冷至室溫存放，存放時(shí)間5周以內(nèi)；型殼高溫焙燒:將經(jīng)過(guò)低溫焙燒的型殼裝爐升溫至1000°C，保溫4h，隨爐空冷至小于500°C后出爐，冷卻至100?150°C進(jìn)行澆注； (3)澆注:采用低壓充型凝固，澆注溫度670?680°C，充型壓力0.03MPa、充型時(shí)間10s，凝固保壓壓力0.35MPa、保壓時(shí)間5min。
【文檔編號(hào)】B22D18/04GK103658536SQ201410003559
【公開(kāi)日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2014年1月6日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月6日
【發(fā)明者】王桂青, 劉燕, 任國(guó)成 申請(qǐng)人:山東建筑大學(xué)