專利名稱：高速風(fēng)機(jī)葉輪整體精鑄工藝方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及風(fēng)機(jī)葉輪的制造工藝，尤其是制造整體精鑄高速風(fēng)機(jī)葉輪的工藝方法。
普通的水泵葉輪的制造方法，是采用整體砂芯，或由若干芯塊組合的型芯，澆注成葉輪。這種方法形成葉輪的內(nèi)腔，尺寸精度低，表面粗糙，不能后續(xù)加工，不能制造空間扭曲流道的葉輪。
對于要求精度高的汽輪機(jī)葉輪，采用靠模加工出單個(gè)葉片，組裝成具有空間扭曲流道的葉輪，由于葉輪是靠機(jī)械零部件組裝，它的整體機(jī)械強(qiáng)度和剛度低，不能適應(yīng)高速運(yùn)轉(zhuǎn)條件。其制造過程復(fù)雜，對生產(chǎn)設(shè)備要求高，尤其對于單件或小批量生產(chǎn)時(shí)成本高。
本發(fā)明的目的是提供一種改進(jìn)的具有簡單易行、制造成本低的整體精鑄風(fēng)機(jī)葉輪的工藝方法，制造出精度要求高、內(nèi)腔復(fù)雜的高速風(fēng)機(jī)葉輪，使其具有高尺寸精度、高表面光潔度和較高的機(jī)械強(qiáng)度和剛度。
本發(fā)明采用先在金屬芯盒內(nèi)澆灌石膏混合料，然后在一定溫度下熔掉金屬芯盒的葉片模型，形成空間曲面的流道空腔，制成風(fēng)機(jī)葉輪整體型芯，再把具有一定溫度組合好的鑄型置于負(fù)壓箱內(nèi)，在一定的負(fù)壓度下進(jìn)行澆注成形。采用疊加法制成風(fēng)機(jī)葉片的空間曲面模具，然后低壓澆注含Bi40%-50%的Sn-Bi低熔點(diǎn)合金，制成金屬芯盒的可熔性葉片模型。根據(jù)流道的園角半徑大小，將液體塑料澆注成所需要的柔性塑料園角條。將石膏混合料澆灌到金屬盒芯內(nèi)，待其凝固硬化后，再進(jìn)行烘干，烘干溫度在150-200℃溫度下熔掉芯子內(nèi)的可熔性葉片模型，形成流道型腔，制成整體型芯。把裝配好的鑄型埋在填滿干砂的密封箱內(nèi)，表面復(fù)上塑料薄膜，抽真空達(dá)到0.06～0.01MPa負(fù)壓度，進(jìn)行澆注成形。
具體實(shí)施例方式為了確保葉輪流道尺寸精度，采用整體型芯形成鑄件內(nèi)腔表面。本發(fā)明提供如

圖1金屬芯盒俯視圖、圖2是金屬芯盒主視圖、圖3金屬芯盒局部剖視圖所示，首先按設(shè)計(jì)給定的單體風(fēng)機(jī)葉片空間曲線方程，將空間曲面分割成若干切面，計(jì)算出切面的曲線坐標(biāo)，然后加工出若干金屬薄片，將金屬薄片疊加，精修成為葉片模型的成形模具。在葉片模型的成形模具內(nèi)低壓鑄造，制作出表面光滑、尺寸準(zhǔn)確、熔化溫度為165℃含Bi45%的Sn-Bi低熔點(diǎn)合金葉片模型[6][7]，它通過定位榫精確安裝在流道內(nèi)型[1]上，流道外型[5]和托板[3]均配合裝在留有起模用的頂板孔[4]的底盤[2]上，外型[5]由兩個(gè)半模組成，它們分別通過銷孔[8]和螺栓[9]定位、鎖緊。在葉片模型[6][7]與流道內(nèi)、外型[1][5]過渡處貼附柔性塑料園角條[10]，形成鑄件內(nèi)腔流道的園角。
風(fēng)機(jī)葉輪整體型芯采用細(xì)粉料，它是在300℃以下要求強(qiáng)度較高(σ≥4×105Pa)，在較高溫度(600-700℃)下要求強(qiáng)度低(σ≤1×105Pa)，在600-700℃時(shí)總收縮量≤0.05%、耐急冷急熱性好，終凝時(shí)間在10-15分鐘的石膏混合料，其配方如附表1所示附表1
將65%的石膏、18%的石英粉、8%的石英砂、8.1%的三氧化二鋁、0.2%的增強(qiáng)纖維、0.7%的緩凝劑的配方混合料干混均勻后加水，邊加水，邊攪拌，攪拌均勻后，靜止2分-3分，然后將其澆灌到已安裝好排氣道的金屬芯盒內(nèi)，石膏混合料凝固后拆開芯盒，取出石膏型芯。可熔性葉片模型留在石膏型芯中。
圖4是石膏型芯在一定時(shí)間和溫度內(nèi)烘干曲線。將石膏型芯按圖4規(guī)范烘干，低熔點(diǎn)葉片模型烘干到150℃開始熔化，在200℃左右進(jìn)行清除低熔點(diǎn)合金殘留物操作。
鑄件外型采用一般粘土砂干型，在型芯溫度200℃左右進(jìn)行下芯合箱。
鑄型置于可調(diào)節(jié)真空度的負(fù)壓箱內(nèi)，四周填滿干砂，砂箱表面復(fù)上塑料薄膜，在砂箱里的鑄型上放置澆口杯，澆注時(shí)負(fù)壓箱與真空系統(tǒng)相接，維持箱內(nèi)負(fù)壓度為0.02MPa澆注液體鋁合金。即可得到尺寸精確、表面光滑、復(fù)印成形極好的葉輪鑄件。
本發(fā)明的積極效果提供一套適用于內(nèi)腔流道表面形狀復(fù)雜無法取模、尺寸要求精確、表面光潔度要求高、機(jī)械強(qiáng)度和剛度要求高、生產(chǎn)批量小的高速風(fēng)機(jī)葉輪鑄件的整體成形工藝方法，綜合采用了低熔點(diǎn)葉片模型、柔性塑料園角，石膏型芯和負(fù)壓下澆注等先進(jìn)工藝方法，其工藝方法經(jīng)濟(jì)實(shí)用，簡單易行。
利用上述工藝方法，制作了一千瓦軸流CO2激光器的高速風(fēng)機(jī)葉輪鑄件，該葉輪有如下特點(diǎn)流道為雙層壁封閉式，流道內(nèi)腔均勻分布24個(gè)葉片，葉片進(jìn)口、出口成90°角，且為空間扭曲表面，葉片一般厚度2mm，最薄處為1.4mm，零件輪廓尺寸φ208×87mm。
利用上述工藝制得的鋁葉輪鑄件質(zhì)量24個(gè)葉片成形完好無缺，鑄件內(nèi)腔表面粗糙度Ra3.2-1.6μm。鑄件尺寸精度進(jìn)口直徑φ136mm，最大尺寸偏差≤0.3mm。24個(gè)流道寬度(名義尺寸25mm)，尺寸偏差≤0.19mm。葉片厚度偏差≤0.1mm。葉片面形完全符合設(shè)計(jì)方程。鑄件尺寸精度國標(biāo)規(guī)定的3級精度，其為現(xiàn)行國標(biāo)最高鑄件精度等級。
權(quán)利要求
1.一種高速風(fēng)機(jī)葉輪整體精鑄的工藝方法，其特征在于先在金屬芯盒內(nèi)澆灌石膏混合料，然后在一定溫度下熔掉金屬芯盒的可熔性葉片模型，形成空間曲面的流道空腔，制成風(fēng)機(jī)葉輪整體型芯，再把具有一定溫度組合好的鑄型置于負(fù)壓箱內(nèi)，在一定的負(fù)壓度下進(jìn)行澆注成形。
2.按權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于采用疊加法制成風(fēng)機(jī)葉片的空間曲面模具，然后低壓澆注含Bi40%-50%的Sn-Bi低熔點(diǎn)合金，制成金屬芯盒的可熔性葉片模型。
3.按權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于根據(jù)流道的園角半徑大小，將液體塑料澆注成所需的柔性塑料園角條。
4.按權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于先將石膏混合料澆灌到金屬芯盒內(nèi)，待其凝固硬化后，再進(jìn)行烘干，烘干溫度在150℃-200℃下熔掉芯子內(nèi)的可熔性葉片模型，形成流道型腔，制成整體型芯。
5.按權(quán)利要求1所述的工藝方法，其特征在于把裝配好的鑄型埋在填滿干砂的密封箱內(nèi)，再把砂箱表面復(fù)上塑料薄膜，抽真空達(dá)到0.06-0.01MPa負(fù)壓度，進(jìn)行澆注成形。
全文摘要
本發(fā)明涉及風(fēng)機(jī)葉輪的制造工藝，尤其是整體精鑄高速風(fēng)機(jī)葉輪的制造工藝。適用于內(nèi)腔復(fù)雜、流道為空間曲面封閉式、尺寸要求嚴(yán)格、表面光潔度要求高而又無法后續(xù)加工的鋁合金葉輪。采用具有高定位精度的低熔點(diǎn)葉片模型，柔性塑料圓角條等組成的金屬芯盒，澆灌一定組成石膏混合料并在一定溫度下去除低熔點(diǎn)葉片模型形成尺寸精度高的整體石膏型芯，在一定負(fù)壓度下澆注。制成的鑄件內(nèi)腔非加工表面粗糙度Ra3.2—1.6μm，尺寸精度高于國標(biāo)3級，最薄壁厚1.4mm成型完好。工藝方法經(jīng)濟(jì)實(shí)用，制造的葉輪質(zhì)量高。適于單件或小批量生產(chǎn)。
文檔編號B22C9/04GK1089196SQ9210195
公開日1994年7月13日 申請日期1992年3月21日 優(yōu)先權(quán)日1992年3月21日
發(fā)明者黃述哲, 呂占鰲 申請人:中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械研究所