CN105344935A - 一种闭式叶轮蜡模制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种闭式叶轮蜡模制造方法。其用于制备用于精密铸造的闭式叶轮蜡模，其包括如下步骤：步骤A，将所述闭式叶轮蜡模分为三部分分别进行制造，包括浇口蜡模、内部蜡模和外罩蜡模，步骤B，在所述内部蜡模上制成填充所述开放流道的通道模壳；步骤C，将步骤A中的所述浇口蜡模和所述外罩蜡模与所述内部蜡模粘接，使所述罩体与所述开放流道固定连接，并保障所述罩体与所述开放流道形成的封闭腔体内填满步骤B中的通道模壳，完成所述闭式叶轮蜡模的制造。本发明所提供的闭式叶轮蜡模制造方法，可先制成对应封闭的气流通道的模壳，这样就可确保用于形成封闭的气流通道的模壳的质量。

Description

一种闭式叶轮蜡模制造方法

技术领域

本发明涉及精密铸造技术领域，尤其是一种用于发动机的闭式叶轮的制造方法，特别涉及一种闭式叶轮蜡模制造方法。

背景技术

闭式叶轮，即具有型面复杂的封闭式气流通道的叶轮，因其具有减少叶轮叶尖气流损失，提高效率的特点，在燃气涡轮发动机的向心涡轮和离心压气机、活塞式发动机所用的进气增压器，离心式压缩机中得到越来越广泛应用。闭式叶轮的工作转速极高(20000r/min-40000r/min，甚至更高)，需要在承受强大的离心载荷等机械力和复杂的气动力的情况下，实现燃气的膨胀做功或者将空气压缩至设计压力，因此其通常采用精密铸造方式制造，且在零件毛坯制造过程中需严格保证铸造质量，不允许影响强度的铸造缺陷存在；同时要精确控制其流道面的尺寸在设计公差范围内。

图1为一种闭式叶轮的结构示意图，图2a为图1的A向投影示意图，图2b为图2a的剖视结构示意图，参见图1-2b所示，该闭式叶轮1由转轴11、轮盘12、外罩13(也称叶冠)以及连接所述轮盘12和所述外罩13的多个叶片14组成。所述外罩13的作用是可更好地分割每个叶片14两侧的气流通道15，也即是使所述气流通道15成为封闭式气流通道，从而减少所述叶片14的叶尖的气流损失，提高效率。所述外罩13的内表面131(也称闭式转子的外流道面)和所述叶片14顶面相连，因此是以转动轴线为中心的回转面；所述外罩13的外表面132需要与机匣以小间隙配合，故同样为以转动轴线为中心的回转面。

图3为用于制造图1所示的闭式叶轮的毛坯件的结构示意图，参见图3所示，用于制造闭式叶轮1的毛坯件2具有多个封闭通道21(与前述气流通道15的形状及尺寸一致)，其主要制造过程为：使用可熔(溶)材料制造熔模，熔模的形状及尺寸反映了所述闭式叶轮毛坯件2的形状及尺寸(也即是熔模的形状及尺寸与所述闭式叶轮毛坯件2的形状及尺寸一致)，熔模也称作蜡模；在蜡模的表面上涂料、撒砂、硬化、干燥，反复多次涂料、撒砂、硬化、干燥，制成模壳；熔出蜡模、清理模壳；高温焙烧模壳；浇入金属熔液；金属熔液冷却、凝固；去除模壳、浇帽口等多余物后即可获得毛坯。图4为现有的用于制造图3的毛坯件的整体式蜡模的结构示意图，图5a为图4的B向投影示意图，图5b为图5a的C-C旋转剖视结构示意图，参见图4-5b所示，现有的制造工艺中所用到的蜡模3为整体式结构，主要由蜡模主体31(对应毛坯件2的形状及尺寸)，为了改善铸造性而附加的平衡通道32和附加的用于灌注金属熔液的浇口33。其中平衡通道32的形状、数量、大小和位置的选取取决于具体工艺规范。在对所述整体式蜡模3的表面上涂料、散沙时，由于蜡模主体31中存在封闭的、细长的、弯扭的个不规则空腔310(与前述封闭通道21的形状及尺寸一致)，对这些空腔310的涂料、撒砂操作困难，因此这些空腔310的内表面的涂料、撒砂质量差，进而会造成制成的模壳表面质量差，从而强度存在缺陷。最终会导致铸造出的毛坯件的气流通道型面尺寸偏差大，表面质量差，经常出现麻点、胀包、凹坑等缺陷。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种闭式叶轮蜡模制造方法，以减少或避免前面所提到的问题。

为解决上述技术问题，本发明提出了一种闭式叶轮蜡模制造方法。其用于制备用于精密铸造的闭式叶轮蜡模，其包括如下步骤：

步骤A，将所述闭式叶轮蜡模分为三部分分别进行制造，包括浇口蜡模、内部蜡模和外罩蜡模，所述浇口蜡模包括一个第一凹陷部，所述内部蜡模设置有第一中心杆，所述第一中心杆设置有一个与所述第一凹陷部对应的第一凸出部，一个中空通孔以及一个盘体部，所述盘体部设置有多个蜡模叶片，所述蜡模叶片组成半封闭的开放流道，所述外罩蜡模包括用于与所述第一中心杆对接的第二中心杆，所述第二中心杆连接有多个通道模体，所述通道模体连接有一个用于封闭所述开放流道的罩体；

步骤B，在所述内部蜡模上制成填充所述开放流道的通道模壳；

步骤C，将步骤A中的所述浇口蜡模和所述外罩蜡模与所述内部蜡模粘接，使所述罩体与所述开放流道固定连接，并保障所述罩体与所述开放流道形成的封闭腔体内填满步骤B中的通道模壳，完成所述闭式叶轮蜡模的制造。

优选地，在步骤B中，使用一个托架和一个顶盖对所述内部蜡模进行支撑以及型面保护，所述托架包括一个支撑盘和一个中心螺纹杆，所述顶盖包括多个用于保护所述蜡模叶片顶面的保护片。

优选地，在步骤B制备所述通道模壳的过程中，进一步使用整形片对所述开放流道进行整形，所述整形片设置有与所述开放流道底面的型面一致的片体以及一个与所述片体连接的提手部。

优选地，所述保护片端部固定连接有连接环。

优选地，所述保护片和所述连接环的厚度为3-5mm。

优选地，所述片体厚度为3-5mm。

优选地，在步骤C中，所述外罩蜡模与所述内部蜡模粘接后，在被封闭的所述开放流道的两端，所述蜡模叶片的露出部粘结有弧形的加强蜡片。

优选地，加强蜡片的厚度为1-3mm。

优选地，所述第一凹陷部的厚度h1为所述第一凸出部直径d1的1/3至1/5。

优选地，所述顶盖设置有与所述保护片固定连接的导向片。

本发明所提供的闭式叶轮蜡模制造方法，将现有整体式蜡模的结构进行拆分优化，分为三部分制造，从而可使得封闭的气流通道在制造过程中先保持半封闭状态，这样既可先制成对应封闭的气流通道的模壳，然后再将分体结构组合为一个整体，继续制作外部型面的模壳，这样就可确保用于形成封闭的气流通道的模壳的质量。

附图说明

以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，

图1为一种闭式叶轮的结构示意图；

图2a为图1的A向投影示意图；

图2b为图2a的剖视结构示意图；

图3为用于制造图1所示的闭式叶轮的毛坯件的结构示意图；

图4为现有的用于制造图3的毛坯件的整体式蜡模的结构示意图；

图5a为图4的B向投影示意图；

图5b为图5a的C-C旋转剖视结构示意图；

图6a为根据本发明的一个具体实施例的一种闭式叶轮蜡模制造方法的浇口蜡模的剖视结构示意图；

图6b为图6a的浇口蜡模的左视投影示意图；

图7a为与图6a对应的内部蜡模的结构示意图；

图7b为图7a的C1-C1剖视结构示意图；

图8a为与图7a对应的外罩蜡模的结构示意图；

图8b为图8a的C2-C2剖视结构示意图；

图9a为根据本发明的一个具体实施例的一种闭式叶轮蜡模制造方法的顶盖的结构示意图；

图9b为图9a的C3-C3剖视结构示意图；

图10为与图9a对应的整形片的结构示意图；

图11a为图7a的内部蜡模的通道模壳的制造原理示意图；

图11b为图11a的C4-C4旋转剖视结构示意图；

图12a为图6a的浇口蜡模、图7a的内部蜡模以及图8a的外罩蜡模的总装结构示意图；

图12b为图12a的D处放大示意图；

图12c为图12a的C5-C5旋转剖视结构示意图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。

正如背景技术部分所述，现有的制造工艺中，为了精密铸造闭式叶轮，通常先制成一个整体式蜡模，然后在通过该整体式蜡模进行模壳制造，因而导致铸造出的毛坯件的气流通道型面尺寸偏差大，表面质量差，经常出现麻点、胀包、凹坑等缺陷。本发明提供了一种闭式叶轮蜡模制造方法来解决现有技术的缺陷。

图6a为根据本发明的一个具体实施例的一种闭式叶轮蜡模制造方法的浇口蜡模的剖视结构示意图；图6b为图6a的浇口蜡模的左视投影示意图；图7a为与图6a对应的内部蜡模的结构示意图；图7b为图7a的C1-C1剖视结构示意图；图8a为与图7a对应的外罩蜡模的结构示意图；图8b为图8a的C2-C2剖视结构示意图；图12a为图6a的浇口蜡模、图7a的内部蜡模以及图8a的外罩蜡模的总装结构示意图；图12b为图12a的D处放大示意图；图12c为图12a的C5-C5旋转剖视结构示意图。参见图6a-8b、12a、12c所示，本发明提出的一种闭式叶轮蜡模制造方法。其用于制备用于精密铸造的闭式叶轮蜡模4，其包括如下步骤：

步骤A，将所述闭式叶轮蜡模4分为三部分分别进行制造，包括浇口蜡模41、内部蜡模42和外罩蜡模43，所述浇口蜡模41包括一个第一凹陷部411，所述内部蜡模42设置有第一中心杆421，所述第一中心杆421设置有一个与所述第一凹陷部411对应的第一凸出部422，一个中空通孔423以及一个盘体部424，所述盘体部424设置有多个蜡模叶片425，所述蜡模叶片425组成半封闭的开放流道426，所述外罩蜡模43包括用于与所述第一中心杆421对接的第二中心杆431，所述第二中心杆431连接有多个通道模体432，所述通道模体432连接有一个用于封闭所述开放流道426的罩体433；

步骤B，在所述内部蜡模42上制成填充所述开放流道426的通道模壳44；

步骤C，将步骤A中的所述浇口蜡模41和所述外罩蜡模43与所述内部蜡模42粘接，使所述罩体433与所述开放流道426固定连接，并保障所述罩体433与所述开放流道426形成的封闭腔体内填满步骤B中的通道模壳44，完成所述闭式叶轮蜡模4的制造。

图1为一种闭式叶轮的结构示意图，图2a为图1的A向投影示意图，图2b为图2a的剖视结构示意图，图4为现有的用于制造图3的毛坯件的整体式蜡模的结构示意图；图5a为图4的B向投影示意图；图5b为图5a的C-C旋转剖视结构示意图；参见图1-5b所示，为了制备所述闭式叶轮1，本发明所提供的技术方案与现有技术最大的改进之处就在于，通过对现有技术中的整体式蜡模3的结构进行拆分优化，分为三部分制造，从而可使得所述空腔310可在蜡模合为一个整体之前形成半封闭结构，也就是说，可在所述空腔310保持在半封闭结构状态的时候，先制成对应所述空腔310的模壳，然后再将分体结构组合为一个整体，继续制作外部型面的模壳，这样就可确保用于形成所述空腔310的模壳的质量。

具体来说，本发明所制备的所述闭式叶轮蜡模4，对应于现有的整体式蜡模3和闭式叶轮1分为三部分，包括对应所述浇口33的浇口蜡模41，对应所述轮盘12、所述叶片14和部分所述转轴11的内部蜡模42，对应所述平衡通道32和所述外罩13的外罩蜡模43。所述罩体433与所述蜡模叶片425之间的分型面，也即对应着所述外罩13的内表面131(也称闭式转子的外流道面)。

所述第一凹陷部411和所述第一凸出部422可增加所述浇口蜡模41和所述内部蜡模42之间的连接面积，从而可保障相互粘结的强度。

所述第一凹陷部411的厚度h1可以设置为所述第一凸出部422直径d1的1/3至1/5，这样既可保障所述第一凹陷部411和所述第一凸出部422的结构强度，又可保障所述第一凹陷部411和所述第一凸出部422之间的粘结面积。

所述中空通孔423可使得在对所述内部蜡模42进行加工等操作时，便于安装定位。

在浇口蜡模41、内部蜡模42和外罩蜡模43分别制备完成后，将浇口蜡模41和外罩蜡模43二者置于清洁环境中，然后单独对内部蜡模42按照步骤B进行处理。也就是，制备填充所述开放流道426的所述通道模壳44。

由于在模壳制备过程中，需要进行多次涂面层/背层料、撒粗/细砂的操作，因此，在制备所述通道模壳44过程中，需要对所述内部蜡模42与所述浇口蜡模41和所述外罩蜡模43的连接面进行保护，避免连接面遭到砂等杂物的污染，从而影响最终的蜡模质量。也就是说，在制备所述通道模壳44时，可利用金属片或者塑料膜等材料对各连接面进行保护，然后按照所述通道模壳44的尺寸利用现有模壳制备工艺进行制备。

为了提高生产效率并保障蜡模质量，在步骤B中本发明进一步还提供了一个托架51和一个顶盖52对所述内部蜡模42进行支撑以及型面保护，所述托架51包括一个支撑盘511和一个中心螺纹杆512，所述顶盖52包括多个用于保护所述蜡模叶片425顶面的保护片521。

参见图11b所示，所述托架51可对所述内部蜡模42对应所述浇口蜡模41一侧的连接面(即所述第一凸出部422)进行有效保护，此外还可对所述盘体部424提供有效支撑，所述顶盖52包括多个用于保护所述蜡模叶片425顶面的保护片521，这样就可对所述蜡模叶片425的顶面以及所述第一中心杆421对应所述外罩蜡模43的端面进行有效保护。

所述保护片521端部可固定连接有连接环522。这样可增强所述保护片521的结构强度，避免制备所述通道模壳44过程中，所述保护片521发生位移，且所述连接环522还可以进一步与所述托架51连接，从而更好的保障所述托架51与所述顶盖52之间的连接稳定。

所述托架51和所述顶盖52可由金属材料(例如不锈钢)或树脂材料制成，为了减轻所述托架51和所述顶盖52的重量，所述保护片521和所述连接环522的厚度可为3-5mm。

由于所述蜡模叶片425比较薄，且在模壳制备过程中，需要进行多次涂面层/背层料、撒粗/细砂的操作，为了避免所述蜡模叶片425产生形变，在步骤B制备所述通道模壳44的过程中，进一步使用整形片53对所述开放流道426进行整形，所述整形片53设置有与所述开放流道426底面的型面一致的片体531以及一个与所述片体531连接的提手部532。具体的制备工序可以是：涂面层料、撒细砂、干燥---数次涂背层料、撒粗砂、干燥---涂背层料、撒粗砂、整形---干燥---涂面层料、撒细砂、整形---干燥---涂面层料、干燥。

所述片体531在所述开放流道426中往复运动时，即可对所述蜡模叶片425进行修正整形。所述片体531可由金属材料(例如不锈钢)或树脂材料制成，其厚度可设置为3-5mm，这样在保障结构强度的情况下可降低结构重量。

为了能够在所述整形片53的使用过程中更好的控制所述片体531的运动方向，所述顶盖52可设置有与所述保护片521固定连接的导向片523。这样通过所述导向片523的引导，所述片体531可方便准确的进出所述开放流道426。

当所述通道模壳44填充满所述开放流道426后，可去除对所述内部蜡模42的连接面的保护，然后将步骤A中的所述浇口蜡模41和所述外罩蜡模43与所述内部蜡模42粘接，使所述罩体433与所述开放流道426固定连接，并保障所述罩体433与所述开放流道426形成的封闭腔体内填满步骤B中的通道模壳44，完成所述闭式叶轮蜡模4的制造。

为了补偿蜡模叶片425的结构强度，所述外罩蜡模43与所述内部蜡模42粘接后，在被封闭的所述开放流道426的两端，所述蜡模叶片425的露出部可粘结有弧形的加强蜡片61。加强蜡片61的厚度可设置为1-3mm。

本发明所提供的闭式叶轮蜡模制造方法，将现有整体式蜡模的结构进行拆分优化，分为三部分制造，从而可使得封闭的气流通道在制造过程中先保持半封闭状态，这样既可先制成对应封闭的气流通道的模壳，然后再将分体结构组合为一个整体，继续制作外部型面的模壳，这样就可确保用于形成封闭的气流通道的模壳的质量。

本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种闭式叶轮蜡模制造方法。其用于制备用于精密铸造的闭式叶轮蜡模(4)，其特征在于，其包括如下步骤：

步骤A，将所述闭式叶轮蜡模(4)分为三部份分分别进行制造，包括浇口蜡模(41)、内部蜡模(42)和外罩蜡模(43)，所述浇口蜡模41包括一个第一凹陷部(411)，所述内部蜡模(42)设置有第一中心杆(421)，所述第一中心杆(421)设置有一个与所述第一凹陷部(411)对应的第一凸出部(422)，一个中空通孔(423)以及一个盘体部(424)，所述盘体部(424)设置有多个蜡模叶片(425)，所述蜡模叶片(425)组成半封闭的开放流道(426)，所述外罩蜡模(43)包括用于与所述第一中心杆(421)对接的第二中心杆(431)，所述第二中心杆(431)连接有多个通道模体(432)，所述通道模体(432)连接有一个用于封闭所述开放流道(426)的罩体(433)。。

步骤B，在所述内部蜡模(42)上制成填充所述开放流道(426)的通道模壳(44)。

步骤C，将步骤A中的所述浇口蜡模(41)和所述外罩蜡模(43)与所述内部蜡模(42)粘接，使所述罩体(433)与所述开放流道(426)固定连接，并保障所述罩体(433)与所述开放流道(426)形成的封闭腔体内填满步骤B中的通道模壳(44)，完成所述闭式叶轮蜡模(4)的制造。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤B中，使用一个托架(51)和一个顶盖(52)对所述内部蜡模(42)进行支撑以及型面保护，所述托架51包括一个支撑盘(511)和一个中心螺纹杆(512)，所述顶盖(52)包括多个用于保护所述蜡模叶片(425)顶面的保护片(521)。

3.如权利要求1-2之一所述的方法，其特征在于，在步骤B制备所述通道模壳(44)的过程中，进一步使用整形片(53)对所述开放流道(426)进行整形，所述整形片(53)设置有与所述开放流道(426)底面的型面一致的片体(531)以及一个与所述片体(531)连接的提手部(532)。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述保护片(521)端部固定连接有连接环(522)。

5.如权利要求1-4之一所述的方法，其特征在于，所述保护片(521)和所述连接环(522)的厚度为3-5mm。

6.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述片体(531)厚度为3-5mm。

7.如权利要求1-6之一所述的方法，其特征在于，在步骤C中，所述外罩蜡模(43)与所述内部蜡模(42)粘接后，在被封闭的所述开放流道(426)的两端，所述蜡模叶片(425)的露出部粘结有弧形的加强蜡片(61)。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，加强蜡片(61)的厚度为1-3mm。

9.如权利要求1-8之一所述的方法，其特征在于，所述第一凹陷部(411)的厚度h1为所述第一凸出部(422)直径d1的1/3至1/5。

10.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述顶盖(52)设置有与所述保护片(521)固定连接的导向片(523)。