CN1089196A - 高速风机叶轮整体精铸工艺方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及风机叶轮的制造工艺,尤其是整体精
铸高速风机叶轮的制造工艺。适用于内腔复杂、流道
为空间曲面封闭式、尺寸要求严格、表面光洁度要求
高而又无法后续加工的铝合金叶轮。采用具有高定
位精度的低熔点叶片模型,柔性塑料圆角条等组成的
金属芯盒,浇灌一定组成石膏混合料并在一定温度下
去除低熔点叶片模型形成尺寸精度高的整体石膏型
芯,在一定负压度下浇注。制成的铸件内腔非加工表
面粗糙度Ra3.2—1.6μm,尺寸精度高于国标3级,最
薄壁厚1.4mm成型完好。工艺方法经济实用,制造
的叶轮质量高。适于单件或小批量生产。
Description
本发明涉及风机叶轮的制造工艺,尤其是制造整体精铸高速风机叶轮的工艺方法。
普通的水泵叶轮的制造方法,是采用整体砂芯,或由若干芯块组合的型芯,浇注成叶轮。这种方法形成叶轮的内腔,尺寸精度低,表面粗糙,不能后续加工,不能制造空间扭曲流道的叶轮。
对于要求精度高的汽轮机叶轮,采用靠模加工出单个叶片,组装成具有空间扭曲流道的叶轮,由于叶轮是靠机械零部件组装,它的整体机械强度和刚度低,不能适应高速运转条件。其制造过程复杂,对生产设备要求高,尤其对于单件或小批量生产时成本高。
本发明的目的是提供一种改进的具有简单易行、制造成本低的整体精铸风机叶轮的工艺方法,制造出精度要求高、内腔复杂的高速风机叶轮,使其具有高尺寸精度、高表面光洁度和较高的机械强度和刚度。
本发明采用先在金属芯盒内浇灌石膏混合料,然后在一定温度下熔掉金属芯盒的叶片模型,形成空间曲面的流道空腔,制成风机叶轮整体型芯,再把具有一定温度组合好的铸型置于负压箱内,在一定的负压度下进行浇注成形。采用叠加法制成风机叶片的空间曲面模具,然后低压浇注含Bi 40%-50%的Sn-Bi低熔点合金,制成金属芯盒的可熔性叶片模型。根据流道的园角半径大小,将液体塑料浇注成所需要的柔性塑料园角条。将石膏混合料浇灌到金属盒芯内,待其凝固硬化后,再进行烘干,烘干温度在150-200℃温度下熔掉芯子内的可熔性叶片模型,形成流道型腔,制成整体型芯。把装配好的铸型埋在填满干砂的密封箱内,表面复上塑料薄膜,抽真空达到0.06~0.01MPa负压度,进行浇注成形。
本发明的实施例:为了确保叶轮流道尺寸精度,采用整体型芯形成铸件内腔表面。本发明提供如图1金属芯盒俯视图、图2是金属芯盒主视图、图3金属芯盒局部剖视图所示,首先按设计给定的单体风机叶片空间曲线方程,将空间曲面分割成若干切面,计算出切面的曲线坐标,然后加工出若干金属薄片,将金属薄片叠加,精修成为叶片模型的成形模具。在叶片模型的成形模具内低压铸造,制作出表面光滑、尺寸准确、熔化温度为165℃含Bi45%的Sn-Bi低熔点合金叶片模型[6][7],它通过定位榫精确安装在流道内型[1]上,流道外型[5]和托板[3]均配合装在留有起模用的顶板孔[4]的底盘[2]上,外型[5]由两个半模组成,它们分别通过销孔[8]和螺栓[9]定位、锁紧。在叶片模型[6][7]与流道内、外型[1][5]过渡处贴附柔性塑料园角条[10],形成铸件内腔流道的园角。
风机叶轮整体型芯采用细粉料,它是在300℃以下要求强度较高(σ≥4×105Pa),在较高温度(600-700℃)下要求强度低(σ≤1×105Pa),在600-700℃时总收缩量≤0.05%、耐急冷急热性好,终凝时间在10-15分钟的石膏混合料,其配方如附表1所示:
附表1
将65%的石膏、18%的石英粉、8%的石英砂、8.1%的三氧化二铝、0.2%的增强纤维、0.7%的缓凝剂的配方混合料干混均匀后加水,边加水,边搅拌,搅拌均匀后,静止2分-3分,然后将其浇灌到已安装好排气道的金属芯盒内,石膏混合料凝固后拆开芯盒,取出石膏型芯。可熔性叶片模型留在石膏型芯中。
图4是石膏型芯在一定时间和温度内烘干曲线。将石膏型芯按图4规范烘干,低熔点叶片模型烘干到150℃开始熔化,在200℃左右进行清除低熔点合金残留物操作。
铸件外型采用一般粘土砂干型,在型芯温度200℃左右进行下芯合箱。
铸型置于可调节真空度的负压箱内,四周填满干砂,砂箱表面复上塑料薄膜,在砂箱里的铸型上放置浇口杯,浇注时负压箱与真空***相接,维持箱内负压度为0.02MPa浇注液体铝合金。即可得到尺寸精确、表面光滑、复印成形极好的叶轮铸件。
本发明的积极效果:提供一套适用于内腔流道表面形状复杂无法取模、尺寸要求精确、表面光洁度要求高、机械强度和刚度要求高、生产批量小的高速风机叶轮铸件的整体成形工艺方法,综合采用了低熔点叶片模型、柔性塑料园角,石膏型芯和负压下浇注等先进工艺方法,其工艺方法经济实用,简单易行。
利用上述工艺方法,制作了一千瓦轴流CO2激光器的高速风机叶轮铸件,该叶轮有如下特点:流道为双层壁封闭式,流道内腔均匀分布24个叶片,叶片进口、出口成90°角,且为空间扭曲表面,叶片一般厚度2mm,最薄处为1.4mm,零件轮廓尺寸φ208×87mm。
利用上述工艺制得的铝叶轮铸件质量:24个叶片成形完好无缺,铸件内腔表面粗糙度Ra3.2-1.6μm。铸件尺寸精度:进口直径φ136mm,最大尺寸偏差≤0.3mm。24个流道宽度(名义尺寸25mm),尺寸偏差≤0.19mm。叶片厚度偏差≤0.1mm。叶片面形完全符合设计方程。铸件尺寸精度:国标规定的3级精度,其为现行国标最高铸件精度等级。
Claims (5)
1、一种高速风机叶轮整体精铸的工艺方法,其特征在于:先在金属芯盒内浇灌石膏混合料,然后在一定温度下熔掉金属芯盒的可熔性叶片模型,形成空间曲面的流道空腔,制成风机叶轮整体型芯,再把具有一定温度组合好的铸型置于负压箱内,在一定的负压度下进行浇注成形。
2、按权利要求1所述的工艺方法,其特征在于:采用叠加法制成风机叶片的空间曲面模具,然后低压浇注含Bi40%-50%的Sn-Bi低熔点合金,制成金属芯盒的可熔性叶片模型。
3、按权利要求1所述的工艺方法,其特征在于:根据流道的园角半径大小,将液体塑料浇注成所需的柔性塑料园角条。
4、按权利要求1所述的工艺方法,其特征在于:先将石膏混合料浇灌到金属芯盒内,待其凝固硬化后,再进行烘干,烘干温度在150℃-200℃下熔掉芯子内的可熔性叶片模型,形成流道型腔,制成整体型芯。
5、按权利要求1所述的工艺方法,其特征在于:把装配好的铸型埋在填满干砂的密封箱内,再把砂箱表面复上塑料薄膜,抽真空达到0.06-0.01MPa负压度,进行浇注成形。
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