CN111558689A - 一种叶轮新型制造工艺 - Google Patents

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王震
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Abstract

本发明涉及一种叶轮新型制造工艺，其特征在于：具体工艺步骤如下：S1：3D打印叶轮原型；S2：制作含冒口浇注***形成模组；S3：型壳制作；S4：脱蜡与脱模处理；S5：浇注成型；本发明中相比于传统的铸造或锻造方法，具有很大的优势，使用铸造或锻造方法需要相应的模具，既浪费原材料又浪费时间，而3D打印技术就省去了这些繁琐的工序，计算机相关软件都可以帮助直接生成，任何复杂的叶轮都可以很快完成打印，使得生成周期缩短，成本降低，且具有研发过程中原料损耗极大减少的优势；同时使用该中工艺生产的叶轮能大大提升泵组整体的的减震、降噪能力，为此类铸件的快速低压熔模铸造生产工艺提供实际生产的参考，并验证了该工艺的可行性。

Description

一种叶轮新型制造工艺
技术领域
本发明涉及叶轮制造技术领域，尤其涉及一种叶轮新型制造工艺。
背景技术
叶轮是涡轮机、汽轮机等装置的关键零件，广泛应用于航空航天、船舶机械、石油化工领域、整体叶轮的空间结构较复杂，叶片扭曲较大，因此，在内流道和叶片的粗、精加工一直是制造领域的难点。叶轮的好坏直接影响涡轮机组或汽轮机组等装置的振动、噪声和静音效果。
金属铸件常用传统铸造方式为砂型铸造，由于叶轮铸件叶片数量多及分布广，造型复杂，不易对其进行直接砂型分箱设计，若对其进行砂芯设计，各砂芯之间间隙平均仅为3 mm，即一个叶片的壁厚，易造成精度误差。另一方面金属熔液在砂型中的流动速度较慢且在叶片部位充型时易造成粘砂现象，导致因浇注不足而产生缩松、缩孔等缺陷，无法得到合格的铸件，因此选择熔模精密铸造可解决此类铸件在砂型铸造上的弊端，同时结合适合于薄壁铸件、充型平稳及铸件组织致密度较高的低压铸造。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种叶轮新型制造工艺，能够解决传统的铸造或锻造方法既浪费原材料又浪费时间的问题。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案为：一种叶轮新型制造工艺，其创新点在于：具体工艺步骤如下：
S1：3D打印叶轮原型：通过制图软件建立叶轮三维模型，对叶轮三维模型进行信息处理，然后利用3D打印设备进行逐层逐级打印操作，得到叶轮的原型；
S2：制作含冒口浇注***形成模组：采用低压铸造法，合金溶液经升液管自下而上被低压铸造机压入型腔；利用公式A内=G/ρvt，计算出A内，其中，A内表示各内浇道面积之和，G表示不含浇筑***的铸件总质量，ρ表示合金密度，v表示充型时合金溶液在直浇道入口处的线速度，且充型平稳的前提条件是v≤15cm/s；t表示充型完成时间，s,t值有公式t=h/v升算求得，h表示型腔内最高点到最低点距离，v升表示型腔充型时合金溶液的线速度，取值范围10-60 mm/s ,经计算求得A内，设计浇注***为底注式4个内浇道（1），在叶片的外端各设置2个冒口（2），共12个冒口（2），浇道采用蜡模造型，利用162中温蜡制作含冒口浇注***，并与3D打印叶轮原型粘结成一体，形成模组；
S3：型壳制作：型壳制备前首先将所配置的涂料利用搅拌桶进行消泡处理，同时用清洗液对3D打印叶轮进行清洗处理，涂挂方法采用浸涂法；撒砂采用沸腾式撒砂机，对浸涂后的3D打印叶轮进行逐层撒砂；在型壳面层、过渡层、背层的循环涂挂撒砂完成后进行干燥；
S4：脱蜡与脱模处理：使用脱蜡釜对型壳进行电加热，设定压力为0.7-0.75MPa、温度180℃，对型壳中的中温蜡浇注***进行5min 脱蜡处理，利用焙烧炉设定炉温200℃保温1h后，再升温至400℃保温1 h，待树脂除净后对型壳进行880℃-920℃焙烧1h，型壳经冷却后取出以备浇注；
S5：浇注成型：利用低压铸造设备将720 ℃铝合金熔液以0.0015MPa/s的加速度压入预热至350℃的型壳，待充型凝固后对未加工铸件进行抛丸、冒口切除、打磨工序处理。
进一步的，所述S1：3D打印叶轮原型中3D打印叶轮采用光敏树脂为原材料进行叶轮的制作。
进一步的，所述S3：型壳制作的消泡处理，最终保持消泡剂总含量低于0.3%；3D打印叶轮涂挂之前对消泡后的涂料至少静置1h。
本发明的优点在于：
1）本发明中相比于传统的铸造或锻造方法，具有很大的优势，使用铸造或锻造方法需要相应的模具，既浪费原材料又浪费时间，而3D打印技术就省去了这些繁琐的工序，计算机相关软件都可以帮助直接生成，任何复杂的叶轮都可以很快完成打印，使得生成周期缩短，成本降低，且具有研发过程中原料损耗极大减少的优势；同时使用该中工艺生产的叶轮能大大提升泵组整体的的减震、降噪能力，为此类铸件的快速低压熔模铸造生产工艺提供实际生产的参考，并验证了该工艺的可行性。
2）本发明中采用合金溶液经升液管自下而上被低压铸造机压入型腔，具有导流和补缩种功能；设计浇注***为底注式4个内浇道，可以防止铸件在充型凝固时合金溶液温度与铸型预热温度之间产生温差，出现填充不足以及边缘由于有效应力大于屈服应力而导致热裂的缺陷问题。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明的一种叶轮新型制造工艺的流程图。
图2为本发明的一种叶轮新型制造工艺的型壳制造流程图。
图3为本发明的一种叶轮新型制造工艺的叶轮浇注成型图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
如图1至图3所示的一种叶轮新型制造工艺，具体工艺步骤如下：
S1：3D打印叶轮原型：通过制图软件建立叶轮三维模型，对叶轮三维模型进行信息处理，然后利用3D打印设备进行逐层逐级打印操作，得到叶轮的原型；3D打印叶轮采用光敏树脂为原材料进行叶轮的制作。
S2：制作含冒口浇注***形成模组：采用低压铸造法，合金溶液经升液管自下而上被低压铸造机压入型腔；利用公式A内=G/ρvt，计算出A内，其中，A内表示各内浇道面积之和，G表示不含浇筑***的铸件总质量，ρ表示合金密度，v表示充型时合金溶液在直浇道入口处的线速度，且充型平稳的前提条件是v≤15cm/s；t表示充型完成时间，s,t值有公式t=h/v升算求得，h表示型腔内最高点到最低点距离，v升表示型腔充型时合金溶液的线速度，取值范围10-60 mm/s ,经计算求得A内，设计浇注***为底注式4个内浇道，在叶片的外端各设置2个冒口，共12个暗冒口，浇道采用蜡模造型，利用162中温蜡制作含冒口浇注***，并与3D打印叶轮原型粘结成一体，形成模组。
S3：型壳制作：型壳制备前首先将所配置的涂料利用搅拌桶进行消泡处理，型壳制作的消泡处理，最终保持消泡剂总含量低于0.3%；3D打印叶轮涂挂之前对消泡后的涂料至少静置1h；同时用清洗液对3D打印叶轮进行清洗处理，涂挂方法采用浸涂法；撒砂采用沸腾式撒砂机，对浸涂后的3D打印叶轮进行逐层撒砂；在型壳面层、过渡层、背层的循环涂挂撒砂完成后进行干燥。
S4：脱蜡与脱模处理：使用脱蜡釜对型壳进行电加热，设定压力为0.7-0.75MPa、温度180℃，对型壳中的中温蜡浇注***进行5min 脱蜡处理，利用焙烧炉设定炉温200℃保温1h后，再升温至400℃保温1 h，待树脂除净后对型壳进行880℃-920℃焙烧1h，型壳经冷却后取出以备浇注。
S5：浇注成型：利用低压铸造设备将720 ℃铝合金熔液以0.0015MPa/s的加速度压入预热至350℃的型壳，待充型凝固后对未加工铸件进行抛丸、冒口切除、打磨工序处理。
本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种叶轮新型制造工艺，其特征在于：具体工艺步骤如下：
S1：3D打印叶轮原型：通过制图软件建立叶轮三维模型，对叶轮三维模型进行信息处理，然后利用3D打印设备进行逐层逐级打印操作，得到叶轮的原型；
S2：制作含冒口浇注***形成模组：采用低压铸造法，合金溶液经升液管自下而上被低压铸造机压入型腔；利用公式A内=G/ρvt，计算出A内，其中，A内表示各内浇道面积之和，G表示不含浇筑***的铸件总质量，ρ表示合金密度，v表示充型时合金溶液在直浇道入口处的线速度，且充型平稳的前提条件是v≤15cm/s；t表示充型完成时间，s,t值有公式t=h/v升算求得，h表示型腔内最高点到最低点距离，v升表示型腔充型时合金溶液的线速度，取值范围10-60 mm/s ,经计算求得A内，设计浇注***为底注式4个内浇道，在叶片的外端各设置2个冒口，共12个冒口，浇道采用蜡模造型，利用162中温蜡制作含冒口浇注***，并与3D打印叶轮原型粘结成一体，形成模组；
S3：型壳制作：型壳制备前首先将所配置的涂料利用搅拌桶进行消泡处理，同时用清洗液对3D打印叶轮进行清洗处理，涂挂方法采用浸涂法；撒砂采用沸腾式撒砂机，对浸涂后的3D打印叶轮进行逐层撒砂；在型壳面层、过渡层、背层的循环涂挂撒砂完成后进行干燥；
S4：脱蜡与脱模处理：使用脱蜡釜对型壳进行电加热，设定压力为0.7-0.75MPa、温度180℃，对型壳中的中温蜡浇注***进行5min 脱蜡处理，利用焙烧炉设定炉温200℃保温1h后，再升温至400℃保温1 h，待树脂除净后对型壳进行880℃-920℃焙烧1h，型壳经冷却后取出以备浇注；
S5：浇注成型：利用低压铸造设备将720 ℃铝合金熔液以0.0015MPa/s的加速度压入预热至350℃的型壳，待充型凝固后对未加工铸件进行抛丸、冒口切除、打磨工序处理。
2.根据权利要求1所述的一种叶轮新型制造工艺，其特征在于：所述S1：3D打印叶轮原型中3D打印叶轮采用光敏树脂为原材料进行叶轮的制作。
3.根据权利要求1所述的一种叶轮新型制造工艺，其特征在于：所述S3型壳制作的消泡处理，最终保持消泡剂总含量低于0.3%；3D打印叶轮涂挂之前对消泡后的涂料至少静置1h。
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