CN103567384B - 制造转子的方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种具有盘毂和翼片的叶轮或涡轮的制造方法。所述方法包括：形成包括具有与转子相对应的形状的空腔的模具，在与铸造模具的空腔中相对于转子的内部的位置布置模芯，将熔融金属注入到已经布置了模芯的铸造模具中，从已经在铸造模具中铸造的铸件中去除模芯。

Description

制造转子的方法

本申请要求在2012年8月2日提交到韩国知识产权局的第10-2012-0084990号韩国专利申请的优先权，通过引用将该申请的公开内容全部包含于此。

技术领域

与示例性实施例一致的方法涉及例如叶轮或涡轮的转子的制造方法，更具体地，涉及可以用于诸如压缩机和汽轮机的不同的机器的叶轮或涡轮的制造方法。

背景技术

例如叶轮或涡轮的转子用于诸如压缩机和汽轮机的机器。

图1A示意性地示出了压缩机的叶轮或涡轮1的剖视形状。参照图1A，叶轮或涡轮1包括盘毂12和沿着盘毂12的外周设置的多个翼（翼片14）。焊角18形成在盘毂12连接到翼片14的部分。穿孔11被加工为用于在制造为一体的叶轮或涡轮1中与轴（未示出）结合。

叶轮或涡轮1是在操作过程中快速旋转，产生非常大的离心载荷，由此还由于离心载荷而产生高应力状态的部件。为了确保在这样的操作环境中的合理寿命和结构稳定性，叶轮或涡轮应该使用高强度的材料。然而，选择叶轮或涡轮1的材料存在限制。

另外，当精确铸造时，在翼片14和盘毂12之间存在大的体积差异。因此，在熔融的金属中首先固化薄的翼片部分，稍后固化大体积的盘毂。然而，由于盘毂12被固化时发生收缩，所以在盘毂内部出现张应力。

图1B示意性地示出了叶轮或涡轮1的铸造过程。如图1B中所示出的，在注射到模具20中的熔融金属中，在沿着从翼片14到盘毂12的中心部分15的方向的固化过程中，盘毂12收缩并出现张应力。在一些情况下，会在盘毂12内部形成空腔。

这样的张应力可能在翼片14和盘毂12之间的连接部分焊角18处产生剩余应力，或者可能导致例如热撕裂或裂纹的缺陷。另外，当盘毂12被固化时产生的内部应力可能会使得翼片14的形状扭曲或者使盘毂12的外形改变。

随着叶轮或涡轮的体积增加，在精确铸造时的问题加剧。然而，由于铸造材料通常具有低的机械强度，所以铸造方法可能不适于制造大型的叶轮或涡轮。因此，对于大型的叶轮或涡轮，应该使用机械加工昂贵的锻造棒材的方法，这显著地增加了制造成本。

发明内容

一个或多个示例性实施例提供了一种诸如叶轮或涡轮的转子的制造方法，以有效地限制在精确铸造诸如叶轮或涡轮的转子的过程中产生的诸如热裂和尺寸缺陷的铸造缺陷。

根据示例性实施例的一个方面，提供了一种转子的制造方法，所述方法包括：形成包括具有与转子相对应的形状的空腔的铸造模具；在与铸造模具的空腔中相对于转子的内部的位置布置模芯；将熔融金属注入已经布置了模芯的铸造模具中；从已经在铸造模具中铸造的铸件中去除模芯。

形成铸造模具可以包括浆料涂覆与转子的形状相对应的蜡模，当在铸造模具的空腔中布置模芯时，模芯已经被预先诸如到蜡模中。

所述方法还可以包括：制备具有与转子相对应的形状的空腔的蜡模具；在蜡模具的空腔的内部中布置模芯；将蜡注入到已经布置了模芯的蜡模具的空腔的内部中，并固化蜡；以及从蜡模具中取出固化的蜡模，使得模芯被预先注入到蜡模中。

模芯可以布置为围绕转子内部的转子的旋转轴旋转。

模芯可以包括陶瓷，当从铸件去除模芯时，可以通过陶瓷浸出工艺来去除模芯。

去除铸造模具与从铸件去除模芯可以是同时执行的。

附图说明

通过参照附图对示例性实施例的详细描述，以上和其他方面将会变得更加清楚，在附图中：

图1A是示意性地示出了现有技术的叶轮或涡轮的截面的图；

图1B示意性地示出了现有技术的叶轮或涡轮的铸造过程的部分的图；

图2是示意性地示出根据示例性实施例的叶轮的制造方法的流程图。

图3是示意性地示出了根据示例性实施例的铸造蜡模的第一模具的剖视图；

图4是示意性地示出了根据示例性实施例的插入到蜡模中的模芯的透视图；

图5是示意性地示出了根据示例性实施例的模芯插入到第一模具的空腔的剖视图。

图6是示意性地示出了根据示例性实施例的蜡注入到模芯已经插入到的第一模具的剖视图；

图7是示意性地示出了根据示例性实施例的模芯已经插入到其中的蜡模的剖视图；

图8是示意性地示出了根据示例性实施例的已经通过对蜡模进行浆料涂覆而制造的第二模具的剖视图；

图9是示意性地示出了根据示例性实施例的蜡模已经从其去除的第二模具的剖视图；

图10是示意性地示出了根据示例性实施例的熔融金属已经注入到其中的第二模具的剖视图；

图11是示意性地示出了根据示例性实施例的通过去除第二模具和模芯制造的叶轮的剖视图。

具体实施方式

将参照附图描述根据实施例的例如叶轮或涡轮的转子的制造方法。然而，叶轮和涡轮的形状的相似之处在于，叶轮和涡轮都包括盘毂和翼片，并且叶轮和涡轮可以以相同的制造方法制造，因此，为了描述方便，仅描述制造叶轮的方法。

图2是示意性地示出根据示例性实施例的叶轮的制造方法的流程图。参照图2，本实施例的叶轮的制造方法包括制备蜡模具的操作（S10）、在蜡模具的空腔中布置模芯的操作（S20）、将蜡注入到蜡模具中的操作（S30）、取出蜡模的操作（S40）、通过使用蜡模形成铸造模具的操作（S50）、去除蜡模的操作（S60）、将熔融的金属注入到铸造模具中的操作（S70）、通过去除模芯在铸件中形成空腔的操作（S80）以及取出铸件的操作（S90）。

制备蜡模具的操作（S10）制备用于铸造具有叶轮的形状的蜡模的模具。图3示意性地示出了蜡模具100。参照图3，蜡模具100包括形状与叶轮相对应的空腔102。蜡模具100还包括蜡注入孔104，蜡通过蜡注入孔104注入到蜡模具100。另外，蜡模具100可以包括模芯引导件110，使得随后将描述的模芯可被放置在精确的位置。可以以与制造在一般的脱蜡过程中使用的蜡模具的方式相同的方式来制造蜡模具100，因此，这里省略对其的详细描述。

在蜡模具100的空腔102中布置模芯的操作（S20）包括在蜡模具的空腔102中放置模芯，使得模芯可以被放置在叶轮的盘毂内部对应的位置。图4是示意性地示出了模芯200的透视图，图5是示意性地示出了布置在图3的蜡模具100内部的图4的模芯200的剖视图。参照图4，模芯200是中空的，使得叶轮的旋转轴可以通过，模芯200形成为以叶轮的旋转轴为基础旋转，并占据叶轮的盘毂的内部空间。另外，模芯200包括连接部分210，使得模芯200可以被放到蜡模具100的模芯引导件110中。如图5中所示，模芯200被放到蜡模具100的空腔102中，因此，模芯200可以被稳定地放置在正确的位置。模芯200可以由强度大的陶瓷材料形成。

将蜡注入到蜡模具100中的操作（S30）包括通过从蜡注入孔104将蜡注入到蜡模具100的空腔102中来铸造蜡模。图6示意性地示出了已经将蜡注入到蜡模具100（模芯200已经插入到其中）中的状态。如图6中所示，在将液态蜡注入到蜡模具100之后，蜡随着冷却而固化，形成形状与蜡模具100的空腔102的形状相同的蜡模30。即，以与叶轮的形状相同的形状形成蜡模30。蜡模30包括与叶轮的盘毂相对应的部分300和与叶轮的翼片相对应的部分310。另外，模芯200提前设置在蜡模具100中，并占据叶轮的盘毂的内部空间300。

取出蜡模30的操作（S40）是对蜡模具100进行脱模并取出蜡模具100内部的蜡模30的操作。模芯200插入在取出的蜡模30的盘毂部分300中。此时，模芯200的连接部分210从蜡模30突出。图7示出了从蜡模具100脱模的蜡模30。

通过使用蜡模形成铸造模具的操作（S50）是通过对蜡模30的外表面进行浆料涂覆来制造用于铸造叶轮的模具的操作。浆料涂覆通过在蜡模30的外表面上重复进行涂覆和固化陶瓷浆料的过程来形成铸造陶瓷材料的模具，并且浆料涂覆在脱蜡的方法中广泛地使用。图8示意性地示出了覆盖蜡模30的铸造模具400的剖视图，如图8中所示，通过浆料涂覆来形成铸造模具400，因此，铸造模具400包括形状与蜡模30的形状相同的空腔。铸造模具400可以包括熔融金属注入孔406和用于排放熔融蜡的蜡排放孔404。

去除蜡模30的操作（S60）包括通过熔化蜡模30来去除铸造模具400内部的蜡模30，由此留下铸造模具400。如果在蜡模30布置在铸造模具400内部的情况下加热整个铸造模具400，则蜡模30熔化成为液态。如果通过铸造模具400的蜡排放孔404排放液态的蜡，则剩下铸造模具400。图9是示意性地示出了蜡模30已经从铸造模具400去除的状态的剖视图。如图9中所示，如果去除了铸造模具400内部的蜡模30，则铸造模具400包括叶轮形状的空402，已经插入到蜡模30内部的模芯200仍保留在铸造模具400内部对应于叶轮的盘毂的位置。

在本实施例中，通过对已经插入有模芯200的蜡模30进行浆料涂覆来形成铸造模具400。因此，形成铸造模具400的操作和将模芯200插入到铸造模具400中的操作是同时执行的。

将熔融的金属注入到铸造模具400中的操作（S70）是通过将用于铸造叶轮的熔融金属注入到铸造模具400中并固化该熔融金属来形成铸件50的操作。图10是示意性地示出了熔融金属注入到铸造模具400中并被固化的状态的剖视图。如图10中所示，模芯200布置在铸造模具400的内部，因此，熔融金属可以不占据模芯200所占据的空间。

模芯200布置在铸件50的盘毂部分500处，因此，与如图1B中所示出的现有技术中的叶轮铸造方法相比，形成盘毂部分500的熔融金属的量和体积更小。因此，可以显著地减少盘毂部分500的潜热量，因此可以防止诸如热收缩造成的热裂和叶轮变形的各种铸造缺陷。

另外，在如图1B中所示的现有技术的叶轮铸造方法的情况下，熔融金属仅在叶轮的翼片部分沿着盘毂的方向固化，因此应力可能集中在盘毂部分，或者可能形成空腔。然而，在本实施例中，即使在围绕模芯200的区域中，熔融金属也被冷却，因此，由于熔融金属整体地冷却，所以内部热应力可以被有效地分布。因此，制造在本操作中形成的铸件50使得内部应力与现有技术的叶轮铸造方法相比被显著地释放。

通过去除模芯200在铸件500中形成空腔的操作（S80）是在陶瓷浸出工艺中去除已经插入到铸件50的盘毂部分500中的模芯200的操作。陶瓷浸出工艺是通过特殊溶液以及加热过程来熔化以去除陶瓷的工艺。该工艺通常用作去除陶瓷的方法，因此，这里将省略对其的详细描述。如果通过浸出工艺在铸件中去除模芯200，则在铸件的盘毂部分500中对应于模芯200的部分形成空腔。

取出铸件50的操作（S90）是通过去除铸造模具400来取出铸件50的操作。取出铸件的操作（S90）可以在通过去除模芯在铸件中形成空腔的操作（S80）之前或之后独立地执行。然而，当形成铸造模具400的浆料涂层是可以通过浸出工艺去除的陶瓷材料时，还可以同时执行通过去除模芯200在铸件50中形成空腔的操作（S80）和取出铸件50的操作（S90）。

图11是示意性地示出了通过取出铸件50完成的叶轮2的剖视图。如图11中所示，在叶轮2的盘毂部分500中形成形状与模芯相对应的空腔502。在使用本实施例的制造方法中制造的叶轮2中，盘毂部分500是中空的，因此，减小了重量，并且可以显著地减小在叶轮操作时可能产生的离心载荷。因此，与现有技术的叶轮1相比，叶轮2具有更优异的结构稳定性和使用寿命。

可以在通过上述的方法形成的叶轮2中形成穿孔520以用于随后的轴（未示出）的结合。

以上，已经描述了在压缩机中使用的叶轮的制造方法，但是本发明构思还可以应用到制造涡轮的方法。

尽管脱蜡方法被用于上述实施例，但是可以不制备蜡膜而形成单独的模具。即，可以制造不进行浆料涂覆的铸造模具，然后在模具的内部布置模芯，并且可以注入熔融金属。如果熔融金属凝结，则取出铸件，并通过浸出工艺等去除已经插入在铸件中的模芯，以制造出叶轮或者涡轮。当不使用脱蜡方法制造铸件时，形成铸造模具的操作以及在模具内部布置模芯的操作在时间上是分开的。

不必须按照以上描述的顺序来执行以上描述的每个操作，顺序可以改变或者可以同时执行。

以上描述了模芯200像圆环那样以连续的方式围绕叶轮的旋转轴的外周旋转。然而，模芯200可以沿着叶轮的旋转轴的外周间断地布置。在这种情况下，可以按照与旋转轴的距离和角度以有规律的间隔布置，使得叶轮中的质量不会偏心。

在上述的实施例中，在盘毂部分500的内部形成具有模芯200的形状的空腔502。然而，根据本发明构思的空腔502和模芯200的形状和/或位置不限于此。另外，在上述实施例中，使用蜡来形成蜡模具100和蜡模30。然而，可以使用不同的材料来形成相应的模具和相应的模。上述实施例还描述了用于形成铸造模具400的浆料涂覆。然而，本发明构思不限于这种涂覆，任何相应的涂覆方法都可以用于形成铸造模具400。

根据上述实施例的叶轮或涡轮的制造方法，可以通过缓解叶轮或者涡轮在精确铸造时可能产生的内部压力来有效地限制诸如热裂和尺寸缺陷的铸造缺陷。

另外，上述方法可以应用到大型叶轮或涡轮。因此，可以显著地降低叶轮或者涡轮的制造成本。

另外，由上述方法制造的叶轮或者涡轮，减小了盘毂的质量，并且减少了离心载荷的大小，由此显著地增强了耐久性和机械稳定性。

尽管已经参照本发明构思的示例性实施例具体地示出并描述了本发明构思，但是本领域普通技术人员应该理解的是，在不脱离如权利要求所限定的发明构思的精神和范围的情况下，可以在其中做出各种形式和细节的改变。

Claims (12)

1.一种制造转子的方法，所述方法包括：

制备具有与转子相对应的形状的空腔以及芯引导件的成型模具；

在成型模具的空腔的内部中将模芯布置在与转子的盘毂部分相对应的位置处，其中，模芯包括放置在芯引导件中且与模芯一体形成的连接部分；

将模材料注入到已经布置了模芯的成型模具的空腔的内部中，并固化所述模材料；以及

取出在成型模具中固化的模，使得模芯被预先一体形成在模中，取出的模具有从取出的模突出的模芯的连接部分；

通过涂覆取出的模具的外表面以及突出连接部分来形成包括模芯的铸造模具，从而同时进行铸造模具的形成以及将模芯附着到铸造模具；

去除提取的模具，从而提供包括模芯的铸造模具；

将熔融金属注入已经布置了模芯的铸造模具中；以及

从已经在铸造模具中铸造的铸件中去除模芯。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，模芯布置为围绕转子内部中的叶轮或涡轮的旋转轴旋转。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，模芯是包括陶瓷的材料，并且其中，当从铸件去除模芯时，通过陶瓷浸出工艺来去除模芯。

4.根据权利要求1所述的方法，其中，模材料包括蜡。

5.根据权利要求1所述的方法，其中，涂覆包括浆料涂覆。

6.根据权利要求1所述的方法，其中，模芯布置为围绕转子内部的转子的旋转轴旋转。

7.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括通过去除铸造模具来取出铸件。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，去除铸造模具与从铸件去除模芯是同时执行的。

9.根据权利要求7所述的方法，其中，在从铸件去除模芯之前执行对铸造模具的去除。

10.根据权利要求7所述的方法，其中，在从铸件去除模芯之后执行对铸造模具的去除。

11.根据权利要求1所述的方法，所述方法还包括通过从铸件去除模芯来在铸件内部形成空腔。

12.根据权利要求1所述的方法，其中，转子是叶轮或者涡轮。