CN105458182A - 一种涡壳的铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种涡壳的铸造方法，包括以下步骤：1)制芯；将冒口砂芯模具安装到射芯机上，通电加热模具，冒口砂芯模具型腔固化一层覆膜砂，开模得到冒口砂芯；2)组芯；将冒口砂芯和涡道壳芯组合粘接；3)烘烤壳芯：将刷好涂料的壳芯放入烘窑；4)熔化精炼：将原料加入熔化保温炉，通电熔化，5)模具准备；6)浇注：将壳芯下进模具，合模后，倾转浇注；7)切割清理：切割铸件浇冒口，并打磨清理铸件毛刺及披缝。本发明一种铝合金涡壳壳体的金属型倾转铸造方法，能解决铝合金涡壳大法兰面上的缩松缩孔及渣孔缺陷，通过明暗冒口设置并结合冒口砂芯，使得铸件浇注后形成了理想的温度场，能够按照铸件到冒口进行顺序凝固。

Description

一种涡壳的铸造方法

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，尤其是涉及一种涡壳的铸造方法。

背景技术

涡壳是发动机涡轮增压系统中的重要零件，材料为ZL101，该部件形状独特，结构复杂，壁厚截面变化较大，同时工作时承受较大的应力，气密性要求高，不允许出现气孔、缩松等缺陷(X光检查)。

目前，绝大多数涡壳采用砂型重力铸造或金属型重力铸造，这两种铸造方法虽然各有优点，但还是存在较多的不足。首先，由于涡壳结构复杂，外形四周加强筋较多，分型极为困难，故一般都采用砂型铸造，底注式浇注系统，为保证涡壳铸件涡道壳芯的定位，采用涡壳铸件大法兰盘面朝下的方式放置，在生产过程中发现，铸件大法兰盘极易出现缩松、渣孔等缺陷，严重制约生产进度，加大了生产成本。其次，金属型重力同样采用底注式浇注系统，金属型重力铸造模具设计时，为了定位涡壳铸件的涡道壳芯，必须使其涡壳大法兰盘面朝下，由于金属型冷却速度较快，使得大法兰盘面得不到补缩，容易产生缩松缩孔缺陷；同时涡壳铸件大面朝下，浇注时不利于氧化夹渣上浮，易在大法兰盘面产生渣孔缺陷，其铸件出品率同样较低，严重影响排产计划，生产浪费严重。

发明内容

为了解决背景技术中所存在的技术问题，本发明提出一种铝合金涡壳壳体的金属型倾转铸造方法，能解决铝合金涡壳大法兰面上的缩松缩孔及渣孔缺陷，通过明暗冒口设置并结合冒口砂芯，使得铸件浇注后形成了理想的温度场，能够按照铸件到冒口进行顺序凝固。

本发明的技术解决方案是：一种涡壳的铸造方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)制芯；将冒口砂芯模具安装到射芯机上，通电加热模具，冒口砂芯模具型腔固化一层覆膜砂，开模得到冒口砂芯；

2)组芯；将冒口砂芯和涡道壳芯组合粘接；

3)烘烤壳芯：将刷好涂料的壳芯放入烘窑，设置烘烤温度120±10℃，时间1.5～2h，浇注前取出待用；

4)熔化精炼：将原料加入熔化保温炉，通电熔化，铝液熔化后，向铝液中通入高纯度氩气，加入精炼剂进行旋转除气；

5)模具准备：借用金属型模具，预热并喷涂型腔涂料，将模具安装到倾转浇注机上等待浇注；

6)浇注：将壳芯下进模具，合模后，用浇包将熔化好的铝液浇到浇口杯中，倾转浇注；

7)切割清理：切割铸件浇冒口，并打磨清理铸件毛刺及披缝。

上述步骤1)的具体步骤是：

1.1)加热芯盒模具，加热温度为220℃；

1.2)打开模具，对模具型腔喷涂脱模剂；

1.3)合模后，将射芯机射砂口对准模具吹口，吹制压力控制在0.5MPa，吹制时间5s；

1.4)等待结壳硬化，硬化时间为2min；

1.5)开模，壳芯由顶杆顶出后，取出壳芯；

1.6)用油石打磨清理砂芯，按顺序放在垫有石棉布的托盘中。

上述步骤2)的具体步骤是：

2.1)冒口砂芯上设有防错定位孔，涡道壳芯有配合定位凸台。粘接之前首先进行配合试验；

2.2)将K5粘接剂均匀涂到涡道壳芯定位凸台上，然后组合壳芯，压紧并粘牢；

2.3)检查两个壳芯的配合面间隙，不超过0.5mm；

2.4)壳芯组合好后，在组合芯对应的几个暗冒口处上刷涂保温涂料。

上述步骤4)的具体步骤是：

4.1)熔化准备；除掉坩埚内残余的杂物，待坩埚温度达到280℃后，用喷枪将涂料均匀喷涂预热好的坩埚内表面，保温1小时，待用；

4.2)加料熔化；按回炉料、铝硅合金锭、纯铝锭、中间合金的次序将炉料紧实地装入坩埚内，对熔化保温炉送电熔化，铝液熔化最高温度760℃，达到最高温度后设备自动断电；

4.3)合金精炼；将旋转除气机吊到熔化炉上，开启电源开关，电动机带动侵入坩埚中的石墨转子旋转，同时通过石墨转子在铝液中导入高纯度氩气，精炼气体压力0.3MPa，并通过外部加粉装置向铝液中加入精炼剂，除气时间15min；

4.4)合金质量检查；合金精炼完成后，浇注化学成分试样和力学性能试样。

上述步骤5)的具体步骤是：

5.1)模具预热；将模具装入模具预热炉，设定加热温度为260℃；

5.2)模具清理；将准备好的干冰倒入干冰清理机，将喉管喷嘴对准模具型腔，清理型腔涂料；

5.3)涂料喷涂；成品涂料按照与水1：4的比例混合，喷涂型腔，底模喷涂两层，前后左右半模涂料喷涂时，厚度应从上到下依次递减；

5.4)通气塞及分型面清理；涂料喷涂后，检查模具型腔通气塞，如果发现通气塞堵塞，及时清理；然后用钢刷将模具分型面上的涂料清理干净；

5.5)模具安装；将模具吊装到浇注机上，用螺钉固定安装后，准备浇注。

上述步骤6)的具体步骤是：

6.1)下芯合模；先下涡道壳芯，再下冒口砂芯，用压缩空气吹净型腔及底板上的砂粒、灰尘，然后合模；

6.2)舀料浇注；检测铝液温度达到690～720℃时，舀料浇进浇口杯，待浇口杯内液面平稳后，按倾转按钮，浇注机开始从0～90°倾转浇注；倾转浇注时间为8s，倾转速度按照先慢后快再慢的顺序设定；

6.3)等待凝固；浇注完成后，底模通水冷却，等待凝固时间2min，通过用铁钳戳试冒口检查铸件是否凝固；

6.4)开模取件；待冒口完全凝固后，依次开模取出铸件。

本发的有益效果：

1)提高了生产效率，涡壳类铸件一般采用砂型或金属型重力铸造铸造，其工艺过程复杂，冒口体积较大，生产时间较长，每件最少耗时20min左右。本方法提供的涡壳类铸件铸造方法，生产1件只需要6～10min，且工艺方法简单。

2)工艺方法独特，彻底改变了过去通过冷铁改变整个铸型凝固顺序的思路，采用本发明方法，能有效控制铸件的凝固顺序，涡壳上端面采用明冒口与暗冒口结合对铸件进行补缩，暗冒口刷涂保温涂料，冒口采用砂芯保温，彻底解决了该类铸件大法兰面的缩松缩孔缺陷，将涡壳铸件的合格率提高到90％以上。

3)提高了产品质量，从根本上解决了铸件缩松、气孔等缺陷，20件涡壳铸件经过0.4±0.1MPa气密性试验及7.5₀ ^+0.5MPa的强度试验，产品全部合格。

4)本发明使用的方法在浇注过程中金属液充型平稳，撇渣能力强，很大程度上减少了铸件的渣孔缺陷，提高了铸件内部质量。

5)降低了对工人的技术要求，本方法所有金属型模具及壳芯模具结构合理，定位准确，极大降低了对工人的技术要求；第三，本发明所用浇注方式为倾转浇注，将铝液倒入浇口杯后，由倾转浇注机倾转浇注，减少了人为因素的影响。

应用本发明中提供的方法，铸造的涡壳铸件内部缩松缩松及渣孔缺陷明显减少，加工后报废率降低至20％以内。

附图说明

图1为本发明工艺的流程图；

图2为本发明的涡壳结构示意图；

图3为本发明金属型模具结构示意图；

图4为本发明的冒口砂芯示意图；

图5为本发明的涡道壳芯示意图；

具体实施方式

参见图1，本发明提供一种铝合金涡壳壳体的金属型铸造方法，其步骤包括：制芯——组芯——壳芯烘烤——熔化精炼——模具准备——浇注——切割清理。

参见图2—图5，具体流程是：

制芯：采用新设计的冒口砂芯模具及涡道壳芯模具制芯，模具预热后，射芯机射砂口对准模具吹口吹制壳芯，移走射砂口等待结壳，开模后由顶杆顶出壳芯，取出壳芯打磨清理后待用。

组芯：冒口砂芯上设有防错定位孔7，涡道壳芯4有配合定位凸台6。将K5粘接剂均匀涂到涡道壳芯定位凸台6上，然后组合壳芯，压紧并检查两个壳芯的配合面间隙，不允许超过0.5mm。壳芯组合好后，在组合芯对应的几个暗冒口处上刷涂保温涂料。涡壳上端面采用明冒口1与暗冒口2结合对铸件进行补缩，暗冒口2刷涂保温涂料；

烘烤壳芯：将刷好涂料的壳芯放入烘窑，设置烘烤温度120±10℃，时间1.5～2h。浇注前取出待用。

熔化精炼：铝合金材质为ZL101A。将原料加入熔化保温炉，通电熔化，待铝液温度达到730～750℃后，利用旋转除气机进行精炼除气。

模具准备：模具预热至250～300℃，用干冰清理机清理型腔涂料，先均匀喷涂型腔涂料，再用保温涂料刷涂浇口杯，清理通气塞；

浇注：将经过组合并烘烤过的壳芯下进金属型模具，按照铸件体积大小舀料，平缓倒入浇口杯后，浇注机开始从0～90°倾转浇注。

切割清理：切割铸件浇冒口，并打磨清理铸件毛刺及披缝。

本实施例是应用本发明浇注某型涡壳壳体的实例。该涡壳材质为ZL101，铸件最大外形尺寸250mm×260mm×270mm，铸件最小壁厚5mm，要求铸件质量符合HB963-2005《铝合金铸件规范》。

本实施例具体步骤为：

(A)制芯：将冒口砂芯模具安装到射芯机上，通电加热模具，所述冒口砂芯模具型腔固化一层覆膜砂，开模得到冒口砂芯，其步骤如下：

(a)加热芯盒模具，加热温度为220℃；

(b)打开模具，对模具型腔喷涂脱模剂；

(c)合模后，将射芯机射砂口对准模具吹口，吹制压力控制在0.5MPa，吹制时间5s；

(d)等待结壳硬化，硬化时间为2min；

(e)开模，壳芯由顶杆顶出后，取出壳芯；

(f)用油石打磨清理砂芯，按顺序放在垫有石棉布的托盘中。

(B)组芯：将冒口砂芯和涡道壳芯4组合粘接在一起，其步骤如下：

(a)冒口砂芯上设有防错定位孔，涡道壳芯有配合定位凸台6。粘接之前首先进行配合试验；

(b)将K5粘接剂均匀涂到涡道壳芯定位凸台6上，然后组合壳芯，压紧并粘牢；

(c)检查两个壳芯的配合面间隙，不允许超过0.5mm；

(d)壳芯组合好后，在组合芯对应的几个暗冒口处上刷涂保温涂料。

(C)烘烤壳芯：将刷好涂料的壳芯放入烘窑，设置烘烤温度120±10℃，时间1.5～2h。浇注前取出待用。

(D)熔化精炼：将原料加入熔化保温炉，通电熔化，铝液熔化后，向铝液中通入高纯度氩气，加入精炼剂进行旋转除气。其步骤为：

(a)熔化准备。用铲子、钢丝刷等工具除掉坩埚内残余的铝合金和氧化皮等杂物，待坩埚温度达到280℃后，用喷枪将涂料均匀喷涂预热好的坩埚内表面，保温1小时，待用。

(b)加料熔化。按回炉料、铝硅合金锭、纯铝锭、中间合金的次序将炉料紧实地装入坩埚内。对熔化保温炉送电熔化，本方法所使用熔化保温炉可以设定铝液熔化最高温度(最高760℃)，达到最高温度后设备自动断电。

(c)合金精炼。将旋转除气机吊到熔化炉上，开启电源开关，电动机带动侵入坩埚中的石墨转子旋转，同时通过石墨转子在铝液中导入高纯度氩气，精炼气体压力0.3MPa，并通过外部加粉装置向铝液中加入精炼剂，除气时间15min左右。

(d)合金质量检查。合金精炼完成后，浇注化学成分试样和力学性能试样。

(E)模具准备：借用金属型模具，预热并喷涂型腔涂料，将模具安装到倾转浇注机上等待浇注。

(a)模具预热。将模具装入模具预热炉，设定加热温度为260℃。

(b)模具清理。将准备好的干冰倒入干冰清理机，将喉管喷嘴对准模具型腔，清理型腔涂料。

(c)涂料喷涂。成品涂料按照与水1：4的比例混合，喷涂型腔，底模喷涂两层，前后左右半模涂料喷涂时，注意厚度应从上到下依次递减。

(d)通气塞及分型面清理。涂料喷涂后，检查模具型腔通气塞，如果发现通气塞堵塞，及时清理。然后用钢刷将模具分型面上的涂料清理干净。

(e)模具安装。将模具吊装到浇注机上，用螺钉固定安装后，准备浇注。

(F)浇注：将壳芯下进模具，合模后，用浇包将熔化好的铝液浇到浇口杯中，倾转浇注。

(a)下芯合模。先下涡道壳芯，再下冒口砂芯，用压缩空气吹净型腔及底板上的砂粒、灰尘和其它脏物，然后合模。

(b)舀料浇注。检测铝液温度达到690～720℃时，舀料浇进浇口杯，待浇口杯内液面平稳后，按倾转按钮，浇注机开始从0～90°倾转浇注。倾转浇注时间为8s，倾转速度按照先慢后快再慢的顺序设定。

(c)等待凝固。浇注完成后，底模通水冷却，等待凝固时间2min，通过用铁钳戳试冒口检查铸件是否凝固。

(d)开模取件。待冒口完全凝固后，依次开模取出铸件。

(H)切割清理：切割铸件浇冒口，再用清理打磨工具将铸件表面的披缝、毛刺等清理干净。

Claims (6)

1.一种涡壳的铸造方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：

1)制芯；将冒口砂芯模具安装到射芯机上，通电加热模具，冒口砂芯模具型腔固化一层覆膜砂，开模得到冒口砂芯；

2)组芯；将冒口砂芯和涡道的壳芯组合粘接；

3)烘烤壳芯：将刷好涂料的壳芯放入烘窑，设置烘烤温度120±10℃，时间1.5～2h，浇注前取出待用；

4)熔化精炼：将原料加入熔化保温炉，通电熔化，铝液熔化后，向铝液中通入高纯度氩气，加入精炼剂进行旋转除气；

5)模具准备：借用金属型模具，预热并喷涂型腔涂料，将模具安装到倾转浇注机上等待浇注；

6)浇注：将壳芯下进模具，合模后，用浇包将熔化好的铝液浇到浇口杯中，倾转浇注；

7)切割清理：切割铸件浇冒口，并打磨清理铸件毛刺及披缝。

2.根据权利要求1所述的涡壳的铸造方法，其特征在于：所述步骤1)的具体步骤是：

1.1)加热芯盒模具，加热温度为220℃；

1.2)打开模具，对模具型腔喷涂脱模剂；

1.3)合模后，将射芯机射砂口对准模具吹口，吹制压力控制在0.5MPa，吹制时间5s；

1.4)等待结壳硬化，硬化时间为2min；

1.5)开模，壳芯由顶杆顶出后，取出壳芯；

1.6)用油石打磨清理砂芯，按顺序放在垫有石棉布的托盘中。

3.根据权利要求1所述的涡壳的铸造方法，其特征在于：所述步骤2)的具体步骤是：

2.1)冒口砂芯上设有防错定位孔，涡道壳芯有配合定位凸台。粘接之前首先进行配合试验；

2.2)将K5粘接剂均匀涂到涡道壳芯定位凸台上，然后组合壳芯，压紧并粘牢；

2.3)检查两个壳芯的配合面间隙，不超过0.5mm；

2.4)壳芯组合好后，在组合芯对应的几个暗冒口处上刷涂保温涂料。

4.根据权利要求3所述的涡壳的铸造方法，其特征在于：所述步骤4)的具体步骤是：

4.1)熔化准备；除掉坩埚内残余的杂物，待坩埚温度达到280℃后，用喷枪将涂料均匀喷涂预热好的坩埚内表面，保温1小时，待用；

4.2)加料熔化；按回炉料、铝硅合金锭、纯铝锭、中间合金的次序将炉料紧实地装入坩埚内，对熔化保温炉送电熔化，铝液熔化最高温度760℃，达到最高温度后设备自动断电；

4.3)合金精炼；将旋转除气机吊到熔化炉上，开启电源开关，电动机带动侵入坩埚中的石墨转子旋转，同时通过石墨转子在铝液中导入高纯度氩气，精炼气体压力0.3MPa，并通过外部加粉装置向铝液中加入精炼剂，除气时间15min；

4.4)合金质量检查；合金精炼完成后，浇注化学成分试样和力学性能试样。

5.根据权利要求4所述的涡壳的铸造方法，其特征在于：所述步骤5)的具体步骤是：

5.1)模具预热；将模具装入模具预热炉，设定加热温度为260℃；

5.2)模具清理；将准备好的干冰倒入干冰清理机，将喉管喷嘴对准模具型腔，清理型腔涂料；

5.3)涂料喷涂；成品涂料按照与水1：4的比例混合，喷涂型腔，底模喷涂两层，前后左右半模涂料喷涂时，厚度应从上到下依次递减；

5.4)通气塞及分型面清理；涂料喷涂后，检查模具型腔通气塞，如果发现通气塞堵塞，及时清理；然后用钢刷将模具分型面上的涂料清理干净；

5.5)模具安装；将模具吊装到浇注机上，用螺钉固定安装后，准备浇注。

6.根据权利要求5所述的涡壳的铸造方法，其特征在于：所述步骤6)的具体步骤是：

6.1)下芯合模；先下涡道壳芯，再下冒口砂芯，用压缩空气吹净型腔及底板上的砂粒、灰尘，然后合模；

6.2)舀料浇注；检测铝液温度达到690～720℃时，舀料浇进浇口杯，待浇口杯内液面平稳后，按倾转按钮，浇注机开始从0～90°倾转浇注；倾转浇注时间为8s，倾转速度按照先慢后快再慢的顺序设定；

6.3)等待凝固；浇注完成后，底模通水冷却，等待凝固时间2min，通过用铁钳戳试冒口检查铸件是否凝固；

6.4)开模取件；待冒口完全凝固后，依次开模取出铸件。