CN105834401A - 增压器叶轮一管多模真空调压铸造新方法和专用装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造新方法和专用装置，属于铸造领域。该装置在坩埚顶部设置盖板，锥形升液管的下端伸至坩埚中的铝液内，升液管的上端设置于盖板上；升液管顶部设置带孔隔板和石膏型壳，升液管与石膏型壳采用一管多模，升液管与石膏型壳之间通过带孔隔板上的通孔相通；石膏型壳的外侧设置保护套，石膏型壳的顶部设置冷铁，保护套与冷铁之间通过密封圈密封，保护套与冷铁形成真空密封罩；冷铁上开设与石膏型壳所在的真空密封罩内腔相通的真空管路，盖板上开设与坩埚内腔相通的正压气路。为了实行每次负压成型、正压结晶和凝固过程的工艺参数不变，需补偿两次浇铸间压力差，实施升液管内铝液液面高度自动补偿。

Description

增压器叶轮一管多模真空调压铸造新方法和专用装置

技术领域

本发明涉及一种增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造新方法和专用装置，属于铸造领域。

背景技术

涡轮增压器是现代发动机提高功率、节油和改善排放必不可少的部件，其中铸用压气机叶轮是涡轮增压器的核心关键部件，由于压气机叶轮采用铸造方法所得。目前，国内增压器叶轮的铸造方法主要为真空吸铸和低压铸造两种，真空吸铸的工艺效率较高，但是产品的一致性要靠人工操作来保证，变差较大，铸造的叶轮内在质量不能完全满足客户要求。低压铸造的叶轮一致性较好，内在质量较高，但是生产效率低、生产成本高。真空调压铸造机理也很早问世，国内外已经也应用于薄壁、复杂零件的铸造，但是尚未实际应用于增压器的叶轮铸造。

发明内容

本发明的目的在于提供一种增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造新方法和专用装置，解决现有技术中低压铸造存在的生产效率低、生产成本高等问题。

本发明的技术方案是：

一种增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的专用装置，该装置包括：盖板、坩埚、升液管、铝液、正压气路、真空管路、石膏型壳、冷铁、密封圈、保护套，具体结构如下：

坩埚顶部设置盖板，锥形升液管的下端伸至坩埚中的铝液内，升液管的上端设置于盖板上；升液管顶部设置带孔隔板和石膏型壳，升液管与石膏型壳采用一管多模，升液管与石膏型壳之间通过带孔隔板上的通孔相通；石膏型壳的外侧设置保护套，石膏型壳的顶部设置冷铁，保护套与冷铁之间通过密封圈密封，保护套与冷铁形成真空密封罩；冷铁上开设与石膏型壳所在的真空密封罩内腔相通的真空管路，盖板上开设与坩埚内腔相通的正压气路。

所述的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的专用装置，每个升液管对应五个以上石膏型壳。

所述的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的专用装置，升液管为柱形管和锥形管形成的一体结构，通过柱形管部分设置于盖板上，通过锥形管伸至坩埚中的铝液内。

所述的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的专用装置，真空管路的一端与石膏型壳所在的真空密封罩内腔相通，真空管路的另一端通过管路与真空泵相连通，所述真空管路与真空泵相连通的管路上设置真空控制器、真空罐。

所述的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的专用装置，正压气路的一端与坩埚内腔相通，正压气路的另一端通过管路与压缩空气罐相连通，在正压气路与压缩空气罐相连通的管路上设置正压控制器。

所述的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的新方法，在真空密封罩内形成一定真空度0.01-0.08MPa之间的条件下，液态铝液沿反重力方向吸入石膏型壳的铸件型腔；充型完成后或充型阶段内，在保持铸件所在的真空密封罩内设定的真空度的情况下，对坩埚内输入的压缩空气的压力进行调压，根据工艺需要维持在设定的压力值上；当铸件凝固完成后，立即对真空密封罩及坩埚泄压。

所述的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的新方法，采用液面自动补偿技术，自动完成补偿两次浇铸间的压力差，液面补偿的控制方式和控制过程是：

升液管中液面悬浮的高度及坩埚内液面高度与所加压力值有关，一次浇铸完毕后，坩埚内减少与模具型腔内零件总重量相等的铝液，从而使坩埚内和升液管内液面下降；为了恢复到升液管内液面悬浮原有高度，对坩埚内输入的压力值补偿坩埚内两次浇铸间需补偿的压力差ΔP；坩埚内两次浇铸间需补偿的压力差ΔP依模具内浇铸零件的总重量与坩埚的内截面积、坩埚内每次浇铸液面下降高度差值ΔH之间关系，通过PLC加以运算找出，并自动执行对原有设定压力值补偿，实现自动完成补偿两次浇铸间的压力差，从而保持升液管中铝液悬浮高度不变。

所述的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的新方法，PLC加以运算时，有关计算公式如下：

V＝m/ρ＝1/4πD²×ΔH；

ΔP＝mg×ΔH；

各个参数的含义：

浇铸零件的总质量m(Kg)；坩埚的内截面平均直径D(m)；坩埚内每次浇铸液面下降高度差值ΔH(m)；液态铝液密度ρ(Kg/m³)；坩埚内两次浇铸间需 补偿的压力差ΔP(MPa)；坩埚内每次浇铸用去的铝液体积V(m³)。

所述的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的新方法，负压控制、正压控制采用PLC或工业计算机和人机界面。

本发明的设计思想是：

本发明用于汽车增压器零件--铸造铝合金叶轮的生产，针对现有的低压浇铸工艺，工装为“一管一模”方式，每一次浇铸的工件数量最多4件，效率一般等问题，本发明采用“一管多模”大大了提高生产效率。采用“一管多模”不仅仅是提高了生产效率，更重要的是要全面提高铸件的质量，为此采用真空调压铸造增压器叶轮。但完全按照真空调压原理去实行，势必在高温状态下的坩埚内建立负压控制，这样整套设备复杂，且不适于叶轮大批量生产的模式；为此，对真空调压方法进行针对性的调整。由于浇铸过后坩埚内的铝液每次均减少，造成坩埚内铝液面下降，从而影响负压和正压的工艺参数，为此采用液面自动补偿技术，自动完成补偿两次浇铸间的压力差。

本发明的优点及有益效果是：

1、本发明针对增压器叶轮的结构特点及很大的市场需求量，在真空调压的基础上，进行针对性的调整。从而，使浇铸的增压器叶轮铸件的铸造缺陷得到更有效控制，铸件的抗拉强度、延伸率均有一定提高，获得更薄、更复杂、更致密的叶轮铸件。

2、由于采用了“一管多模”，大大提高了生产效率。并且，在生产效率的提高同时，也缩短了铝液在坩埚内的总停留时间，大大的改善了坩埚内铝液化学成分的损失，进一步提升铸件质量。

3、为了实行每次负压成型、正压结晶和凝固过程的工艺参数不变，必须补偿两次浇铸间压力差，使升液管内铝液液面高度自动补偿。

附图说明

图1-图2为本发明石膏型壳的结构示意图。

图3为本发明增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造专用装置示意图之一。

图4为本发明增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造专用装置示意图之二。

图中，1盖板；2坩埚；3升液管；4铝液；5正压气路；6真空管路；7石膏型壳；8冷铁；9密封圈；10保护套；11带孔隔板；12真空密封罩。

具体实施方式

如图1-图4所示，本发明增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的专用装置，主要包括：盖板1、坩埚2、升液管3、铝液4、正压气路5、真空管路6、石膏型壳7、冷铁8、密封圈9、保护套10等，具体结构如下：

如图3所示，坩埚2顶部设置盖板1，锥形升液管3的下端伸至坩埚2中的铝液4内，升液管3的上端设置于盖板1上。升液管3顶部设置带孔隔板11和石膏型壳7，升液管3与石膏型壳7之间通过带孔隔板11上的通孔相通。石膏型壳7的外侧设置保护套10，石膏型壳7的顶部设置冷铁8，保护套10与冷铁8之间通过密封圈9密封，保护套10与冷铁8形成真空密封罩。冷铁8上开设与石膏型壳7所在的真空密封罩内腔相通的真空管路6，盖板1上开设与坩埚2内腔相通的正压气路5。

如图1-图2所示，升液管3与石膏型壳7采用一管多模(达到5模以上，一般为5-24模)的对应方式。如图3-图4所示，升液管3为柱形管和锥形管形成的一体结构，通过柱形管部分设置于盖板1上，通过锥形管伸至坩埚2中的铝液内。

如图4所示，真空管路6的一端与石膏型壳7所在的真空密封罩12内腔相通，真空管路6的另一端通过管路与真空泵相连通，所述真空管路6与真空泵相连通的管路上设置真空控制器、真空罐。正压气路5的一端与坩埚2内腔相通，正压气路5的另一端通过管路与压缩空气罐相连通，在正压气路5与压缩空气罐相连通的管路上设置正压控制器，正压控制器同时控制“液面补偿”的方式。

本发明中，“液面补偿”的作用和控制过程是：升液管3中液面悬浮的高度及坩埚2内液面高度与所加压力值有关。由于一次浇铸完毕后，坩埚2内减少了与模具型腔内零件总重量相等的铝液，从而使坩埚2内和升液管3内液面下降。要恢复到升液管3内液面悬浮原有高度，必须对坩埚2内输入的压力值补偿ΔP压力差值。ΔP压力差值可依模具内浇铸零件的总重量与坩埚2的内截面积、液面下降高度差值ΔH之间关系，通过PLC加以运算找出，并自动执行对原有设定压力值补偿，实现了自动完成补偿两次浇铸间的压力差。

有关计算公式如下：

V＝m/ρ＝1/4πD²×ΔH；

ΔP＝mg×ΔH；

各个参数的含义：

浇铸零件的总质量m(Kg)；坩埚的内截面平均直径D(m)；坩埚内每次浇 铸液面下降高度差值ΔH(m)；液态铝液密度ρ(Kg/m³)；坩埚内两次浇铸间需补偿的压力差ΔP(MPa)；坩埚内每次浇铸用去的铝液体积V(m³)。

本发明增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的新方法，采用图1-图4增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的专用装置，具体过程如下：

在真空密封罩内形成一定真空度(0.01-0.08MPa之间)的条件下，液态铝液4沿反重力方向吸入石膏型壳7的铸件型腔；充型完成后或充型阶段内，在保持铸件所在的真空密封罩12内设定的真空度的情况下，对坩埚2内输入的压缩空气的压力进行调压，根据工艺需要维持在设定的压力值上；当铸件凝固完成后，立即对真空密封罩12及坩埚2泄压。负压控制、正压控制可以采用PLC(或工业计算机)和人机界面。

在现有技术中，涡轮增压器铸件的抗拉强度一般在320MPa以上、延伸率一般在4％以上。而采用本发明后，涡轮增压器铸件的抗拉强度可在350MPa以上、延伸率可在5.5％以上。

结果表明，该方法保证了铸件在一定真空度条件下充型，又实现了铸件在较高压力下结晶、凝固，大大增强了铸件的补缩能力；而且，铸件在真空密封罩内有相应真空度的状态下，可以将石膏型壳遇高温时所产生的气体及结晶水等及时、顺利排除，有效防止充型及凝固过程中气体的侵入。因此，可以使铸件的针孔、缩孔大大减少，抗拉强度、延伸率均可比其他办法有一定提高，获得更薄、更复杂、更致密的精密铸件。

Claims (9)

1.一种增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的专用装置，其特征在于，该装置包括：盖板、坩埚、升液管、铝液、正压气路、真空管路、石膏型壳、冷铁、密封圈、保护套，具体结构如下：

坩埚顶部设置盖板，锥形升液管的下端伸至坩埚中的铝液内，升液管的上端设置于盖板上；升液管顶部设置带孔隔板和石膏型壳，升液管与石膏型壳采用一管多模，升液管与石膏型壳之间通过带孔隔板上的通孔相通；石膏型壳的外侧设置保护套，石膏型壳的顶部设置冷铁，保护套与冷铁之间通过密封圈密封，保护套与冷铁形成真空密封罩；冷铁上开设与石膏型壳所在的真空密封罩内腔相通的真空管路，盖板上开设与坩埚内腔相通的正压气路。

2.按照权利要求1所述的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的专用装置，其特征在于，每个升液管对应五个以上石膏型壳。

3.按照权利要求1所述的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的专用装置，其特征在于，升液管为柱形管和锥形管形成的一体结构，通过柱形管部分设置于盖板上，通过锥形管伸至坩埚中的铝液内。

4.按照权利要求1所述的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的专用装置，其特征在于，真空管路的一端与石膏型壳所在的真空密封罩内腔相通，真空管路的另一端通过管路与真空泵相连通，所述真空管路与真空泵相连通的管路上设置真空控制器、真空罐。

5.按照权利要求1所述的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的专用装置，其特征在于，正压气路的一端与坩埚内腔相通，正压气路的另一端通过管路与压缩空气罐相连通，在正压气路与压缩空气罐相连通的管路上设置正压控制器。

6.一种利用权利要求1所述专用装置的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的新方法，其特征在于，在真空密封罩内形成一定真空度0.01-0.08MPa之间的条件下，液态铝液沿反重力方向吸入石膏型壳的铸件型腔；充型完成后或充型阶段内，在保持铸件所在的真空密封罩内设定的真空度的情况下，对坩埚内输入的压缩空气的压力进行调压，根据工艺需要维持在设定的压力值上；当铸件凝固完成后，立即对真空密封罩及坩埚泄压。

7.按照权利要求6所述的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的新方法，其特征在于，采用液面自动补偿技术，自动完成补偿两次浇铸间的压力差，液面补偿的控制方式和控制过程是：

升液管中液面悬浮的高度及坩埚内液面高度与所加压力值有关，一次浇铸完毕后，坩埚内减少与模具型腔内零件总重量相等的铝液，从而使坩埚内和升液管内液面下降；为了恢复到升液管内液面悬浮原有高度，对坩埚内输入的压力值补偿坩埚内两次浇铸间需补偿的压力差ΔP；坩埚内两次浇铸间需补偿的压力差ΔP依模具内浇铸零件的总重量与坩埚的内截面积、坩埚内每次浇铸液面下降高度差值ΔH之间关系，通过PLC加以运算找出，并自动执行对原有设定压力值补偿，实现自动完成补偿两次浇铸间的压力差，从而保持升液管中铝液悬浮高度不变。

8.按照权利要求7所述的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的新方法，其特征在于，PLC加以运算时，有关计算公式如下：

V＝m/ρ＝1/4πD²×ΔH；

ΔP＝mg×ΔH；

各个参数的含义：

浇铸零件的总质量m(Kg)；坩埚的内截面平均直径D(m)；坩埚内每次浇铸液面下降高度差值ΔH(m)；液态铝液密度ρ(Kg/m³)；坩埚内两次浇铸间需补偿的压力差ΔP(MPa)；坩埚内每次浇铸用去的铝液体积V(m³)。

9.按照权利要求6所述的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的新方法，其特征在于，负压控制、正压控制采用PLC或工业计算机和人机界面。