CN105834401B - 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
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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
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 (5)
1.一种增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的方法,其特征在于,增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的专用装置包括: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;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;
利用所述专用装置的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的方法,在真空密封罩内形成真空度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;
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:
一次浇铸完毕后,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;
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,单位为kg;坩埚的内截面平均直径D,单位为m;坩埚内每次浇铸液面下降高度差值ΔH,单位为m;液态铝液密度ρ,单位为kg/m3 ;坩埚内两次浇铸间需补偿的压力差ΔP,单位为MPa;坩埚内每次浇铸用去的铝液体积V,单位为m3。
2.按照权利要求1所述的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的方法,其特征在于,负压控制、正压控制采用工业计算机和人机界面。
3.按照权利要求1所述的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的方法,其特征在于,每个升液管对应五个以上石膏型壳。
4.按照权利要求1所述的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的方法,其特征在于,升液管为柱形管和锥形管形成的一体结构,通过锥形管设置于盖板上,通过柱形管伸至坩埚中的铝液内。
5.按照权利要求1所述的增压器叶轮“一管多模”真空调压铸造的方法,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。
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