CN106040990A - 一种大型叶轮铸造使用的石膏型芯制作方法以及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种大型叶轮铸造使用的石膏型芯制作方法以装置，包括步骤：1、将铸造成型好的低熔点合金叶轮叶片镶嵌在石膏型模具中；2、混合制成石膏浆料，混合好后放入真空搅拌机中；3、使用真空搅拌机对石膏浆料进行抽真空及振动搅拌；4、将除气泡的石膏浆料在真空条件下灌注到石膏型模具中，灌注结束后使用振动机振动脱泡；5、灌注完毕后的石膏型利用工具将上端刮平；步骤6、将固化后的石膏型放置在专用的石膏型干燥托架上；7、将托架和石膏型一同放入到干燥机内；8、将石膏型和托架取出，分开，将低熔点合金收集重复利用，将石膏型放置于修整架上，修复型芯表面瑕疵、去除多余杂质。9、对石膏型进行检测后进行使用。

Description

一种大型叶轮铸造使用的石膏型芯制作方法以及系统

技术领域

本发明公开了一种石膏型的制造方法，具体涉及一种用于大型叶轮等大型铝合金精密铸造时石膏模型的制作方法以及装置。

背景技术

整体式叶轮是涡轮式发动机、离心式压缩机或离心泵的核心部件。叶轮大多壁薄，叶片扭曲，结构复杂，尺寸精度及表面粗糙度要求高，为了获得精度及表面粗糙度低的叶轮，需要采用先进的石膏型进行铸造；

目前，一般制作石膏型芯的方法，如下：

步骤1配置石膏浆料；

步骤2搅拌石膏浆料；

步骤3将石膏浆液材料倒入组装好的模具中；

步骤4将石膏顶端刮平，静置凝固；

步骤5脱模；

步骤6修型；

步骤7干燥。

上述方法存在以下缺陷：

叶轮内部结构复杂，使用传统方式无法使石膏型芯一体成型；石膏浆料搅拌过程中容易出现气泡，致使制作的石膏型内部及表面有气泡存在，影响型芯表面质量；由于石膏型芯各处厚薄不一，如放置不当，可能会使型芯在干燥过程中局部受力、变形、裂纹，影响使用；石膏型芯直接平放于放置平台上，会使底部与空气接触面积减少，容易干燥不彻底。

发明内容

为了解决现有技术存在的技术问题，本发明公开了一种大型叶轮铸造用石膏型制造方法。

本发明采用的技术方案如下：

一种大型叶轮铸造使用的石膏型芯制作方法，包括以下步骤：

步骤1、将铸造成型好的合金叶轮叶片镶嵌在石膏型模具中；

步骤2、混合制成石膏浆料,将除气泡的石膏浆料在真空条件下灌注到石膏型模具中，且边灌注边对石膏浆料振动脱泡；

步骤3、对灌注结束后的石膏型模具继续振动脱泡设定的时间，且对石膏型进行修整和固化；

步骤4、将固化后的石膏型按照设定的温度控制曲线进行干燥；

步骤5、对干燥后石膏型脱模修型。

进一步的，步骤2中所述的石膏浆料包括石膏粉和纯净水，所述的石膏粉和纯净水的比例为1.43-1.73:1；且纯净水的温度控制在15-25℃之间。

进一步的，步骤4中，干燥温度的控制方法如下：

步骤4-1使石膏型在设定的时间内快速升温到设定的温度；

步骤4-2在步骤1设定的温度下对石膏型进行保温一段时间，使其中的低熔点合金(熔模)彻底熔化、流出；

步骤4-3在步骤4-2保温完成后，使石膏型降温到某个设定温度后，然后一直保温到干燥结束直至出炉。

进一步的，所述的大型叶轮铸造使用的石膏型芯制作方法采用的系统，至少包括一个浇铸装置，所述的浇铸装置包括一个箱体，在所述箱体的顶部设有进料口，所述的箱体与抽真空装置相连；在所述箱体的内部安装有用于制作大型叶轮的石膏型模具，在所述的石膏型模具的底部设有对所述模具中浆料进行振动脱泡的振动器。

进一步的，所述的进料口安装有进料漏斗，进料漏斗的下方设有与真空箱内模具浇铸口连通的导流槽。

进一步的，所述的箱体顶部安装有用于观察真空箱内部工作情况的玻璃视窗。

进一步的，所述的箱体上还设有真空表安装孔，真空表安装孔上安装真空表。

进一步的，所述的箱体上还设有起重吊环。

进一步的，在所述的进料口安装有进料阀门。

进一步的，所述的石膏型模具包括上模、下模和底环，所述的上模放置在底环上，在上模底部中心位置设置与底环配合的下模；上模、下模和底环三者形成叶轮石膏型的成型腔。

进一步的，所述的下模上表面为同叶轮下壁形状吻合的曲面；下模上表面设有多个用以放置叶轮叶片模的凹槽，凹槽沿下模曲面延伸。

进一步的，所述上模的下表面为与叶轮上表面形状吻合的曲面，在所述的曲面上设有用于成型石膏型芯凸起部分的环槽，环槽的正上方设有与成型腔连通的出气口。

所述的大型叶轮铸造使用的石膏型芯制作方法采用的干燥托架，底盘的顶面为凹面，底盘中心设有中心孔，在所述的底盘的边沿位置安装有一圈和其相连的锥形挡板，锥形挡板的顶部设有多个高对待干燥装置的支撑面进行高度调节的平垫。

所述的干燥托架，在所述底盘内设有等高垫块槽，在所述的等高垫块槽内镶嵌有等高垫块，底盘将石膏型芯底部托住。

本发明的有益效果如下：

此方法利用低熔点合金叶片来制作叶轮铸造用石膏型芯，使用石膏混合浆料灌浆成形，真空下灌注具有良好的成形性能，灌注一次即可成型，工艺简单，制作周期较短，低熔点合金叶片具有较好的强度，不易变形，制作出型芯中叶片形状一致性好。

低熔点合金在石膏型芯干燥过程中熔化，熔模方式从石膏型芯中去除叶片的方式操作简单，不污染石膏表面,且合金可以重复利用。

使用石膏型芯铸造的大型叶轮，铸件表面质量好，表面粗糙度低，叶片尺寸的精度高。

干燥托架通过设置等高垫块以及等高垫块，解决了叶轮石膏型芯干燥过程中受力不均、变形、裂纹等问题，提高叶轮石膏型芯干燥成品率30％以上，并使制作石膏型所用熔模可以熔化、收集，循环使用，节约资源。

本发明中的石膏型模具拆分成上下模、底环，能够准确成型。

本发明中的采用真空振动装置真空+振动，解决石膏铸型制作过程中产生气泡的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明中石膏型干燥过程中的温度控制曲线图；

图2为本发明中的石膏型模具的结构图；

图3-1、3-2、3-3为本发明中的干燥托架的结构图；

图4-1、4-2为本发明中的真空振动装置的结构图；

图中：1-1灌注口，1-2吊装孔，1-3凹槽，1-4下模，1-5限位台，1-6限位台，1-7限位台，1-8底环，1-9出气口，1-10上模；

2-1石膏型芯，2-2熔模容纳盒，2-3锥形挡板，2-4等高垫片，2-5底盘，2-6支撑杆，2-7调整螺栓，2-8平垫，2-9上压环，2-10底盘压环，

3-1进料漏斗，3-2进料阀门，3-3模具，3-4振动底座，3-5真空表安装孔，3-6箱体，3-7振动器，3-8锁门件，3-9玻璃视窗，3-10门板，3-11合页，3-12进料口，3-13导流槽，3-14加强筋，3-15真空管安装孔。

具体实施方式

下面结合附图，以铝合金叶轮铸件的石膏型芯为例，对本发明中的内容进行详细说明：

本发明针对的大型叶轮铸造使用的石膏型芯制作方法，包括以下步骤：

步骤1、将铸造成型好的低熔点合金叶片镶嵌在石膏型模具中；

步骤2、称取石膏粉50-60Kg，称取25-35Kg纯净水，混合制成石膏浆料，水温控制在15-25℃之间，混合好后放入真空搅拌机中；

步骤3、当真空搅拌机真空度达到0.1Mpa后，使用真空搅拌机对混合后的石膏浆料进行抽真空及振动搅拌。转速250-300rpm，搅拌时间5±1min，振动频率为1-5Hz，使石膏搅拌均匀，并将石膏中的气泡排出；

步骤4、将除气泡的石膏浆料在真空条件下灌注到石膏型模具中，灌注结束后使用振动机振动脱泡，振动频率1-3Hz，振动20-30s

步骤5、灌注完毕后的石膏型利用刮板等工具将上端刮平，石膏型常温静置固化120min±10min，此过程中禁止挪动；

步骤6、将固化后的石膏型放置在专用的石膏型干燥托架上；

步骤7、将托架和石膏型一同放入到干燥机内，在250±10℃温度条件下干燥，石膏出炉温度为160-170℃，共干燥时间50h，石膏型干燥温度控制曲线如下图所示。

步骤8、将石膏型和托架取出，分开，将低熔点合金收集重复利用，将石膏型放置于修整架上，修复型芯表面瑕疵、去除多余杂质。

步骤9、对石膏型进行检测后进行使用。

在250±10℃温度条件下干燥，石膏出炉温度为160-170℃，共干燥时间50h；

石膏型干燥在50个小时内的温度控制方法如下：

t在0-10小时内，按照公式T＝25t进行温度控制；

t在10-20小时内，按照公式T＝250℃进行温度控制；

t在20-25小时内，按照公式T＝-16t进行温度控制；

t在25-50小时内，按照公式T＝165±5℃进行温度控制。

上面的T表示的是温度，单位是“℃”；t表示的是时间，单位是“小时”。

上述步骤1中采用的是石膏模具如图2所示，用于叶轮石膏型成型的石膏模具，包括上模1-10、下模1-4和底环1-8，上模1-10放置在底环1-8上，在上模1-10底部中心位置设置与底环配合的下模1-4；上模1-10、下模1-4和底环1-8三者形成叶轮石膏型的成型腔；在成型腔内放置低熔点合金叶轮叶片，然后用于后续的石膏成型。

进一步的，下模1-4上表面为同叶轮下壁形状吻合的曲面；下模1-4上表面设有多个用以放置叶轮叶片模的凹槽，凹槽沿下模曲面延伸；下模1-4的底部中心为中空设置；使用时，通过在下模1-4型芯上设置的低熔点合金叶片，能够在石膏灌注成型时，将叶片固定在叶轮内部；

进一步的，底环1-8与上模1-10之间通过限位台1-7进行限位约束；底环1-8与下模1-4之间通过限位台1-5、限位台1-6进行限位约束；同时底环与上模之间、底环1-8与下模1-4之间通过螺钉等连接装置进行进一步的固定连接。

进一步的，底环1-8与上模1-10之间设有凹槽1-3，这里的凹槽1-3可以减少底环8同上模10之间接触面的配合面积，防止因为配合面的不平整、变形导致底环8同上模10的装配精度降低；

上述步骤6中采用的是干燥托架如图3-1、3-2、3-3所示，在干燥托架的底部设有一个与干燥托架底盘中心孔对应的熔模容纳盒2-2；在干燥托架上安装有石膏型芯；当对石膏型芯进行干燥时，石膏型芯中的熔模如低熔点合金、石蜡等熔化，沿着底座的斜面从中心孔流入下方熔模容纳盒2-2中，收集熔模材料重复利用。

干燥托架结构，其主要包括：底盘、底座压环、等高垫块、支撑杆、锥形挡板、平垫、上压环，具体如下：

在底盘2-5上安装有一圈和其相连的锥形挡板2-3，锥形挡板2-3的外圈设有支撑杆2-6对其进行支撑；锥形挡板2-3通过连接件固定安装在底盘2-5上，这里所述的连接件可以是螺栓、螺钉等，但是不限制这类连接件。

底盘2-5的顶面为四周高、中间低的斜面，底盘中心设有中心孔；在干燥时，锥形挡板2-3使石膏型芯中熔模熔化后沿着锥形挡板流向底盘的顶面，然后由于顶面为倾斜面，熔模熔化后沿着倾斜面从底盘的中心孔流出，进入到熔模容纳盒2-2中。

进一步的，在底盘2-5的顶面内设有等高垫块槽，在等高垫块槽内镶嵌有多个等高垫块2-4，多个等高垫块2-4将石膏型芯托住；利用等高垫块2-4可减少配合面积，有利于石膏型芯2-1放置平稳；增加石膏型干燥过程中石膏型底面的受热面积，有利于型芯干燥；

具体的底盘结构为：

底盘2-5顶面为四周高中间低的结构，为斜面，斜面与中心孔轴线之间的夹角为α，α角度要小于90度，使低熔点合金在熔化时可以沿着底盘表面向中间孔流动，便于收集重复利用。

进一步的，底盘压环，其为一个环状结构，在环状结构上设有多个螺纹孔；底盘压环通过螺栓安装在底盘上。

进一步的，锥形挡板2-3为一个圆柱形的锥形的结构，其上部为大口径结构，下部为小口径结构；下部通过连接装置与底盘相连，上部与上压环2-9相连，锥形挡板可以使石膏型芯中低熔点合金熔化后沿着挡板流向底盘。

步骤3中真空振动采用的装置为真空振动箱，具体结构包括：

模具浇铸采用的真空箱，包括一个箱体3-6，在箱体3-6上安装有真空管安装孔3-15和进料口3-12；在箱体3-6的内部安装有对模具3-3中浆料进行振动的振动底座3-4；这里所述的振动底座3-4为一个安装在模具底部的振动器，振动器为现有的装置，在这里不进行详细展开讲。该真空箱既适合小件的批量生产，也适合大件的单件生产。有较高的柔性生产适应性和较高的生产效率，避免喷吹石膏浆造成的石膏粉尘污染。

进一步的，箱体3-6顶部安装有用于观察真空箱内部工作情况的玻璃视窗3-9；玻璃视窗的位置还可以安装在箱体的侧面，但是不能安装在底面，不限于所述的顶部；只要能观察真空箱内部工作情况的任一位置即可。

此外，玻璃视窗3-9的大小可以根据实际情况进行设置。

进一步的，箱体3-6上还设有真空表安装孔3-15，真空表安装孔3-15上安装真空表，真空表安装孔3-15设置在箱体的顶部；通过真空表来观察真空箱内的真空情况。

进一步的，箱体3-6上还设有起重吊环，用于箱体的移动，起重吊环一般安装在箱体3-6的顶部。

进一步的，真空管安装孔3-15安装在箱体的后面与真空泵相连，实现对箱体内部的抽真空；但是真空管安装孔3-15也不限于安装在真空箱的后面，也可以安装在真空箱的其他面，只要能实现抽真空的功能即可。

进一步的，所述的箱体3-6的前面设有密封门板3-10，门板右侧有锁门件3-8。门板左侧有合页3-11，合页3-11与箱体3-6链接。

上述装置还可以用于模具浇铸的浇铸装置，具体可以参考图4-1、图4-2，其包括一个前面所述的真空箱在所述的真空箱的进料口3-12安装有进料漏斗3-1，进料漏斗3-1的下方设有导流槽3-13，导流槽3-13可以将石膏浆料引流到模具3-3中；导流槽3-13用磁钢吸附在箱顶板上，挪动其位置，使之连接进料口3-12和模具3-3灌注口。

进一步的，进料漏斗3-1包括两个，对称的安装在玻璃视窗3-9的两侧；

本发明利用低熔点合金叶片来制作叶轮铸造用石膏型芯，使用石膏混合浆料灌浆成形，真空下灌注具有良好的成形性能，灌注一次即可成型，工艺较为简单，制作周期较短，低熔点合金叶片具有较好的强度，不易变形，制作出型芯中叶片形状一致性好。

低熔点合金在石膏型芯干燥过程中熔化，熔模方式从石膏型芯中去除叶片的方式操作简单，不污染石膏表面,且合金可以重复利用。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种大型叶轮铸造使用的石膏型芯制作方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、将铸造成型好的低合金叶轮叶片镶嵌在石膏型模具中；

步骤2、混合制成石膏浆料,将除气泡的石膏浆料在真空条件下灌注到石膏型模具中，且边灌注边对石膏浆料振动脱泡；

步骤3、对灌注结束后的石膏型模具继续振动脱泡设定的时间，且对石膏型进行修整和固化；

步骤4、将固化后的石膏型芯按照设定的温度控制方法进行干燥，脱模。

2.如权利要求1所述的大型叶轮铸造使用的石膏型芯制作方法，其特征在于，步骤2中所述的石膏浆料包括石膏粉和纯净水，所述的石膏粉和纯净水的比例为1.43-1.73:1；且纯净水的温度控制在15-25℃之间。

3.如权利要求1所述的大型叶轮铸造使用的石膏型芯制作方法，其特征在于，步骤4中，干燥的方法如下：

步骤4-1使石膏型在设定的时间内快速升温到设定的温度；

步骤4-2在步骤1设定的温度下对石膏型进行保温一段时间；

步骤4-3使石膏型快速降温到某个设定温度后，一直保温到最终的设定时间。

4.一种用于制作大型叶轮铸造使用的石膏型芯的系统，其特征在于：至少包括一个浇铸装置，所述的浇铸装置包括一个箱体，在所述箱体的顶部设有进料口，所述的箱体与抽真空装置相连；在所述箱体的内部安装有用于制作大型叶轮的石膏型模具，在所述的石膏型模具的底部设有对所述模具中浆料进行振动脱泡的振动器。

5.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述的进料口安装有进料漏斗，进料漏斗的下方设有与箱体内的石膏型模具浇铸口连通的导流槽。

6.如权利要求4所述的系统，其特征在于：所述的石膏型模具包括上模、下模和底环，所述的上模放置在底环上，在上模底部中心位置设置与底环配合的下模；上模、下模和底环三者形成叶轮石膏型的成型腔。

7.如权利要求5所述的系统，其特征在于：所述的下模上表面设有多个用以放置叶轮叶片模的凹槽，凹槽沿下模曲面延伸。

8.如权利要求5所述的系统，其特征在于：所述上模的下表面设有用于成型石膏型芯凸起部分的环槽，环槽的正上方设有与成型腔连通的出气口。

9.如权利要求5所述的系统，其特征在于，还包括一个干燥托架，所述的干燥托架包括一个底盘，所述的底盘的顶面为凹面，底盘中心设有中心孔，在所述的底盘的边沿位置安装有一圈和其相连的锥形挡板，锥形挡板的顶部设有多个高对待干燥装置的支撑面进行高度调节的平垫。

10.如权利要求9所述的系统，其特征在于：在所述底盘内设有等高垫块槽，在所述的等高垫块槽内镶嵌有等高垫块，底盘将石膏型芯底部托住。