CN108326242A - 双层叶片叶轮的铸造铸型及铸造方法 - Google Patents

Abstract

一种双层叶片叶轮的铸造铸型，包括下型、中型、上型、下砂芯、上砂芯，下砂芯的下表面设置形成底盖上表面的型腔，下砂芯内部设置形成下叶片组的型腔，中型的下表面设置形成轮毂下表面的型腔，中型的上表面设置形成轮毂上表面的型腔，上砂芯内部设置形成上叶片组的型腔，上砂芯的上表面设置形成顶盖下表面的型腔，上型下表面设置形成顶盖上表面的型腔，还在铸型内设置浇注系统型腔，浇注系统型腔包括直浇道型腔、横浇道型腔、内浇道型腔，同时采用沿叶轮圆周三分之二圈的横浇道、与叶片延伸方向相切的内浇道，使得金属液的进流与叶轮的叶片成形方向一致，避免紊流，提升了成型精度，且保证了进流速度，从整体上保证了叶轮铸件的成品率。

Description

双层叶片叶轮的铸造铸型及铸造方法

技术领域

本发明涉及双层叶片叶轮铸造技术领域，尤其涉及一种双层叶片叶轮的铸造铸型及铸造方法。

背景技术

叶轮类产品由于其叶轮叶片为旋转结构，且叶片较薄，属于薄壁铸造，目前常用的铸造工艺为木模手工造型铸造和熔模精密铸造等方式，此类方式需要将叶片分为独立的砂芯后与轮毂砂芯组芯，之后进行芯型装配，致使叶轮类产品披缝多，且叶片尺寸难以控制造成叶轮生产合格率低。当生产双层叶轮时，更是由于叶片结构复杂常常会出现冷隔报废的问题。

发明内容

有必要提出一种双层叶片叶轮的铸造铸型。

还有必要提出一种双层叶片叶轮的铸造方法。

一种双层叶片叶轮的铸造铸型，所述双层叶片叶轮包括底盖、下叶片组、轮毂、上叶片组、顶盖，底盖、下叶片组、轮毂、上叶片组、顶盖同心同轴设置，且均具有相同的、连接的外圆周，上叶片组、下叶片组均包括六片结构相同的叶片，每个叶片具有圆滑曲线延伸的两个侧边和一个劣弧边，每个叶片的劣弧边形成上叶片组或下叶片组的外圆周，其特征在于：所述铸造铸型包括下型、中型、上型、下砂芯、上砂芯，下砂芯装配于中型、下型之间，上砂芯装配于上型、中型之间，下型上表面设置形成底盖下表面的型腔，下砂芯的下表面设置形成底盖上表面的型腔，下砂芯内部设置形成下叶片组的型腔，中型的下表面设置形成轮毂下表面的型腔，中型的上表面设置形成轮毂上表面的型腔，上砂芯内部设置形成上叶片组的型腔，上砂芯的上表面设置形成顶盖下表面的型腔，上型下表面设置形成顶盖上表面的型腔，还在铸型内设置浇注系统型腔，浇注系统型腔包括直浇道型腔、横浇道型腔、内浇道型腔，直浇道型腔竖直贯通设置于下型、中型、上型内部，横浇道型腔、内浇道型腔设置于下型内，横浇道型腔沿着水平方向设置于下型内底盖型腔的周围，与底盖型腔呈同心圆，且横浇道型腔包围底盖型腔周长的至少三分之二，直浇道型腔与横浇道型腔垂直设置，直浇道型腔与横浇道型腔的起始端连接，内浇道型腔为四个，四个内浇道型腔与下叶片组型腔中的四个叶片型腔连接，内浇道型腔为扁长浇道，内浇道型腔的一端与直浇道型腔连通，另一端与底盖型腔的外圆周连通，内浇道型腔的轴线方向与直浇道型腔中金属液流动方向呈锐角夹角，内浇道型腔的轴线方向与叶片型腔的圆滑曲线侧边方向相切。

一种双层叶片叶轮的铸造方法，包括以下步骤：

依据双层叶片叶轮产品二维图纸在三维建模软件中建立双层叶轮的三维模型；

在所述双层叶轮三维模型上布置开放式多点进流的浇注系统，包括直浇道、横浇道、内浇道，直浇道竖直贯通设置于下型、中型、上型内部，横浇道、内浇道设置于下型内，横浇道沿着水平方向设置于下型内底盖的周围，与底盖呈同心圆，且横浇道包围底盖周长的至少三分之二，直浇道与横浇道垂直设置，直浇道与横浇道的起始端连接，内浇道为四个，四个内浇道与下叶片组中的四个叶片连接，内浇道为扁长浇道，内浇道的一端与直浇道连通，另一端与底盖的外圆周连通，内浇道的轴线方向与直浇道中金属液流动方向呈锐角夹角，内浇道的轴线方向与叶片的圆滑曲线侧边方向相切；

在已经布置了浇注系统的双层叶轮三维模型上布置出气结构和冒口，并在最小吃砂量的前提下通过求差获得双层叶轮的型芯体；

对所述双层叶轮型芯体进行分芯和/或分型，沿双层叶轮轮毂的两个法兰面将所述型芯体分切为三个砂型，分别为上型、下型和中型，同时将双层叶轮的两层叶片分为两个独立的上砂芯、下砂芯，上砂芯、下砂芯是沿双层叶轮轮毂轴对称切分，所述上砂芯、下砂芯用来形成双层叶轮的内腔结构，三个砂型用来形成双层叶轮的外型结构；

组型：将所述下型置于组型平台上，将上砂芯、下砂芯组芯到中型上，并将组芯后的中型组型到下型上，最后将上型扣合到中型上；

对三个砂型间的间隙进行密封和检查，合格后通过紧固结构将组型后的型芯体紧固，并转运到浇注区域进行浇注。

本发明的铸造方法在增材制造技术提升了叶轮砂芯的精度的基础上，同时采用沿叶轮圆周三分之二圈的横浇道、与叶片延伸方向相切的内浇道，使得金属液的进流与叶轮的叶片成形方向一致，避免紊流，提升了成型精度，且保证了进流速度，从整体上保证了叶轮铸件的成品率。

附图说明

图1为双层叶片叶轮的结构示意图。

图2为双层叶片叶轮的左视图。

图3为双层叶片叶轮的分解示意图。

图4为图3沿着A-A的剖视图。

图5为双层叶片叶轮的铸型内型腔结构示意图。

图6为图5的俯视图。

图7为另一种实施方式的内浇道的示意图。

图8为双层叶片叶轮的铸型的结构示意图。

图9为双层叶片叶轮的铸型的分解示意图。

图中：底盖10、下叶片组20、叶片21、轮毂30、上叶片组40、顶盖50、下型60、中型70、上型80、下砂芯90、上砂芯100、直浇道型腔200、横浇道型腔300、集渣窝301、内浇道型腔400。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单的介绍，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。

参见图1至图9，本发明实施例提供了一种双层叶片叶轮的铸造铸型，所述双层叶片叶轮包括底盖10、下叶片组20、轮毂30、上叶片组40、顶盖50，底盖10、下叶片组20、轮毂30、上叶片组40、顶盖50同心同轴设置，且均具有相同的、连接的外圆周，上叶片组40、下叶片组20均包括六片结构相同的叶片21，每个叶片21具有圆滑曲线延伸的两个侧边和一个劣弧边，每个叶片21的劣弧边形成上叶片组40或下叶片组20的外圆周，所述铸造铸型包括下型60、中型70、上型80、下砂芯90、上砂芯100，下砂芯90装配于中型70、下型60之间，上砂芯100装配于上型80、中型70之间，下型60上表面设置形成底盖10下表面的型腔，下砂芯90的下表面设置形成底盖10上表面的型腔，下砂芯90内部设置形成下叶片组20的型腔，中型70的下表面设置形成轮毂30下表面的型腔，中型70的上表面设置形成轮毂30上表面的型腔，上砂芯100内部设置形成上叶片组40的型腔，上砂芯100的上表面设置形成顶盖50下表面的型腔，上型80下表面设置形成顶盖50上表面的型腔，还在铸型内设置浇注系统型腔，浇注系统型腔包括直浇道型腔200、横浇道型腔300、内浇道型腔400，直浇道型腔200竖直贯通设置于下型60、中型70、上型80内部，横浇道型腔300、内浇道型腔400设置于下型60内，横浇道型腔300沿着水平方向设置于下型60内底盖10型腔的周围，与底盖10型腔呈同心圆，且横浇道型腔300包围底盖10型腔周长的至少三分之二，直浇道型腔200与横浇道型腔300垂直设置，直浇道型腔200与横浇道型腔300的起始端连接，内浇道型腔400为四个，四个内浇道型腔400与下叶片组20型腔中的四个叶片21型腔连接，内浇道型腔400为扁长浇道，内浇道型腔400的一端与直浇道型腔200连通，另一端与底盖10型腔的外圆周连通，内浇道型腔400的轴线方向与直浇道型腔200中金属液流动方向呈锐角夹角，内浇道型腔400的轴线方向L1与叶片21型腔的圆滑曲线侧边L2方向相切。

本发明中，横浇道型腔300包围底盖10型腔周长的至少三分之二，直浇道型腔200与横浇道型腔300的一端连接，从而使得金属液沿着直浇道的一端进入直浇道及型腔内，比较于直浇道与横浇道之间采用其他浇道方式，本方案中，金属液流动方向一致，同向流动，防止对流，避免了金属液对流碰撞而导致的液面不稳定造成的卷渣卷气，另外，内浇道型腔400的轴线方向与直浇道型腔200中金属液流动方向呈锐角夹角，使得第一股金属液在沿着横浇道流动的时候，首先充满整个横浇道，在返流回来沿着内浇道进入型腔，众所周知，第一股金属液由于冲刷型腔内壁形成卷渣，流入型腔会形成铸件内部缺陷，而且第一股金属液流速快，液流不稳定，本方案中，通过内浇道与横浇道锐角夹角的设置，解决了上述问题的同时，也解决了由于上述问题而造成的叶片21冷隔风险。

进一步，内浇道型腔400为圆滑曲线型型腔，内浇道型腔400的轴线方向与叶片21型腔的圆滑曲线方向一致。以使金属液沿着内浇道进入叶片21型腔是的流动方向与叶片21延伸按照一致，形成同向的铁液流。

进一步，在横浇道型腔300的末端设置集渣窝301。

进一步，浇注系统比例按∑F直：∑F横：∑F内 =1:1.5～2:2～3。

一种双层叶片叶轮的铸造方法，包括以下步骤：

依据双层叶片叶轮产品二维图纸在三维建模软件中建立双层叶轮的三维模型；

在所述双层叶轮三维模型上布置开放式多点进流的浇注系统，包括直浇道、横浇道、内浇道，直浇道竖直贯通设置于下型60、中型70、上型80内部，横浇道、内浇道设置于下型60内，横浇道沿着水平方向设置于下型60内底盖10的周围，与底盖10呈同心圆，且横浇道包围底盖10周长的至少三分之二，直浇道与横浇道垂直设置，直浇道与横浇道的起始端连接，内浇道为四个，四个内浇道与下叶片组20中的四个叶片21连接，内浇道为扁长浇道，内浇道的一端与直浇道连通，另一端与底盖10的外圆周连通，内浇道的轴线方向与直浇道中金属液流动方向呈锐角夹角，内浇道的轴线方向与叶片21的圆滑曲线侧边方向相切；

在已经布置了浇注系统的双层叶轮三维模型上布置出气结构和冒口，并在最小吃砂量的前提下通过求差获得双层叶轮的型芯体；

对所述双层叶轮型芯体进行分芯和/或分型，沿双层叶轮轮毂30的两个法兰面将所述型芯体分切为三个砂型，分别为上型80、下型60和中型70，同时将双层叶轮的两层叶片21分为两个独立的上砂芯100、下砂芯90，上砂芯100、下砂芯90是沿双层叶轮轮毂30轴对称切分，所述上砂芯100、下砂芯90用来形成双层叶轮的内腔结构，三个砂型用来形成双层叶轮的外型结构；

组型：将所述下型60置于组型平台上，将上砂芯100、下砂芯90组芯到中型70上，并将组芯后的中型70组型到下型60上，最后将上型80扣合到中型70上；

对三个砂型间的间隙进行密封和检查，合格后通过紧固结构将组型后的型芯体紧固，并转运到浇注区域进行浇注。

进一步，还在所述双层叶轮三维模型上增加叶片21补贴，所述叶片21补贴用来保障薄壁叶片21的厚度达到设计要求，以保证叶片21具有一定使用寿命，同时保障叶片21的厚度不会过大导致流量不足。

进一步，内浇道的进流速度为0.5m/s～1m/s。

本发明实施例装置中的模块或单元可以根据实际需要进行合并、划分和删减。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。

Claims (7)

1.一种双层叶片叶轮的铸造铸型，所述双层叶片叶轮包括底盖、下叶片组、轮毂、上叶片组、顶盖，底盖、下叶片组、轮毂、上叶片组、顶盖同心同轴设置，且均具有相同的、连接的外圆周，上叶片组、下叶片组均包括六片结构相同的叶片，每个叶片具有圆滑曲线延伸的两个侧边和一个劣弧边，每个叶片的劣弧边形成上叶片组或下叶片组的外圆周，其特征在于：所述铸造铸型包括下型、中型、上型、下砂芯、上砂芯，下砂芯装配于中型、下型之间，上砂芯装配于上型、中型之间，下型上表面设置形成底盖下表面的型腔，下砂芯的下表面设置形成底盖上表面的型腔，下砂芯内部设置形成下叶片组的型腔，中型的下表面设置形成轮毂下表面的型腔，中型的上表面设置形成轮毂上表面的型腔，上砂芯内部设置形成上叶片组的型腔，上砂芯的上表面设置形成顶盖下表面的型腔，上型下表面设置形成顶盖上表面的型腔，还在铸型内设置浇注系统型腔，浇注系统型腔包括直浇道型腔、横浇道型腔、内浇道型腔，直浇道型腔竖直贯通设置于下型、中型、上型内部，横浇道型腔、内浇道型腔设置于下型内，横浇道型腔沿着水平方向设置于下型内底盖型腔的周围，与底盖型腔呈同心圆，且横浇道型腔包围底盖型腔周长的至少三分之二，直浇道型腔与横浇道型腔垂直设置，直浇道型腔与横浇道型腔的起始端连接，内浇道型腔为四个，四个内浇道型腔与下叶片组型腔中的四个叶片型腔连接，内浇道型腔为扁长浇道，内浇道型腔的一端与直浇道型腔连通，另一端与底盖型腔的外圆周连通，内浇道型腔的轴线方向与直浇道型腔中金属液流动方向呈锐角夹角，内浇道型腔的轴线方向与叶片型腔的圆滑曲线侧边方向相切。

2.如权利要求1所述的双层叶片叶轮的铸造铸型，其特征在于：内浇道型腔为圆滑曲线型型腔，内浇道型腔的轴线方向与叶片型腔的圆滑曲线方向一致。

3.如权利要求1所述的双层叶片叶轮的铸造铸型，其特征在于：在横浇道型腔的末端设置集渣窝。

4.如权利要求1所述的双层叶片叶轮的铸造铸型，其特征在于：浇注系统比例按∑F直：∑F横：∑F内 =1:1.5～2:2～3。

5.一种双层叶片叶轮的铸造方法，其特征在于包括以下步骤：

依据双层叶片叶轮产品二维图纸在三维建模软件中建立双层叶轮的三维模型；

在所述双层叶轮三维模型上布置开放式多点进流的浇注系统，包括直浇道、横浇道、内浇道，直浇道竖直贯通设置于下型、中型、上型内部，横浇道、内浇道设置于下型内，横浇道沿着水平方向设置于下型内底盖的周围，与底盖呈同心圆，且横浇道包围底盖周长的至少三分之二，直浇道与横浇道垂直设置，直浇道与横浇道的起始端连接，内浇道为四个，四个内浇道与下叶片组中的四个叶片连接，内浇道为扁长浇道，内浇道的一端与直浇道连通，另一端与底盖的外圆周连通，内浇道的轴线方向与直浇道中金属液流动方向呈锐角夹角，内浇道的轴线方向与叶片的圆滑曲线侧边方向相切；

在已经布置了浇注系统的双层叶轮三维模型上布置出气结构和冒口，并在最小吃砂量的前提下通过求差获得双层叶轮的型芯体；

对所述双层叶轮型芯体进行分芯和/或分型，沿双层叶轮轮毂的两个法兰面将所述型芯体分切为三个砂型，分别为上型、下型和中型，同时将双层叶轮的两层叶片分为两个独立的上砂芯、下砂芯，上砂芯、下砂芯是沿双层叶轮轮毂轴对称切分，所述上砂芯、下砂芯用来形成双层叶轮的内腔结构，三个砂型用来形成双层叶轮的外型结构；

组型：将所述下型置于组型平台上，将上砂芯、下砂芯组芯到中型上，并将组芯后的中型组型到下型上，最后将上型扣合到中型上；

对三个砂型间的间隙进行密封和检查，合格后通过紧固结构将组型后的型芯体紧固，并转运到浇注区域进行浇注。

6.如权利要求5所述的双层叶片叶轮的铸造方法，其特征在于：还在所述双层叶轮三维模型上增加叶片补贴，所述叶片补贴用来保障薄壁叶片的厚度达到设计要求，以保证叶片具有一定使用寿命，同时保障叶片的厚度不会过大导致流量不足。

7.如权利要求6所述的双层叶片叶轮的铸造方法，其特征在于：内浇道的进流速度为0.5m/s～1m/s。