CN109719258A - 涡轮导向器的类底注式浇注系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涡轮导向器的类底注式浇注系统，包括主浇道、内环浇道、叶片浇道以及外环浇道，主浇道与内环浇道的顶端连通，叶片浇道沿内环浇道的径向连通至内环浇道的底部，外环浇道设于内环浇道的外围，内环浇道通过叶片浇道与外环浇道连通，类底注式浇注系统还包括多功能集渣环浇道，多功能集渣环浇道设于内环浇道的底端并与内环浇道连通。本发明还公开了一种涡轮导向器的类底注式浇注方法。本发明的技术方案，在对发动机动力涡轮导向器进行浇注加工时，不仅减少了夹杂缺陷，有效降低了卷入气泡的产生和发生欠铸冷隔的风险。
Description
技术领域
本发明涉及精密铸造技术领域，特别地，涉及一种涡轮导向器的类底注式浇注系统。本发明还涉及一种涡轮导向器的类底注式浇注方法。
背景技术
精密铸造是用精密的造型方法获得精确铸件工艺的总称。包括：熔模铸造、陶瓷型铸造、金属型铸造、压力铸造以及消失模铸造。精密铸造浇注系统包括顶注式浇注系统和底注式浇注系统，顶注式浇注系统的优点是：结构简单，金属易于充满型腔，有利于形成自下而上顺序凝固发挥冒口补缩作用；缺点是金属液对型壳冲击大造成冲沙；浇注过程金属液容易飞溅和翻滚卷气，不利于浮渣排气，容易引发冷豆、夹杂和气孔缺陷。底注式浇注系统虽然不利于顺序凝固，但充型平稳，对型壳冲击力小，有利于渣、气的上浮，减少了夹杂缺陷。
现有的发动机涡轮导向器排气边侧厚度小，进气边侧厚度大，排气边最薄处的厚度只有0.5毫米。目前的工艺，为了有利于构造顺序凝固温度场，防止发动机涡轮导向器的排气边欠铸，采用排气边朝下进气边朝上通过顶注式浇注系统快速浇注充型，但是，这种浇注方式夹杂缺陷风险大，发动机涡轮导向器的反重力方向上容易出现气孔、非金属夹杂、金属夹杂等多种类型的夹杂，零件批次间质量差异大时好时坏，轻者可以通过人工打磨进行修复，但打磨效率低，一致性差；严重时呈满天星状，最终因缺陷数量及分布超标而报废。
发明内容
本发明提供了一种涡轮导向器的类底注式浇注系统，以解决现有的铸造涡轮导向器时，夹杂缺陷风险大，零件的反重力方向上容易出现气孔、非金属夹杂、金属夹杂等多种类型的夹杂，零件批次间质量差异大时好时坏的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下：
一种涡轮导向器的类底注式浇注系统，包括主浇道、内环浇道、叶片浇道以及外环浇道，主浇道与内环浇道的顶端连通，叶片浇道沿内环浇道的径向连通至内环浇道的底部，外环浇道设于内环浇道的外围，内环浇道通过叶片浇道与外环浇道连通，类底注式浇注系统还包括多功能集渣环浇道，多功能集渣环浇道设于内环浇道的底端并与内环浇道连通。
进一步地，多功能集渣环浇道包括凸台浇道和环形支撑板浇道，凸台浇道的顶端垂直连通至内环浇道的底端，凸台浇道的底端垂直连通至环形支撑板浇道。
进一步地，叶片浇道包括空心叶片浇道和实心叶片浇道，实心叶片浇道的数量为多个，实心叶片浇道沿内环浇道的周向排布，空心叶片浇道的数量为多个，空心叶片浇道沿内环浇道的周向间隔排布，空心叶片浇道与至少一个实心叶片浇道相间排布。
进一步地，实心叶片浇道的底端的内径为0.4毫米至0.7毫米。
进一步地，主浇道包括浇口浇道和辅助浇道，辅助浇道的第一端与浇口浇道连通，辅助浇道的第二端与内环浇道的顶端连通，辅助浇道的数量为多个，辅助浇道沿内环浇道的周向均匀间隔排布。
进一步地，类底注式浇注系统由涡轮导向器蜡模与多功能集渣环蜡模垂直连接制成型壳加工后生成，其中，涡轮导向器蜡模包括用于生成空心叶片浇道的空心叶片蜡模、用于生成实心叶片浇道的实心叶片蜡模、用于生成内环浇道的内环蜡模以及用于生成外环浇道的外环蜡模，空心叶片蜡模和实心叶片蜡模设于内环蜡模和外环蜡模之间，实心叶片蜡模的数量为多个，空心叶片蜡模的数量为多个，空心叶片蜡模沿内环蜡模的周向与至少一个实心蜡模相间排布；多功能集渣环蜡模包括同轴布设的环形延伸支板以及环形凸台，环形凸台凸设于环形延伸支板的上表面设置，环形凸台的周向外侧壁与环形延伸支板的周向外侧壁平齐设置。
进一步地，环形凸台的内侧面与环形延伸支板的上表面通过倒圆角连接。
进一步地，环形延伸支板内陷形成导流通槽结构，导流通槽结构从环形延伸支板的中心处延伸至环形凸台的内侧壁在环形延伸支板上的竖直方向上的投影线上。
进一步地，空心叶片蜡模的数量为三个，导流通槽结构为楔形导流通槽结构，楔形导流通槽结构的数量为三个，楔形导流通槽结构与空心叶片蜡模对应地设置。
本发明还提供一种涡轮导向器的类底注式浇注方法，用于上述的涡轮导向器的类底注式浇注系统，包括如下步骤：
S101，将熔融金属液从内环浇道的顶端注入；
S102，熔融金属液流中的第一股溶液流经内环浇道后注入多功能集渣环浇道中贮存；
S103，多功能集渣环浇道注满后，熔融金属液流中剩余的溶液经叶片浇道流入外环浇道中进行充注。
本发明具有以下有益效果：
本发明的涡轮导向器的类底注式浇注系统，通过设置主浇道、内环浇道、多功能集渣环浇道、叶片浇道以及外环浇道，主浇道与内环浇道的顶端连通，叶片浇道沿内环浇道的径向连通至内环浇道的底部，外环浇道设于内环浇道的外围，内环浇道通过叶片浇道与外环浇道连通，在浇注过程中，不仅将高温熔融金属液以顶注式方式流入内环浇道，而且使高温熔融金属液通过叶片浇道以底注式的方式充型外环浇道，形成类底注式浇注系统，不仅浇注充型快、易于形成顺序凝固温度场，而且对外环浇道的型壳冲力力度小，减少了夹杂缺陷；并且由于设置了多功能集渣环浇道设于内环浇道的底端并与内环浇道连通，在浇注时，第一股金属液从炉体中卷入的炉渣以及从模壳壁上冲刷下来的壳渣在多功能集渣环浇道的导引下被冲注进入多功能集渣环浇道中贮藏，确保后续洁净金属液从内环的洁净通道向叶片浇道和外环浇道充注，大大减少微小金属、非金属夹杂物在模壳中的黏附和扩散，并且，在浇注时多功能集渣环浇道对金属液的流动起到缓冲作用，将持续的金属液流体从紊流态充注转变为层流态稳定充注且对浇注速度没有显著影响，有效降低了卷入气泡的产生和发生欠铸冷隔的风险。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的涡轮导向器的类底注式浇注系统的结构示意图；
图2是本发明优选实施例的涡轮导向器蜡模与多功能集渣环蜡模组合的结构示意图；
图3是本发明优选实施例的多功能集渣环蜡模的结构示意图；
图4是本发明优选实施例的多功能集渣环蜡模的主视图；
图5是本发明优选实施例的A-A处的剖视图；
图6是本发明优选实施例的涡轮导向器的类底注式浇注方法的流程示意图。
图例说明：
100、涡轮导向器的类底注式浇注系统；10、主浇道；11、浇口浇道；12、辅助浇道；20、内环浇道；30、多功能集渣环浇道；31、凸台浇道；32、环形支撑板浇道；40、叶片浇道；41、实心叶片浇道；42、空心叶片浇道；50、外环浇道；60、多功能集渣环蜡模；61、环形延伸支板；611、楔形导流通槽结构；62、环形凸台；70、涡轮导向器蜡模。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1是本发明优选实施例的涡轮导向器的类底注式浇注系统的结构示意图；图2是本发明优选实施例的涡轮导向器蜡模与多功能集渣环蜡模组合的结构示意图；图3是本发明优选实施例的多功能集渣环蜡模的结构示意图；图4是本发明优选实施例的多功能集渣环蜡模的主视图；图5是本发明优选实施例的A-A处的剖视图；图6是本发明优选实施例的涡轮导向器的类底注式浇注方法的流程示意图。
如图1、图2、图3、图4以及图5所示，本实施例的涡轮导向器的类底注式浇注系统100，包括主浇道10、内环浇道20、叶片浇道40以及外环浇道50，主浇道10与内环浇道20的顶端连通，叶片浇道40沿内环浇道20的径向连通至内环浇道20的底部，外环浇道50设于内环浇道20的外围，内环浇道20通过叶片浇道40与外环浇道50连通，类底注式浇注系统还包括多功能集渣环浇道30，多功能集渣环浇道30设于内环浇道20的底端并与内环浇道20连通。
本发明的涡轮导向器的类底注式浇注系统100，通过设置主浇道10、内环浇道20、多功能集渣环浇道30、叶片浇道40以及外环浇道50，主浇道10与内环浇道20的顶端连通，叶片浇道40沿内环浇道20的径向连通至内环浇道20的底部，外环浇道50设于内环浇道20的外围，内环浇道20通过叶片浇道40与外环浇道50连通，在浇注过程中，不仅将高温熔融金属液以顶注式方式流入内环浇道20，而且使高温熔融金属液通过叶片浇道40以底注式的方式充型外环浇道50，形成类底注式浇注系统，不仅浇注充型快、易于形成顺序凝固温度场，而且对外环浇道50的型壳冲力力度小，减少了夹杂缺陷；并且由于设置了多功能集渣环浇道30设于内环浇道20的底端并与内环浇道20连通，在浇注时，第一股金属液从炉体中卷入的炉渣以及从模壳壁上冲刷下来的壳渣在多功能集渣环浇道30的导引下被冲注进入多功能集渣环浇道30中贮藏，确保后续洁净金属液从内环的洁净通道向叶片浇道40和外环浇道50充注，大大减少微小金属、非金属夹杂物在模壳中的黏附和扩散，并且，在浇注时多功能集渣环浇道40对金属液的流动起到缓冲作用，将持续的金属液流体从紊流态充注转变为层流态稳定充注且对浇注速度没有显著影响，有效降低了卷入气泡的产生和发生欠铸冷隔的风险。
可以理解地，在本发明的技术方案中，多功能集渣环浇道30与内环浇道20同轴布设，内环浇道20采用金属液顶注式浇注的方式，外环浇道50采用金属液经过叶片浇道40底注式浇注的方式，形成本发明的类底注式浇注系统。涡轮导向器包括空心叶片、实心叶片、内环和外环，外环设于内环的外围，外环与内环同轴布设，空心叶片和实心叶片分别设于内环的底端的周向侧壁上，空心叶片的一端与内环连接，空心叶片的另一度与外环连接，实心叶片的一端与内环连接，实心叶片的另一度与外环连接，通过熔融金属液浇注后，内环浇道20冷却形成内环，外环浇道50冷却形成外环，叶片浇道40冷却形成空心叶片和实心叶片，其中，实心叶片底端的排气边的最薄处可以是0.4至0.7mm，多功能集渣环浇道30冷却后形成集渣金属环，在浇注完成后切除集渣金属环即可。浇注过程中，熔融金属液依次流经内环浇道20、多功能集渣环浇道30、叶片浇道40、外环浇道50进行充注。
具体地，实心叶片的数量为多个，多个实心叶片沿内环的周向设置，空心叶片的数量为三个，每个空心叶片沿内环的周向与至少一个实心叶片相间排布。
进一步地，多功能集渣环浇道30包括凸台浇道31和环形支撑板浇道32，凸台浇道31的顶端垂直连通至内环浇道20的底端，凸台浇道31的底端垂直连通至环形支撑板浇道32。可以理解地，在本实施例中，凸台浇道31和环形支撑板浇道32同轴布设，通过设置凸台浇道31环形支撑板浇道32垂直连通，不仅可以顺利使首次冲击过内环浇道20内表面的第一股熔融金属液流经内环浇道20后顺利流入环形浇道进行贮藏，减少微小金属、非金属夹杂物在模壳中的黏附和扩散；而且可以将持续的金属液流体从紊流态充注转变为层流态稳定充注，有效降低了卷入气泡的产生和发生欠铸冷隔的风险，采用类底注式浇注系统设置凸台浇道31还易于获得稳定和一致的粘接质量，后期只要以金属凸台为基准用线切割的方式予以精准切除即可。
进一步地，叶片浇道40包括空心叶片浇道42和实心叶片浇道41，实心叶片浇道41的数量为多个，多个实心叶片浇道41沿内环浇道20的周向排布，空心叶片浇道42的数量为多个，空心叶片浇道42沿内环浇道20的周向间隔排布，空心叶片浇道42与至少一个实心叶片浇道41相间排布。
更优地，空心叶片浇道42的数量为三个，每个空心叶片浇道42沿内环浇道20的周向与至少一个实心叶片浇道41相间排布。
进一步地，实心叶片浇道41的底端的内径为0.4毫米至0.7毫米。可以理解地，实心叶片浇道41的底端的内可以为0.4毫米，也可以是0.5毫米或0.7毫米等其他厚度。
进一步地，主浇道10包括浇口浇道11和辅助浇道12，辅助浇道12的第一端与浇口浇道11连通，辅助浇道12的第二端与内环浇道20的顶端连通，辅助浇道12的数量为多个，多个辅助浇道12沿内环浇道20周向间隔均匀布设。可以理解地，辅助浇道12的数量可以是两个，也可以是四个等其他数量。具体地，在浇注时，可以通过将熔融金属液从浇口浇道11浇入辅助浇道12后流入内环浇道20中，通过设置多个辅助浇道12辅助浇道12沿内环浇道20周向间隔均匀布设，有利与熔融金属液快速、均匀流入内环浇道20内，实现快速充型。
可以理解地，精密铸造工艺流程一般包括压蜡、制壳、浇注、后处理、检验等程序。压蜡包括制作腊模、修蜡、修正、组树等工艺；制壳包括挂沙、挂浆、风干等工艺；浇注包括焙烧、化性分析、浇注、震壳、切浇口、磨浇口等工艺；后处理包括喷砂、抛丸、修正、酸洗等工艺；检验包括蜡检、初检、中检、成品检等工艺。具体地，在本实施例中，涡轮导向器的类底注式浇注系统100由涡轮导向器蜡模70与多功能集渣环蜡模60垂直连接制成型壳加工后生成。
请再次参考图2、图3、图4及图5，本发明的涡轮导向器的类底注式浇注系统100由涡轮导向器蜡模70与多功能集渣环蜡模60垂直连接制成型壳加工后生成，涡轮导向器蜡模70包括用于生成空心叶片浇道42的空心叶片蜡模、用于生成实心叶片浇道41的实心叶片蜡模、用于生成内环浇道20的内环蜡模以及用于生成外环浇道50的外环蜡模，空心叶片蜡模和实心叶片蜡模设于内环蜡模和外环蜡模之间，实心叶片蜡模的数量为多个，空心叶片蜡模的数量为多个，空心叶片蜡模沿内环蜡模的周向与至少一个实心蜡模相间排布，多功能集渣环蜡模60包括同轴布设的环形延伸支板61以及环形凸台62，环形凸台62凸设于环形延伸支板61的上表面设置，环形凸台62的周向外侧壁与环形延伸支板61的周向外侧壁平齐设置。可以理解地，在具体设置时，通过多功能集渣环蜡模60的环形凸台62和涡轮导向器蜡模70贴合粘接，不仅在组合蜡模制备型壳时降低了操作难度，而且，易于获得稳定和一致的粘接质量，在浇注后以金属凸台为基准用线切割的方式予以精准切除即可。
可以理解地，空心叶片蜡模可以沿内环蜡模的周向均匀间隔布设，也可以是轴向不均匀间隔布设。更优地，空心叶片蜡模的数量为三个，空心叶片蜡模沿内环蜡模的周向与至少一个实心蜡模相间排布。
进一步地，环形凸台62的内侧面与环形延伸支板61的上表面通过倒圆角连接。有利于在制备型壳过程中浮沙处理获得均匀紧致的面层，在降低夹杂风险的同时可以降低铸件凝固冷却过程中因应力集中而导致的裂纹倾向。
进一步地，环形延伸支板61内陷形成有导流通槽结构，导流通槽结构从环形延伸支板61的中心处延伸至环形凸台62的内侧壁在环形延伸支板61上的竖直方向上的投影线上。导流通槽结构用于型壳制备过程中将从空心叶片流入的浆料顺利导出，以免在环形延伸支板61上形成浆料堆积，影响层间粘合力，同时可以改善内环与浆料干燥环境确，保型壳湿强度。
进一步地，空心叶片蜡模的数量为三个，导流通槽结构为楔形导流通槽结构611，楔形导流通槽结构611的数量为三个，楔形导流通槽结构611与空心叶片蜡模对应地设置。可以理解地，本发明浇注制备的涡轮导向器包括多个实心叶片以及三个空心叶片，每个空心叶片沿内环的周向与至少一个实心叶片相间排布，不仅可以在型壳的制备过程中精准地将型壳制备过程中将从空心叶片流入的浆料顺利导出，而且，由于楔形导流通槽结构611的边为弧形，在熔融金属液浇注时，熔融金属液沿着弧形边流动进行贮藏，防止熔融金属液贮藏时与导流通槽结构的侧壁冲击力过大，产生逆向流动，从而减小了夹杂风险。
请参考图6，本发明还提供一种涡轮导向器的类底注式浇注方法，用于上述的涡轮导向器的类底注式浇注系统100，包括如下步骤：
S101，将熔融金属液从内环浇道20的顶端注入；
S102，熔融金属液流中的第一股溶液流经内环浇道20后注入多功能集渣环浇道30中贮存；
S103，多功能集渣环浇道30注满后，熔融金属液流中剩余的溶液经叶片浇道40流入外环浇道50中进行充注。
进一步地，在步骤S101之前，利用蜡模制成型壳，具体地，将集渣环蜡模60的环形凸台62与涡轮导向器蜡模70的内环蜡模粘接，粘接时将每个楔形导流通槽结构611正对涡轮导向器蜡模70的空心叶片蜡模，然后利用挂沙、挂浆、风干等工艺制成所需型壳。
进一步地，在步骤S103之后，浇注完成冷却后以金属凸台为基准切除金属集渣环。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种涡轮导向器的类底注式浇注系统，
包括主浇道(10)、内环浇道(20)、叶片浇道(40)以及外环浇道(50)，
所述主浇道(10)与所述内环浇道(20)的顶端连通，所述叶片浇道(40)沿所述内环浇道(20)的径向连通至所述内环浇道(20)的底部，所述外环浇道(50)设于所述内环浇道(20)的外围，所述内环浇道(20)通过所述叶片浇道(40)与所述外环浇道(50)连通，
其特征在于，
所述类底注式浇注系统还包括多功能集渣环浇道(30)，所述多功能集渣环浇道(30)设于所述内环浇道(20)的底端并与所述内环浇道(20)连通。
2.根据权利要求1所述的涡轮导向器的类底注式浇注系统，其特征在于，
所述多功能集渣环浇道(30)包括凸台浇道(31)和环形支撑板浇道(32)，所述凸台浇道(31)的顶端垂直连通至所述内环浇道(20)的底端，所述凸台浇道(31)的底端垂直连通至所述环形支撑板浇道(32)。
3.根据权利要求2所述的涡轮导向器的类底注式浇注系统，其特征在于，
所述叶片浇道(40)包括空心叶片浇道(42)和实心叶片浇道(41)，所述实心叶片浇道(41)的数量为多个，所述实心叶片浇道(41)沿所述内环浇道(20)的周向排布，
所述空心叶片浇道(42)的数量为多个，所述空心叶片浇道(42)沿所述内环浇道(20)的周向间隔排布，所述空心叶片浇道(42)与至少一个所述实心叶片浇道(41)相间排布。
4.根据权利要求3所述的涡轮导向器的类底注式浇注系统，其特征在于，
所述实心叶片浇道(41)的底端的内径为0.4毫米至0.7毫米。
5.根据权利要求4所述的涡轮导向器的类底注式浇注系统，其特征在于，
所述主浇道(10)包括浇口浇道(11)和辅助浇道(12)，所述辅助浇道(12)的第一端与所述浇口浇道(11)连通，所述辅助浇道(12)的第二端与所述内环浇道(20)的顶端连通，
所述辅助浇道(12)的数量为多个，所述辅助浇道(12)沿所述内环浇道(20)的周向均匀间隔排布。
6.根据权利要求3至5任一项所述的涡轮导向器的类底注式浇注系统，其特征在于，
类底注式浇注系统由涡轮导向器蜡模(70)与多功能集渣环蜡模(60)垂直连接制成型壳加工后生成，其中，
所述涡轮导向器蜡模(70)包括用于生成空心叶片浇道的空心叶片蜡模、用于生成实心叶片浇道的实心叶片蜡模、用于生成内环浇道的内环蜡模以及用于生成外环浇道的外环蜡模，所述空心叶片蜡模和所述实心叶片蜡模设于所述内环蜡模和所述外环蜡模之间，所述实心叶片蜡模的数量为多个，所述空心叶片蜡模的数量为多个，所述空心叶片蜡模沿所述内环蜡模的周向与至少一个所述实心蜡模相间排布；
所述多功能集渣环蜡模(60)包括同轴布设的环形延伸支板(61)以及环形凸台(62)，所述环形凸台(62)凸设于所述环形延伸支板(61)的上表面设置，所述环形凸台(62)的周向外侧壁与所述环形延伸支板(61)的周向外侧壁平齐设置。
7.根据权利要求6所述的涡轮导向器的类底注式浇注系统，其特征在于，
所述环形凸台(62)的内侧面与所述环形延伸支板(61)的上表面通过倒圆角连接。
8.根据权利要求7所述的涡轮导向器的类底注式浇注系统，其特征在于，
所述环形延伸支板(61)内陷形成导流通槽结构，所述导流通槽结构从所述环形延伸支板(61)的中心处延伸至所述环形凸台(62)的内侧壁在所述环形延伸支板(61)上的竖直方向上的投影线上。
9.根据权利要求8所述的涡轮导向器的类底注式浇注系统，其特征在于，
所述空心叶片蜡模的数量为三个，
所述导流通槽结构为楔形导流通槽结构(61)，所述楔形导流通槽结构(61)的数量为三个，所述楔形导流通槽结构(61)与所述空心叶片蜡模对应地设置。
10.一种涡轮导向器的类底注式浇注方法，用于如权利要求1至9任一项所述的涡轮导向器的类底注式浇注系统(100)，其特征在于，包括如下步骤：
S101，将熔融金属液从内环浇道(20)的顶端注入；
S102，所述熔融金属液流中的第一股溶液流经内环浇道(20)后注入多功能集渣环浇道(30)中贮存；
S103，所述多功能集渣环浇道(30)注满后，所述熔融金属液流中剩余的溶液经叶片浇道(40)流入外环浇道(50)中进行充注。
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