CN110756733A - 降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法，通过在叶片的尖端安装一个U字形空腔结构的终端储渣器，终端储渣器的两端分别开设有一个宽滤口和一个窄滤口，中部设置有储渣包，将窄滤口设置在宽滤口的上方，在熔融浇注的过程中，终端储渣器的U字形空腔结构与叶片构成了一个新的合金液流动通道，从而杂质在随合金液流动时可以挣脱最大扭转弦线的粘滞阻力，进而顺利地从下方的宽滤口处被冲刷进储渣包中进行储藏，并且，随着熔融浇注的继续进行，当合金液从窄滤口处进入储渣包时，窄滤口处的压力要大于宽滤口处的压力，从而在储渣包内造成压力差进而产生虹吸效应，有利于加快窄滤口处的杂质加速进入储渣包并挤破合金液中夹杂的气泡。

Description

降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法

技术领域

本发明涉及叶轮精密铸造技术领域，特别地，涉及一种降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法。

背景技术

叶轮具有独特的结构特性：轮毂厚大、叶片薄且扭转角大，在铸造过程中很容易出现欠铸、疏松和晶粒粗大等冶金问题，因此，目前的浇注系统的选择主要是优先于解决冶金、尺寸缺陷，而夹杂缺陷始终难以有效控制。虽然大块杂质容易在浇注前被检测和清理出来，而对于一些各向长度非常微小(小于0.5mm)的杂质(例如渣或气)始终难以得到有效的杜绝，叶轮在铸造过程中的夹杂报废率很高。

发明内容

本发明提供了一种降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法，以解决现有的叶轮铸造过程中存在的夹杂报废率很高的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法，包括以下步骤：

步骤S1：将终端储渣器与叶轮一起压注成蜡质模型，再将蜡质模型与直浇道、浇口杯一同组树，其中，所述终端储渣器为U字形空腔结构且位于叶片的尖端，所述终端储渣器的两端分别开设有一个宽滤口和一个窄滤口，中部设置有储渣包，所述宽滤口和窄滤口均与储渣包连通，所述窄滤口位于宽滤口的上方；

步骤S2：蜡模树组整体制壳、脱蜡；

步骤S3：模壳预烧及清洗；

步骤S4：熔炼浇注。

进一步地，在所述步骤S4中，所述叶片内的合金液面始终与储渣包内的合金液面持平，或者所述叶片内的合金液面始终高于储渣包内的合金液面。

进一步地，所述储渣包的形状为橄榄球形。

进一步地，所述终端储渣器的体积大于叶片叶身总体积的2/3，宽滤口和窄滤口的截面积之和为叶片截面积的1/3～1/2。

进一步地，所述步骤S1还包括以下内容：

在轮毂的底部平面上均匀设置多个径向加强肋并与蜡质模型、直浇道、浇口杯一起组树。

进一步地，所述步骤S1还包括以下内容：

在轮毂的中心柱台处设置一个缓冲套并与蜡质模型、直浇道、加强肋、浇口杯一起组树。

进一步地，还包括以下步骤：

步骤S5：进行清壳切割以去除直浇道、缓冲套、终端储渣器，并利用自动打磨机去除加强肋，从而得到叶轮铸件。

进一步地，所述缓冲套的中间截面直径为轮毂中心柱台直径的1.3～1.5倍。

进一步地，所述缓冲套的形状为椭球形。

进一步地，还包括以下步骤：

步骤S6：对叶轮铸件进行荧光、X光检验。

本发明具有以下有益效果：

本发明降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法，通过在叶片的尖端安装一个U字形空腔结构的终端储渣器，终端储渣器的两端分别开设有一个宽滤口和一个窄滤口，中部设置有储渣包，将窄滤口设置在宽滤口的上方，在熔融浇注的过程中，终端储渣器的U字形空腔结构与叶片构成了一个新的合金液流动通道，从而杂质在随合金液流动时可以挣脱最大扭转弦线的粘滞阻力，进而顺利地从下方的宽滤口处被冲刷进储渣包中进行储藏，并且，随着熔融浇注的继续进行，当合金液从窄滤口处进入储渣包时，窄滤口处的压力要大于宽滤口处的压力，从而在储渣包内造成压力差进而产生虹吸效应，有利于加快窄滤口处的杂质加速进入储渣包并挤破合金液中夹杂的气泡。本发明的降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法，可以大幅度减少甚至消除在熔炼浇注过程中叶片内的杂质，大幅度降低了叶轮的夹杂报废率，从而减少了生产投入批次，缩短了交货期，并且大幅减少了打磨返修数量和强度，减少或消除反复荧光检验次数，提高了叶轮铸件的质量稳定性和一致性，提高了浇注系统工艺裕度和抗风险能力、拓宽工序操作容错率。

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降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法的流程示意图。

图2是本发明优选实施例的图1中的步骤S1中进行组树的结构示意图。

图3是本发明优选实施例的图2中的终端储渣器的主视示意图。

图4是本发明优选实施例的图2中的终端储渣器的侧视示意图。

图5是现有的充型过程中合金液中的杂质分布示意图。

图6是现有的叶轮铸件充型完成后在荧光和X光检测下叶片内的杂质分布示意图。

图7是本发明优选实施例的图1中的步骤S4中合金液从宽滤口处通入储渣包的示意图。

图8是本发明优选实施例的图1中的步骤S4中合金液从窄滤口处通入储渣包的示意图。

图9是现有的充型过程中第一股合金液冲刷型壳内腔时的杂质流动走向示意图。

图10是本发明优选实施例的图1中的步骤S4中第一股合金液冲刷型壳内腔时的杂质流动走向示意图。

图11是本发明优选实施例的图2中的缓冲套的结构示意图。

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。

如图1所示，本发明的第一实施例提供一种降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法，用于在叶轮精密铸造的过程中减少甚至消除停留在叶片内部的杂质，大幅度地降低了叶轮夹杂报废率，减少了生产投入批次，缩短了交货期。所述降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法包括以下步骤：

步骤S1：将终端储渣器与叶轮一起压注成蜡质模型，再将蜡质模型与直浇道、浇口杯一同组树，其中，所述终端储渣器为U字形空腔结构且位于叶片的尖端，所述终端储渣器的两端分别开设有一个宽滤口和一个窄滤口，中部设置有储渣包，所述宽滤口和窄滤口均与储渣包连通，所述窄滤口位于宽滤口的上方；

步骤S2：蜡模树组整体制壳、脱蜡；

步骤S3：模壳预烧及清洗；

步骤S4：熔炼浇注。

可以理解，在所述步骤S1中，如图2所示，通过模具先将终端储渣器3与叶轮4一同压注成蜡质模型，每个叶片42上对应有一个终端储渣器3，所述终端储渣器3位于叶片42的尖端，然后再将终端储渣器3与叶轮4构成的蜡质模型与直浇道2、浇口杯1一同组树，采用顶注式直浇道系统可以保证叶片42充型快速完整，轮毂41的厚大处补缩顺畅充分。其中，如图3和图4所示，所述终端储渣器3整体呈U字形空腔结构，其两端分别开设有一个宽滤口31和一个窄滤口32，窄滤口32的截面积小于宽滤口31的截面积，其中部设置有一个储渣包33，用于存储浇注过程中合金液中夹杂的杂质，例如非金属夹渣、紊流卷入气泡、合金熔渣或氧化膜等，所述宽滤口31和窄滤口32均与储渣包33连通，且窄滤口32位于宽滤口31的上方，在后续进行合金液浇注时，熔融的合金液先从宽滤口31处流通至储渣包33内进行储藏，随着叶轮42内合金液面的上升，杂质再从窄滤口32处流通至储渣包33内进行储藏。另外，作为优选的，所述终端储渣包3的窗口高度h需大于5mm，以便于制壳型壳和干燥，且整体圆角过渡，表面圆润平顺以便于制壳沾浆工艺的实施。

可以理解，在所述步骤S2中，在步骤S1中组树完成之后，将树组按照常规制壳工艺进行整体制壳及脱蜡，脱蜡后形成叶轮叶片与终端储渣器连为一体的空腔陶瓷模壳，其中，整体制壳及脱蜡工艺属于现有的制壳工艺，具体内容在此不再阐述。

可以理解，在所述步骤S3中，对脱蜡后形成的空腔陶瓷模壳进行预烧，预烧工艺属于现有技术，具体内容在此不再赘述。预烧完成之后，用清水清洗陶瓷模壳内部，陶瓷模壳内部的微小粉尘灰被冲刷至终端出渣器内储藏，大幅度清除了粉尘杂质，防止其在后续的浇注过程中夹杂在合金液中。

可以理解，在所述步骤S4中，将熔融的合金液从浇口杯1处通入以对空腔陶瓷模壳进行充型。从浇口杯1处浇入的熔融合金液会对陶瓷模壳的内腔进行强烈冲刷，陶瓷模壳内表面上的微小粉尘粘附在合金液外表面，同时合金液触底飞溅会导致液流充型紊乱产生卷气，而且在合金熔炼过程中无法确保熔渣被完全消除，因此，在充型过程中，熔融合金液中裹挟的夹杂物有非金属夹渣、紊流卷入气泡、合金熔渣、氧化膜等，并且由于夹杂物的密度比合金液小，夹杂物通常都位于充型液流的上表面和前端。如图5所示，其中，图5中的圆圈表示气泡，三角形表示壳渣、熔渣等，在现有的叶轮精密铸造过程中，上述夹杂物随合金液流通至叶片42的最大扭转弦线处(如图5中的虚线所示)时阻力增大、流速降低、动能减小，一部分的夹杂物停留在叶片42的最大扭转弦线附近，一部分夹杂物继续随合金液向叶片42的尖端流动，待叶片42的尖端充满合金液后流速降为零，夹杂物随即停止移位最终停滞在叶身，即叶片42的中部。如图6所示，在经过荧光和X光检测结果统计，夹杂物最多集中在叶片42的中部，即最大扭转弦线附近，叶根区域最少，叶尖区域居中。

而在本优选实施例的步骤S4中，由于步骤S1中在叶轮42的尖端处安装有终端储渣器3，如图7所示，合金液在充型至叶片42的尖端后会通过宽滤口31继续向储渣包33流动，宽滤口31的收紧处首先对合金液进行第一次过滤，部分杂质被吸附在宽滤口31的内壁上，然后合金液继续冲刷至储渣包33中，微小的夹杂物被带入到储渣包33中进行储藏。此时，叶片42中尚未充满熔融合金液，大部分的杂质被冲进储渣包33中，只有少部分的杂质还夹杂在合金液中，由于终端储渣包3与叶片42构成了合金液流动的新通道，这部分残留的杂质会随合金液流向叶片42的尖端而继续漂移，从而挣脱最大扭转弦线的粘滞阻力，并悬浮于合金液上表面。如图8所示，继续进行浇注，熔融合金液逐渐充满叶片42，叶片42内的合金液面会高于窄滤口32，此时，杂质通过窄滤口32进入储渣包33内进行储藏，此时的杂质既包括了继续浇注所带来的杂质和之前悬浮于合金液上表面的杂质。由于窄滤口32的截面积要小于宽滤口31的截面积，因此，窄滤口32处的压力要大于宽滤口31处的压力，从而在储渣包33内造成压力差进而产生虹吸效应，有利于加快窄滤口32处的杂质加速进入储渣包33并挤破合金液中夹杂的气泡。可以通过调节宽滤口31和窄滤口32的尺寸来控制叶片42的充型速度，作为优选的，所述宽滤口31和窄滤口32的截面积之和为叶片42的截面积的1/3～1/2，终端储渣器3的整体体积大于叶片42的叶身的总体积的2/3，从而实现叶片42先充型完成后储渣器33随即完成充型的状态，此时不再有新的杂质进入到叶片42中。在本优选实施例中，所述终端储渣器3的U形结构尤为关键，其与叶片42共同构筑了一个熔融合金液流动的新通道，以使杂质在随合金液流动时可以挣脱最大扭转弦线的粘滞阻力，从而顺利地被冲刷进储渣包33中进行储藏，并且宽滤口31和窄滤口32的结构配合可以实现在浇注过程中合金液始终保持单向流动，即向储渣包33的方向单向流动，有利于推动各种类型的杂质聚集和集中贮藏。

在本优选实施例中，本发明的降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法，通过在叶片42的尖端安装一个U字形空腔结构的终端储渣器3，终端储渣器3的两端分别开设有一个宽滤口31和一个窄滤口32，中部设置有储渣包33，将窄滤口32设置在宽滤口31的上方，在熔融浇注的过程中，终端储渣器3的U字形空腔结构与叶片42构成了一个新的合金液流动通道，从而杂质在随合金液流动时可以挣脱最大扭转弦线的粘滞阻力，进而顺利地从下方的宽滤口31处被冲刷进储渣包33中进行储藏，并且，随着熔融浇注的继续进行，当合金液从窄滤口32处进入储渣包时，窄滤口32处的压力要大于宽滤口31处的压力，从而在储渣包33内造成压力差进而产生虹吸效应，有利于加快窄滤口32处的杂质加速进入储渣包33并挤破合金液中夹杂的气泡。本发明的降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法，可以大幅度减少甚至消除在熔炼浇注过程中叶片42内的杂质，大幅度降低了叶轮42的夹杂报废率，从而减少了生产投入批次，缩短了交货期，并且大幅减少了打磨返修数量和强度，减少或消除反复荧光检验次数，提高了叶轮铸件的质量稳定性和一致性，提高了浇注系统工艺裕度和抗风险能力、拓宽工序操作容错率。

可以理解，所述储渣包33的形状为橄榄球形，此时合金液从宽滤口31流通至储渣包33时，由于橄榄球形结构的容积突然放大使得叶片42中的合金液面始终与储渣包33中的合金液面持平，或者叶片42中的合金液面始终略高出储渣包33中的合金液面，从而确保合金液在充型过程中始终保持单相流动，即保持从宽滤口31向储渣包33单向流动，为合金液冲刷和排出杂质提供了持续的动力，更加有助于杂质挣脱最大扭转弦线的粘滞阻力，从而顺利地被冲刷至储渣包33内。可以理解，所述储渣包33的形状也可以是其它形状，只需要保证在熔炼浇注过程中叶片42中的合金液面始终与储渣包33中的合金液面持平，或者叶片42中的合金液面始终略高出储渣包33中的合金液面即可。

可以理解，如图1和图2所示，所述步骤S1还包括以下内容：

在轮毂的底部平面上均匀设置多个径向加强肋并与蜡质模型、直浇道、浇口杯一起组树。

可以理解，由于轮毂41底部的小平面在制壳过程中浆料覆盖不均匀、淋砂堆积导致不致密，从而导致面层强度不足，因此制出来的模壳在高温高压脱蜡时或者在浇注熔融合金时强大冲击之下会产生微裂纹，从而给叶轮铸件带来陶瓷壳非金属夹杂。在本实施例中，通过在轮毂41的底部平面上均匀布设多个径向加强肋5从而将轮毂41的底部平面均匀分隔成多个小区域，有助于沾浆过程中多余浆料的引流滴落，使得浆料均匀覆盖，减轻淋砂时砂砾的堆积，面层强度得到加强，避免在脱蜡和浇注过程产生模壳微裂纹进而引发夹杂缺陷。作为优选的，所述加强肋5的数量为4个，每隔90°间隔设置。可以理解，所述加强肋5的形状为长方体，且四角倒圆，厚度为4mm～6mm，宽度为6mm～8mm，长度可以根据实际情况设定，只需满足不与轮毂41的其它型面相交即可。

可以理解，作为优选的，所述步骤S1还包括以下内容：

在轮毂的中心柱台处设置一个缓冲套并与蜡质模型、直浇道、加强肋、浇口杯一起组树。

可以理解，如图9所示，在熔炼浇注过程中，熔融合金液从浇口杯1处浇下时会强烈地冲刷型壳的内腔，型壳的内表面上的微粉会粘附在合金液外表面，并且合金液触底飞溅导致液流充型紊乱产生卷气。在本实施例中，通过在轮毂41的中心柱台处设置一个缓冲套6，如图10所示，第一股合金液在通过中心柱台后进入缓冲套6内后向球体的鼓肚方向流动，通常第一股合金液所夹杂的杂质是最多的，粘附在合金液前端的熔渣和陶瓷壳微粉也会顺势被推至鼓肚内壁上粘挂住，不再随着后续合金液上浮，同时减轻合金液触底反向飞溅作用力，进而降低卷气发生率。所述缓冲套6的形状为椭球形，其鼓肚方向的尺寸较大，以便于容纳更多的熔渣和陶瓷壳微粉。另外，如图11所示，作为优选的，所述缓冲套6的中间截面直径为轮毂41的中心柱台直径的1.3～1.5倍，以确保第一股合金液在通过中心柱台后进入缓冲套6内后大部分向球体的鼓肚方向流动，大幅度减少甚至杜绝出现合金液触底反弹现象。

在本实施例中，加强肋5的设置可以大幅度减少在脱蜡和浇注过程中产生的模壳微裂纹，减少了杂质的来源，再结合缓冲套6的设置可以将第一股合金液中夹杂的大部分杂质吸附在缓冲套6的鼓肚内壁上，并且降低了卷气发生率，最后再结合终端储渣包3对杂质进行聚集和储藏，三者协同配合，从而可以大幅度减少甚至消除叶片42内的夹杂缺陷，降低了叶轮精密铸造夹杂报废率。

可以理解，作为优选的，所述降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法还包括以下步骤：

步骤S5：进行清壳切割以去除直浇道、缓冲套、终端储渣器，并利用自动打磨机去除加强肋，从而得到叶轮铸件。

可以理解，在熔炼浇注充型完成之后，对合金树组进行清壳切割以切除直浇道2、缓冲套6、终端储渣器3，同时利用自动打磨机去除加强肋5即可，后续加工工艺十分简单，终端储渣器3、加强肋5和缓冲套6的设置也不会对叶片42的冶金质量和尺寸造成影响。

可以理解，作为优选的，所述降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法还包括以下步骤：

步骤S6：对叶轮铸件进行荧光、X光检验。

以上所述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)

1.一种降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法，其特征在于，

包括以下步骤：

步骤S1：将终端储渣器与叶轮一起压注成蜡质模型，再将蜡质模型与直浇道、浇口杯一同组树，其中，所述终端储渣器为U字形空腔结构且位于叶片的尖端，所述终端储渣器的两端分别开设有一个宽滤口和一个窄滤口，中部设置有储渣包，所述宽滤口和窄滤口均与储渣包连通，所述窄滤口位于宽滤口的上方；

步骤S2：蜡模树组整体制壳、脱蜡；

步骤S3：模壳预烧及清洗；

步骤S4：熔炼浇注。

2.如权利要求1所述的降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法，其特征在于，

在所述步骤S4中，所述叶片内的合金液面始终与储渣包内的合金液面持平，或者所述叶片内的合金液面始终高于储渣包内的合金液面。

3.如权利要求2所述的降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法，其特征在于，

所述储渣包的形状为橄榄球形。

4.如权利要求1所述的降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法，其特征在于，

所述终端储渣器的体积大于叶片叶身总体积的2/3，宽滤口和窄滤口的截面积之和为叶片截面积的1/3～1/2。

5.如权利要求1所述的降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法，其特征在于，

所述步骤S1还包括以下内容：

在轮毂的底部平面上均匀设置多个径向加强肋并与蜡质模型、直浇道、浇口杯一起组树。

6.如权利要求5所述的降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法，其特征在于，

所述步骤S1还包括以下内容：

在轮毂的中心柱台处设置一个缓冲套并与蜡质模型、直浇道、加强肋、浇口杯一起组树。

7.如权利要求6所述的降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法，其特征在于，

还包括以下步骤：

步骤S5：进行清壳切割以去除直浇道、缓冲套、终端储渣器，并利用自动打磨机去除加强肋，从而得到叶轮铸件。

8.如权利要求6所述的降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法，其特征在于，

所述缓冲套的中间截面直径为轮毂中心柱台直径的1.3～1.5倍。

9.如权利要求6所述的降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法，其特征在于，

所述缓冲套的形状为椭球形。

10.如权利要求7所述的降低叶轮精密铸造夹杂报废率的方法，其特征在于，

还包括以下步骤：

步骤S6：对叶轮铸件进行荧光、X光检验。

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