CN114985681B - 一种螺旋转子铸造方法及加工装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种螺旋转子铸造方法，所述螺旋转子包括螺旋部和轴部，所述轴部设于所述螺旋部的两端，将螺旋转子的螺旋部拆分为多段子螺旋部，针对每段子螺旋部分别设置对应的模芯，至少一个所述模芯的一端设有基准圆饼，所述基准圆饼的轴心与所述子螺旋部的轴心重合。由此，本发明的螺旋转子铸造方法可以控制螺旋体冷却过程中的收缩量，解决了螺旋体铸造过程中热胀冷缩不均匀导致部分位置加工余量不足的问题。本发明还公开了一种螺旋转子的加工装置。

Description

一种螺旋转子铸造方法及加工装置

技术领域

本发明涉及一种压缩机转子铸造成型方法，尤其指一种适用于制造压缩机螺旋转子铸造成型的方法及加工装置。

背景技术

螺旋转子是目前压缩机最为广泛应用的转子类型之一，螺旋转子的加工工艺关系到压缩机的能耗、寿命以及成本等。

目前市面上的螺旋转子主要制造方法是利用金属圆柱坯料加工，螺旋转子两端的安装轴部分使用车削加工，螺旋转子中间的螺旋部分使用铣刀铣削或者砂轮磨削的加工方法。

传统的制造方法耗时费工，且浪费金属材料，浪费机床的刀具。另一方面毛坯材料的表面机械特性要强于毛坯材料内部的机械特性，传统方法加工出来的螺旋转子所获得的机械特性并非最佳。

针对传统制造方法的不足，转子螺旋部的铸造进行了改进，利用带螺旋状的铸造模具，将螺旋部直接铸造成螺旋形状，从而减少车削和磨削的加工工作量。但是螺旋状的金属在冷却时温度不均匀易造成收缩的不均匀，导致个别冷却后的铸件，其螺旋部某些地方没有加工余量，而这一位置目前难以提前预测，尤其是对于长度较大的螺旋体更是如此，导致最终该毛坯铸件失效，若增大铸造时预留的加工余量，则后续的加工工序一点也不省工，对提高工作效率的帮助不大。另一方面加工余量大，材料的机械性能会下降，目前业内对于长度较长的螺旋体，还没有很好的解决方案。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：提供一种螺旋转子铸造方法及加工装置。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

一种螺旋转子铸造方法，所述螺旋转子包括螺旋部和轴部，所述轴部设于所述螺旋部的两端，将螺旋转子的螺旋部拆分为多段子螺旋部，针对每段子螺旋部分别设置对应的模芯，至少一个所述模芯的一端设有基准圆饼，所述基准圆饼的轴心与所述子螺旋部的轴心重合。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，利用以下公式计算螺旋转子的螺旋部中间需要设置基准圆饼的数量，设：材料弹性模量为E，材料的热收缩率为λ，材料泊松比为μ，螺旋部长度为L，螺旋部大径为Φ，螺旋部小径为，基准圆饼的厚度为K，螺旋法向加工余量为τ，则内部基准圆饼的数量N为：

N向上取整数。

进一步地，所述模芯的端面上设有拼接定位结构。

进一步地，所述模芯内设有定位孔，所述定位孔为非圆孔或多个独立的圆孔。

进一步地，包括以下步骤：

S1、制备模具，所述模具包括模样组和模芯组，所述模样组用于制作铸造螺旋转子的砂型，包括上模样和下模样；所述模芯组用于制作铸造转子螺旋部的砂芯组，所述模芯组由多个模芯组合而成，所述模芯包括模盒和芯轴，所述芯轴的一端设置有基准圆饼；

S2、制作砂芯组和砂型：

S21、分别在每个所述模盒和芯轴之间注入芯砂，等待芯砂凝固成型，随后将芯轴从砂芯中旋转抽出，获得砂芯；拼接砂芯，将多段砂芯按设计次序拼接在一起获得铸造螺旋部的砂芯组；

S22、制作砂型，将上模样放置于上模箱，在所述上模样和上模箱之间注入型砂，所述型砂凝固后，取出上模样，形成上模穴，将下模样放置于下模箱，在所述下模样和下模箱之间注入型砂，所述型砂凝固后，取出下模样形成下模穴，在模穴与外界之间开设多条浇道和气道，即得砂型；

S3、在砂芯组的螺旋面上刷保护层，所述保护层为醇基复合涂料；

S4、合模，将砂芯组按照预设位置置于下模箱的下模穴中，再将上模箱扣到下模箱上，将上下模箱固定在一起；

S5、浇注成型，将液态的铸料由浇口杯注入到浇道中，充满型腔，待铸件成型后，脱模即得螺旋转子的铸件；

S6、铸件检测，检测铸件表面质量，剔除不合格品；

S7、精加工，对铸件进行精密加工以达到预定尺寸精度和表面粗糙度，形成螺旋转子成品件。

本发明还公开了一种螺旋转子的加工装置，包括模具、脱模机、模盒搬运机构、螺旋腔自动刷料机构；

所述模具包括模样组和模芯组，所述模样组用于制作铸造螺旋转子轴部的砂型，包括上模样和下模样；所述模芯组用于制作铸造转子螺旋部的砂芯组，所述模芯组由多个模芯组合而成，所述模芯包括模盒和芯轴，所述芯轴的一端设置有基准圆饼，且所述模盒和芯轴上分别设有定位孔；

所述脱模机用于待模芯中的芯砂凝固定型后，借助芯轴上的定位孔，将所述芯轴旋转抽出；

所述模盒搬运机构借助设于模盒上的定位孔，实现对成型的模芯的转移；

所述螺旋腔自动刷料机构上设有可伸缩平台，可伸缩平台上固定涂料刷和均匀刷，用于对螺旋腔表面涂刷保护层。

进一步地，所述模芯上拼接面上设有拼接定位结构。

进一步地，所述脱模机设有可伸缩旋转机构，该伸缩旋转机构上设有两个定位销，所述定位销与所述芯轴上的定位孔配合。

进一步地，所述脱模机包括空心定位销，所述空心定位销内部设有挂钩和导向销，所述挂钩前部设有钩部，所述挂钩中部设有导槽，所述导向销设于所述导槽内，且所述导向销两端固定设置，所述挂钩尾部与气缸杆相连。

进一步地，所述螺旋腔自动刷料机构中所述涂料刷和均匀刷分别设置在弹性装置上。

附图说明

图1为本发明中所述螺旋转子结构示意图；

图2为本发明中改进后的螺旋转子的铸造毛坯件；

图3为本发明中砂芯组的结构示意图；

图4为本发明中上模箱的透视结构示意图；

图5为本发明中形成上砂型后的上模箱透视结构示意图；

图6为本发明中下模箱的透视结构示意图；

图7为本发明中形成下砂型后的下模箱透视结构示意图；

图8为上模箱与下模箱结合后的透视结构示意图；

图9为上模箱与下模箱结合后的结构示意图；

图10为本发明中螺旋转子铸造加工装置总体结构示意图；

图11为本发明中模盒结构示意图；

图12为本发明中模盒搬运机构结构示意图；

图13为本发明中脱模机结构示意图；

图14为本发明中脱模机中旋转机构位于第一视角结构示意图；

图15为本发明中脱模机中旋转机构位于第二视角结构示意图；

图16为本发明中脱模机中空心销结构示意图；

图17为本发明中脱模机中伸缩装置结构示意图；

图18为本发明中自动刷料机构的结构示意图。

在附图中，各标号所表示的部件名称列表如下：

1、螺旋转子；101、螺旋部；102、第二轴部；103、第一轴部；

3、铸造毛坯件；301、侧边基准圆饼；302、螺旋内基准圆饼；

400、模盒；401、芯轴；402、左模壳；403、右模壳；404、模盒抓取孔；405、芯盒定位孔；406、芯轴抓取孔；407、底板；408、公端；410、第一砂芯；411、第二砂芯；412、第三砂芯；413、第一螺旋内基准圆饼对应的空腔；414、第二螺旋内基准圆饼对应的空腔；

5、模盒搬运机构；501、支腿；502、固定平台；503、水平导轨； 504、水平齿条；505、搬运机水平滑块；506、升降导轨；507、升降滑块；508、竖直齿条；509、移动平台；510、水平驱动电机；511、竖直驱动电机；512、卡爪；513、卡爪安装块；514、卡爪伸缩气缸；

6、脱模机；600、旋转机构；601、安装板；602、空心销；603、挂钩；6031、钩部；6032、导向销；6033、导槽；604、丝杠杆；605、挂钩伸缩气缸；606、大齿轮盘；607、小齿轮；608、电机支架；609、减速电机；6100、伸缩装置；610、锥齿齿轮箱；611、提升电机；612、连接板；613、脱模机水平滑块；614、水平滑轨；

7、自动刷料机构；701、涂料刷；702、均匀刷；703、旋转轴；

801、下模箱；802、上模箱；803、模箱抓取孔；804、浇注孔；805、排气孔；

900、旋转平台。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

请参照图1所示，螺旋转子1包括螺旋部101及分别位于螺旋部101两端的第一轴部103和第二轴部102，本方法的核心在于，在螺旋部101增加基准圆饼，如图2所示，为最终改进的铸造毛坯件3，包括侧边基准圆饼301和螺旋内基准圆饼302；

所述螺旋转子铸造方法包括：

制备模具，所述模具包括模样组和模芯组，所述模样组用于制作铸造螺旋转子的砂型，所述模样组包括上模样和下模样，所述砂型包括上砂型和下砂型，上模样用于制作上砂型，下模样用于制作下砂型。

所述模芯组用于制作铸造转子螺旋部101的砂芯组，所述模芯组由多个模芯组合而成，如图10、图11所示，所述模芯包括模盒400和芯轴401，所述芯轴401上设置有一个基准圆饼；

所述芯轴401上设有两个芯轴抓取孔406；

所述模盒400包括左模壳402、右模壳403和底板407，左模壳402和右模壳403以槽榫结构扣合在一起，所述左模壳402和右模壳403的相对的侧面分别设有模盒抓取孔404，所述模盒400上还设有芯盒定位孔405。

制作砂芯，在向模芯内注入芯砂之前，在芯轴401和模盒400之间的空腔内预设自动定位机构，所述自动定位机构包括公端408和母端，公端408和母端相匹配，精定位配合。随后分别在所述模芯，即所述模盒400和芯轴401之间注入芯砂，待芯砂凝固成型后，利用脱模机6将芯轴401从砂芯中旋转抽出，获得具有自动定位机构的砂芯；每段砂芯的一侧预埋公端408，则另一侧预埋母端，实现多段砂芯拼接为一套砂芯组。因为螺旋的关系，无法利用直线运动将芯轴401从砂芯中取出，脱模机6设有可伸缩的旋转机构600，该旋转机构600上设有两个定位销，与芯轴401上的两个芯轴抓取孔406适配，将定位销插入芯轴抓取孔406内，旋转定位销则带动芯轴401转动，芯轴401缓慢从砂芯中旋转出来，利用设备可以精确控制旋转的速度和精度，避免破坏砂芯。

请参考图13-图15所示，所述旋转机构600具体包括安装板601、大齿轮盘606、小齿轮607、电机支架608、减速电机609，所述电机支架608固定设置在所述安装板601上，所述减速电机609固定设置在所述电机支架608上，所述小齿轮607固定设置在所述减速电机609的输出轴上，所述小齿轮607与大齿轮盘606啮合，所述定位销固定设置在所述大齿轮盘606上。

所述定位销为空心销602，其内部设有挂钩603和导向销6032，所述挂钩603前部设有钩部6031，所述挂钩603中部设有倾斜设置的导槽6033，所述导向销6032设置在空心销602的壳体上，所述挂钩603尾部还与挂钩伸缩气缸605铰接连接，所述挂钩伸缩气缸605固定设置在大齿轮盘606上，当挂钩伸缩气缸605动作，推动挂钩603在空心销602内移动，挂钩603中部的导槽6033在导向销6032的限制下被迫做远离中轴线或靠近中轴线的位移，实现末端钩部6031的伸出和缩回。钩部6031伸出时，可以勾住已经旋转出来的芯轴401，从而可以带着芯轴401随脱模机6移动，避免芯轴401脱落。

请参照图13和图17所示，所述脱模机6的旋转机构600设置在伸缩装置6100上实现上下伸缩，所述伸缩装置6100包括设置在连接板612上的锥齿齿轮箱610、提升电机611和丝杠杆604，所述提升电机611通过锥齿齿轮箱610将动力传递给丝杠杆604，使丝杠杆604上下移动，丝杠杆604的另一端固定连接安装板601，实现安装板601的上下移动。

所述伸缩装置6100的连接板612经脱模机水平滑块613设置在水平滑轨614上，进而使得脱模机6的旋转机构600可以上下移动，也可以水平移动，实现对物件的脱模、抓取、移动等多种功能。

砂芯拼接，利用模盒搬运机构5将多段已经抽离了芯轴401的、带有砂芯的模盒400拼接在一起并剥离模盒400，形成砂芯组。如图12所示，模盒搬运机构5包括支腿501、固定平台502、左搬运组件和右搬运组件，固定平台502设置在支腿501上，左搬运组件和右搬运组件均设置在固定平台502上，左搬运组件和右搬运组件上均设有卡爪伸缩气缸514，卡爪伸缩气缸514的输出端设有卡爪安装块513，卡爪安装块513上设有与模盒抓取孔404对应的卡爪512，所述卡爪伸缩气缸514设置在一垂直升降的升降滑块507上，所述升降滑块507设置在升降导轨506上，与升降导轨506平行设有一竖直齿条508，所述升降滑块507上固定设有竖直驱动电机511，所述竖直驱动电机511输出轴上的齿轮与所述竖直齿条508啮合，所述升降导轨506经移动平台509设置在搬运机水平滑块505上，搬运机水平滑块505设置在水平导轨503上，所述升降导轨506上还设有水平驱动电机510，所述固定平台502上还设有水平齿条504，所述水平驱动电机510的输出端的齿轮与所述水平齿条504啮合。模盒搬运机构5的左搬运组件和右搬运组件分别利用各自的卡爪512插入对应侧模壳侧面的模盒抓取孔404内，随后两侧搬运组件的升降滑块507同时向上移动，实现对砂芯的举升，然后搬运机水平滑块505同时移动，实现对砂芯的水平搬运，由此，模盒搬运机构5可以将第一砂芯410放置在精准定位的操作台上，再控制左（右）搬运组件的卡爪512做竖直运动，右（左）搬运组件的卡爪512保持不动，实现左模壳402和右模壳403的错开脱离，将第一砂芯410外的模盒400脱开。类似的，利用模盒搬运机构5将第二砂芯411精准定位放置在第一砂芯410上，第一砂芯410上表面的公端408定位机构快速插入到第二砂芯411下表面的母端定位机构中，即可完成第一砂芯410与第二砂芯411的拼接，依次操作，完成后续砂芯的拼接，并实现对模壳的剥离，最终获得内部拥有螺旋空腔的砂芯组，如图3所示，第一砂芯410、第二砂芯411、第三砂芯412依次叠放在一块，第一砂芯410上包括第一螺旋内基准圆饼对应的空腔413，第二砂芯411上包括第二螺旋内基准圆饼对应的空腔414。

制作砂型，将上模样放置于上模箱802，二者之间注入型砂，所述型砂凝固后，取出上模样，形成上模穴，得到上砂型，请参照图4、图5、图9所示，上模穴包括与第一轴部103对应的空腔及与部分模芯组对应的空腔，上砂型中的模穴与外界之间开设多条浇道和气道，浇道口设置浇注孔804，气道口设置排气孔805；将下模样放置于下模箱801，二者之间注入型砂，所述型砂凝固后，取出下模样形成下模穴，即得到下砂型，请参考图6-图9所示，下模穴包括与第二轴部102对应的空腔及部分模芯组对应的空腔；所述上模箱802和下模箱801上均设有模箱抓取孔803，所述模箱抓取孔803与脱模机6的空心销602适配。

刷涂料，利用螺旋腔自动刷料机构7给砂芯组的螺旋面刷涂料，此处所谓涂料是指醇基复合涂料，在螺旋腔螺旋面上形成一层保护膜，避免铸造时液态的铸料渗入砂芯内部，防渗入、防粘砂、均衡温度等作用。 刷涂料时，利用脱模机6的挂钩603将整个砂芯组提起，移动到旋转平台900上，使砂芯组可以随平台转动，螺旋腔自动刷料机构7包括伸缩杆及设于伸缩杆末端的承载平台，承载平台上固定设有旋转轴703（对应探杆），所述旋转轴703上经弹簧设置有涂料刷701和均匀刷702，所述弹簧确保涂料刷701和均匀刷702能时刻抵靠在螺旋面上，旋转平台900旋转的同时，承载平台在伸缩杆的带动下均匀升降，实现对螺旋腔螺旋面涂刷保护层涂料。采用此方案的有益效果是，提高了刷料速度，避免了人工刷涂料的误操作，保证了刷料的质量。

合模，脱模机6的挂钩603伸出，勾住整体砂芯组，将砂芯组放置到下模箱801内，及下砂型中对应的位置处，挂钩603缩回，再插入到上模箱802的模箱抓取孔803中，提升上模箱802，将上模箱802扣到下模箱801上，此时上砂型与下砂型对接在一起。将上模箱802、下模箱801扣实得到完整的铸模。在上模箱802、下模箱801、芯轴401上采用相同规格的抓取孔，实现了脱模机6的一机多用，提高了设备的适用范围。

浇注成型，将液态铸料由设于浇道入口处的浇注孔804注入到浇道中，直至充满型腔。待铸料冷却成型后，脱模即为螺旋转子1的铸造毛坯件3。

铸件检测，利用检测设备检测铸件的尺寸和表面质量，剔除不合格品。

精加工，利用数控机床进行精密加工以达到预定尺寸精度和表面粗糙度，形成螺旋转子1的成品件。

进一步的，在制备模具的模芯时，设置基准圆饼是模芯设计的关键。除了在螺旋部101的两端增设基准圆饼，必要时在螺旋部101内增设基准圆饼，基准圆饼是标准的圆饼形，其各个方向上的热胀冷缩是均匀的，故任何一处的收缩量是相等的，非常容易控制靠近基准圆饼位置的螺旋部101的尺寸，所以，在螺旋部101增加基准圆饼，相当于在螺旋部101增加了一个控制区，解决了传统的螺旋件在铸造时热胀冷缩不均匀导致的不可控的问题。螺旋部101内部设置基准圆饼的数量，可以利用以下公式快速设计。设：

材料弹性模量：E

材料的热收缩率：λ

材料泊松比：μ

螺旋部长度：L

螺旋部大径：Φ

螺旋部小径：

基准圆饼宽度：K

螺旋法向加工余量：τ

内部基准圆饼的数量：N

则：

N向上取整数，比如若N=1，则意味着需要在螺旋部101中间增设一个基准圆饼，加上螺旋部101两端部的基准圆饼，共3个基准圆饼，需要将螺旋部101拆分为3段进行铸造。

将上述公式与参数化设计软件链接，如catia，即在操作界面中输入参数，即可生成基准圆饼数量，并可以生成坯料的3D数据模型。

采用上述进一步方案的有益效果是，模具可以快速设计，模芯基准圆饼的数量合理，铸造的坯料满足加工需求，但又不会浪费材料和加工工时。快速生产模型，可以针对不同模型，选择较为合理的加工工艺。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，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 (8)

1.一种螺旋转子铸造方法，所述螺旋转子包括螺旋部和轴部，所述轴部设于所述螺旋部的两端，其特征在于，将螺旋转子的螺旋部拆分为多段子螺旋部，针对每段子螺旋部分别设置对应的模芯，在至少一个所述模芯的一端设置基准圆饼，所述基准圆饼的轴心与所述子螺旋部的轴心重合；

包括以下步骤：

S1、制备模具，所述模具包括模样组和模芯组，所述模样组用于制作铸造螺旋转子轴部的砂型，包括上模样和下模样；所述模芯组用于制作铸造转子螺旋部的砂芯组，所述模芯组由多个模芯组合而成，所述模芯包括模盒和芯轴，至少一个所述芯轴的一端设置有基准圆饼，设置的所述基准圆饼用于在螺旋转子铸件的螺旋部中间形成对应的基准圆饼；

S2、制作砂芯组和砂型：

S21、分别在每个所述模盒和芯轴之间注入芯砂，等待芯砂凝固成型，随后将芯轴从砂芯中旋转抽出，获得砂芯；拼接砂芯，将多段砂芯按设计次序拼接在一起获得铸造螺旋部的砂芯组；

S22、制作砂型，将上模样放置于上模箱，在所述上模样和上模箱之间注入型砂，所述型砂凝固后，取出上模样，形成上模穴，将下模样放置于下模箱，在所述下模样和下模箱之间注入型砂，所述型砂凝固后，取出下模样形成下模穴，在模穴与外界之间开设多条浇道和气道，即得砂型；

S3、在砂芯组的螺旋面上刷保护层，所述保护层为醇基复合涂料；

S4、合模，将砂芯组按照预设位置置于下模箱的模穴中，再将上模箱扣到下模箱上，将上下模箱固定在一起；

S5、浇注成型，将液态的铸料由浇口杯注入到浇道中，充满型腔，待铸件成型后，脱模即得螺旋转子的铸件；

S6、铸件检测，检测铸件表面质量，剔除不合格品；

S7、精加工，对铸件进行精密加工以达到预定尺寸精度和表面粗糙度，形成螺旋转子成品件。

2.根据权利要求1所述的螺旋转子铸造方法，其特征在于，所述模芯的端面上设有拼接定位结构。

3.根据权利要求1所述的螺旋转子铸造方法，其特征在于，所述模芯内设有定位孔，所述定位孔为非圆孔或多个独立的圆孔。

4.一种螺旋转子的加工装置，其特征在于，包括模具、脱模机、模盒搬运机构、螺旋腔自动刷料机构；

所述模具包括模样组和模芯组，所述模样组用于制作铸造螺旋转子轴部的砂型，包括上模样和下模样；所述模芯组用于制作铸造转子螺旋部的砂芯组，所述模芯组由多个模芯组合而成，所述模芯包括模盒和芯轴，至少一个所述芯轴的一端设置有基准圆饼，设置的所述基准圆饼用于在螺旋转子铸件的螺旋部中间形成对应的基准圆饼，且所述模盒和芯轴上分别设有定位孔；

所述脱模机用于待模芯中的芯砂凝固定型后，借助芯轴上的定位孔，将所述芯轴旋转抽出；

所述模盒搬运机构借助设于模盒上的定位孔，实现对成型的模芯的转移；

所述螺旋腔自动刷料机构上设有可伸缩平台，可伸缩平台上固定涂料刷和均匀刷，用于对螺旋腔表面涂刷保护层。

5.根据权利要求4所述的螺旋转子的加工装置，其特征在于，所述模芯上拼接面上设有拼接定位结构。

6.根据权利要求4所述的螺旋转子的加工装置，其特征在于，所述脱模机设有可伸缩旋转机构，该伸缩旋转机构上设有两个定位销，所述定位销与所述芯轴上的定位孔配合。

7.根据权利要求4所述的螺旋转子的加工装置，其特征在于，所述脱模机包括空心定位销，所述空心定位销内部设有挂钩和导向销，所述挂钩前部设有钩部，所述挂钩中部设有导槽，所述导向销设于所述导槽内，且所述导向销两端固定设置，所述挂钩尾部与气缸杆相连。

8.根据权利要求4所述的螺旋转子的加工装置，其特征在于，所述螺旋腔自动刷料机构中所述涂料刷和均匀刷分别设置在弹性装置上。