CN115213352A - 一种涡壳成型工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种涡壳成型工艺，旨在可以提高所铸造出来的涡壳的精度，且在不影响涡壳强度的情况下，减轻涡壳重量，其技术方案：一种涡壳成型工艺，包括以下步骤：步骤1、根据涡壳的流道制备相适应的陶瓷砂芯；步骤2、将所述陶瓷砂芯放置至模具中，往模具中射蜡，蜡件与所述陶瓷砂芯合为一体形成蜡模；步骤3、在所述蜡模的表面粘附涂料，再进行煅烧，去除蜡件后得到壳模；步骤4、往所述壳模内浇注金属液，冷却后去除所述壳模和所述陶瓷砂芯，得到涡壳，属于涡壳生产技术领域。
Description
技术领域
本发明属于涡壳生产技术领域，更具体而言，涉及一种涡壳成型工艺。
背景技术
涡壳是汽车涡轮增压机的关键零部件，涡壳的流道包括螺旋形的涡室段和扩散管段，扩散管段的较小端与涡室段对接，由于涡壳内的流道形状较为复杂，通常的开模方法难以成型相应的流道。
现有技术中，涡壳的铸造方法一般为传统的砂型铸造，涡壳的流道是通过覆膜砂砂芯来制成的，浇注前在已做好的砂型中安装覆膜砂砂芯，然后砂型合箱便可浇注；
其采用覆膜砂来制造砂芯，待浇注完成后，砂芯的位置便可以成型涡壳的流道，但是该铸造方式有诸多缺点：
覆膜砂砂芯强度不足和发气量大，铸造时容易出现砂芯折断和气孔缺陷；
覆膜砂砂芯表面粗糙度较大，造成涡壳的流道表面粗糙度大；
合模时容易造成覆膜砂砂芯位移，进而使涡壳中的流道偏移，流道的轮廓度与标准对比偏差大；进而造成产品的壁厚差异大，在前期设计为了留有位移余量会将产品壁厚设计得大一些，无疑会增加产品的重量。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种涡壳成型工艺，旨在可以提高所铸造出来的涡壳的精度，且在不影响涡壳强度的情况下，减轻涡壳重量。
根据本发明的第一方面，提供了一种涡壳成型工艺，包括以下步骤：
步骤1、根据涡壳的流道制备相适应的陶瓷砂芯；
步骤2、将所述陶瓷砂芯放置至模具中，往模具中射蜡，蜡件与所述陶瓷砂芯合为一体形成蜡模；
步骤3、在所述蜡模的表面粘附涂料，再进行煅烧，去除蜡件后得到壳模；
步骤4、往所述壳模内浇注金属液，冷却后去除所述壳模和所述陶瓷砂芯，得到涡壳。
上述的涡壳成型工艺中，所述陶瓷砂芯包括用于成型涡壳流道的涡室段的螺旋部、用于成型涡壳流道的扩散管段的一部分的弧形部，所述蜡件上设有用于成型涡壳流道的扩散管段的另一部分的弧形腔室，所述弧形部的较小端与螺旋部对接，所述弧形部的较大端与弧形腔室的较小端对接。
上述的涡壳成型工艺中，所述弧形部的较大端的最小宽度为20-30mm。
上述的涡壳成型工艺中，所述螺旋部上设有与其螺旋中心同轴的内孔，所述内孔的直径小于涡壳流道的涡室段的内径。
上述的涡壳成型工艺中，围绕所述内孔在螺旋部上设有环状凸台，所述环状凸台沿螺旋部的内孔的轴线方向凸出，所述环状凸台的外径小于涡壳流道的涡室段的内径，所述环状凸台用于与壳模粘合固定。
上述的涡壳成型工艺中，所述环状凸台的外周与所述螺旋部之间为圆弧过渡连接。
上述的涡壳成型工艺中，所述弧形部上设有沿远离其较大端的方向延伸的斜柱部，所述斜柱部用于成型涡壳的旁通孔。
上述的涡壳成型工艺中，在步骤3中，所述涂料包括面层浆料、背层浆料、锆砂和莫来砂，所述面层浆料包括锆粉和硅溶胶，所述背层浆料包括莫来粉和硅溶胶。
上述的涡壳成型工艺中，所述金属液的重量百分比成分为：C：0.35-0.45％；Si：1.6-1.8％；Mn：0.9-1.1％；P≤0.04％；S≤0.02％；Ni：9-11％；Cr：20-24％；Nb：1.3-1.5％；其余为铁及不可避免的杂质。
本发明上述技术方案中的一个技术方案至少具有如下优点或有益效果之一：
本发明中采用陶瓷砂芯配合失蜡铸造的方式来成型涡壳，通过射蜡来将陶瓷砂芯和蜡件结合成一体形成蜡模，依靠蜡模来制壳，去除蜡件后，陶瓷砂芯会固定在壳模内充当涡壳的流道，浇注完成后，再去除陶瓷砂芯，便得到带有流道的涡壳；
陶瓷砂芯的尺寸精度高，表面光洁度好，制成的涡壳的流道表面光洁度高，且陶瓷砂芯可牢固地固定在壳模内，不会产生偏移，流道轮廓度精度高，在前期设计时可以采用较小的壁厚，降低涡壳的重量，且不影响涡壳的强度。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步的说明；
图1是本发明实施例1的工艺流程图；
图2是本发明实施例1的陶瓷砂芯的结构示意图；
图3是本发明实施例1的陶瓷砂芯的另一个结构示意图；
图4是本发明实施例1的蜡模的结构示意图；
图5是本发明实施例1的蜡模的主视图；
图6是本发明实施例1的图5的A-A剖视图；
图7是本发明实施例1的图5的B-B剖视图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，实施方式的示例在附图中示出，其中相同或类似的标号自始至终表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本发明的不同方案。
实施例1
参照图1至图7所示，一种涡壳成型工艺，包括以下步骤：
步骤1、根据涡壳的流道制备相适应的陶瓷砂芯1；
陶瓷砂芯1由石英粉、刚玉粉为骨料，加上增塑剂等材料热压注制成，尺寸精度高，表面光洁度好；
步骤2、将陶瓷砂芯1放置至模具中，往模具中射蜡，蜡就会粘附在陶瓷砂芯1上，蜡冷却后变成蜡件2，蜡件2与陶瓷砂芯1合为一体形成蜡模；
本实施例中，射蜡的温度为55-58℃，射蜡的压力为20-27kg/cm2，保压时间50-60s；
作为本实施例的具体表现形式，射蜡的温度为56℃，射蜡的压力为24kg/cm2，保压时间55s；
步骤3、在蜡模的表面粘附涂料；该涂料包括以锆粉和硅溶胶为主组成的面层浆料、以莫来粉和硅溶胶为主组成的背层浆料、一定粒度的锆砂和莫来砂；先在蜡模表面涂上面层浆料，然后撒上锆砂，完成面层的涂抹，再涂上背层浆料，然后撒莫来砂，完成背层的涂抹，一般来说，面层只涂抹1层，而背层需要涂抹4-5层；
再将粘附有涂料的蜡模进行煅烧，煅烧温度为1100℃，煅烧时间在60-90分钟，涂料便会固化，蜡件2也融化了，去除蜡件2后得到壳模；
步骤4、往壳模内浇注金属液，浇注温度为1550-1600℃，金属液会填充原先蜡件2所在的位置，金属液冷却后，去除壳模和陶瓷砂芯1，得到成品涡壳。
本实施例中，金属液的重量百分比成分为：C：0.35-0.45％；Si：1.6-1.8％；Mn：0.9-1.1％；P≤0.04％；S≤0.02％；Ni：9-11％；Cr：20-24％；Nb：1.3-1.5％；其余为铁及不可避免的杂质。
作为本实施例的具体实施方式，金属液的重量百分比成分为：C：0.4％；Si：1.7％；Mn：1.0％；P：0.02％；S：0.015％；Ni：10％；Cr：22％；Nb：1.4％；其余为铁及不可避免的杂质。金属液浇注时的具体温度为1580℃。
具体来说，蜡件2是用于成型涡壳的本体部分，而陶瓷砂芯1嵌在蜡件2中，以成型涡壳的流道；在具体的实施方式中，陶瓷砂芯1可以完全吻合涡壳的流道，也就是说，涡壳的流道完全由一个陶瓷砂芯1来形成；
但是，如果涡壳的尺寸比较大，那么需要的陶瓷砂芯1的尺寸也会相应放大，在浇注后，陶瓷砂芯1是会粉碎掉的，这种情况下，陶瓷砂芯1的尺寸越大，成本也就越高，在量产的情况下，无疑会增加生产成本；
所以可以采用陶瓷砂芯1来成型涡壳流道的一部分，涡壳流道的另一部分可由蜡件2来形成；
一般来说，涡壳流道包括螺旋形的涡室段和扩散管段，涡室段的宽度是沿着螺旋方向逐渐扩大，扩散管段的宽度也是逐渐扩大，扩散管段的较小端与涡室段对接，以此让涡室段与扩散管段贯通；
陶瓷砂芯1包括用于成型涡壳流道的涡室段的螺旋部11、用于成型涡壳流道的扩散管段的一部分的弧形部12，蜡件2上设有用于成型涡壳流道的扩散管段的另一部分的弧形腔室21，弧形部12的较小端与螺旋部11对接，弧形部12的较大端与弧形腔室21的较小端对接；螺旋部11、弧形部12和弧形腔室21组成涡壳的流道，在制壳时，涂料可以进入到弧形腔室21中制壳，所以可以保证金属液不会占据弧形腔室21，后续去除壳模后，弧形腔室21就会展现出来，得到扩散管段的一部分，去除陶瓷砂芯1后，得到涡室段和扩散管段的另一部分，进而得到完整的涡壳流道。
为了降低成本，那么弧形部12的延伸长度是越短越好，但是要确保弧形腔室21能够制壳，本实施例中，弧形部12的较大端的最小宽度为20-30mm，弧形部12与弧形腔室21对接，也就是说，弧形腔室21的较小端的最小宽度为20-30mm，保证涂料能进入到弧形腔室21并固化；
优选地，弧形部12的较大端的最小宽度为24mm。
本实施例中，螺旋部11的形状是与涡壳流道的涡室段相吻合的，螺旋部11的宽度也是沿螺旋方向逐渐增大，且螺旋部11的起始端和末端有粘连，进而在螺旋部11上形成一个内孔111，该内孔111与螺旋部11的螺旋中心同轴；
螺旋部11的内孔111的直径小于涡室段的内径，在形成蜡模时，螺旋部11上围绕着内孔111的一部分会成为多余区域，该多余区域不需要用于成型涡壳的流道，而是用于定位；在射蜡时，多余区域不需要与蜡件2粘合，而是会与模具配合，进而定位陶瓷砂芯1的位置，例如采用台阶定位方式，方便其他位置与蜡件2的粘合；在制壳时，多余区域可供涂料粘附，进而可将陶瓷砂芯1固定在壳模内。
优选地，围绕内孔111在螺旋部11上设有环状凸台13，环状凸台13沿螺旋部11的内孔111的轴线方向凸出，也就是说，在螺旋部11沿其内孔111的轴线方向的两端均设有环状凸台13，环状凸台13的外径小于涡室段的内径，所以，环状凸台13就是设置在多余区域上；在射蜡时，环状凸台13便可供模具定位陶瓷砂芯1的位置，在制壳时，环状凸台13可供涂料粘附，在煅烧后，环状凸台13与壳模固定连接。以此可以精准定位涡壳流道的位置和形状，在前期设计时，无需担心涡壳流道会偏移而预留过多的壁厚余量，壁厚可以设计得更小，最后产出的涡壳重量可以更轻。
优选地，环状凸台13的外周与螺旋部11之间为圆弧过渡连接，后续形成涡壳流道的涡室段时，可让涡壳流道的涡室段的内圈边缘处形成圆角。
同时，在弧形部12上设有沿远离其较大端的方向延伸的斜柱部14，斜柱部14用于成型涡壳的旁通孔。
对比例1
采用砂型铸造来制成与实施例1相对应的涡壳；具体过程如下：
根据涡壳的流道制备相应的覆膜砂砂芯；
根据涡壳的形状，制备相应的上砂型和下砂型；
将覆膜砂砂芯固定在下砂型中，再将上砂型与下砂型合箱；
使用预设的浇注口往砂型内浇注金属液，金属液浇注时的温度为1580℃；冷却后落砂，得到涡壳。
本对比例中，金属液的重量百分比成分为：C：0.4％；Si：1.7％；Mn：1.0％；P：0.02％；S：0.015％；Ni：20％；Cr：23％；Nb：1.4％；其余为铁及不可避免的杂质。
对比例2
采用实施例1的成型工艺来制成涡壳，不同之处在于，其金属液的成分为：C：0.4％；Si：1.7％；Mn：1.0％；P：0.02％；S：0.015％；Ni：20％；Cr：23％；Nb：1.4％；其余为铁及不可避免的杂质。
对比例3
采用实施例1的成型工艺来制成涡壳，不同之处在于，其金属液的成分为：C：0.4％；Si：1.4％；Mn：1.0％；P：0.02％；S：0.015％；Ni：10％；Cr：22％；Nb：1.3％；其余为铁及不可避免的杂质。
涡壳的精度和质量对比分析
分别检测实施例1、对比例1、对比例2和对比例3所制成的涡壳的重量、涡壳的强度、涡壳流道的表面粗糙度、涡壳流道的轮廓度等数据，以此对比分析两种工艺所制成的涡壳的精度和强度。检测结果如表1所示：
表1检测结果
相比较实施例1和对比例1可知，按照本发明所提供的工艺和金属液成分制成的涡壳的重量更轻、涡壳流道的表面粗糙度要更优、涡壳流道的轮廓度要更小，且抗拉强度、屈服强度和硬度均不受影响；
相比较对比例1和对比例2可知，按照本发明所提供的工艺制成的涡壳的重量更轻、涡壳流道的表面粗糙度要更优、涡壳流道的轮廓度要更小，但是如果没有采用本发明所提供的金属液成分，涡壳的抗拉强度、屈服强度和硬度会有所下降；
相比较实施例1和对比例2可知，采用本发明所提供的工艺制成的涡壳的重量、涡壳流道的表面粗糙度、涡壳流道的轮廓度均接近，但是如果没有采用本发明所提供的金属液成分，涡壳的抗拉强度、屈服强度和硬度会有所下降；
所以，采用本发明的成型工艺配合本发明所提供的金属液成分所制成的涡壳，重量更轻，精度更高，且涡壳的强度不受影响。
尽管已经示出和描述了本发明的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (9)
1.一种涡壳成型工艺，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据涡壳的流道制备相适应的陶瓷砂芯；
步骤2、将所述陶瓷砂芯放置至模具中，往模具中射蜡，蜡件与所述陶瓷砂芯合为一体形成蜡模；
步骤3、在所述蜡模的表面粘附涂料，再进行煅烧，去除蜡件后得到壳模；
步骤4、往所述壳模内浇注金属液，冷却后去除所述壳模和所述陶瓷砂芯，得到涡壳。
2.根据权利要求1所述的涡壳成型工艺，其特征在于，所述陶瓷砂芯包括用于成型涡壳流道的涡室段的螺旋部、用于成型涡壳流道的扩散管段的一部分的弧形部，所述蜡件上设有用于成型涡壳流道的扩散管段的另一部分的弧形腔室，所述弧形部的较小端与螺旋部对接，所述弧形部的较大端与弧形腔室的较小端对接。
3.根据权利要求2所述的涡壳成型工艺，其特征在于，所述弧形部的较大端的最小宽度为20-30mm。
4.根据权利要求2所述的涡壳成型工艺，其特征在于，所述螺旋部上设有与其螺旋中心同轴的内孔，所述内孔的直径小于涡壳流道的涡室段的内径。
5.根据权利要求4所述的涡壳成型工艺，其特征在于，围绕所述内孔在螺旋部上设有环状凸台，所述环状凸台沿内孔的轴线方向凸出，所述环状凸台的外径小于涡壳流道的涡室段的内径，所述环状凸台用于与壳模粘合固定。
6.根据权利要求5所述的涡壳成型工艺，其特征在于，所述环状凸台的外周与所述螺旋部之间为圆弧过渡连接。
7.根据权利要求2所述的涡壳成型工艺，其特征在于，所述弧形部上设有沿远离其较大端的方向延伸的斜柱部，所述斜柱部用于成型涡壳的旁通孔。
8.根据权利要求1所述的涡壳成型工艺，其特征在于，在步骤3中，所述涂料包括面层浆料、背层浆料、锆砂和莫来砂，所述面层浆料包括锆粉和硅溶胶，所述背层浆料包括莫来粉和硅溶胶。
9.根据权利要求1所述的涡壳成型工艺，其特征在于，所述金属液的重量百分比成分为：C：0.35-0.45％；Si：1.6-1.8％；Mn：0.9-1.1％；P≤0.04％；S≤0.02％；Ni：9-11％；Cr：20-24％；Nb：1.3-1.5％；其余为铁及不可避免的杂质。
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