CN117047028A - 一种船用涡轮增压器压气机壳模具及其铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种船用涡轮增压器压气机壳模具及其铸造方法，包括上模型、下模型和安装在下模型顶部的型板框架；上模型安装在型板框架上；上模型与下模型组成自循环槽补缩冒口、横浇道、内浇道、直浇道、浇口窝、搭接和砂型空腔；砂型空腔依次连通内浇道、横浇道、搭接、浇口窝和直浇道；下模型由下到上依次安装有流道芯座、压气机壳体流道芯、自循环槽砂芯和发热冒口套；自循环槽砂芯和发热冒口套内部设有补缩冒口，补缩冒口连通自循环槽补缩冒口。借此，彻底解决压气机壳体结构“缩松”的问题，既能满足船用涡轮增压器对压气机壳体性能的要求，同时又降低了生产成本，提高了生产效率。

Description

一种船用涡轮增压器压气机壳模具及其铸造方法

技术领域

本发明适用于涡轮增压器技术领域，提供了一种船用涡轮增压器压气机壳模具及其铸造方法。

背景技术

涡轮增压器以高效、节能、环保等优点，在汽车、船舶、航天等领域得到了广泛应用。压气机壳体作为涡轮增压器的重要组成部分不仅要具有良好的气动性能，还要具有较高的机械强度。

大型船舶用涡轮增压器，为了满足“高压比”的动力输出需求，对压气机壳体的机械性能要求就更高。目前在生产球墨铸铁压气机壳体时，壳体进气口端及自循环槽处，由于补缩困难，容易出现“缩松”缺陷，影响压气机壳体铸件的品质。目前国内主要铸造生产方法为“壳型壳芯”，这样不仅生产效率低下，而且覆膜砂工艺生产成本高。

发明内容

针对上述的缺陷，本发明的目的在于提供一种船用涡轮增压器压气机壳模具及其铸造方法，目的是为了解决背景技术中提出的问题，一种船用涡轮增压器压气机壳模具包括上模型、下模型和安装在下模型顶部的型板框架；所述上模型安装在型板框架上；所述上模型与下模型组成自循环槽补缩冒口、横浇道、内浇道、直浇道、浇口窝、搭接和砂型空腔；所述砂型空腔依次连通内浇道、横浇道、搭接、浇口窝和直浇道；所述下模型由下到上依次安装有流道芯座、压气机壳体流道芯、自循环槽砂芯和发热冒口套；所述自循环槽砂芯和发热冒口套内部设有补缩冒口，所述补缩冒口连通自循环槽补缩冒口。

进一步的，所述砂型空腔包括位于上模型的第一上模型和第二上模型以及位于下模型的第一下模型和第二下模型；所述第一上模型和第二上模型均依次通过内浇道、横浇道、搭接和浇口窝连通直浇道。

进一步的，所述横浇道连通有冒口流道，所述冒口流道依次连通有暗冒口和暗冒口窝，所述暗冒口窝连通砂型空腔。

进一步的，所述自循环槽砂芯底部设有环形定位槽、连通环形定位槽和补缩冒口的冒口颈以及加强筋成型槽。

进一步的，所述上模型与下模型之间设有分型面，所述分型面采用沉箱工艺。

进一步的，所述上模型、型板框架和下模型上均设有型板定位孔。

一种船用涡轮增压器压气机壳铸造方法，包括步骤：

S1、型板框架通过型板定位孔，安装在造型机上；

S2、首先下模型通过造型机的机械造型，制备成具有下模型形状的粘土砂砂型；

S3、将准备好的发热冒口套、自循环槽砂芯、压气机壳体流道芯和流道芯座安放在下模型的砂型中。安放过程注意避免对粘土砂砂型蹭砂造成散落砂，如果有蹭砂，用高压气枪吹出散落砂，保证砂型中无散落砂；

S4、上模型通过造型机的机械造型，制备成具有上模型形状的粘土砂砂型；

S5、上模型和下模型通过机械合箱，将上砂型与下砂型合在一起，运送浇注线上；

S6、铁液浇注，进行充型；

S7、在铁液填充满砂型空腔的过程中，铁液从冒口颈进入补缩冒口，当铁液填满补缩冒口时，整个浇注过程结束；

S8、浇注完毕的砂型在冷却线上冷却3小时左右，然后经过震动落砂系统，进行铸件外部粘土砂型去除，得到带浇注系统的压气机壳体毛坯；

S9、在鳞板机上使用机械液压钳，对压气机壳体毛坯浇注系统进行去除，得到压气机壳体毛坯；

S10、压气机壳体毛坯，再通过抛丸机抛丸处理掉表面附着的粘土砂，通过自动打磨机打磨处理，得到合格的毛坯铸件。

浇注过程结束后在砂箱内部，发热冒口套在接触铁液30S-50S后开始时发生铝热反应，产生高温、并释放出大量气体。保证补缩冒口里的铁液持续保持高温环境，另外大量的气体产生相当大的压力使补缩冒口里的铁液能够有充足的压力通过冒口颈对砂型空腔进行补缩。冒口颈的设计能够防止铁液补缩回流，保证顺序补缩，能够在冒口补缩能力下降时及时切断冒口与铸件的连接通道，保证压气机壳体铸件品质。与优化前相比，压气机壳体的材质晶粒细化，无缩松缺陷，应力结构完整，结构强度大大提高。满足了船用涡轮增压器对压气机壳体性能的需求。

由此，本发明通过设计一种造型线模具及铸造工艺方法，彻底解决压气机壳体结构“缩松”的问题，既能满足船用涡轮增压器对压气机壳体性能的要求，同时又降低了生产成本，提高了生产效率。

附图说明

图1为上模型仰视结构示意图；

图2为下模型俯视结构示意图；

图3为型板框架第一视角立体结构示意图；

图4为型板框架第二视角立体结构示意图；

图5为上模型、下模型以及内部构件的结构爆炸图；

图6为上模型、下模型以及内部构件的装配截面图；

图7为图6的A部结构放大图；

图8为自循环槽砂芯的立体结构示意图；

在图中：01-上模型；011-第一上模型；017-第二上模型；02-下模型；021-第一下模型；027-第二下模型；03-型板定位孔；10-搭接；11-型板框架；13-发热冒口套；14-自循环槽砂芯；141-加强筋成型槽；142-环形定位槽；143-冒口颈；15-压气机壳体流道芯；16-流道芯芯座；18-补缩冒口；2-横浇道；20-分型面；21-冒口流道；3-内浇道；4-暗冒口；5-自循环槽补缩冒口；6-直浇道；8-浇口窝；9-暗冒口窝。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

参见图1-7，本发明的目的在于提供一种船用涡轮增压器压气机壳模具及其铸造工艺方法。

一种船用涡轮增压器压气机壳模具，包括上模型01、下模型02和安装在下模型02顶部的型板框架11；所述上模型01安装在型板框架11上；

型板框架11作为船用涡轮增压器压气机壳模具的辅助框架，其辅助作用体现在辅助定型以及将上模型01和下模型02辅助固定的作用。制作用于金属浇筑的下模型02，需要将下模型02安装在特定的造型机上，对下模型02进行机械造型，制备成具有下模型02形状的粘土砂砂型。上模型01的制作过程与下模型02同理，上模型01和下模型02制作完成后，后续进行机械合箱，上模型01与下模型02的机械造型合二为一，组成砂型空腔供液态金属灌注。

优选的，所述砂型空腔包括位于上模型01的第一上模型011和第二上模型017以及位于下模型02的第一下模型021和第二下模型027；第一上模型011与第一下模型021相对应、第二上模型017与第二下模型027相对应，两组各自组成一个完整的涡轮增压器压气机壳。在同一套模具内完成两组涡轮增压器压气机壳的浇筑，能够极大的提高生产效率。同时，两组涡轮增压器压气机壳同时生产浇筑，有利于优化设置浇冒口的位置，便于浇筑件的后处理工序。

所述上模型01与下模型02组成自循环槽补缩冒口5、横浇道2、内浇道3、直浇道6、浇口窝8、搭接10和砂型空腔；所述砂型空腔依次连通内浇道3、横浇道2、搭接10、浇口窝8和直浇道6。

所述第一上模型011和第二上模型017均依次通过内浇道3、横浇道2、搭接10和浇口窝8连通直浇道6。具体的，上模型01包括若干横浇道2、内浇道3、自循环槽补缩冒口5和直浇道6。所述横浇道2、内浇道3、自循环槽补缩冒口5和直浇道6均为上模型01砂型上经过造型机刻印出的空腔。上模型01的直浇道6设于第一上模型011和第二上模型017构成的中心点上，直浇道6为上模型01砂型中的一条贯通通道，其作用是使浇筑的液态金属灌入。横浇道2通过内浇道3连通模型内部，液态金属由直浇道6灌入上模型01内，进入模型砂型。下模型02包括浇口窝8和搭接10；液态金属对直浇道6底部有强烈的冲击作用，产生涡流和紊流区，常引起冲砂、渣孔和大量氧化夹杂物等铸造缺陷。浇口窝8可改善金属液的流动状况，减小直浇道6到横浇道2拐弯处的局部阻力系数和压头损失。搭接10与横浇道2连通，且搭接10的高度低于横浇道2的高度，进入直浇道6的液态金属坠入浇口窝8，然后进入搭接10，再由搭接10依次流入横浇道2、内浇道3和模型内部。搭接10起到降低液态金属的涡流和紊流区的作用，持续灌入液态金属，搭接10内液面升高，液体缓慢进入横浇道2。

所述下模型02由下到上依次安装有流道芯座16、压气机壳体流道芯15、自循环槽砂芯14和发热冒口套13；所述自循环槽砂芯14和发热冒口套13内部设有补缩冒口18，所述补缩冒口18连通自循环槽补缩冒口5；发热冒口套13可在接触铁液30s-50s后开始发生铝热反应，产生高温、并释放出大量气体。自循环槽砂芯14用于模型补缩。压气机壳体流道芯15为压气机壳内部的气流道。流道芯座16安装在下模型02上，用于支撑压气机壳体流道芯15和自循环槽砂芯14。补缩冒口18为发热冒口套13和自循环槽砂芯14组合体的内部中空部分，自循环槽砂芯14的底部连通砂型空腔。多余的铁液会进入补缩冒口18，补缩冒口18顶部为自循环槽补缩冒口5。

在实际使用时，铁液通过直浇道6，到达浇口窝位置8，经过浇口窝8与搭接10到达横浇道2，然后通过内浇道3进入砂型空腔。在铁液填充满空腔的过程中，铁液会进入补缩冒口18，当铁液填满补缩冒口18上方的时，整个浇注过程结束。

铁液进入自循环槽补缩冒口5，即浇注接近尾声时，砂箱内部的发热冒口套13在接触铁液30S-50S后开始时发生铝热反应，产生高温、并释放出大量气体，使补缩冒口18里的铁液持续保持高温，保持铁液的流动性；同时，大量的气体会产生一定的压力，作用于补缩冒口18里的铁液，使其能够产生足够的补缩压力，使冒口颈143一直处开启状态，使冒口处铁液通过冒口颈143对砂型空腔持续进行补缩。

参见图1、3，作为一种优选方案，所述横浇道2连通有冒口流道21，所述冒口流道21依次连通有暗冒口4和暗冒口窝9，所述暗冒口窝9连通砂型空腔。冒口流道21可实现更快浇筑，增大液态金属灌入的流速。同时，冒口流道21可消除第一上模型011与第二上模型017的浇筑液位差，实现第一上模型011与第二上模型017的同步浇筑。暗冒口4使浇筑的铁液具有更好的流动性和更低的损耗，使铸件的质量更高，并且能够能更好地抑制压力和温度，避免材料收缩、破裂和脆性破坏，进而提高铸件的整体强度。

参见图7，作为一种优选方案，所述自循环槽砂芯14底部设有环形定位槽142和补缩冒口18的冒口颈143以及加强筋成型槽141。在铁液填充满砂型空腔的过程中，铁液从冒口颈143进入补缩冒口18，当铁液填满补缩冒口18时，整个浇注过程结束。发热冒口套13内铝热反应使铁液持续高温，保证冒口处铁液能够通过冒口颈143对砂型空腔进行补缩。冒口颈143相对于补缩冒口18尺寸小，在自循环槽补缩冒口5铁液冷却后，能够立刻冷却关闭补缩冒口18的补缩通道，能够有效防止砂型空腔内铁液对补缩冒口18反向补缩，保证砂型空腔先冷却，补缩冒口18后冷却的顺序，进行补缩，能够在铁液补缩能力下降时及时切断冒口与铸件的连接通道，保证压气机壳体铸件品质。

参见图6、7，作为一种优选方案，所述上模型01与下模型02之间设有分型面20，所述分型面20采用沉箱工艺。压气机壳体是一种回转体铸件，其流道走向是一种曲面，这就导致其分型面20不在一个平面内；在模具开发时往往增加一套芯子满足产品曲面需求。分型面20使用沉箱工艺能够满足压气机壳体流道曲面要求，并节省一套模具。

参见图1-4，作为一种优选方案，所述第一上模型011和第一下模型021以直浇道6为轴心旋转180°分别形成第二上模型017和第二下模型027。此排布方式使浇筑的气压机壳排布更加合理，更加便于后续工艺加工。

作为一种优选方案，所述上模型01、型板框架11和下模型02上均设有型板定位孔03。上模型01、型板框架11和下模型02在机械合箱之后通过型板定位孔03进行螺栓连接。

一种船用涡轮增压器压气机壳铸造工艺方法，包括：

S1、型板框架11通过型板定位孔03，安装在造型机上。

S2、首先下模型02通过造型机的机械造型，制备成具有下模型02形状的粘土砂砂型。

S3、将准备好的发热冒口套13、自循环槽砂芯14、压气机壳体流道芯15和流道芯座16安放在下模型02的砂型中。安放过程注意避免对粘土砂砂型蹭砂造成散落砂，如果有蹭砂，用高压气枪吹出散落砂，保证砂型中无散落砂。

S4、上模型01通过造型机的机械造型，制备成具有上模型形状的粘土砂砂型。

S5、上模型01和下模型02通过机械合箱，将上砂型与下砂型合在一起，运送浇注线上。

S6、铁液浇注，进行充型。

S7、在铁液填充满砂型空腔的过程中，铁液从冒口颈143进入补缩冒口18，当铁液填满补缩冒口18时，整个浇注过程结束。

S8、浇注完毕的砂型在冷却线上冷却3小时左右，然后经过震动落砂系统，进行铸件外部粘土砂型去除，得到带浇注系统的压气机壳体毛坯。

S9、在鳞板机上使用机械液压钳，对压气机壳体毛坯浇注系统进行去除，得到压气机壳体毛坯。

S10、压气机壳体毛坯，再通过抛丸机抛丸处理掉表面附着的粘土砂，通过自动打磨机打磨处理，得到合格的毛坯铸件。

浇注过程结束后在砂箱内部，发热冒口套13在接触铁液30S-50S后开始时发生铝热反应，产生高温、并释放出大量气体。保证补缩冒口18里的铁液持续保持高温环境，另外大量的气体产生相当大的压力使补缩冒口18里的铁液能够有充足的压力通过冒口颈143对砂型空腔进行补缩。冒口颈143的设计能够防止铁液补缩回流，保证顺序补缩，能够在冒口补缩能力下降时及时切断冒口与铸件的连接通道，保证压气机壳体铸件品质。与优化前相比，压气机壳体的材质晶粒细化，无缩松缺陷，应力结构完整，结构强度大大提高。满足了船用涡轮增压器对压气机壳体性能的需求。

由此，本发明通过设计一种造型线模具及铸造工艺方法，彻底解决压气机壳体结构“缩松”的问题，既能满足船用涡轮增压器对压气机壳体性能的要求，同时又降低了生产成本，提高了生产效率。

当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明做出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种船用涡轮增压器压气机壳模具，其特征在于，包括上模型（01）、下模型（02）和安装在下模型（02）顶部的型板框架（11）；所述上模型（01）安装在型板框架（11）上；所述上模型（01）与下模型（02）组成自循环槽补缩冒口（5）、横浇道（2）、内浇道（3）、直浇道（6）、浇口窝（8）、搭接（10）和砂型空腔；所述砂型空腔依次连通内浇道（3）、横浇道（2）、搭接（10）、浇口窝（8）和直浇道（6）；

所述下模型（02）由下到上依次安装有流道芯座（16）、压气机壳体流道芯（15）、自循环槽砂芯（14）和发热冒口套（13）；所述自循环槽砂芯（14）和发热冒口套（13）内部设有补缩冒口（18），所述补缩冒口（18）连通自循环槽补缩冒口（5）。

2.根据权利要求1所述的船用涡轮增压器压气机壳模具，其特征在于，所述砂型空腔包括位于上模型（01）的第一上模型（011）和第二上模型（017）以及位于下模型（02）的第一下模型（021）和第二下模型（027）；所述第一上模型（011）和第二上模型（017）均依次通过内浇道（3）、横浇道（2）、搭接（10）和浇口窝（8）连通直浇道（6）。

3.根据权利要求1所述的船用涡轮增压器压气机壳模具，其特征在于，所述横浇道（2）连通有冒口流道（21），所述冒口流道（21）依次连通有暗冒口（4）和暗冒口窝（9），所述暗冒口窝（9）连通砂型空腔。

4.根据权利要求1所述的船用涡轮增压器压气机壳模具，其特征在于，所述自循环槽砂芯（14）底部设有环形定位槽（142）、连通环形定位槽（142）和补缩冒口（18）的冒口颈（143）以及加强筋成型槽（141）。

5.根据权利要求1所述的船用涡轮增压器压气机壳模具，其特征在于，所述上模型（01）与下模型（01）之间设有分型面（20），所述分型面（20）采用沉箱工艺。

6.根据权利要求1所述的船用涡轮增压器压气机壳模具，其特征在于，所述上模型（01）、型板框架（11）和下模型（02）上均设有型板定位孔（03）。

7.根据权利要求1所述的船用涡轮增压器压气机壳铸造方法，其特征在于，包括步骤：

S1、型板框架（11）通过型板定位孔（03），安装在造型机上；

S2、首先下模型（02）通过造型机的机械造型，制备成具有下模型（02）形状的粘土砂砂型；

S3、将准备好的发热冒口套（13）、自循环槽砂芯（14）、压气机壳体流道芯（15）和流道芯座（16）安放在下模型（02）的砂型中。安放过程注意避免对粘土砂砂型蹭砂造成散落砂，如果有蹭砂，用高压气枪吹出散落砂，保证砂型中无散落砂；

S4、上模型（01）通过造型机的机械造型，制备成具有上模型形状的粘土砂砂型；

S5、上模型（01）和下模型（02）通过机械合箱，将上砂型与下砂型合在一起，运送浇注线上；

S6、铁液浇注，进行充型；

S7、在铁液填充满砂型空腔的过程中，铁液从冒口颈（143）进入补缩冒口（18），当铁液填满补缩冒口（18）时，整个浇注过程结束；

S8、浇注完毕的砂型在冷却线上冷却3小时左右，然后经过震动落砂系统，进行铸件外部粘土砂型去除，得到带浇注系统的压气机壳体毛坯；

S9、在鳞板机上使用机械液压钳，对压气机壳体毛坯浇注系统进行去除，得到压气机壳体毛坯；

S10、压气机壳体毛坯，再通过抛丸机抛丸处理掉表面附着的粘土砂，通过自动打磨机打磨处理，得到合格的毛坯铸件。