CN117181999A - 一种叶轮型壳的制造工艺 - Google Patents
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Abstract
本发明属于熔模铸造技术领域，具体涉及一种叶轮型壳的制造工艺。所述叶轮型壳的制造工艺，包括以下步骤：1)制蜡模；2)制面层型壳；3)制背层型壳；4)型壳封浆；5)脱蜡；6)焙烧。本发明的叶轮型壳制造工艺，具有生产周期短、生产成本低、脱壳性好、成品率高等特点，提高了铸造行业在生产含有流道宽度小于4毫米叶轮的铸件质量。
Description
技术领域
本发明属于熔模铸造技术领域，具体涉及一种叶轮型壳的制造工艺。
背景技术
熔模铸造属于液态成型工艺，是一种原料利用率高的近净成型技术，又称其为精密铸造，失蜡铸造，因其具有尺寸精度高、表面质量好、适用复杂形状、生产批量灵活、可适用于多种合金等特点，已被广泛应用于汽车、航空航天、军事工业、医疗器械等领域中难加工零件和复杂薄壁零件的精密成型。
熔模铸造是用简单易熔材料制作成尺寸精确的模具，在模具上表面根据需要涂挂上耐火材料，静置，待耐火材料干燥硬化脱模后制成型壳，再焙烧后形成具有一定结构强度的型壳，进行浇注，待冷却后获得铸件。其中，型壳的制备是熔模铸造最重要的部分，型壳是失蜡铸造的模壳，它由粘结剂、耐火材料及其辅料组成。
叶轮是泵的主要部件之一，起着重要的作用，由于叶轮流道为空间曲面型结构复杂，且流道宽窄不一，增加了叶轮型壳制造的难度。叶轮铸造用模具型壳的常规制备工艺是：背层采用莫来砂粉制成，粘结剂为硅溶胶或水玻璃，而在流道较窄的地方直接采用封浆堵砂或直接堵砂的方法，浇注时在还原气氛下冷却，需要埋砂并扣箱。并且较窄的流道在做四层或五层后就连在一起了，导致该处型壳的厚度就比较厚，在常规的焙烧温度下，会产生烧不透的问题。由于铜合金的浇注温度低，一旦用来浇注铜叶轮时，型壳还会粘连在浇注好的模型上，给清壳带来很大困难。但是若想要将较厚部位的型壳烧透，则必须延长焙烧时间，这样就会造成资源浪费，甚至会出现型壳变形等其他问题。
公开号为CN109202019A的发明专利公开了一种铸造闭式叶轮的成型工艺，包括如下工序：制型、制面层壳、灌浆、制背层壳、脱蜡、焙烧、浇注、清理、热处理；该成型工艺，提高了铸造行业流道宽度在4mm-15mm，直径大于120mm的闭式叶轮成型质量；提高生产效率，降低生产成本，推动精密铸造闭式叶轮生产技术进步和发展。但是对于生产含有流道宽度小于4毫米的叶轮仍存在一定困难。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述不足之处，本发明的目的在于提供一种叶轮型壳的制造工艺。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种叶轮型壳的制造工艺，包括以下步骤：
1)、制蜡模：将蜡膏注入叶轮模具中，待其冷却凝固后形成熔模，然后将熔模组装粘接固定，得到叶轮蜡模；
2)、制面层型壳：将叶轮蜡模清洗晾干，然后将蜡模浸入面层浆料中，取出后均匀撒一层80～120目的锆英砂，室温下自然干燥后吹掉浮砂，重复该步骤2)操作，制备两层面层型壳，备用；
3)、制背层型壳：将上述面层型壳浸入背层浆料中，然后取出撒砂，室温下自然干燥后吹掉浮砂，重复该步骤3)操作，得到两层背层型壳，备用；
4)、型壳封浆：将上述背层型壳浸入封浆层浆料中，然后取出，室温下自然干燥，完成封浆；
5)、脱蜡：将上述完成封浆后的型壳放入脱蜡釜中进行高压蒸汽脱蜡，脱蜡后取出；
6)、焙烧：将上述脱蜡后的型壳放入焙烧炉内焙烧，结束后随炉冷却至室温，取出，得到叶轮型壳。
作为上述技术方案的优选，步骤2)中，所述面层浆料包括粘结剂、300～325目的锆英粉，其重量比为1：(3～4)。优选地，所述面层浆料中还包括浆料重量0.1～0.3％的润湿剂和0.1～0.3％的消泡剂。所述润湿剂为乙烯烷基醇醚，所述消泡剂为正辛醇。
上述技术方案中，在面层浆料中加入润湿剂和消泡剂能够降低浆料的表面张力，提高浆料与蜡模的层间附着力，同时能够降低面层的孔隙率，减少缺陷的产生，提高型壳质量。
作为上述技术方案的优选，步骤3)中，当型壳内流道的宽度小于4毫米时，所述背层浆料由粘结剂和石墨砂按重量比1：(1～2)组成，所述撒砂的砂为石墨砂；当型壳内流道的宽度大于等于4毫米时，所述背层浆料由粘结剂与莫来粉按重量比1：(1～2)组成，所述撒砂的砂为莫来砂。
上述技术方案中，针对型壳内流道宽度的不同，而采用不同类型的材料，与现有技术中型壳背层无论流道的宽窄均使用同一类型的材料相比，本发明在窄流道使用石墨砂，宽流道使用莫来砂粉，主要可能是由于：1)石墨砂呈灰黑色，质软，人为加压成形的人造石墨质地较硬，比重为1.9～2.3，熔点高达3850±50℃，其主要特性是耐高温，即使在超高温的电弧灼烧下，重量损失也很小，而且线膨胀系数很小(2×10-6)，是电熔刚玉的1/4，锆英石的2/5，因此抗热震性高，温度突变时体积变化也小，故本发明型壳中不会因为石墨砂的使用而产生裂纹，降低产品缩裂的不良概率。另外，莫来粉的价格要低于石墨砂，本发明仅在窄流道使用石墨砂，这样在缩短型壳焙烧时间、保证型壳质量的同时，又降低了生产成本。
作为上述技术方案的优选，步骤4)中，所述封浆层浆料由粘结剂和耐火材料按重量比1：(1.2～2)组成。所述耐火材料为石墨砂、莫来粉中的一种或两种。优选地，所述耐火材料为石墨砂和莫来粉按重量比(0.6～1)：(0.6～1)组成的混合物。
上述技术方案中，将石墨砂和莫来粉共同作为耐火材料使用，主要是由于背层型壳中有两种材料，在封浆时若只采用单一材料，则可能会导致背层中宽流道与窄流道二者衔接处由于材料性能差异，影响整个壳体的一体性而可能产生裂纹，故本发明在封浆层中将石墨砂与莫来粉混合使用，能够有效避免由材料性能差异产生的衔接处裂纹，提高型壳质量。
作为上述技术方案的优选，所述粘结剂为硅溶胶、水玻璃中的一种。
作为上述技术方案的优选，步骤5)中，脱蜡的工艺参数为：压力0.6～0.75MPa，温度150～170℃，时间6～10min。
作为上述技术方案的优选，步骤6)中，焙烧的工艺参数为：温度800～900℃，升温速率3～8℃/min，保温时间1.5～3h。优选地，焙烧的工艺参数为：温度850℃，升温速率5℃/min，保温时间2h。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1、本发明采用石墨砂制备的型壳，与现有技术中采用莫来砂制备的型壳相比，由于石墨砂的存在，外界氧气被拦截在石墨砂外面，无需埋砂扣箱冷却，可直接不扣箱空冷，大大降低了熔炼车间的操作难度；而且外界氧气被隔离在型壳外面，能够为金属液营造良好的保护性还原气氛，可有效防止金属液氧化形成麻点麻坑，提高叶轮铸件的质量。另外，型壳中石墨砂的使用，有利于降低型壳的残留强度，提高型壳的脱壳性，提升后处理中的处理效率。
2、本发明在背层中根据流道宽度不同而采用不同的背层浆料，不仅能够缩短型壳焙烧时间、降低型壳焙烧温度，又能保证型壳质量、降低产品缩裂的不良机率；
3、本发明在封浆层中将石墨砂与莫来粉混合作为耐火材料使用，能够有效避免由材料性能差异产生的衔接处裂纹，提高型壳质量；
4、本发明的叶轮型壳制造工艺，具有生产周期短、生产成本低、脱壳性好、成品率高等特点，提高了铸造行业在生产含有流道宽度小于4毫米叶轮的铸件质量。
具体实施方式
下面以具体实施例对本发明的技术方案做进一步说明，但是实施例具体细节仅为了说明本发明，并不代表本发明构思下全部技术方法。因此不应理解为对本发明总的技术方案限定。
本发明下述的实施例和对比例中所使用的叶轮模具为同一尺寸、同一型号的叶轮模具。
实施例1
一种叶轮型壳的制造工艺，包括以下步骤：
1)、将蜡膏注入叶轮模具中，待其冷却凝固后形成熔模，然后将熔模组装粘接固定，得到叶轮蜡模；
2)、将叶轮蜡模清洗晾干，然后将蜡模浸入面层浆料中，取出后均匀撒一层100目的锆英砂，室温下自然干燥后吹掉浮砂，重复该步骤2)操作，制备两层面层型壳，备用；
所述面层浆料包括硅溶胶和300目的锆英粉，其重量比为1：3，还包括浆料重量0.2％的乙烯烷基醇醚和0.2％的正辛醇。
3)、将上述面层型壳浸入背层浆料中，然后取出撒砂，室温下自然干燥后吹掉浮砂，重复该步骤3)操作，得到两层背层型壳，备用；
当型壳内流道的宽度小于4毫米时，所述背层浆料由硅溶胶和60目的石墨砂按重量比1：1.6组成，所述撒砂的砂为60目的石墨砂。
当型壳内流道的宽度大于等于4毫米时，所述背层浆料由硅溶胶与200目的莫来粉按重量比1：1.6组成，所述撒砂的砂为60目的莫来砂。
4)、将上述背层型壳浸入封浆层浆料中，然后取出，室温下自然干燥，完成封浆；
所述封浆层浆料由硅溶胶、石墨砂和莫来粉组成，其重量比为1：0.7：0.7。
5)、将上述完成封浆后的型壳放入脱蜡釜中进行高压蒸汽脱蜡，脱蜡后取出；其中，脱蜡的工艺参数为：压力0.7MPa，温度160℃，时间8min；
6)、将上述脱蜡后的型壳放入焙烧炉内焙烧，结束后随炉冷却至室温，取出，得到叶轮型壳；其中，焙烧的工艺参数为：温度850℃，升温速率5℃/min，保温时间2h。
实施例1制造的型壳分别浇注50件铁合金叶轮和50件铜合金叶轮，全部合格，在振壳清砂过程中，流道内的型壳极易清除。
实施例2
一种叶轮型壳的制造工艺，包括以下步骤：
1)、将蜡膏注入叶轮模具中，待其冷却凝固后形成熔模，然后将熔模组装粘接固定，得到叶轮蜡模；
2)、将叶轮蜡模清洗晾干，然后将蜡模浸入面层浆料中，取出后均匀撒一层80目的锆英砂，室温下自然干燥后吹掉浮砂，重复该步骤2)操作，制备两层面层型壳，备用；
所述面层浆料由硅溶胶和300目的锆英粉按重量比1：3.5组成。
3)、将上述面层型壳浸入背层浆料中，然后取出撒砂，室温下自然干燥后吹掉浮砂，重复该步骤3)操作，得到两层背层型壳，备用；
当型壳内流道的宽度小于4毫米时，所述背层浆料由硅溶胶和60目的石墨砂按重量比1：1.6组成，所述撒砂的砂为60目的石墨砂。
当型壳内流道的宽度大于等于4毫米时，所述背层浆料由硅溶胶与200目的莫来粉按重量比1：1.6组成，所述撒砂的砂为60目的莫来砂。
4)、将上述背层型壳浸入封浆层浆料中，然后取出，室温下自然干燥，完成封浆；
所述封浆层浆料由硅溶胶、石墨砂和莫来粉组成，其重量比为1：0.7：0.7。
5)、将上述完成封浆后的型壳放入脱蜡釜中进行高压蒸汽脱蜡，脱蜡后取出；其中，脱蜡的工艺参数为：压力0.65MPa，温度170℃，时间6min；
6)、将上述脱蜡后的型壳放入焙烧炉内焙烧，结束后随炉冷却至室温，取出，得到叶轮型壳；其中，焙烧的工艺参数为：温度900℃，升温速率8℃/min，保温时间1.5h。
实施例2制造的型壳分别浇注50件铁合金叶轮和50件铜合金叶轮，除了1件铁合金叶轮表面有少量麻点外，其余全部合格，在振壳清砂过程中，流道内的型壳也极易清除。推测这1件叶轮表面有少量麻点可能是由于面层浆料中未使用润湿剂和消泡剂，可能导致浆料表面张力较高，浆料与蜡模间的附着力可能不足，孔隙率增加，从而会有少量缺陷产生，影响产品质量。
实施例3
一种叶轮型壳的制造工艺，包括以下步骤：
1)、将蜡膏注入叶轮模具中，待其冷却凝固后形成熔模，然后将熔模组装粘接固定，得到叶轮蜡模；
2)、将叶轮蜡模清洗晾干，然后将蜡模浸入面层浆料中，取出后均匀撒一层120目的锆英砂，室温下自然干燥后吹掉浮砂，重复该步骤2)操作，制备两层面层型壳，备用；
所述面层浆料包括硅溶胶和300目的锆英粉，其重量比为1：4，还包括浆料重量0.1％的乙烯烷基醇醚和0.3％的正辛醇。
3)、将上述面层型壳浸入背层浆料中，然后取出撒砂，室温下自然干燥后吹掉浮砂，重复该步骤3)操作，得到两层背层型壳，备用；
当型壳内流道的宽度小于4毫米时，所述背层浆料由硅溶胶和60目的石墨砂按重量比1：1.8组成，所述撒砂的砂为60目的石墨砂。
当型壳内流道的宽度大于等于4毫米时，所述背层浆料由硅溶胶与200目的莫来粉按重量比1：1.8组成，所述撒砂的砂为60目的莫来砂。
4)、将上述背层型壳浸入封浆层浆料中，然后取出，室温下自然干燥，完成封浆；
所述封浆层浆料由硅溶胶和莫来粉组成，其重量比为1：1.4。
5)、将上述完成封浆后的型壳放入脱蜡釜中进行高压蒸汽脱蜡，脱蜡后取出；其中，脱蜡的工艺参数为：压力0.7MPa，温度160℃，时间8min；
6)、将上述脱蜡后的型壳放入焙烧炉内焙烧，结束后随炉冷却至室温，取出，得到叶轮型壳；其中，焙烧的工艺参数为：温度850℃，升温速率5℃/min，保温时间2h。
实施例3制造的型壳分别浇注50件铁合金叶轮和50件铜合金叶轮，其中有1件铁合金叶轮和1件铜合金叶轮表面有裂纹，其余叶轮全部合格，在振壳清砂过程中，流道内的型壳极易清除。推测裂纹产生导致产品不合格的因素可能是由于使用单一的莫来粉作为耐火材料，可能无法完全消除由背层材料带来的性能差异而产生隐形裂纹，在浇注时，裂纹受高温影响增大，从而给叶轮质量带来不利影响。
实施例4
一种叶轮型壳的制造工艺，包括以下步骤：
1)、将蜡膏注入叶轮模具中，待其冷却凝固后形成熔模，然后将熔模组装粘接固定，得到叶轮蜡模；
2)、将叶轮蜡模清洗晾干，然后将蜡模浸入面层浆料中，取出后均匀撒一层100目的锆英砂，室温下自然干燥后吹掉浮砂，重复该步骤2)操作，制备两层面层型壳，备用；
所述面层浆料包括硅溶胶和325目的锆英粉，其重量比为1：3.2，还包括浆料重量0.3％的乙烯烷基醇醚和0.1％的正辛醇。
3)、将上述面层型壳浸入背层浆料中，然后取出撒砂，室温下自然干燥后吹掉浮砂，重复该步骤3)操作，得到两层背层型壳，备用；
当型壳内流道的宽度小于4毫米时，所述背层浆料由硅溶胶和60目的石墨砂按重量比1：1.2组成，所述撒砂的砂为60目的石墨砂。
当型壳内流道的宽度大于等于4毫米时，所述背层浆料由硅溶胶与200目的莫来粉按重量比1：1.2组成，所述撒砂的砂为60目的莫来砂。
4)、将上述背层型壳浸入封浆层浆料中，然后取出，室温下自然干燥，完成封浆；
所述封浆层浆料由硅溶胶和石墨砂组成，其重量比为1：1.4。
5)、将上述完成封浆后的型壳放入脱蜡釜中进行高压蒸汽脱蜡，脱蜡后取出；其中，脱蜡的工艺参数为：压力0.7MPa，温度160℃，时间8min；
6)、将上述脱蜡后的型壳放入焙烧炉内焙烧，结束后随炉冷却至室温，取出，得到叶轮型壳；其中，焙烧的工艺参数为：温度850℃，升温速率5℃/min，保温时间2h。
实施例4制造的型壳分别浇注50件铁合金叶轮和50件铜合金叶轮，其中有1件铁合金叶轮和1件铜合金叶轮表面有裂纹，其余叶轮全部合格，在振壳清砂过程中，流道内的型壳极易清除。推测裂纹产生导致产品不合格的因素可能是由于使用单一的石墨砂作为耐火材料，可能无法完全消除由背层材料带来的性能差异而产生隐形裂纹，在浇注时，裂纹受高温影响增大，从而给叶轮质量带来不利影响。
对比例1
一种叶轮型壳的制造工艺，包括以下步骤：
1)、将蜡膏注入叶轮模具中，待其冷却凝固后形成熔模，然后将熔模组装粘接固定，得到叶轮蜡模；
2)、将叶轮蜡模清洗晾干，然后将蜡模浸入面层浆料中，取出后均匀撒一层100目的锆英砂，室温下自然干燥后吹掉浮砂，重复该步骤2)操作，制备两层面层型壳，备用；
所述面层浆料由硅溶胶和300目的锆英粉按重量比1：3.5组成。
3)、将上述面层型壳浸入背层浆料中，然后取出撒砂，室温下自然干燥后吹掉浮砂，重复该步骤3)操作，得到两层背层型壳，备用；
所述背层浆料由硅溶胶与200目的莫来粉按重量比1：1.6组成，所述撒砂的砂为60目的莫来砂。
4)、将上述背层型壳浸入封浆层浆料中，然后取出，室温下自然干燥，完成封浆；
所述封浆层浆料由硅溶胶莫来粉组成，其重量比为1：1.4。
5)、将上述完成封浆后的型壳放入脱蜡釜中进行高压蒸汽脱蜡，脱蜡后取出；其中，脱蜡的工艺参数为：压力0.7MPa，温度160℃，时间8min；
6)、将上述脱蜡后的型壳放入焙烧炉内焙烧，结束后随炉冷却至室温，取出，得到叶轮型壳；其中，焙烧的工艺参数为：温度850℃，升温速率5℃/min，保温时间2h。
对比例1制造的型壳分别浇注50件铁合金叶轮和50件铜合金叶轮，浇注时在还原气氛下埋砂并扣箱冷却，仍然有13件铁合金叶轮和10件铜合金叶轮表面有缺陷产生导致产品不合格。与上述实施例相比，产品不良率明显增加，而且采用莫来砂粉制备的型壳在浇注时还需要还原气氛埋砂扣箱，不仅增加了熔炼车间的操作难度，而且如果扣箱不严也会给产品带来缺陷，导致产品不良率的增加。
此外，在振壳清砂过程中，流道内的型壳难以清除，尤其是铜合金叶轮清壳尤为困难；推测其原因可能是铜合金的浇注温度低，莫来砂粉制备的型壳容易与浇注好的模型粘连，从而造成清壳困难。
Claims (10)
1.一种叶轮型壳的制造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
1)、制蜡模：将蜡膏注入叶轮模具中，待其冷却凝固后形成熔模，然后将熔模组装粘接固定，得到叶轮蜡模；
2)、制面层型壳：将叶轮蜡模清洗晾干，然后将蜡模浸入面层浆料中，取出后均匀撒一层80～120目的锆英砂，室温下自然干燥后吹掉浮砂，重复该步骤2)操作，制备两层面层型壳，备用；
3)、制背层型壳：将上述面层型壳浸入背层浆料中，然后取出撒砂，室温下自然干燥后吹掉浮砂，重复该步骤3)操作，得到两层背层型壳，备用；
4)、型壳封浆：将上述背层型壳浸入封浆层浆料中，然后取出，室温下自然干燥，完成封浆；
5)、脱蜡：将上述完成封浆后的型壳放入脱蜡釜中进行高压蒸汽脱蜡，脱蜡后取出；
6)、焙烧：将上述脱蜡后的型壳放入焙烧炉内焙烧，结束后随炉冷却至室温，取出，得到叶轮型壳。
2.根据权利要求1所述的一种叶轮型壳的制造工艺，其特征在于，步骤2)中，所述面层浆料包括粘结剂、300～325目的锆英粉，其重量比为1：(3～4)。
3.根据权利要求2所述的一种叶轮型壳的制造工艺，其特征在于，所述面层浆料中还包括浆料重量0.1～0.3％的润湿剂和0.1～0.3％的消泡剂。
4.根据权利要求1所述的一种叶轮型壳的制造工艺，其特征在于，步骤3)中，当型壳内流道的宽度小于4毫米时，所述背层浆料由粘结剂和石墨砂按重量比1：(1～2)组成，所述撒砂的砂为石墨砂；当型壳内流道的宽度大于等于4毫米时，所述背层浆料由粘结剂与莫来粉按重量比1：(1～2)组成，所述撒砂的砂为莫来砂。
5.根据权利要求1所述的一种叶轮型壳的制造工艺，其特征在于，步骤4)中，所述封浆层浆料由粘结剂和耐火材料按重量比1：(1.2～2)组成。
6.根据权利要求5所述的一种叶轮型壳的制造工艺，其特征在于，所述耐火材料为石墨砂、莫来粉中的一种或两种。
7.根据权利要求6所述的一种叶轮型壳的制造工艺，其特征在于，所述耐火材料为石墨砂和莫来粉按重量比(0.6～1)：(0.6～1)组成的混合物。
8.根据权利要求2或4或5所述的一种叶轮型壳的制造工艺，其特征在于，所述粘结剂为硅溶胶、水玻璃中的一种。
9.根据权利要求1所述的一种叶轮型壳的制造工艺，其特征在于，步骤5)中，脱蜡的工艺参数为：压力0.6～0.75MPa，温度150～170℃，时间6～10min。
10.根据权利要求1所述的一种叶轮型壳的制造工艺，其特征在于，步骤6)中，焙烧的工艺参数为：温度800～900℃，升温速率3～8℃/min，保温时间1.5～3h。
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| CN202311144916.XA CN117181999A (zh) | 2023-09-06 | 2023-09-06 | 一种叶轮型壳的制造工艺 |
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