TW201519972A - 轉子之鑄造成形方法 - Google Patents

Abstract

本發明係關於一種轉子之鑄造成形方法，其步驟係包括a)製備一第一半模及一第二半模以組成一外模具，而第一半模及第二半模共同形成轉子模穴，另於外模具係形成一與轉子模穴相通之通道及一與通道相通並與轉子模穴平行之澆鑄通道；b)將該外模具垂直設立於工作平台，使該轉子模穴的軸向方向與該工作平台相垂直，而該通道則鄰近於該工作平台；c)至少一組裝設於該工作平台之夾具，該夾具供固定該第一半模及該第二半模，以對該第一半模及該第二半模產生合模力；及d)澆鑄時，將熔鑄狀態的鑄件材料由該澆鑄通道倒入，經該通道後自該轉子模穴由下往上逐漸充填至填滿為止，藉此，本發明透過水平造模垂直澆鑄方法，將鑄件材料化學元素順螺旋轉子軸心方向分佈，以改善因製造方法的徑向分佈造成的螺旋轉子轉動不平衡量偏差。

Description

轉子之鑄造成形方法

本發明係關於一種轉子之鑄造成型方法，尤指一種以水平造模再以垂直澆鑄的方式，並將轉子軸心垂直於工作平台方式澆鑄之鑄造成型的方法。

傳統螺旋轉子的鑄造方式請參閱圖1所示，習知轉子鑄造模具之剖面示意圖。螺旋轉子鑄造模具，該鑄造模具1包括一內模10、一外模12，內模10內部有形成以螺旋形狀成形的第一模穴100，外模12內部則為形成螺旋轉子軸心的第二模穴120，內模10及外模12均以上、下半模對合而成，其第一模穴100及第二模穴120以螺旋轉子軸心與工作平台2平行的方式設置，澆鑄道14則與螺旋轉子成形的第一模穴100與螺旋轉子軸心的第二模穴120垂直。簡言之，鑄造模具1係以平臥的方式放置於工作平台2。

於澆鑄時，熔融狀態之鑄件材料由澆鑄道14注入，鑄件材料沿螺旋轉子鑄造模具的澆鑄道14流動，鑄件材料流動至螺旋轉子成形的第一模穴100模穴並流向螺旋轉子軸心的第二模穴120方向後，轉為水平流動並填滿螺旋狀的第一模穴100及第二模穴120。

然而，傳統螺旋轉子的鑄造方式，在鑄件材料充填及冷卻凝固過程中，因鑄件材料的化學元素比重的不同，使得部份比重較重的鑄件材料化學元素分佈及凝固於螺旋轉子成形模穴的下半模，導致螺旋轉子的 鑄件材料化學元素呈不均勻分布於螺旋轉子軸心的下半部(偏析)；此現象造成螺旋轉子軸心的上、下半部質量誤差大，螺旋轉子轉動時的不平衡量偏差明顯，使得螺旋轉子轉動平衡不易，校平衡作業時間增長。

其次，螺旋轉子鑄造模具以上、下半模對合而成，下半模置放於工作平台或輸送帶，上半模依靠自重與下半模結合，因上半模外部無施加反作用力(合模力)，因而無法抵抗在鑄件材料充填及冷卻凝固過程中因鑄件材料高溫產生之漲模，漲模造成螺旋轉子鑄造模具上半模被模具內應力頂向上浮，進而使得螺旋轉子軸心上半部產生成形位置偏差，並且於上、下半模結合面產生間隙而出現大量毛邊；此現象影響切削加工基準一致性、切削加工量的穩定度、刀具耗損及生產效率。

再者，切削加工基準未考量螺旋轉子因鑄造漲模影響產生成形位置偏差，以及避開螺旋轉子鑄造分模線做切削加工基準定位，造成螺旋轉子粗加工的基準定位不易，粗加工後產生的尺寸結果不一致；此現象影響切削加工基準一致性、切削加工量的穩定度、刀具耗損及生產效率。

是以，如何改良鑄件材料化學元素因不均勻分布導致螺旋轉子轉動平衡不易，校平衡作業時間增長、因漲模出現大量毛邊以及基準定位不易，粗加工後產生的尺寸結果不一致等問題，即為相關業者所必須思考的問題所在。

本創作之主要目的在於：鑄件材料化學元素順螺旋轉子軸心方向分佈，改良先前製造方法的徑向分佈造成的螺旋轉子轉動不平衡量偏差。

為達上述目的，本發明係一種轉子之鑄造成形方法，其步驟係包括：a)製備一第一半模及一第二半模以組成一外模具，且該第一半模及該第二半模共同形成一可鑄造出一轉子之轉子模穴，另於該外模具係形成一位於底部且與該轉子模穴相通之通道及一與該轉子模穴平行設置並與該通道相通之澆鑄通道；b)將該外模具垂直設立於工作平台，使該轉子模穴與該工作平台相垂直，而該通道則鄰近於該工作平台；c)至少一組裝設於該工作平台之夾具，該夾具供固定該第一半模及該第二半模，以對該第一半模及該第二半模產生合模力；及d)澆鑄時，將熔鑄狀態的鑄件材料由該澆鑄通道倒入，經該通道後自該轉子模穴由下往上逐漸充填至填滿為止。

根據本創作之一實施例，其中該轉子模穴係包括一螺旋模穴、一以軸向連通於該螺旋模穴一端之第一樞軸模穴及一以軸向連通於該螺旋模穴另一端之第二樞軸模穴，藉以直接鑄造出螺旋式的轉子。

根據本創作之一實施例，更包括步驟e)將完成鑄造的轉子以機械加工設備切削而完成螺旋式的轉子。

根據本創作之一實施例，其中該澆鑄通道於入口處係形成一澆鑄槽。

根據本創作之一實施例，其中該外模具位於與該澆鑄槽同一端面處係形成一冒口。

本發明另一種轉子之鑄造成形方法，其步驟係包括：a)製備一第一內半模及一第二內半模以組成一內模具，且該第一內半模及該第二內半模共同形成一可鑄造出一轉子之轉子模穴；b)製備一第一半模及一第二半模以組成一外模具，且該第一半模及該第二半模共同形成一可供裝設該 內模具之容置空間及二分別以軸向連通於該轉子模穴兩端之樞軸模穴，另於該外模具係形成一位於底部且與該轉子模穴及該樞軸模穴相通之通道及一與該轉子模穴及該樞軸模穴平行設置並與該通道相通之澆鑄通道；b)將該外模具垂直設立於工作平台，使該轉子模穴及該樞軸模穴與該工作平台相垂直，而該通道則鄰近於該工作平台；c)至少一組裝設於該工作平台之夾具，該夾具供固定該第一半模及該第二半模，以對該第一半模及該第二半模產生合模力；及d)澆鑄時，將熔鑄狀態的鑄件材料由該澆鑄通道倒入，經該通道後自該轉子模穴由下往上逐漸充填至填滿為止。

根據本創作之一實施例，其中該轉子模穴係為一螺旋模穴，該螺旋模穴搭配該樞軸模穴藉以直接鑄造出螺旋式的轉子。

根據本創作之一實施例，更包括步驟e)將完成鑄造的轉子以機械加工設備切削而完成螺旋式的轉子。

根據本創作之一實施例，其中該澆鑄通道於入口處係形成一澆鑄槽。

根據本創作之一實施例，其中該外模具位於與該澆鑄槽同一端面處係形成一冒口。

本發明之另一目的在於：改良因漲模造成的螺旋轉子軸心部產生成形位置偏差及毛邊。

本發明之又一目的在於：提高螺旋式轉子切削加工基準及切削加工量的一致性(穩定度)，減低刀具耗損及提高生產效率。

習知元件

1‧‧‧鑄造模具

10‧‧‧內模

100‧‧‧第一模穴

12‧‧‧外模

120‧‧‧第二模穴

14‧‧‧澆鑄道

2‧‧‧工作平台

本發明元件

3‧‧‧外模具

39‧‧‧冒口

30‧‧‧第一半模

4‧‧‧轉子

32‧‧‧第二半模

40‧‧‧驅動軸

33‧‧‧容置空間

42‧‧‧樞接軸

34、84‧‧‧轉子模穴

5‧‧‧工作平台

340‧‧‧螺旋模穴

6‧‧‧夾具

342‧‧‧第一樞軸模穴

8‧‧‧內模具

344‧‧‧第二樞軸模穴

80‧‧‧第一內半模

35‧‧‧樞軸模穴

82‧‧‧第二內半模

36‧‧‧通道

84‧‧‧轉子模穴

37‧‧‧濾渣片

S‧‧‧基準識別記號

38‧‧‧澆鑄通道

L‧‧‧分模線

380‧‧‧澆鑄槽

圖1 習知轉子鑄造模具之剖面示意圖。

圖2 係本發明較佳實施例之流程示意圖。

圖3 係本發明外模具擺設及鑄造之使用狀態示意圖。

圖4 係本發明夾具與外模具之使用狀態示意圖。

圖5 係本發明螺旋式轉子之結構示意圖。

圖6 係本發明另一較佳實施例之流程示意圖。

圖7 係本發明外模具與內模具擺設及鑄造之使用狀態示意圖。

圖8 係本發明轉子之切削加工定位示意圖。

以下藉由特定的具體實施例說明本創作之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本創作之其他優點及功效。

請參閱圖2、圖3及圖4所示，本發明較佳實施例之流程示意圖、外模具擺設及鑄造之使用狀態示意圖及夾具與外模具之使用狀態示意圖。本發明係一種轉子之鑄造成形方法，其步驟係包括：先行製備外模具3，亦即圖1中的步驟SA，此外模具3係由第一半模30及第二半模32組成，而第一半模30及第二半模32組立後則共同形成一可鑄造出一轉子4之轉子模穴34，另外在外模3底部則形成有與轉子模穴34相通的通道36以及與轉子模穴34平行設置並與通道36相通之澆鑄通道38。而在步驟SB中，係將外模具3垂直設立於工作平台5，使該轉子模穴34與該工作平台5相垂直，而通道36則鄰近於該工作平台5。完成外模具3的擺設後，於步驟SC中可得知，將至少一組裝設於該工作平台5之夾具6供固定第一半模30及第二半模32，如此 一來可對第一半模30及第二半模32產生合模力，完成第一半模30及第二半模32的夾設之後，進行步驟SD時，將熔鑄狀態的鑄件材料由澆鑄通道38倒入，經該通道36後自該轉子模穴34由下往上逐漸充填至填滿為止。如此一來，鑄件材料化學元素順螺旋轉子軸心方向(如箭頭所示)分佈，改良先前製造方法的徑向(參閱圖1中箭頭所示)分佈造成的螺旋轉子轉動不平衡量偏差。

另外，前述中的轉子模穴34主要包括一螺旋模穴340、一以軸向連通於該螺旋模穴340一端之第一樞軸模穴342及一以軸向連通於該螺旋模穴340另一端之第二樞軸模穴344，藉以直接鑄造出螺旋式的轉子。而完成鑄造的螺旋式轉子可參閱圖5所示，係本發明螺旋式轉子之結構示意圖。此螺旋式的轉子4被第一樞軸模穴342及第二樞軸模穴344鑄造出的軸承分別為驅動軸40及樞接軸42，樞接軸42其主要是用來樞接固定螺旋式的轉子4本身。而驅動軸40用來連接動力源以驅動壓縮機轉子，前述動力源可以是電動馬達或是其他等效裝置。前述步驟為一體成形的方式進行鑄造。

再者，本發明中的轉子模穴34亦可為圓柱態樣，因此初步鑄造完成的轉子4呈現柱體形狀，而後再透過步驟SE將完成鑄造的轉子4以機械加工設備切削而完成螺旋式的轉子。此步驟為再次加工的方式進行製造。

此外，參閱圖3所示，澆鑄通道38於入口處係形成一澆鑄槽380，而外模具3位於與澆鑄槽380同一端面處係形成一冒口39。即澆鑄槽380與冒口39的開口皆為朝向正上方，以此方便澆鑄及廢氣排出。據此，澆鑄通道38主要用於灌注液態狀之鑄件材料，而澆鑄槽380主要為減少衝擊力之功用。另外，冒口39之功用主要如下：(1)補縮：補充鑄件凝固時，因熱漲 冷縮效應而收縮時材料(金屬液體)之不足。(2)排氣：使轉子模穴34內氣體逸出，排除廢氣。(3)除渣：排除熔渣、雜質，及低溫不潔的金屬液。(4)可替代澆鑄槽380，檢視澆鑄情形。

前述實施例僅以外模具直接鑄造出轉子，此外，外模具亦可搭配內模具進行轉子的鑄造，請參閱圖6及圖7所示，係本發明另一較佳實施例之流程示意圖及外模具及內模具擺設及鑄造之使用狀態示意圖。本發明中另一種轉子之鑄造成形方法，其步驟係包括：先行製備內模具8，亦即圖5中的步驟SA，此內模具8由第一內半模80及第二內半模82組成，且第一內半模80及第二內半模82可共同形成一可鑄造出一轉子4之轉子模穴84，另外製備外模具3，亦即圖5中的步驟SB，此外模具3係由第一半模30及第二半模32組成，且第一半模30及第二半模32共同形成一可供裝設該內模具8之容置空間33及二分別以軸向(參閱圖7的箭頭方向)連通於該轉子模穴84兩端之樞軸模穴35，另外在外模3底部則形成有與轉子模穴84相通的通道36以及與轉子模穴84平行設置並與通道36相通之澆鑄通道38。而在步驟SC中，係將外模具3垂直設立於工作平台5，使該轉子模穴84與該工作平台5相垂直，而通道36則鄰近於該工作平台5。完成外模具3的擺設後，於步驟SD中可得知，將至少一組裝設於該工作平台5之夾具6供固定第一半模30及第二半模32，如此一來可對第一半模30及第二半模32產生合模力，完成第一半模30及第二半模32的夾設之後，進行步驟SE時，將熔鑄狀態的鑄件材料由澆鑄通道38倒入，經該通道36後自該轉子模穴84由下往上逐漸充填至填滿為止。如此一來，鑄件材料化學元素順螺旋轉子軸心方向(如箭頭所示)分佈，改良先前製造方法的徑向(參閱圖1中箭頭所示)分佈造成的螺旋轉子轉動不平衡量 偏差。值得一提的是，當前述鑄件材料往下流動至澆鑄通道38底部，經轉折時，在澆鑄通道38與通道36間設置有濾渣片37，透過此濾渣片37進行濾渣，而後以由下往上的反地心引力方向使得鑄件材料垂直注入。

另外，轉子模穴84係為一螺旋模穴，該螺旋模穴搭配該樞軸模穴35藉以直接鑄造出螺旋式的轉子4。至於完成鑄造的螺旋式的轉子4亦可參閱圖4，此部分則與前述相同不再贅述，其不同之處在於前述步驟係以外模具3與內模具8的組合方式進行鑄造。

再者，本發明中的轉子模穴84亦可為圓柱態樣，因此初步鑄造完成的轉子4呈現柱體形狀，而後再透過步驟SF將完成鑄造的轉子4以機械加工設備切削而完成螺旋式的轉子。此步驟為再次加工的方式進行製造。

此外，澆鑄通道38於入口處所形成的澆鑄槽380以及在外模具3位於與澆鑄槽380同一端面處所形成的冒口39則與前述中的圖3相同，且其功用與位置亦相同，因此不再多贅述。

另外值得一提的是，請參考圖8所示，係本發明轉子之切削加工定位示意圖。螺旋轉子鑄造模具的固定半模，設置可供切削加工定位基準識別記號，使螺旋式的轉子4於鑄造完成之外觀同樣產生切削加工定位基準識別記號S，螺旋式的轉子4切削加工前，固定以有切削加工定位基準識別記號S側為定位面，同時規範螺旋轉子切削加工定位避開分模線L。

上述實施例僅係為了方便說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。

3‧‧‧外模具

34‧‧‧轉子模穴

36‧‧‧通道

38‧‧‧澆鑄通道

380‧‧‧澆鑄槽

39‧‧‧冒口

5‧‧‧工作平台

6‧‧‧夾具

Claims (10)

1. 一種轉子之鑄造成形方法，其步驟係包括：a)製備一第一半模及一第二半模以組成一外模具，且該第一半模及該第二半模共同形成一可鑄造出一轉子之轉子模穴，另於該外模具係形成一位於底部且與該轉子模穴相通之通道及一與該轉子模穴平行設置並與該通道相通之澆鑄通道；b)將該外模具垂直設立於工作平台，使該轉子模穴與該工作平台相垂直，而該通道則鄰近於該工作平台；c)至少一組裝設於該工作平台之夾具，該夾具供固定該第一半模及該第二半模，以對該第一半模及該第二半模產生合模力；及d)澆鑄時，將熔鑄狀態的鑄件材料由該澆鑄通道倒入，經該通道後自該轉子模穴由下往上逐漸充填至填滿為止。
2. 如申請專利範圍第1項所述之轉子之鑄造成形方法，其中該轉子模穴係包括一螺旋模穴、一以軸向連通於該螺旋模穴一端之第一樞軸模穴及一以軸向連通於該螺旋模穴另一端之第二樞軸模穴，藉以直接鑄造出螺旋式的轉子。
3. 如申請專利範圍第1項所述之轉子之鑄造成形方法，更包括步驟e)將完成鑄造的轉子以機械加工設備切削而完成螺旋式的轉子。
4. 如申請專利範圍第1項所述之轉子之鑄造成形方法，其中該澆鑄通道於入口處係形成一澆鑄槽。
5. 如申請專利範圍第4項所述之轉子之鑄造成形方法，其中該外模具位於與該澆鑄槽同一端面處係形成一冒口。
6. 一種轉子之鑄造成形方法，其步驟係包括：a)製備一第一內半模及一第二內半模以組成一內模具，且該第一內半模及該第二內半模共同形成一可鑄造出一轉子之轉子模穴；b)製備一第一半模及一第二半模以組成一外模具，且該第一半模及該第二半模共同形成一可供裝設該內模具之容置空間及二分別以軸向連通於該轉子模穴兩端之樞軸模穴，另於該外模具係形成一位於底部且與該轉子模穴及該樞軸模穴相通之通道及一與該轉子模穴及該樞軸模穴平行設置並與該通道相通之澆鑄通道；c)將該外模具垂直設立於工作平台，使該轉子模穴及該樞軸模穴與該工作平台相垂直，而該通道則鄰近於該工作平台；d)至少一組裝設於該工作平台之夾具，該夾具供固定該第一半模及該第二半模，以對該第一半模及該第二半模產生合模力；及e)澆鑄時，將熔鑄狀態的鑄件材料由該澆鑄通道倒入，經該通道後自該轉子模穴由下往上逐漸充填至填滿為止。
7. 如申請專利範圍第6項所述之轉子之鑄造成形方法，其中該轉子模穴係為一螺旋模穴，該螺旋模穴搭配該樞軸模穴藉以直接鑄造出螺旋式的轉子。
8. 如申請專利範圍第6項所述之轉子之鑄造成形方法，更包括步驟f)將完成鑄造的轉子以機械加工設備切削而完成螺旋式的轉子。
9. 如申請專利範圍第6項所述之轉子之鑄造成形方法，其中該澆鑄通道於入口處係形成一澆鑄槽。
10. 如申請專利範圍第9項所述之轉子之鑄造成形方法，其中該外模具位於 與該澆鑄槽同一端面處係形成一冒口。