專利名稱：用于增壓器的葉輪及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于增壓器的葉輪，例如用于增壓器進(jìn)氣側(cè)的增壓器葉輪，該葉輪利用內(nèi)燃機(jī)排出的廢氣來供給壓縮空氣。本發(fā)明還涉及一種制造增壓器葉輪的方法。
背景技術(shù)：
汽車或類似物的發(fā)動(dòng)機(jī)所使用的增壓器利用來自發(fā)動(dòng)機(jī)的廢氣旋轉(zhuǎn)排氣側(cè)的葉輪，進(jìn)而轉(zhuǎn)動(dòng)與排氣側(cè)葉輪同軸的位于進(jìn)氣側(cè)的另一葉輪，由此為發(fā)動(dòng)機(jī)提供壓縮空氣，以增大發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力輸出。由于排氣側(cè)葉輪暴露在發(fā)動(dòng)機(jī)所排放的高溫廢氣中，且其形狀不很復(fù)雜，因此人們利用蠟?zāi)ｈT造方法加工耐熱鎳基超合金來制造該排氣側(cè)葉輪。另一方面，由于進(jìn)氣側(cè)葉輪并不暴露于高溫，因此主要由鋁合金制造。然而，近些年，為了增加燃燒效率而需要葉輪在更高轉(zhuǎn)速下轉(zhuǎn)動(dòng)，鑒于鈦合金的重量輕并且強(qiáng)度高，因此人們嘗試使用鈦合金。此外，由于鎂合金比鈦合金的重量輕很多，因此人們也嘗試使用鎂合金。
在許多情況下，為了增加壓縮空氣的壓縮比，進(jìn)氣側(cè)葉輪具有復(fù)雜的葉片形式，其中兩種形式彼此不同的多個(gè)完整葉片(full blade)和分流葉片通常交錯(cuò)布置并且彼此相鄰。在用鋁合金鑄造葉輪的情況下，由使用石膏鑄型的石膏型鑄造工藝來制造葉輪，使用彈性橡膠模型制成所述石膏鑄型。也可以用石膏型鑄造工藝來制造鎂合金葉輪。這種橡膠模型由包括下述步驟的工藝制得制造葉輪的母模；使用該母模制造鑄型；將硅基橡膠注入該鑄型。對于橡膠模型而言，可以制造復(fù)雜形狀的母模，但是在尺寸精度方面稍有問題。
另一方面，當(dāng)通過石膏型鑄造工藝鑄造活潑金屬，比如鈦合金時(shí)，石膏型和熔融的鈦合金彼此之間反應(yīng)劇烈，由此使得不可能進(jìn)行鑄造。因此，采用五軸加工鑄造材料的方法來制造鈦合金葉輪。然而，由于鈦合金難于機(jī)加工，因此這樣的加工成本昂貴且不適于大量生產(chǎn)。所以，針對鈦合金的情況，人們嘗試使用蠟?zāi)ｈT造工藝，對于該工藝而言，可以使用對鈦合金穩(wěn)定的諸如氧化鋯和氧化釔等陶瓷外殼。
在蠟?zāi)ｈT造過程中，必須用模鑄法制造與葉輪的最終產(chǎn)品的形狀相同的犧牲模。例如，根據(jù)公開文本US-2002-0187060-A1(與JP-A-2003-94148相對應(yīng))，公開了一種以蠟?zāi)ｈT造工藝制造的鈦壓縮機(jī)葉輪，其中葉片形狀被重新設(shè)計(jì)成能使壓模嵌入件(即，滑動(dòng)模)從犧牲模的葉片部被拉出。(提示在該公開文本中，該鑄造方法被稱為“熔模鑄造法(investmentcasting)”)。這一方案的優(yōu)點(diǎn)在于，能夠以相對較低的成本大規(guī)模生產(chǎn)鈦合金葉輪。

發(fā)明內(nèi)容
然而，根據(jù)上述專利所公開的工藝，葉片的形狀被重新設(shè)計(jì)成能使沿二維方向移動(dòng)的滑動(dòng)模從犧牲模中退出。因此，葉片的形狀受到極大的限制，并且難于制造具有高空氣動(dòng)力性能的復(fù)雜形狀的葉輪。
在上述專利公開文本中還建議，當(dāng)葉輪具有彼此相鄰、交替設(shè)置的完整葉片和分流葉片時(shí)，完整葉片和分流葉片之間的每個(gè)區(qū)域都是通過一個(gè)、兩個(gè)或三個(gè)滑動(dòng)模形成的，并且這個(gè)(或這些)滑動(dòng)模從犧牲模中釋放或退出。這種情況下，模具的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此難于獲得高的尺寸精度。此外，模具的數(shù)量增加得越多，葉片之間的輪轂表面上以及葉片表面上所形成的模具之間的分型面處的分型線也增加得越多，由此使得葉輪對應(yīng)分形線的部分可能會(huì)妨礙葉片之間的空氣流動(dòng)，結(jié)果對空氣動(dòng)力性能產(chǎn)生負(fù)面影響。
因此，本發(fā)明的目的之一是提供一種用于增壓器的葉輪以及生產(chǎn)該葉輪的方法，借此解決上述問題，并獲得所預(yù)期的高空氣動(dòng)力性能。
本發(fā)明的發(fā)明人嘗試制造一種葉輪，其中通過蠟?zāi)ｈT造工藝使葉輪的底切部(undercut)從中心軸開始沿徑向延伸；并且對具有特定結(jié)構(gòu)的滑動(dòng)模的應(yīng)用以及滑動(dòng)模的釋放動(dòng)作的優(yōu)化進(jìn)行了檢驗(yàn)，從而獲得了本發(fā)明。
更具體地，本發(fā)明致力于提供一種通過蠟?zāi)ｈT造工藝制造用于增壓器的葉輪的方法，該葉輪具有從中心軸徑向延伸的盤形輪轂、以及從輪轂上延伸出的多個(gè)葉片，這些葉片由交替布置的完整葉片和分流葉片組成，其中每個(gè)葉片具有空氣動(dòng)力彎曲表面，其中每對相鄰的葉片所限定的空間形成從中心軸徑向延伸的底切部，其中該方法包括下述步驟(a)形成形狀與葉輪基本相同的犧牲模；(b)以耐火材料涂敷該犧牲模，并隨后熱去除該犧牲模以形成鑄型，以及(c)使用該鑄型鑄造葉輪，并且其中形成犧牲模的步驟(a)為下述過程將犧牲材料注入由多個(gè)滑動(dòng)模所限定的空腔內(nèi)，這些滑動(dòng)模被設(shè)置成沿徑向朝向中心軸，并且每個(gè)滑動(dòng)模都具有溝槽，其底部與分流葉片的形狀相同，并且每個(gè)滑動(dòng)模具有與一對相鄰的完整葉片之間的空間相對應(yīng)的形狀；隨后沿徑向向外移動(dòng)滑動(dòng)模，并同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)模，從而將滑動(dòng)模從犧牲模中退出。
在本發(fā)明中，制造犧牲模步驟所使用的模具裝置包括可動(dòng)模，所述可動(dòng)模沿著形成犧牲模的中心軸的方向移動(dòng)；固定模；相對于中心軸沿徑向可移動(dòng)的滑動(dòng)模；以及用于支撐滑動(dòng)模的滑動(dòng)支撐，從而通過驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)支撐能夠使滑動(dòng)模彼此協(xié)同移動(dòng)。
每個(gè)滑動(dòng)模包括彼此結(jié)合為一個(gè)整體的多個(gè)模芯。每個(gè)滑動(dòng)模從犧牲模中釋放的運(yùn)動(dòng)路線是二維平面上的XY坐標(biāo)運(yùn)動(dòng)路線，葉輪的中心軸垂直于上述平面，并且該運(yùn)動(dòng)路線還包括圍繞XY坐標(biāo)平面上的運(yùn)動(dòng)路線的轉(zhuǎn)動(dòng)分量。
可以這樣形成鑄型在犧牲模上涂敷氧化鋯基、氧化釔基和氧化鈣基耐火材料中的任何一種；進(jìn)一步在犧牲模上涂敷氧化硅基、氧化鋁基以及鋯英石基耐火材料中的任何一種；干燥耐火材料；在高壓釜中熱除去犧牲模，并且在高溫下煅燒所得的耐火材料。
根據(jù)上述制造方法，分型線對應(yīng)部形成在葉片所限定的空間內(nèi)并且僅形成在后緣表面、邊沿表面以及前緣表面上，這些表面限定了各個(gè)完整葉片的外周。這樣，本發(fā)明就提供了一種新的用于增壓器的葉輪，該葉輪在葉片所限定的空間內(nèi)的輪轂表面以及葉片表面上沒有分型線對應(yīng)部，從而導(dǎo)致該葉輪具有極好的空氣動(dòng)力性能。
也就是說，本發(fā)明由蠟?zāi)ｈT造方法制得的用于增壓器的葉輪包括中心軸，從中心軸沿徑向延伸的盤形輪轂，以及從輪轂延伸出的多個(gè)葉片，所述葉片包括交替設(shè)置的完整葉片和分流葉片，每個(gè)葉片具有空氣動(dòng)力彎曲表面，其中每對相鄰葉片所限定的空間形成從中心軸沿徑向延伸的底切部，并且在相鄰的一對完整葉片所限定的各個(gè)空間內(nèi)，僅在葉片前緣表面、邊沿表面和后緣表面上形成有分型線對應(yīng)部，上述的這些表面限定了各個(gè)完整葉片的外周。
在本發(fā)明中，用于增壓器的葉輪可以是以蠟?zāi)ｈT造工藝向鑄型內(nèi)注入鈦合金而制得。
在本發(fā)明中，除了鈦合金之外，還可以使用任何一種普通的鑄造材料，包括鋁合金、鎂合金、以及鐵合金。鈦合金因其重量輕且強(qiáng)度高，因此特別適用于本發(fā)明。
根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種用于增壓器的葉輪，其中在葉片所限定的空間內(nèi)的輪轂表面和葉片表面上沒有分型線對應(yīng)部，由此使得葉輪的空氣動(dòng)力性能優(yōu)異。這在工業(yè)中極為有效。


圖1示意性地表示用于增壓器的葉輪的一個(gè)實(shí)例；圖2是葉片的一個(gè)實(shí)例的示意圖；圖3是模具裝置的一個(gè)實(shí)例的整體視圖；圖4表示固定模的一個(gè)實(shí)例的重要部分；圖5示意性地表示滑動(dòng)模的一個(gè)實(shí)例；圖6是表示滑動(dòng)模及滑動(dòng)支架之間結(jié)合結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例的側(cè)視圖；圖7示意性地表示滑動(dòng)模釋放操作的一個(gè)實(shí)例；以及圖8示意性地表示滑動(dòng)?？梢员舜藚f(xié)同移動(dòng)的結(jié)構(gòu)的一個(gè)實(shí)例。
具體實(shí)施例方式
如上文所述，本發(fā)明嘗試制造一種葉輪，通過采用蠟?zāi)ｈT造工藝而使得從葉輪的中心軸開始沿徑向形成底切部；本發(fā)明的重要特征在于在制造犧牲模時(shí)使用具有特殊結(jié)構(gòu)的滑動(dòng)模，還在于對該滑動(dòng)模的釋放動(dòng)作進(jìn)行優(yōu)化。
更具體地，形成犧牲模的步驟包括將犧牲材料注射入由沿徑向設(shè)置的、朝著中心軸相對的多個(gè)滑動(dòng)模劃定或限定的空間中，其中每個(gè)滑動(dòng)模具有分流葉片形狀的帶底溝槽，并且滑動(dòng)模的形狀與相鄰的完整葉片之間的空間的形狀相對應(yīng)；并且隨后沿中心軸的徑向方向移動(dòng)滑動(dòng)模，同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)模，由此釋放滑動(dòng)模。
作為本發(fā)明重要特征之一的該滑動(dòng)模具有分流葉片形狀的帶底溝槽，并且形狀與相鄰的完整葉片之間的空間的形狀相對應(yīng)，并且相鄰的完整葉片之間的空間包括分流葉片，即，簡而言之，一個(gè)滑動(dòng)?？梢孕纬蓪?yīng)兩個(gè)葉片范圍的空間。
也就是說，所述分流葉片形狀的帶底溝槽是用于形成分流葉片的空腔，并且通過朝中心軸沿徑向設(shè)置的多個(gè)滑動(dòng)模所標(biāo)定或限定的空間是用于確定完整葉片和中心軸形狀的空腔。也即是說，可以形成與增壓器葉輪形狀基本相同的空腔。
以這種方式，用一個(gè)滑動(dòng)模限定與每對相鄰的完整葉片相對應(yīng)范圍的空間，可以簡化模具裝置，并且在該空間內(nèi)，可以僅在限定葉片外周的葉片后緣表面、邊沿表面以及前緣表面上設(shè)置分型線對應(yīng)部。因此，在該空間內(nèi)沒有分型線對應(yīng)部，并且因此在所生產(chǎn)的葉輪鑄件的葉片所限定的空間內(nèi)的輪轂表面和葉片表面上也沒有分型線對應(yīng)部。
在本發(fā)明中，犧牲材料被注入以上述方式布置的滑動(dòng)模中。然而，該注塑成型旨在形成徑向的底切部，因此，盡管嘗試在沿中心軸的徑向形成的二維空間內(nèi)移動(dòng)滑動(dòng)模以試圖釋放這些滑動(dòng)模，但還是無法釋放。
因此，在本發(fā)明中，在移動(dòng)滑動(dòng)模的同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)模，借此將滑動(dòng)模釋放。
更具體地，在確保從犧牲模中釋放每個(gè)滑動(dòng)模的運(yùn)動(dòng)路線是位于垂直于葉輪中心軸的二維平面上的XY坐標(biāo)系上的運(yùn)動(dòng)路線的情況下，運(yùn)動(dòng)路線還包括圍繞XY坐標(biāo)系上的運(yùn)動(dòng)路線的轉(zhuǎn)動(dòng)分量，這樣即使在沿徑向形成底切部的情況下，也能釋放滑動(dòng)模。根據(jù)葉片形狀，還可能沿著朝向中心軸的Z坐標(biāo)方向進(jìn)一步移動(dòng)滑動(dòng)模。
隨后，將以上述方式制得的犧牲模涂上耐火材料，隨后以失去方式，比如加熱方法，去除犧牲模。進(jìn)而煅燒剩下的耐火材料，從而獲得高強(qiáng)度的鑄型。從而，可以通過向該鑄型內(nèi)澆注諸如鈦合金、鋁合金以及鎂合金的熔融金屬而獲得與該犧牲模形狀基本相同的葉輪。
由于在葉片限定空間內(nèi)的輪轂表面和葉片表面上沒有分型線對應(yīng)部，因此通過上述制造方法所制得的增壓器葉輪具有極好的空氣動(dòng)力性能。
下面以特定的實(shí)例并參照附圖來介紹本發(fā)明的用于增壓器的葉輪。首先，以一個(gè)實(shí)例來說明用于增壓器的葉輪的形狀。圖1是用于內(nèi)燃機(jī)增壓器的葉輪的示意圖，該葉輪的葉片包括彼此相鄰交替設(shè)置的完整葉片3和分流葉片4。圖2是葉輪1的示意圖(為清楚起見，僅示出了兩個(gè)完整葉片和一個(gè)分流葉片)。多個(gè)完整葉片3和分流葉片4突出地安裝在從中心軸20開始沿徑向擴(kuò)展的輪轂表面2上。該完整葉片3和分流葉片4在其正面和背面上分別具有葉片表面5，所述葉片表面5是復(fù)雜空氣動(dòng)力彎曲表面。
在圖1中，該葉片表面5是彎曲表面，其不包括后緣表面21、邊沿表面(fillet face)22以及前緣表面23，上述的后緣表面21和邊沿表面22對應(yīng)于完整葉片3和分流葉片4的徑向外周表面，而前緣表面23則對應(yīng)于每個(gè)完整葉片3和分流葉片4的最上部。圖2中斜線區(qū)域所示的部分對應(yīng)于葉片(包括完整葉片3和分流葉片4)所限定的空間內(nèi)的輪轂表面2和葉片表面5。
比如在圖1所示的用于增壓器的葉輪1中，本發(fā)明所稱的葉片表面是指不包括限定完整葉片3外周表面的后緣表面21和邊沿表面22以及對應(yīng)于完整葉片3最上部的前緣表面23的彎曲表面部分。
本發(fā)明所稱的分型線是指在模具裝置分型面上形成的高度差(adifference in level)，以及犧牲模材料插入模具裝置分型區(qū)域所產(chǎn)生的線性痕跡(linear track)。如果在犧牲模上形成有分型線，該分型線實(shí)際上會(huì)被轉(zhuǎn)化為鑄件產(chǎn)品(本發(fā)明中為葉輪)的分型線對應(yīng)部?；蛘呖梢哉f，如果在犧牲模上沒有分型線，那么在鑄件產(chǎn)品上就不會(huì)有分型線對應(yīng)部。
本發(fā)明所使用的滑動(dòng)模具有分流葉片形狀的帶底溝槽并且具有相鄰?fù)暾~片之間的空間的形狀，該滑動(dòng)?？梢允侨魏我环N，只要在滑動(dòng)模釋放時(shí)能相對于犧牲模移動(dòng)即可。該滑動(dòng)?？梢詥螇K制造，但也可以通過制造多個(gè)模芯并隨后以螺栓連接、釬焊或類似方法將其結(jié)合為整體而制得。例如，圖5所示的滑動(dòng)模是通過結(jié)合面將兩個(gè)模芯25和26彼此粘合為整體而被構(gòu)成的。
這是因?yàn)?，如果試圖制造這樣的凹槽空腔即每一個(gè)凹槽空腔具有用于形成分流葉片的底部，而每個(gè)分流葉片為具有彎曲表面的薄部件，那么在很多情況下，制造僅機(jī)加工所述溝槽的模具是很難的，因此采用分割法制造滑動(dòng)模具會(huì)使得生產(chǎn)更容易。
圖1所示的用于增壓器的葉輪是通過蠟?zāi)ｈT造工藝以下述步驟制得的首先，使用模具裝置、通過注塑成型而形成犧牲模。該步驟是本發(fā)明制造方法中最重要的步驟。圖3示出了本發(fā)明所采用的模具裝置的一個(gè)實(shí)例。該模具裝置包括沿著朝向葉輪中心軸20的方向可打開且可閉合的可動(dòng)模6、固定模7、多個(gè)相對于葉輪中心軸20可徑向移動(dòng)的滑動(dòng)模8、以及多個(gè)用于支撐滑動(dòng)模8的滑動(dòng)支撐9。
圖4是固定模7(為了清楚起見，僅示出了一個(gè)滑動(dòng)模8和一個(gè)滑動(dòng)支撐9)的重要部分的透視圖，圖5是滑動(dòng)模8的示意圖。一個(gè)滑動(dòng)模8包括以下部分輪轂空腔限定部11、葉片空腔限定部12以及帶底溝槽空腔限定部13(由虛線表示)。該輪轂空腔限定部11限定在相鄰的完整葉片之間并且包括一個(gè)分流葉片的空間內(nèi)的輪轂表面2。葉片空腔限定部12限定相鄰?fù)暾~片的兩個(gè)相反的葉片表面5，以及在葉片所限定的空間內(nèi)形成分型線的后緣表面21、邊沿表面22和前緣表面23。帶底溝槽空腔限定部13限定分流葉片。也就是說，一個(gè)滑動(dòng)模限定的形狀與圖2中斜線所示的空間10是相對應(yīng)的。
圖6是表示滑動(dòng)模8和滑動(dòng)支撐9之間的結(jié)合結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。該滑動(dòng)模8通過安裝在固定銷16末端處的軸承而被安裝到固定銷16上，該固定銷16固定在滑動(dòng)支撐9上，這樣使得滑動(dòng)模8能夠圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線14轉(zhuǎn)動(dòng)并且與滑動(dòng)支撐9相連接。
該結(jié)構(gòu)確?；瑒?dòng)模8易于圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，且阻力較小。如圖4所示，在固定模7中，在滑動(dòng)模8的底表面上且在其徑向移動(dòng)范圍內(nèi)設(shè)置有環(huán)形或盤形的支撐板17，并且該支撐板17支撐滑動(dòng)模18。該支撐板17能夠沿著朝向用于葉輪1的犧牲模18的中心軸20的方向移動(dòng)。為了打開可動(dòng)模6和固定模7，該支撐板17移離滑動(dòng)模8，用以提供允許滑動(dòng)模8轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。此時(shí)，該滑動(dòng)模8僅由滑動(dòng)支撐9支撐。為了閉合該模具，支撐板17返回至其初始位置，以提供限制滑動(dòng)模轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)構(gòu)。
在本發(fā)明中，確定滑動(dòng)模的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線是很重要的。在特殊的工藝方法中，可以預(yù)先利用CAD/CAM借助三維模型對圖2所示的沿空間10徑向的底切部進(jìn)行檢查。在一種替代工藝方法中，首先，制造局部模型，該模型包括兩個(gè)彼此相鄰的完整葉片以及一個(gè)置于其間的分流葉片；將塑性樹脂注入該局部模型以制造塑性樹脂模型。隨后，將該塑性樹脂模型從局部模型中取出。這樣，可以通過這種測試來檢查底切部?？梢杂蒙鲜黾夹g(shù)中的任一種來確定轉(zhuǎn)動(dòng)軸線14，該軸線14是滑動(dòng)模8從犧牲模中釋放出來所需的運(yùn)動(dòng)路線。優(yōu)選能夠檢查不與犧牲模相接觸的理想底切部的方向，但事實(shí)上，該犧牲模大約會(huì)收縮1％的量，由此使得成型之后在滑動(dòng)模和犧牲模之間會(huì)出現(xiàn)幾十微米到幾百微米的間隙。此外，即使在CAD/CAM分析階段滑動(dòng)模8的運(yùn)動(dòng)路線與葉輪1會(huì)有一定程度的干涉，但由于升華模本身為彈性變形，因此能夠在不影響尺寸精度的情況下將模具釋放。
在本發(fā)明中，上述轉(zhuǎn)動(dòng)軸線14并非必須與葉輪1的中心軸20相垂直，也并非必須與中心軸20相交，這取決于底切部的方向。例如，該滑動(dòng)模8可以以偏離中心軸20幾度的角度退出。
上述滑動(dòng)模8的數(shù)量與葉輪的空間10的數(shù)量相對應(yīng)，這些滑動(dòng)模8呈環(huán)形布置在固定模7上，如圖3所示，并且滑動(dòng)模8、可動(dòng)模6以及固定模7被夾緊而彼此接觸，從而限定與葉輪1形狀相對應(yīng)的型腔。隨后，使用注射成型機(jī)將熔融或半熔狀態(tài)的犧牲材料注入造型用的型腔。
下面將介紹在釋放模具時(shí)滑動(dòng)模8從犧牲模中沿徑向退出運(yùn)動(dòng)的具體動(dòng)作。當(dāng)澆注形成犧牲模之后，可動(dòng)模6移離固定模7以打開模具，如圖3所示。隨后，支撐板17移離滑動(dòng)模8，從而僅由滑動(dòng)支撐9支撐滑動(dòng)模8，由此允許滑動(dòng)模8轉(zhuǎn)動(dòng)。然后，如圖4所示，沿著中心軸20的徑向、并順著徑向地形成于固定模7上表面的多個(gè)溝槽19將滑動(dòng)支撐9拉出。此時(shí)，安裝在滑動(dòng)支撐9底部的導(dǎo)向銷24能夠?qū)б摶瑒?dòng)支撐9，如圖6所示。
固定銷16通過位于轉(zhuǎn)動(dòng)軸線14上的軸承15將滑動(dòng)模8和滑動(dòng)支撐9相互連接，如圖6所示，因此，該滑動(dòng)模8圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線14自然轉(zhuǎn)動(dòng)，從而順著犧牲模18的完整葉片和分流葉片的表面形狀沒有阻力地退出。該軸承15包括內(nèi)、外座圈，所述內(nèi)座圈固定到固定銷16上，而外座圈固定到滑動(dòng)模8上。
圖7示出了這一特別的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。為方便起見，圖7中以陰影表示出限定空腔的區(qū)域，該空腔與滑動(dòng)模8的空間10(如圖2所示)相對應(yīng)。以此來說明滑動(dòng)模8的釋放動(dòng)作。圖7a到7d表示滑動(dòng)模8從犧牲模18中被釋放的一系列狀態(tài)。為了釋放，該滑動(dòng)模8在后退的同時(shí)圍繞轉(zhuǎn)動(dòng)軸線14轉(zhuǎn)動(dòng)，并最終被釋放，如圖7d所示。以這種方式，分型線對應(yīng)部形成在葉片所限定的空間內(nèi)并且僅形成在葉片后緣表面21、邊沿表面22和前緣表面23上，這些表面限定了完整葉片3的外周面。也就是說，有可能制造出這樣的犧牲模該犧牲模在圖2所示的空間10的部位不存在分型線，而這些部位與輪轂表面和葉片表面5相對應(yīng)。
可以采用的移動(dòng)滑動(dòng)支撐9的手段包括手動(dòng)退出單個(gè)滑動(dòng)支撐的方法，然而優(yōu)選的是，同時(shí)取出以互鎖結(jié)構(gòu)彼此連接成整體的多個(gè)滑動(dòng)支撐的方法。例如，如圖8所示，固定模7包括固定模上基板30、固定模下基板31以及具有凸輪溝槽33的凸輪板32。單個(gè)滑動(dòng)支撐9的導(dǎo)向銷24與固定模上基板30中的溝槽19一體，所述溝槽19與凸輪溝槽33連通。驅(qū)動(dòng)桿34安裝在凸輪板32上，諸如電機(jī)和壓力缸等驅(qū)動(dòng)裝置(未示出)與驅(qū)動(dòng)桿34相連，由此通過驅(qū)動(dòng)桿34驅(qū)動(dòng)凸輪板32來使各個(gè)滑動(dòng)支撐彼此一致地協(xié)同移動(dòng)。此外，也優(yōu)選自動(dòng)控制滑動(dòng)支撐9的移動(dòng)。
隨后，使用制造好的犧牲模實(shí)施蠟?zāi)ｈT造工藝。將多個(gè)犧牲模組裝成數(shù)狀結(jié)構(gòu)，并涂上耐火材料。在鑄造活潑金屬，比如鈦合金的情況下，優(yōu)選使用與熔融鈦合金反應(yīng)較小的穩(wěn)定耐火材料作為涂層材料，例如使用氧化鋯基、氧化釔基或氧化鈣基涂層材料作為第一層涂料。優(yōu)選隨后涂敷氧化硅基、氧化鋁基或鋯英石基涂層材料。還優(yōu)選，對應(yīng)中間層、備用層，包括第一層，多次重復(fù)涂敷耐火材料。涂敷之后，優(yōu)選充分干燥該所得的犧牲模，然后在高壓釜內(nèi)進(jìn)行脫蠟處理。如果在高溫，例如1000℃或更高溫度下對脫蠟后產(chǎn)生的鑄型進(jìn)行煅燒，將會(huì)獲得高強(qiáng)度的鑄型。
如果以鈦合金制造本發(fā)明用于增壓器的葉輪，優(yōu)選用水冷銅坩堝以高頻電感熔融鈦合金。通常，在733Pa或更低的真空中，或者在諸如氬氣等惰性氣體氣氛中熔融鈦合金?？捎玫拟伜辖鸢═i-6Al-4V(JIS60型)或類似的重量輕、強(qiáng)度高并且使用最廣泛的鈦合金。鈦合金是流動(dòng)性差的材料，但優(yōu)選使用鈦合金是出于下述原因如果采用抽吸澆鑄或者離心鑄造，即使在制造壁薄的葉輪時(shí)，鈦合金的流動(dòng)性也會(huì)增加，并且可以充分地澆注該熔融金屬。
如果以鋁合金制造本發(fā)明用于增壓器的葉輪，優(yōu)選在氣體直接加熱爐或電間接加熱爐內(nèi)熔融鋁合金。熔融過程可以在大氣中或惰性氣體氣氛中進(jìn)行?？梢允褂玫匿X合金例如包括具有高強(qiáng)度和良好抗振性的AlSiMg基AC4C和AC4CH或者AlSiCu基AC4B(JISH2211)等材料。該鋁合金的鑄造性能并不很差，但優(yōu)選使用鋁合金的原因是如果采用抽吸澆鑄或者真空澆鑄，即使在形成薄壁葉輪時(shí)，鋁合金的流動(dòng)性也會(huì)增加。
如果以鎂合金制造本發(fā)明用于增壓器的葉輪，優(yōu)選在氣體直接加熱爐或電間接加熱爐內(nèi)熔融鎂合金。熔融過程可以在大氣中或惰性氣體氣氛中進(jìn)行。可以使用的鎂合金包括具有強(qiáng)度和韌性的MgZnZr基ZK5Al或ZK6Al，或者QE22A、EZ41A、ZC63A、WE3A、WE54A(JISH2221)等含有稀土元素Y、Cu、Ag或類似元素并且具有高溫強(qiáng)度的材料。在使用鎂合金的情況下，如果采用抽吸澆鑄或者真空澆鑄，那么則與使用鋁合金的情況相類似，即使在形成薄壁葉輪時(shí)鎂合金的流動(dòng)性也會(huì)增加，因此優(yōu)選使用鎂合金。
當(dāng)使用上文所述的鈦合金、鋁合金或鎂合金進(jìn)行澆鑄之后，去除耐火材料以及不必要的冒口或類似物，并且進(jìn)一步對該鑄件產(chǎn)品進(jìn)行表面處理，比如噴砂處理及電鍍處理。這樣，有可能生產(chǎn)出用于增壓器的鈦合金葉輪，其中在葉片所限定空間內(nèi)的輪轂表面和葉片表面上不會(huì)出現(xiàn)分型線對應(yīng)部。
工業(yè)實(shí)用性本發(fā)明涉及一種用于增壓器的葉輪，該增壓器用于汽車或類似物的發(fā)動(dòng)機(jī)中，本發(fā)明還涉及一種通過蠟?zāi)ｈT造工藝，生產(chǎn)該葉輪的方法，可以獲得具有高空氣動(dòng)力性能的葉輪。
權(quán)利要求
1.一種用于增壓器的葉輪，通過蠟?zāi)７椒ㄖ圃焖鋈~輪，所述葉輪包括中心軸；從中心軸沿徑向延伸出的盤狀輪轂；從輪轂延伸出的多個(gè)葉片，這些葉片包括交替設(shè)置的完整葉片和分流葉片，每個(gè)葉片具有空氣動(dòng)力彎曲表面，其中每對相鄰葉片所限定的空間形成了從中心軸徑向延伸的底切部，并且在相鄰的一對完整葉片所限定的各個(gè)空間內(nèi)，僅在葉片后緣表面、邊沿表面和前緣表面處形成有分型線對應(yīng)部，所述后緣表面、邊沿表面和前緣表面限定了各個(gè)完整葉片的外周，其中在相鄰的一對完整葉片所限定的各個(gè)空間內(nèi)，“僅在葉片后緣表面、邊沿表面和前緣表面處形成有分型線對應(yīng)部，所述后緣表面、邊沿表面和前緣表面限定了各個(gè)完整葉片的外周”。
2.如權(quán)利要求1所述的用于增壓器的葉輪，所述葉輪由鈦合金制成。
3.如權(quán)利要求1所述的用于增壓器的葉輪，所述葉輪由鋁合金制成。
4.如權(quán)利要求1所述的用于增壓器的葉輪，所述葉輪由鎂合金制成。
5.如權(quán)利要求1至4中任一項(xiàng)所述的用于增壓器的葉輪，其中所述葉輪用在增壓器的進(jìn)氣側(cè)。
6.一種通過蠟?zāi)ｈT造工藝制造用于增壓器的葉輪的方法，所述葉輪包括從中心軸沿徑向延伸出的盤狀輪轂；以及從輪轂延伸出的多個(gè)葉片，這些葉片包括交替設(shè)置的完整葉片和分流葉片，每個(gè)葉片具有空氣動(dòng)力彎曲表面，其中每對相鄰葉片所限定的空間形成了從中心軸徑向延伸的底切部，其中該方法包括下述步驟(a)形成與葉輪形狀基本相同的犧牲模；(b)以耐火材料涂敷所述犧牲模，并隨后熱去除該犧牲模以形成鑄型，以及(c)使用所述鑄型鑄造葉輪，并且其中形成犧牲模的步驟(a)為下述過程將犧牲材料注入由多個(gè)滑動(dòng)模所限定的空腔，這些滑動(dòng)模沿徑向朝向中心軸設(shè)置，并且每個(gè)滑動(dòng)模都具有溝槽，溝槽底部與分流葉片的形狀相同，并且每個(gè)滑動(dòng)模具有與一對相鄰?fù)暾~片之間的空間相對應(yīng)的形狀；隨后沿徑向向外移動(dòng)滑動(dòng)模，并同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)滑動(dòng)模，借此將滑動(dòng)模從犧牲模中釋放。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中用于形成犧牲模的步驟(a)中的模具裝置包括沿著形成犧牲模的中心軸的方向移動(dòng)的可動(dòng)模；固定模；相對于中心軸沿徑向可移動(dòng)的滑動(dòng)模；以及用于支撐滑動(dòng)模的滑動(dòng)支撐，從而通過驅(qū)動(dòng)滑動(dòng)支撐能夠使滑動(dòng)模彼此協(xié)同移動(dòng)。
8.如權(quán)利要求6或7所述的方法，其中每個(gè)滑動(dòng)模包括彼此結(jié)合為整體的多個(gè)模芯。
9.如權(quán)利要求6到8中任一項(xiàng)所述的方法，其中用于從犧牲模中釋放每個(gè)滑動(dòng)模的運(yùn)動(dòng)路線是位于二維平面上的XY坐標(biāo)系上的運(yùn)動(dòng)路線，葉輪的中心軸垂直于上述平面，并且該運(yùn)動(dòng)路線還包括圍繞XY坐標(biāo)系上的運(yùn)動(dòng)路線的轉(zhuǎn)動(dòng)分量。
10.如權(quán)利要求6到9中任一項(xiàng)所述的方法，其中這樣形成鑄型在犧牲模上涂敷氧化鋯基、氧化釔基和氧化鈣基耐火材料中的任何一種，再在犧牲模上涂敷氧化硅基、氧化鋁基以及鋯英石基耐火材料中的任何一種，干燥上述耐火材料，在高壓釜中熱去除犧牲模，并且在高溫下煅燒所得的耐火材料。
11.如權(quán)利要求6到10中任一項(xiàng)所述的方法，其中將鈦合金、鋁合金以及鎂合金中的任何一種澆鑄入該鑄型。
全文摘要
[技術(shù)問題]為了提供一種用于增壓器的、具有優(yōu)異空氣動(dòng)力性能的蠟?zāi)ｈT造葉輪，其中在葉輪的一對彼此相鄰的長葉片所限定的每個(gè)空間內(nèi)的輪轂表面和葉片表面上不存在分型線對應(yīng)部。[解決問題的手段]該用于制造葉輪的方法包括形成與用于增壓器的葉輪形狀相同的消失模型的步驟，在以耐火材料涂敷消失模型之后通過消除消失模型形成鑄型，以及向鑄型內(nèi)澆注熔融金屬以進(jìn)行鑄造的步驟。在成型消失模型的步驟中，將消失材料注入朝中心軸沿徑向設(shè)置的多個(gè)滑動(dòng)模所限定的空腔中，這些滑動(dòng)模都具有底部為短葉片形狀的溝槽部，并且在彼此相鄰的成對長葉片之間形成空間，滑動(dòng)模通過沿中心軸徑向移動(dòng)并同時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)而被釋放。這樣，在彼此相鄰的一對長葉片所限定的空間內(nèi)，不會(huì)在輪轂表面和葉片表面上形成分型線對應(yīng)部。
文檔編號B22C7/02GK1842657SQ20058000101
公開日2006年10月4日 申請日期2005年3月30日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月28日
發(fā)明者久保田康弘, 伊藤博一 申請人:株式會(huì)社安來制作所, 日立金屬株式會(huì)社