一種大型葉輪鑄造使用的石膏型芯制作方法以及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種大型葉輪鑄造使用的石膏型芯制作方法以裝置，包括步驟：1、將鑄造成型好的低熔點合金葉輪葉片鑲嵌在石膏型模具中；2、混合制成石膏漿料，混合好后放入真空攪拌機中；3、使用真空攪拌機對石膏漿料進行抽真空及振動攪拌；4、將除氣泡的石膏漿料在真空條件下灌注到石膏型模具中，灌注結(jié)束后使用振動機振動脫泡；5、灌注完畢后的石膏型利用工具將上端刮平；步驟6、將固化后的石膏型放置在專用的石膏型干燥托架上；7、將托架和石膏型一同放入到干燥機內(nèi)；8、將石膏型和托架取出，分開，將低熔點合金收集重復(fù)利用，將石膏型放置于修整架上，修復(fù)型芯表面瑕疵、去除多余雜質(zhì)。9、對石膏型進行檢測后進行使用。
【專利說明】
一種大型葉輪鑄造使用的石膏型芯制作方法以及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明公開了一種石膏型的制造方法，具體涉及一種用于大型葉輪等大型鋁合金精密鑄造時石膏模型的制作方法以及裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]整體式葉輪是渦輪式發(fā)動機、離心式壓縮機或離心栗的核心部件。葉輪大多壁薄，葉片扭曲，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，尺寸精度及表面粗糙度要求高，為了獲得精度及表面粗糙度低的葉輪，需要采用先進的石膏型進行鑄造；
[0003]目前，一般制作石膏型芯的方法，如下:
[0004]步驟I配置石膏漿料；
[0005]步驟2攪拌石膏漿料；
[0006]步驟3將石膏漿液材料倒入組裝好的模具中；
[0007]步驟4將石膏頂端刮平，靜置凝固；
[0008]步驟5脫模；
[0009]步驟6修型；
[0010]步驟7干燥。
[0011]上述方法存在以下缺陷:
[0012]葉輪內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，使用傳統(tǒng)方式無法使石膏型芯一體成型；石膏漿料攪拌過程中容易出現(xiàn)氣泡，致使制作的石膏型內(nèi)部及表面有氣泡存在，影響型芯表面質(zhì)量；由于石膏型芯各處厚薄不一，如放置不當(dāng)，可能會使型芯在干燥過程中局部受力、變形、裂紋，影響使用;石膏型芯直接平放于放置平臺上，會使底部與空氣接觸面積減少，容易干燥不徹底。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明公開了一種大型葉輪鑄造用石膏型制造方法。
[0014]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0015]—種大型葉輪鑄造使用的石膏型芯制作方法，包括以下步驟:
[0016]步驟1、將鑄造成型好的合金葉輪葉片鑲嵌在石膏型模具中；
[0017]步驟2、混合制成石膏漿料，將除氣泡的石膏漿料在真空條件下灌注到石膏型模具中，且邊灌注邊對石膏漿料振動脫泡；
[0018]步驟3、對灌注結(jié)束后的石膏型模具繼續(xù)振動脫泡設(shè)定的時間，且對石膏型進行修整和固化；
[0019]步驟4、將固化后的石膏型按照設(shè)定的溫度控制曲線進行干燥；
[0020]步驟5、對干燥后石膏型脫模修型。
[0021 ]進一步的，步驟2中所述的石膏漿料包括石膏粉和純凈水，所述的石膏粉和純凈水的比例為1.43-1.73:1;且純凈水的溫度控制在15-25°C之間。
[0022]進一步的，步驟4中，干燥溫度的控制方法如下:
[0023]步驟4-1使石膏型在設(shè)定的時間內(nèi)快速升溫到設(shè)定的溫度；
[0024]步驟4-2在步驟I設(shè)定的溫度下對石膏型進行保溫一段時間，使其中的低熔點合金(熔模)徹底熔化、流出；
[0025]步驟4-3在步驟4-2保溫完成后，使石膏型降溫到某個設(shè)定溫度后，然后一直保溫到干燥結(jié)束直至出爐。
[0026]進一步的，所述的大型葉輪鑄造使用的石膏型芯制作方法采用的系統(tǒng)，至少包括一個澆鑄裝置，所述的澆鑄裝置包括一個箱體，在所述箱體的頂部設(shè)有進料口，所述的箱體與抽真空裝置相連;在所述箱體的內(nèi)部安裝有用于制作大型葉輪的石膏型模具，在所述的石膏型模具的底部設(shè)有對所述模具中漿料進行振動脫泡的振動器。
[0027]進一步的，所述的進料口安裝有進料漏斗，進料漏斗的下方設(shè)有與真空箱內(nèi)模具澆鑄口連通的導(dǎo)流槽。
[0028]進一步的，所述的箱體頂部安裝有用于觀察真空箱內(nèi)部工作情況的玻璃視窗。
[0029]進一步的，所述的箱體上還設(shè)有真空表安裝孔，真空表安裝孔上安裝真空表。
[0030]進一步的，所述的箱體上還設(shè)有起重吊環(huán)。
[0031 ]進一步的，在所述的進料口安裝有進料閥門。
[0032]進一步的，所述的石膏型模具包括上模、下模和底環(huán)，所述的上模放置在底環(huán)上，在上模底部中心位置設(shè)置與底環(huán)配合的下模;上模、下模和底環(huán)三者形成葉輪石膏型的成型腔。
[0033]進一步的，所述的下模上表面為同葉輪下壁形狀吻合的曲面;下模上表面設(shè)有多個用以放置葉輪葉片模的凹槽，凹槽沿下模曲面延伸。
[0034]進一步的，所述上模的下表面為與葉輪上表面形狀吻合的曲面，在所述的曲面上設(shè)有用于成型石膏型芯凸起部分的環(huán)槽，環(huán)槽的正上方設(shè)有與成型腔連通的出氣口。
[0035]所述的大型葉輪鑄造使用的石膏型芯制作方法采用的干燥托架，底盤的頂面為凹面，底盤中心設(shè)有中心孔，在所述的底盤的邊沿位置安裝有一圈和其相連的錐形擋板，錐形擋板的頂部設(shè)有多個高對待干燥裝置的支撐面進行高度調(diào)節(jié)的平墊。
[0036]所述的干燥托架，在所述底盤內(nèi)設(shè)有等高墊塊槽，在所述的等高墊塊槽內(nèi)鑲嵌有等高墊塊，底盤將石膏型芯底部托住。
[0037]本發(fā)明的有益效果如下:
[0038]此方法利用低熔點合金葉片來制作葉輪鑄造用石膏型芯，使用石膏混合漿料灌漿成形，真空下灌注具有良好的成形性能，灌注一次即可成型，工藝簡單，制作周期較短，低熔點合金葉片具有較好的強度，不易變形，制作出型芯中葉片形狀一致性好。
[0039]低熔點合金在石膏型芯干燥過程中熔化，熔模方式從石膏型芯中去除葉片的方式操作簡單，不污染石膏表面，且合金可以重復(fù)利用。
[0040]使用石膏型芯鑄造的大型葉輪，鑄件表面質(zhì)量好，表面粗糙度低，葉片尺寸的精度尚O
[0041]干燥托架通過設(shè)置等高墊塊以及等高墊塊，解決了葉輪石膏型芯干燥過程中受力不均、變形、裂紋等問題，提高葉輪石膏型芯干燥成品率30%以上，并使制作石膏型所用熔?？梢匀刍⑹占?，循環(huán)使用，節(jié)約資源。
[0042]本發(fā)明中的石膏型模具拆分成上下模、底環(huán)，能夠準(zhǔn)確成型。
[0043]本發(fā)明中的采用真空振動裝置真空+振動，解決石膏鑄型制作過程中產(chǎn)生氣泡的問題。
【附圖說明】
[0044]為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0045]圖1本發(fā)明中石膏型干燥過程中的溫度控制曲線圖；
[0046]圖2為本發(fā)明中的石膏型模具的結(jié)構(gòu)圖；
[0047]圖3-1、3-2、3-3為本發(fā)明中的干燥托架的結(jié)構(gòu)圖；
[0048]圖4-1、4_2為本發(fā)明中的真空振動裝置的結(jié)構(gòu)圖；
[0049]圖中:1-1灌注口，1-2吊裝孔，1-3凹槽，1-4下模，1-5限位臺，1-6限位臺，1-7限位臺，1-8底環(huán)，1-9出氣口，1-10上模；
[0050]2-1石膏型芯，2-2熔模容納盒，2-3錐形擋板，2_4等高墊片，2_5底盤，2_6支撐桿，
2-7調(diào)整螺栓，2-8平墊，2-9上壓環(huán)，2-10底盤壓環(huán)，
[0051 ] 3-1進料漏斗，3-2進料閥門，3-3模具，3_4振動底座，3_5真空表安裝孔，3_6箱體，
3-7振動器，3-8鎖門件，3-9玻璃視窗，3-10門板，3_11合頁，3_12進料口，3_13導(dǎo)流槽，3-14加強筋，3-15真空管安裝孔。
【具體實施方式】
[0052]下面結(jié)合附圖，以鋁合金葉輪鑄件的石膏型芯為例，對本發(fā)明中的內(nèi)容進行詳細說明:
[0053]本發(fā)明針對的大型葉輪鑄造使用的石膏型芯制作方法，包括以下步驟:
[0054]步驟1、將鑄造成型好的低熔點合金葉片鑲嵌在石膏型模具中；
[0055]步驟2、稱取石膏粉50-60Kg，稱取25_35Kg純凈水，混合制成石膏漿料，水溫控制在15-25°C之間，混合好后放入真空攪拌機中；
[0056]步驟3、當(dāng)真空攪拌機真空度達到0.1Mpa后，使用真空攪拌機對混合后的石膏漿料進行抽真空及振動攪拌。轉(zhuǎn)速250-300rpm，攪拌時間5 土 Imin，振動頻率為l_5Hz，使石膏攪拌均勻，并將石膏中的氣泡排出；
[0057]步驟4、將除氣泡的石膏漿料在真空條件下灌注到石膏型模具中，灌注結(jié)束后使用振動機振動脫泡，振動頻率l-3Hz，振動20-30s
[0058]步驟5、灌注完畢后的石膏型利用刮板等工具將上端刮平，石膏型常溫靜置固化120min±10min，此過程中禁止挪動；
[0059]步驟6、將固化后的石膏型放置在專用的石膏型干燥托架上；
[0060]步驟7、將托架和石膏型一同放入到干燥機內(nèi)，在250±10°C溫度條件下干燥，石膏出爐溫度為160-170°C，共干燥時間50h，石膏型干燥溫度控制曲線如下圖所示。
[0061]步驟8、將石膏型和托架取出，分開，將低熔點合金收集重復(fù)利用，將石膏型放置于修整架上，修復(fù)型芯表面瑕疵、去除多余雜質(zhì)。
[0062]步驟9、對石膏型進行檢測后進行使用。
[0063]在250±10°C溫度條件下干燥，石膏出爐溫度為160-170°C，共干燥時間50h;
[0064]石膏型干燥在50個小時內(nèi)的溫度控制方法如下:
[0065]t在0-10小時內(nèi)，按照公式T = 25t進行溫度控制；
[0066]t在10-20小時內(nèi)，按照公式T = 250°C進行溫度控制；
[0067]t在20-25小時內(nèi)，按照公式T = _16t進行溫度控制；
[0068]t在25-50小時內(nèi)，按照公式T = 165±5°C進行溫度控制。
[0069]上面的T表示的是溫度，單位是“。C”；t表示的是時間，單位是“小時”。
[0070]上述步驟I中采用的是石膏模具如圖2所示，用于葉輪石膏型成型的石膏模具，包括上模1-10、下模1-4和底環(huán)1-8，上模1-10放置在底環(huán)1-8上，在上模1-10底部中心位置設(shè)置與底環(huán)配合的下模1-4;上模1-10、下模1-4和底環(huán)1-8三者形成葉輪石膏型的成型腔;在成型腔內(nèi)放置低熔點合金葉輪葉片，然后用于后續(xù)的石膏成型。
[0071 ]進一步的，下模1-4上表面為同葉輪下壁形狀吻合的曲面；下模1-4上表面設(shè)有多個用以放置葉輪葉片模的凹槽，凹槽沿下模曲面延伸；下模1-4的底部中心為中空設(shè)置;使用時，通過在下模1-4型芯上設(shè)置的低熔點合金葉片，能夠在石膏灌注成型時，將葉片固定在葉輪內(nèi)部；
[0072]進一步的，底環(huán)1-8與上模1-10之間通過限位臺1-7進行限位約束;底環(huán)1-8與下模1-4之間通過限位臺1-5、限位臺1-6進行限位約束；同時底環(huán)與上模之間、底環(huán)1-8與下模1-4之間通過螺釘?shù)冗B接裝置進行進一步的固定連接。
[0073]進一步的，底環(huán)1-8與上模1-10之間設(shè)有凹槽1-3，這里的凹槽1-3可以減少底環(huán)8同上模10之間接觸面的配合面積，防止因為配合面的不平整、變形導(dǎo)致底環(huán)8同上模10的裝配精度降低；
[0074]上述步驟6中采用的是干燥托架如圖3-1、3-2、3_3所示，在干燥托架的底部設(shè)有一個與干燥托架底盤中心孔對應(yīng)的熔模容納盒2-2;在干燥托架上安裝有石膏型芯；當(dāng)對石膏型芯進行干燥時，石膏型芯中的熔模如低熔點合金、石蠟等熔化，沿著底座的斜面從中心孔流入下方熔模容納盒2-2中，收集熔模材料重復(fù)利用。
[0075]干燥托架結(jié)構(gòu)，其主要包括:底盤、底座壓環(huán)、等高墊塊、支撐桿、錐形擋板、平墊、上壓環(huán)，具體如下:
[0076]在底盤2-5上安裝有一圈和其相連的錐形擋板2-3，錐形擋板2-3的外圈設(shè)有支撐桿2-6對其進行支撐;錐形擋板2-3通過連接件固定安裝在底盤2-5上，這里所述的連接件可以是螺栓、螺釘?shù)龋遣幌拗七@類連接件。
[0077]底盤2-5的頂面為四周高、中間低的斜面，底盤中心設(shè)有中心孔;在干燥時，錐形擋板2-3使石膏型芯中熔模熔化后沿著錐形擋板流向底盤的頂面，然后由于頂面為傾斜面，熔模熔化后沿著傾斜面從底盤的中心孔流出，進入到熔模容納盒2-2中。
[0078]進一步的，在底盤2-5的頂面內(nèi)設(shè)有等高墊塊槽，在等高墊塊槽內(nèi)鑲嵌有多個等高墊塊2-4，多個等高墊塊2-4將石膏型芯托住;利用等高墊塊2-4可減少配合面積，有利于石膏型芯2-1放置平穩(wěn);增加石膏型干燥過程中石膏型底面的受熱面積，有利于型芯干燥；
[0079]具體的底盤結(jié)構(gòu)為:
[0080]底盤2-5頂面為四周高中間低的結(jié)構(gòu)，為斜面，斜面與中心孔軸線之間的夾角為α，α角度要小于90度，使低熔點合金在熔化時可以沿著底盤表面向中間孔流動，便于收集重復(fù)利用。
[0081 ]進一步的，底盤壓環(huán)，其為一個環(huán)狀結(jié)構(gòu)，在環(huán)狀結(jié)構(gòu)上設(shè)有多個螺紋孔;底盤壓環(huán)通過螺栓安裝在底盤上。
[0082]進一步的，錐形擋板2-3為一個圓柱形的錐形的結(jié)構(gòu)，其上部為大口徑結(jié)構(gòu)，下部為小口徑結(jié)構(gòu)；下部通過連接裝置與底盤相連，上部與上壓環(huán)2-9相連，錐形擋板可以使石膏型芯中低熔點合金熔化后沿著擋板流向底盤。
[0083]步驟3中真空振動采用的裝置為真空振動箱，具體結(jié)構(gòu)包括:
[0084]模具澆鑄采用的真空箱，包括一個箱體3-6，在箱體3-6上安裝有真空管安裝孔3-15和進料口 3-12;在箱體3-6的內(nèi)部安裝有對模具3-3中漿料進行振動的振動底座3-4;這里所述的振動底座3-4為一個安裝在模具底部的振動器，振動器為現(xiàn)有的裝置，在這里不進行詳細展開講。該真空箱既適合小件的批量生產(chǎn)，也適合大件的單件生產(chǎn)。有較高的柔性生產(chǎn)適應(yīng)性和較高的生產(chǎn)效率，避免噴吹石膏漿造成的石膏粉塵污染。
[0085]進一步的，箱體3-6頂部安裝有用于觀察真空箱內(nèi)部工作情況的玻璃視窗3-9;玻璃視窗的位置還可以安裝在箱體的側(cè)面，但是不能安裝在底面，不限于所述的頂部；只要能觀察真空箱內(nèi)部工作情況的任一位置即可。
[0086]此外，玻璃視窗3-9的大小可以根據(jù)實際情況進行設(shè)置。
[0087]進一步的，箱體3-6上還設(shè)有真空表安裝孔3-15，真空表安裝孔3-15上安裝真空表，真空表安裝孔3-15設(shè)置在箱體的頂部;通過真空表來觀察真空箱內(nèi)的真空情況。
[0088]進一步的，箱體3-6上還設(shè)有起重吊環(huán)，用于箱體的移動，起重吊環(huán)一般安裝在箱體3-6的頂部。
[0089]進一步的，真空管安裝孔3-15安裝在箱體的后面與真空栗相連，實現(xiàn)對箱體內(nèi)部的抽真空;但是真空管安裝孔3-15也不限于安裝在真空箱的后面，也可以安裝在真空箱的其他面，只要能實現(xiàn)抽真空的功能即可。
[0090]進一步的，所述的箱體3-6的前面設(shè)有密封門板3-10，門板右側(cè)有鎖門件3-8。門板左側(cè)有合頁3-11，合頁3-11與箱體3-6鏈接。
[0091]上述裝置還可以用于模具澆鑄的澆鑄裝置，具體可以參考圖4-1、圖4-2，其包括一個前面所述的真空箱在所述的真空箱的進料口 3-12安裝有進料漏斗3-1，進料漏斗3-1的下方設(shè)有導(dǎo)流槽3-13，導(dǎo)流槽3-13可以將石膏漿料引流到模具3-3中；導(dǎo)流槽3-13用磁鋼吸附在箱頂板上，挪動其位置，使之連接進料口 3-12和模具3-3灌注口。
[0092]進一步的，進料漏斗3-1包括兩個，對稱的安裝在玻璃視窗3-9的兩側(cè)；
[0093]本發(fā)明利用低熔點合金葉片來制作葉輪鑄造用石膏型芯，使用石膏混合漿料灌漿成形，真空下灌注具有良好的成形性能，灌注一次即可成型，工藝較為簡單，制作周期較短，低熔點合金葉片具有較好的強度，不易變形，制作出型芯中葉片形狀一致性好。
[0094]低熔點合金在石膏型芯干燥過程中熔化，熔模方式從石膏型芯中去除葉片的方式操作簡單，不污染石膏表面，且合金可以重復(fù)利用。
[0095]上述雖然結(jié)合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】進行了描述，但并非對本發(fā)明保護范圍的限制，所屬領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該明白，在本發(fā)明的技術(shù)方案的基礎(chǔ)上，本領(lǐng)域技術(shù)人員不需要付出創(chuàng)造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發(fā)明的保護范圍以內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種大型葉輪鑄造使用的石膏型芯制作方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1、將鑄造成型好的低合金葉輪葉片鑲嵌在石膏型模具中； 步驟2、混合制成石膏漿料，將除氣泡的石膏漿料在真空條件下灌注到石膏型模具中，且邊灌注邊對石膏漿料振動脫泡； 步驟3、對灌注結(jié)束后的石膏型模具繼續(xù)振動脫泡設(shè)定的時間，且對石膏型進行修整和固化； 步驟4、將固化后的石膏型芯按照設(shè)定的溫度控制方法進行干燥，脫模。2.如權(quán)利要求1所述的大型葉輪鑄造使用的石膏型芯制作方法，其特征在于，步驟2中所述的石膏漿料包括石膏粉和純凈水，所述的石膏粉和純凈水的比例為1.43-1.73:1;且純凈水的溫度控制在15-25°C之間。3.如權(quán)利要求1所述的大型葉輪鑄造使用的石膏型芯制作方法，其特征在于，步驟4中，干燥的方法如下: 步驟4-1使石膏型在設(shè)定的時間內(nèi)快速升溫到設(shè)定的溫度； 步驟4-2在步驟I設(shè)定的溫度下對石膏型進行保溫一段時間； 步驟4-3使石膏型快速降溫到某個設(shè)定溫度后，一直保溫到最終的設(shè)定時間。4.一種用于制作大型葉輪鑄造使用的石膏型芯的系統(tǒng)，其特征在于:至少包括一個澆鑄裝置，所述的澆鑄裝置包括一個箱體，在所述箱體的頂部設(shè)有進料口，所述的箱體與抽真空裝置相連;在所述箱體的內(nèi)部安裝有用于制作大型葉輪的石膏型模具，在所述的石膏型模具的底部設(shè)有對所述模具中漿料進行振動脫泡的振動器。5.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述的進料口安裝有進料漏斗，進料漏斗的下方設(shè)有與箱體內(nèi)的石膏型模具澆鑄口連通的導(dǎo)流槽。6.如權(quán)利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述的石膏型模具包括上模、下模和底環(huán)，所述的上模放置在底環(huán)上，在上模底部中心位置設(shè)置與底環(huán)配合的下模;上模、下模和底環(huán)三者形成葉輪石膏型的成型腔。7.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述的下模上表面設(shè)有多個用以放置葉輪葉片模的凹槽，凹槽沿下模曲面延伸。8.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于:所述上模的下表面設(shè)有用于成型石膏型芯凸起部分的環(huán)槽，環(huán)槽的正上方設(shè)有與成型腔連通的出氣口。9.如權(quán)利要求5所述的系統(tǒng)，其特征在于，還包括一個干燥托架，所述的干燥托架包括一個底盤，所述的底盤的頂面為凹面，底盤中心設(shè)有中心孔，在所述的底盤的邊沿位置安裝有一圈和其相連的錐形擋板，錐形擋板的頂部設(shè)有多個高對待干燥裝置的支撐面進行高度調(diào)節(jié)的平墊。10.如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于:在所述底盤內(nèi)設(shè)有等高墊塊槽，在所述的等高墊塊槽內(nèi)鑲嵌有等高墊塊，底盤將石膏型芯底部托住。
【文檔編號】B22C9/10GK106040990SQ201610659394
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年8月11日 公開號201610659394.0, CN 106040990 A, CN 106040990A, CN 201610659394, CN-A-106040990, CN106040990 A, CN106040990A, CN201610659394, CN201610659394.0
【發(fā)明人】張偉, 韓桂強, 張增超, 杜平
【申請人】山東豪邁機械科技股份有限公司