[发明专利]一种整体式压气机叶轮的熔模低压铸造工艺

说明书

技术领域

本发明涉及一种铝合金件的铸造工艺，尤其涉及一种铝合金叶轮的铸造工艺。

背景技术

熔模铸造生产工艺包括易熔模的压制、模组焊接、涂料配制、挂砂、脱蜡、型壳焙烧，浇注。相对于其它铸造方法，熔模铸件尺寸精度和表面粗糙度高，常用于尺寸精度和表面粗糙度要求高，而又不易加工的零件，特别是结构复杂，利用其它铸造方法不容易造型的铸件，常用熔模铸造方法生产。

某大型柴油发动机涡轮增压器上的整体式压气机叶轮，工作转速32500r／min(rpm)，轮盘直径Φ210mm，叶片数19，叶片是弯曲变厚度的，最薄处0.5mm，要求有足够的强度和一定的塑性，特别是轮毂内部宏观组织级别要求高，以保证其工作性能和安全性。

整体式压气机叶轮材料为铸造铝硅镁合金ZL104，背景生产工艺是：熔模铸造生产，采用中温模料易熔模、硅溶胶型壳，将制好的型壳放到有底砂的铁箱内，填干砂造型，再进行焙烧、浇注；浇注方式是离心浇注，利用离心力来提高叶片薄壁处的充型能力。要求对每浇注批次的叶轮抽检一件，除了进行化学成分检测，还要对叶轮轮毂部位剖分后进行宏观组织检测，主要检测针孔与疏松级别。生产中，如果由于宏观组织不合格而导致铸件报废，则是批量报废，造成铸件废品率极高，而铸件宏观组织级别低影响叶轮的工作质量，易出现故障。

低压铸造是一种使金属液自下而上在一定压力下充型和凝固的铸造工艺，金属液的充型效果好，在一定压力下凝固结晶可使金属液补缩充分，铸件组织致密。低压铸造用铸型一般为金属型，也有砂型、石膏型、陶瓷型，熔模铸造型壳等。熔模铸造型壳在低压机上浇注，一般采取装箱造型，但由于浇口超下，需专用封闭式砂箱，生产效率很低，铸型排气条件也不好。

采用单壳进行低压浇注，需要型壳具有足够的强度，保证充型和凝固过程中型壳不开裂；另一方面，低压充型凝固过程中铸型内腔是封闭的，型壳应具有良好的排气性。整体式压气机叶轮铸件壁厚差别大，组织致密度要求高，一般的低压浇注工艺难以满足要求。

因而，需要一种整体式压气机叶轮的熔模低压铸造工艺，一方面使叶片部位能很好充型；另一方面使铸件凝固过程中补缩充分，排气良好，组织致密。这是本发明的宗旨。

发明内容

本发明目的是提供一种整体式压气机叶轮的熔模低压铸造工艺，提高叶轮内部组织致密度，提升产品质量，同时生产效率高，劳动强度低。

本发明提供的一种整体式压气机叶轮的熔模低压铸造工艺，包括制壳、型壳焙烧、低压充型凝固步骤，

制壳：包括配制涂料和挂砂，采用熔模铸造用硅溶胶粘结剂配制涂料，耐火材料面层和二层为电熔刚玉粉、砂，加固层为熔模铸造专用莫来石粉、砂；配制涂料用耐火粉料使用级配粉，面层涂料粘度40～45s、密度2.1～2.2g/cm³、涂挂80#电熔刚玉砂；二层涂料粘度30～35s、密度2.0～2.1g/cm³、涂挂60#电熔刚玉砂；加固层用两种涂料，一种涂料粘度10～13s、密度1.81～1.83g／cm³，另一种涂料粘度25～30s、密度1.85～1.95g／cm³，涂加固层涂料时采用两次沾涂料的方法，先沾稀涂料，再沾稠涂料，挂砂粒度依次为30-50#、20-40#、20-40#、12-20#，最后涂挂一层涂料粘度25～30s的涂料；涂挂好的型壳放置4h后采用高压釜脱掉易熔模；

型壳低温焙烧：型壳装炉升温至500℃保温2h，随炉降温至小于200℃出炉空冷至室温存放，存放时间5周以内；

型壳高温焙烧：低温焙烧的型壳在浇注前进行高温焙烧，型壳高温焙烧温度1000℃，保温4h，随炉空冷至小于500℃后出炉，浇注时的型壳温度为100～150℃；

型壳定位夹紧：低压机升液管上口放置过滤网，安放专用底盘，然后将型壳浇口朝下放入底盘中心过滤网上面，周围用硅酸铝纤维保温材料封闭好，上部压紧型壳；

低压充型凝固：铝液浇注温度670～680℃，充型压力0.03MPa、时间10s，凝固保压压力0.35MPa、保压时间5min。利用本发明浇注的整体式压气机叶轮轮毂部位补缩充分，组织致密，无针孔和疏松缺陷。

本发明的有益效果是：

(1)面层用刚玉粉、砂涂挂性好，获得高的铸件表面粗糙度；加固层用莫来石粉、砂，型壳透气性好；加固层用煤矸石粉、砂、采用两次沾涂料，挂砂粒度逐层增大，制得型壳强度高，单壳经过两次焙烧，低压充型凝固过程中不开裂、排气充分。