分体式砂箱、叶轮转子精密铸造工艺及叶轮转子

技术领域

本发明涉及叶轮转子熔模精铸技术领域，特别地，涉及一种分体式砂箱、叶轮转子精密铸造工艺及叶轮转子。

背景技术

航空发动机叶轮转子类精铸件主要由轮毂和叶片组成，叶片排气边较薄(约0.4mm)且叶身整体尺寸精度要求高，无法增加浇冒口，因此该类铸件精密铸造浇注系统结构基本一致，均是在上轮毂柱设置圆台形大浇道。

为减少熔炼浇注过程中模壳转移热量散失、保证叶身充型完整以及模壳摆放平稳，现用工艺方案中其中一种主流方案采用整体填砂造型，即将整个模壳放入砂箱中，然后用耐火且保温的造型砂填满整个砂箱。

采用现有的浇注方式造型存在诸多不足，至少存在以下问题：

(1)模壳定位精度低，造型操作时因模组重心偏上而下轮毂柱较小容易偏摆，型壳在砂箱中摆放位置一致性差、填砂量不均，导致温度场及散热边界条件差异大，最终导致铸造工艺稳定性差、产品质量波动大；

(2)浇道与零件部分全部被造型砂包裹，浇注过程中有利于充型，但浇注后散热困难、温度控制效果差，零件流道面及叶身极易形成浅表疏松问题。

发明内容

本发明提供了一种分体式砂箱、叶轮转子精密铸造工艺及叶轮转子，以解决叶轮转子类铸件工艺稳定性差及浅表疏松的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种分体式砂箱，所述砂箱用于叶轮转子的精铸造型，所述砂箱包括：

箱体，用于容纳陶瓷浇口杯、浇道以及造型砂，所述箱体的底部设置造型孔；

底座，具有用于容纳型壳和造型砂的凹腔，所述凹腔开设有用于定位放置型壳的定位凹槽，所述底座用于与所述箱体底部匹配连接从而使所述型壳与所述浇道的连接位置与所述造型孔位置匹配；

活动组件，设置于所述箱体，用于控制所述箱体的底部造型孔的开启，还用于控制所述箱体的底部造型孔关闭同时对所述浇道上用于和所述型壳连接的连接部径向定位；

支撑组件，设置于所述箱体，用于支撑所述箱体，进而在拆除所述底座后支撑所述箱体使所述箱体于工作平面上保持竖立。

作为上述技术方案的进一步改进，所述箱体上设置有施力构造，用于使所述箱体受外力施加后上提进而使型壳脱离底座。

作为上述技术方案的进一步改进，所述活动组件包括两对称设置的活动插板，所述箱体的底部开设有与所述造型孔连通的活动槽，用于安装所述活动插板；所述活动插板朝向所述浇道的一端设置有与所述浇道的连接部的半周外径匹配的定位槽，从而在两所述活动插板插入所述活动槽内相抵接时使所述定位槽围合于所述浇道的连接部外。

作为上述技术方案的进一步改进，所述活动槽内设置有限位凸起，所述活动插板沿插入方向设置有导槽，所述限位凸起用于插入所述导槽内从而限制所述活动凸起移动方向。

作为上述技术方案的进一步改进，所述活动插板朝向所述浇道外的一端设置有把手。

作为上述技术方案的进一步改进，所述支撑组件包括设置于所述箱体底部的支撑柱，所述支撑柱的高度与所述底座的高度匹配，所述底座对应所述支撑柱的分别位置开设有与所述支撑柱的外径匹配的通孔或支撑槽；所述支撑柱于所述箱体的底部均匀分布且位于所述活动组件的活动路径外。

作为上述技术方案的进一步改进，所述造型孔的孔径大于所述浇口杯的开口处的外径。

根据本发明的另一方面，还提供了一种叶轮转子精密铸造工艺，应用有以上任一所述的分体式砂箱，所述铸造工艺包括以下步骤：

S1.将型壳放置于底座的凹腔内，型壳的下轮毂柱部分插入定位凹槽内；

S2.活动组件控制造型孔打开，将箱体放置于底座上，使浇口杯和浇道位于箱体内；

S3.填入造型砂至底座内；

S4.活动组件关闭造型孔通道；

S5.填入造型砂至箱体内；

S6.熔炼浇注；

S7.上提箱体至型壳脱离底盘，并将箱体放置于工作平面由支撑组件支撑；

S8.型壳部分悬空散热预设时间。

作为上述技术方案的进一步改进，步骤S3中，填入造型砂至造型砂与底座的上端面齐平；步骤S5中，填入造型砂至造型砂与箱体的上端面齐平。

根据本发明的另一方面，还提供了一种叶轮转子，应用有以上任一所述的叶轮转子精密铸造工艺。

本发明具有以下有益效果：本分体式砂箱在使用时，将型壳放置于底座的凹腔内，并通过定位凹槽对型壳定位使型壳保持竖立，由活动组件使箱体的造型孔打开，将箱体放置于底座上，浇道与型壳的上轮毂柱部分连接，浇口杯连接于浇道上；由箱体上填入造型砂使造型砂通过造型孔落入底座的凹腔内直至覆盖型壳，由活动组件关闭造型孔同时保证型壳在砂箱中精确定位，使型壳位于砂箱正中位置，进而保证每批次产品填砂量均匀以及在浇注过程中温度场及散热边界条件的一致性和铸造工艺稳定性，大幅降低产品质量波动；填入造型砂至箱体和底座内，即可进行熔模浇注，浇注过程中型壳及浇注系统被造型砂充分包裹，保证薄壁叶身部分充型；浇筑后，上提箱体使型壳脱离底座，底座放置于工作平面由支撑组件进行支撑保持竖立，浇注系统仍由造型砂包裹进行保温，型壳的工件部分则悬空散热，从而形成了温度梯度，并增强了浇道对叶轮轮毂厚大位置的补缩效果，解决了工件流道面及叶身浅表疏松的问题，保证轮毂部位无疏松超标缺陷。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的造型孔打开状态的仰视图；

图2是本发明优选实施例的造型孔打开状态的正视图；

图3是本发明优选实施例的造型孔打开状态的内部结构示意图；

图4是本发明优选实施例的造型孔关闭状态的剖面图；

图5是本发明优选实施例造型孔关闭状态的箱体结构示意图一；

图6是本发明优选实施例造型孔关闭状态的箱体结构示意图二；

图7是本发明优选实施例造型孔关闭状态的底部结构示意图；

1、箱体11、造型孔12、凸耳13、活动槽14、限位凸起2、底座21、凹腔22、定位凹槽3、活动插板31、定位槽32、导槽33、把手4、支撑组件5、浇口杯6、浇道7、型壳71、上轮毂柱部分72、下轮毂柱部分。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

参照图1至图7，本发明的优选实施例提供了一种分体式砂箱，砂箱用于叶轮转子的精铸造型，砂箱包括：

箱体1，用于容纳陶瓷浇口杯5、浇道6以及造型砂，箱体1的底部设置造型孔11；

底座2，用于设置于箱体1的底部，底座2具有用于容纳型壳7和造型砂的凹腔21，凹腔21开设有用于定位放置型壳7的定位凹槽22，底座2用于与箱体1底部匹配连接从而使型壳7与浇道6的连接位置与造型孔11位置匹配；

活动组件，设置于箱体1，用于控制箱体1的底部造型孔11的开启，还用于控制箱体1的底部造型孔11关闭同时对浇道6上用于和型壳7连接的连接部径向定位；

支撑组件4，设置于箱体1，用于支撑箱体1，进而在拆除底座2后支撑箱体1使箱体1于工作平面上保持竖立。

其中，型壳7用于形成工件铸型，其形状构造与叶轮转子匹配，叶轮转子包括上轮毂柱、轮毂、叶片以及下轮毂柱；浇口杯5和浇道6组成浇注系统；

可以理解的是，本分体式砂箱在使用时，将型壳7放置于底座2的凹腔内，并通过定位凹槽22对型壳7定位使型壳7保持竖立，由活动组件使箱体1的造型孔11打开，将箱体1放置于底座2上，浇道6与型壳7的上轮毂柱部分71连接，浇口杯5连接于浇道6上；由箱体1上填入造型砂使造型砂通过造型孔11落入底座2的凹腔内直至覆盖型壳7，由活动组件关闭造型孔11同时保证型壳7在砂箱中精确定位，使型壳7位于砂箱正中位置，进而保证每批次产品填砂量均匀以及在浇注过程中温度场及散热边界条件的一致性和铸造工艺稳定性，大幅降低产品质量波动；填入造型砂至箱体1和底座2内，即可进行熔模浇注，浇注过程中型壳7及浇注系统被造型砂充分包裹，保证薄壁叶身部分充型；浇筑后，上提箱体1使型壳7脱离底座2，底座2放置于工作平面由支撑组件4进行支撑保持竖立，浇注系统仍由造型砂包裹进行保温，型壳7的工件部分则悬空散热，从而形成了温度梯度，并增强了浇道6对叶轮轮毂厚大位置的补缩效果，解决了工件流道面及叶身浅表疏松的问题，保证轮毂部位无疏松超标缺陷。

本实施例中，箱体1上设置有施力构造，用于使箱体1受外力施加后上提进而使型壳7脱离底座2；具体的，施力构造为形成于箱体1的上端呈对称分布的凸耳12，通过起吊设备的挂钩分别挂住两凸耳12起吊以上提箱体1。

本实施例中，活动组件包括两对称设置的活动插板3，箱体1的底部开设有与造型孔11连通的活动槽13，用于安装活动插板3；活动插板3朝向浇道6的一端设置有与浇道6的连接部的半周外径匹配的定位槽31，从而在两活动插板3插入活动槽13内相抵接时使定位槽31围合于浇道6的连接部外，浇道6的连接部呈圆柱形，即两定位槽31呈半圆形，组合即呈圆形，与连接部匹配。

本实施例中，活动槽13内设置有限位凸起14，活动插板3沿插入方向设置有导槽32，限位凸起14用于插入导槽32内从而限制活动凸起的移动方向，防止活动插板3由活动槽13直接拔出，同时保证活动插板3插入至端点位置时，定位槽31与定位凹槽22同轴，两活动插板3插入方向的端点位置处于匹配抵接位置，进而保证对型壳7径向定位的一致性、精确性，配合定位凹槽22对型壳7的上端和下端分别径向定位，防止偏摆，保证每批次工件均精确定位，保证铸造工艺稳定性。

本实施例中，活动插板3朝向浇道6外的一端设置有把手33，以便控制活动插板3于活动槽13内移动。

本实施例中，支撑组件4包括设置于箱体1底部的支撑柱，支撑柱的高度与底座2的高度匹配，底座2对应支撑柱的分别位置开设有与支撑柱的外径匹配的通孔或支撑槽，本实施例以通孔为例；支撑柱于箱体1的底部均匀分布且位于活动组件的活动路径外，将箱体1放置于底座2上时，支撑柱和通孔同时用于进行定位，箱体1脱离底座2时，由支撑柱支撑箱体1使型壳7悬空散热。

本实施例中，造型孔11的孔径大于浇口杯5的开口处的外径，浇口杯的开口处外径通常大于浇道的外径；将浇道6与型壳7匹配连接，并安装浇口杯5后，造型孔11的孔径大于浇口杯5的开口处的外径，即可安装箱体1使得浇口杯5、浇道6依次通过造型孔11后使箱体1与底座2抵接。

另一方面，本实施例还提供一种叶轮转子精密铸造工艺，应用有上述分体式砂箱，包括以下步骤：

S1.将型壳7放置于底座2的凹腔内，型壳7的下轮毂柱部分72插入定位凹槽22内，进而对型壳7进行初定位并使型壳7保持竖立；

S2.将箱体1放置于底座2上，活动组件控制造型孔11打开，将箱体1放置于底座2上，使浇口杯5和浇道6位于箱体1内；

具体的，浇道6和浇口杯5对应安装后，将两活动插板3向外拉出进而使造型孔11呈完全打开状态，通过起吊设备通过凸耳12吊起箱体1至底座2上方，使造型孔11和型壳7径向位置大致匹配，下放箱体1使浇口杯5、浇道6依次穿过造型孔11至箱体1内，使支撑柱和通孔对位，进而使箱体1和底座2同轴，完全放下箱体1后，箱体1与底座2抵接，支撑柱插入通孔内；

在一些实施例中，还可以是，将箱体1定位放置于底座2上后，再将浇道6、浇口杯5匹配安装；

S3.填入造型砂至底座2内；

具体的，由箱体1上填入造型砂使造型砂通过造型孔11至底座2内，可以理解的是，填入造型砂直至与底座2的上端面齐平，以覆盖型壳7保证浇注效果；

S4.活动组件关闭造型孔11通道；

具体的，插入两活动插板3至两插板抵接，定位凹槽22同时对型壳7进一步径向定位，防止偏摆，使型壳7保持位于本砂箱的轴线上；需要说明的是，在步骤S3中填入造型砂的过程中，至少插入并打开一次活动组件，以在造型砂填平之前对型壳7径向定位，防止填砂后对型壳7定位受阻、操作不便。

S5.填入造型砂至箱体1内；

同理，填入造型砂至造型砂与箱体1的上端面齐平，浇口杯5的开口端位于箱体1上端面以上；

S6.熔炼浇注；

S7.上提箱体1至型壳7脱离底盘，并将箱体1放置于工作平面由支撑组件4支撑；

具体的，通过起吊设备的挂钩挂设于凸耳12后将箱体1上提，使得型壳7由底座2内的造型砂中脱离，将砂箱放置于平整地面，由支撑柱支撑，使型壳7的工件部分悬空散热，浇注系统部分仍于砂箱的造型砂中保温；

S8.型壳7部分悬空散热预设时间。

具体的，根据工件的材质、尺寸规格匹配设置散热时间。

本铸造工艺保证浇注过程中薄叶身部分充型，同时浇注后将工件部分悬空散热，形成温度梯度，解决了零件流道面及叶身浅表疏松问题，增强了浇道6对叶轮轮毂厚大位置的补缩效果，获得的叶轮转子毂部位无疏松超标缺陷。

另一方面，本实施例还提供一种叶轮转子，应用有上述叶轮转子精密铸造工艺。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。