大型葉輪低壓鑄造方法及冷卻控制工藝及排氣系統與流程

2023-07-21 03:01:36 1

本發明屬於精密鑄造
技術領域：
，具體涉及一種大型葉輪低壓鑄造方法及冷卻控制工藝及排氣系統。
背景技術：
：離心式壓縮機或離心泵用來為各種流體流動提供加壓。這種壓縮機或離心泵包含葉輪，當葉輪旋轉時，流體軸向方向進入，然後加速進入周向和徑向方向，高流速流體進入擴壓器，經轉換速度後輸出高壓流體，對此類壓縮機或離心泵，所使用的葉輪一般為合金精密鑄造大型薄壁葉輪。低壓鑄造是一種特種精密鑄造方式，低壓鑄造通過施加較低的壓力到金屬溶液上，將金屬溶液壓進鑄型中，使鑄件在一定壓力下充型、凝固，從而獲得組織緻密鑄件。大型薄壁葉輪的直徑尺寸較大，且葉輪的壁比較薄，葉片最薄處小於1.2mm，而整個葉輪的葉片結構部分厚度較小，葉片形狀為三維扭曲，結構複雜，目前在對於大型薄壁葉輪進行鑄造時，由於葉輪的這些特點，使葉輪鑄件產生氧化皮、縮松、砂眼、氣孔等缺陷，使成型葉輪鑄件無法滿足使用需求。而目前在對大型薄壁葉輪進行低壓鑄造的過程中，由於大型薄壁葉輪的尺寸較大，低壓鑄造是在設定的較低的壓力下進行充型澆鑄，其主要難點在於，由於大型葉輪屬於薄壁件，鋁液充型(充填)過程中，容易出現窩氣、紊流；加之鋁液冷卻速度快、流動性降低迅速，鋁液容易在流動過程中就流不動了，容易出現澆不足，無法成功整體鑄造的大型薄壁葉輪；低壓鑄造大型薄壁葉輪時，與普通葉輪相比，鑄件更大、結構更複雜，從型芯製作到鑄造成型，各方面都無法採用跟普通葉輪低壓鑄造同樣的控制方式；現有的低壓鑄造方法鑄造大型薄壁葉輪時，對於大型薄壁葉輪的冷卻速度及冷卻時間控制不好，往往在模具的外部和上部冷卻較快，其他位置冷卻較慢，導致成型的葉輪鑄件冷卻效果不符合要求，產生縮松等缺陷，影響葉輪鑄件的使用性能。高成品率，高質量的葉輪整體低壓鑄造方法一直是行業難題。技術實現要素：本發明的目的是為克服上述現有技術的不足，提供一種大型葉輪低壓鑄造方法，鑄造方法過程中對充型過程和冷卻過程的控制，極大提升葉輪鑄件的成品質量，使成品葉輪質量高，鑄造缺陷少。在該方法中還可以利用鑄造系統模具在排氣和冷卻上的改進，通過改進後的鑄造模具與鑄造方法相配合，更好的控制大型葉輪的鑄造過程的充型和冷卻過程。還提供一種大型葉輪冷卻控制工藝，利用該過程中對葉輪澆鑄的冷卻過程進行調整控制，使葉輪鑄件的冷卻速度和冷卻效果均一，避免產生縮松等缺陷，提高葉輪鑄件的使用性能。還提供一種大型葉輪低壓鑄造排氣系統，利用該排氣系統可以改善葉輪低壓鑄造過程中的排氣，該排氣系統可以讓大型葉輪鑄造過程中排氣通暢，保證大型葉輪的成型質量。為實現上述目的，本發明採用下述技術方案：一種大型葉輪低壓鑄造方法，包括以下步驟：步驟1：對製作的成型元件和型芯進行乾燥，並對葉輪低壓鑄造模具進行預熱；步驟2：將鑄造材料置於低壓鑄造裝置內，進行加熱熔化形成鑄造溶液，待鑄造溶液達至設定溫度時，對鑄造溶液進行除渣；步驟3：裝配葉輪低壓鑄造模具，確保葉輪低壓鑄造模具各組成部分連接緊固；將葉輪低壓鑄造模具與低壓鑄造裝置連接形成葉輪鑄造系統，開啟葉輪低壓鑄造模具與低壓鑄造裝置之間的加熱裝置進行加熱至設定溫度；步驟4：對低壓鑄造裝置沿設定壓力曲線進行低壓充型；步驟5：充型結束後，對葉輪低壓鑄造模具進行冷卻；步驟6：待葉輪低壓鑄造模具溫度降至設定溫度，取出葉輪，進行清理。大型葉輪是指直徑為600mm以上的葉輪。本發明方案的鑄造模具經適當修改結構尺寸等條件後，可用於小型葉輪。所述葉輪低壓鑄造模具包括上下相對應設置的上模和下模，所述上模和下模形成的型腔內設有成型元件，所述成型元件上部設有用以形成葉輪內腔和葉片的型芯；在所述上模設有用於對葉輪內部進行冷卻的第一冷卻部，所述上模的頂部設有用於對上模進行噴氣冷卻的多個第二冷卻部，所述上模的下表面設有用於進行排氣的多個排氣部。模具中採用型芯和成型元件的配合有利於底部鋁液保溫及對鑄件的補縮；在上模上設置的冷卻環和冷卻錐可以很好的提高鑄件的冷卻速度，改善縮松；在上模上設置環槽可以排出鑄造產生的氣體，改善了葉輪鑄造的排氣。成型元件可以為砂型，也可以為石膏型，還可以為陶瓷型或其他材料。陶瓷型和石膏型可以達到對鋁液保溫及對鑄件補縮的功能，且陶瓷型和石膏型都比砂型保溫性能好。優選的，所述上模和下模為金屬模，所述型芯為石膏型芯；通過金屬模和成型元件相配合進行澆注，可以避免普通模具製成的鑄件有砂眼、縮松等質量缺陷。所述第一冷卻部為冷卻錐，在第一冷卻部內通入冷卻介質。在鑄造充型完畢後，由第一冷卻部通入冷卻氣，對葉輪內部進行降溫。為實現本發明對葉輪內部冷卻的目的，冷卻錐可以替代為冷卻孔，也可以替代為其他能供冷卻介質進入的空腔型結構；為向第一冷卻部內通入冷卻介質，可以在冷卻錐或冷卻孔內插設通入冷卻氣體的進氣管，在進氣管內通入冷卻氣體，進而對葉輪內部進行冷卻。所述第二冷卻部為冷卻環，冷卻環的數量大於4個，在所述冷卻環底部開有對上模上表面進行吹氣的開口；第二冷卻部可以使用一個迴旋結構的冷卻環，在冷卻環中通入冷卻空氣後，從開口中吹出，對上模上表面冷卻。採用多個冷卻環的設置方式，可以在模具冷卻階段，先在最外側的冷卻環中通入冷卻介質，之後，向內依次向其他的冷卻環中通入冷卻介質，最終向冷卻錐中通入介質，形成一個從外向內的冷卻梯度。上述開口可以是在冷卻環底部間隔布設的多個開孔，也可以是在冷卻環底部開設的狹縫，或者其他能從冷卻環底部對上模吹氣的結構。所述第二冷卻部為螺旋狀結構，在所述螺旋狀結構底部開有對上模上表面進行吹氣的開口；在冷卻環中通入冷卻空氣後，從開口中吹出，對上模上表面冷卻。所述第二冷卻部可以為蛇形結構或波浪形結構或以其他任意形式布設，也可以是S型結構或V型結構或W型結構。所述排氣部為環槽狀結構，所述環槽狀結構的數量大於3條，環槽狀結構的數量根據需要進行設置，環槽狀結構之間間距不易過大，本發明模具中設置3條以上環槽狀結構排氣效果更好，在每條所述環槽狀結構上間隔布設多個排氣孔，所述排氣孔中設置排氣塞；在環槽狀結構上布設排氣孔，改善模具的排氣，同時在排氣孔上設置排氣塞，實現只排氣不排鑄造溶液。根據排氣的需要，可以在模具上開設曲折式縫隙作為排氣通道；也可以在模具中設置排氣針進行排氣，或者在設置排氣針和排氣塞的位置處改成設置排氣砂，即在排氣孔中填入砂，利用砂的透氣性進行排氣；也可以在模具中設置排氣片進行排氣。所述排氣部為螺旋狀結構，在所述螺旋狀結構上間隔布設多個排氣孔，所述排氣孔中設置排氣塞；在環槽上布設排氣孔，改善模具的排氣，同時在排氣孔上設置排氣塞，實現只排氣不排鑄造溶液。所述上模下表面設置集渣包，集渣包在鋁液流動的最末端，能夠起到聚集氧化皮、外來夾雜的作用，在葉輪加工時將其去除。所述下模在澆口布設處可拆卸設有模芯環，所述模芯環與下模之間設置密封件；在下模上可拆卸設置模芯環，在出現鑄造溶液凝固堵口時，方便將模芯環拆卸進行清理。所述密封件為石墨盤；在模芯環和下模之間設置石墨盤，可以有效防止鑄造溶液漏出。優選的，所述下模下表面設有多個環形凹槽；減少下金屬模同鑄造平臺之間的接觸面積，使模具在鑄造平臺上放置的更加平穩，保證鑄造過程中模具的穩固性。所述成型元件底部設置支撐型芯的支撐件，支撐件之間設有供鑄造溶液進入的澆道；支撐件可以採用臺階形式或其他可能的塊狀、階梯狀等形式，成型元件的臺階支撐型芯，在臺階之間的澆道供鑄造溶液進入模具內成型。支撐件可以設置3個以上。優選的，所述成型元件頂部設有支撐定位型芯的支撐定位件，所述型芯具有與支撐定位件相配合的定位件；成型元件上設置的支撐定位件，型芯底部的定位件和支撐定位件可以相配合，在裝配成型元件和型芯時，通過將定位件直接卡合到支撐定位件內，即可實現成型元件和型芯的定位。為實現成型元件對型芯的定位支撐作用，支撐定位件可以為在成型元件頂部設置的凹槽，定位件可以為在型芯上設置的支撐臺；也可以將支撐定位件設置成支撐臺，而將定位件設置成凹槽；還可以將支撐定位件和定位件設置成凹凸配合狀結構，或者其他任何可以定位的結構。所述型芯側面與成型元件之間具有用以形成葉輪下蓋板的第一設定間隙；型芯側面與成型元件之間的縫隙形成葉輪下蓋板，用以形成封閉式葉輪結構。所述型芯上表面與上模之間具有用以形成葉輪上蓋板的第二設定間隙；型芯上表面和上模之間的間隙形成葉輪上蓋板，用以形成封閉式葉輪結構。所述型芯內部設有多條用以形成葉輪葉片的縫隙；在型芯內設置上多個與葉輪的葉片形狀相適配的縫隙，用以在鑄造過程中形成葉輪的葉片。所述下模在成型元件周邊設有外框，所述外框頂部具有限定上模位置的第一限位元件，所述上模下部設有與第一限位元件相配合的第二限位元件；通過外框與上模和下模的配合，形成封閉的鑄造模具結構，同時外框和上模通過第一限位元件和第二限位元件的限定作用，固定上模的位置。為了實現外框對上模的限位作用，可以將第一限位元件設置為限位臺，而將第二限位元件設置為與限位臺配合的限位塊；也可以將第一限位元件設置為限位塊，而將第二限位元件設置為與限位塊配合的限位臺；還可以將第一限位元件和第二限位元件設置成其他任何可以相互配合或卡合或契合等的結構。在所述下模設有供鑄造溶液進入的澆口，所述低壓鑄造裝置與葉輪低壓鑄造模具之間設有對澆口處鑄造溶液進行加熱的加熱裝置(中間加熱器)；避免鑄造溶液在下模的澆口處凝固堵塞澆口。所述低壓鑄造裝置包括支撐所述模具的鑄造平臺，所述鑄造平臺下部設置加熱裝置，加熱裝置頂部設有蓋板，所述蓋板上通有升液管，升液管與模具的澆口連接。所述加熱裝置內置有坩堝，所述蓋板上插設有進氣管。優選的，所述坩堝與加熱裝置之間設有空氣層或傳熱層；使坩堝和加熱裝置之間通過空氣層或傳熱層隔離，避免加熱裝置直接對坩堝進行加熱造成坩堝的損壞。所述升液管與蓋板之間通過升液管圓盤固定連接。優選的，所述升液管上部與中間加熱器連接，所述中間加熱器穿過鑄造平臺與澆口連接；在升液管連接到澆口處設置中間加熱器，對升液管內的鑄造溶液進行加熱，避免鑄造溶液在下模的澆口處凝固堵塞澆口。所述成型元件為砂型，砂型為利用砂型模具製作而成。所述砂型模具包括砂型模底板，所述砂型模底板周邊固定有豎直的砂型外框，所述砂型外框頂部與砂型模頂板固定連接，所述砂型模頂板和砂型模底板之間配合有砂型模，砂型模底板、砂型外框、砂型模頂板與砂型模之間的空隙為砂型型腔。優選的，所述砂型模包括與砂型模頂板固接的上砂型模，所述上砂型模底部與下砂型模固定連接，所述下砂型模底部設有與砂型模底板相配合的凸起；將砂型模分為上砂型模和下砂型模，上砂型模和下砂型模通過連接件固定，方便進行加工。所述砂型模底板中心具有通孔，所述通孔與凸起相配合；通過下砂型模凸起和砂型模底板通孔的配合，使下砂型模和砂型模底板連接，同時也由凸起限定形成砂型底部的通孔。優選的，所述上砂型模和下砂型模的配合面處設有限位臺階Ⅰ；由限位臺階Ⅰ限定上砂型模和下砂型模的接觸位置，保證上砂型模和下砂型模接觸配合可靠，同時也能快速將上砂型模和下砂型模定位準確。所述下砂型模下部設有至少3個用於形成砂型臺階的凹槽；設置凹槽，使砂型形成臺階，支撐型芯，並在臺階之間形成淌道。優選的，所述砂型模底板底部設有環形凹槽；減少下模同平臺之間的接觸面積，使模具在平臺上放置的更加平穩，保證鑄造過程中模具的穩固性。優選的，所述上砂型模外側下部具有用於形成砂型凹槽的限位臺階Ⅱ；設置限位臺階Ⅱ，形成砂型上的砂型凹槽以與型芯底部的支撐臺相配合，在裝配和砂型和型芯時，通過將支撐臺直接卡合到砂型凹槽內，即可實現砂型和型芯的定位。利用砂型模具製作砂型的步驟為：1)：將砂型模與砂型模頂板連接，翻模，將砂型模頂板平放於地面上，將砂型外框與砂型模頂板連接；2)：製作砂型配料，將砂型配料填入砂型模和砂型外框之間，搗實，刮平，靜置固化4小時以上；3)：待固化完全後將砂型模底板扣於砂型外框上，緊固，翻模，將砂型模取出備用在進行大型葉輪鑄造過程中砂型模底板、砂型外框和砂型是一起使用的，即在砂型乾燥和葉輪鑄造過程中可以認為砂型模底板、砂型外框和砂型是一體的。所述步驟2)的砂型配料包括樹脂砂、樹脂和固化劑，所述樹脂砂、樹脂和固化劑的比例為：100:(1-1.2):(0.4-0.5)。當型芯採用石膏型芯時，其製作方法包括以下步驟：(1)、將鑄造成型的葉輪葉片鑲嵌在石膏型模具中；(2)、混合製成石膏漿料,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；(3)、對灌注結束後的石膏型模具繼續振動脫泡設定的時間，且對石膏型進行修整和固化；(4)、將固化後的石膏型按照設定的溫度控制曲線進行乾燥；(5)、對乾燥後石膏型脫模修型。進一步的，步驟(2)中所述的石膏漿料包括石膏粉和純淨水，所述的石膏粉和純淨水的比例為1.43-1.73:1；且純淨水的溫度控制在15-25℃之間。進一步的，步驟(4)中，乾燥溫度的控制方法如下：步驟(4-1)使石膏型在設定的時間內快速升溫到設定的溫度；步驟(4-2)在步驟1設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；步驟(4-3)在步驟4-2保溫完成後，使石膏型降溫到某個設定溫度後，然後一直保溫到乾燥結束直至出爐。步驟(1)中葉輪葉片的成型方法，包括以下步驟：①：清理葉片鑄造模具組成部分各表面，組裝葉片鑄造模具待用，在葉片鑄造模具內表面塗覆脫模劑；②：按設定需求稱取鑄造原料，清理鑄造原料表面灰塵；③：將葉片鑄造模具置於乾燥機內預熱，使用測溫模塊監控葉片鑄造模具的溫度直至設定要求溫度停止預熱；④：加熱鑄造原料使其融化形成鑄造原料溶液，使用測溫模塊監控鑄造原料溶液的溫度直至設定要求溫度，停止加熱；⑤：去除鑄造原料溶液表面雜質，將鑄造原料溶液倒入葉片鑄造模具內，監測葉片鑄造模具各表面溫度，對葉片鑄造模具表面進行冷卻；⑥：到達設定啟模時間後，取出葉片，觀察葉片表面質量。步驟1中對葉輪低壓鑄造模具的上模和低壓鑄造裝置的升液管進行預熱。進一步的，所述步驟1的具體步驟為：將型芯放於乾燥機內進行乾燥8-20h，將成型元件放於乾燥機內進行乾燥2-4h；利用加熱裝置對葉輪低壓鑄造模具進行預熱2-4h。進一步的，所述步驟2中除渣的過程包括以下步驟：向鑄造溶液內加入打渣劑，並進行撈渣；向低壓鑄造裝置內充入惰性氣體，並對鑄造溶液進行除氣除渣處理。將惰性氣體通入鋁液後，可以將鋁液中的氣體如O2、H2等氣體帶出，溢出鋁液，達到除氣的目的；打渣劑能夠使鋁液中的夾雜物聚集、便於去除。進一步的，所述步驟4進行低壓充型時，充型過程產生的氣體經由葉輪低壓鑄造模具的上模下表面的排氣部進行排氣。進一步的，所述步驟5對葉輪低壓鑄造模具冷卻時，在葉輪低壓鑄造模具的上模頂部的第二冷卻部內通入冷卻氣體，冷卻氣體由第二冷卻部的出氣口噴出對上模上表面進行降溫冷卻；經由上模的第一冷卻部通入冷卻介質對葉輪內部進行冷卻。進一步的，所述步驟6中設定溫度為80-100℃；對葉輪進行清理的過程包括清理成型元件及型芯，並對葉輪進行清洗。成型元件為砂型時的清理過程為：拆模後，將鑄件吊離砂型，使用氣鏟將砂型鏟碎，用鐵鍬將碎砂型清出砂型模。型芯為石膏型芯時的清理過程為：當鑄件自然冷卻後，將鑄件使用高壓水槍清洗，將內部石膏清理乾淨。大型葉輪低壓鑄造充型中，所採用的壓力及速度的確定過程為：設計工裝及參數，使用3D軟體作出葉輪模型，並使用鑄造模擬軟體進行模擬，如發現壓力及速度不合理則進行調整，並再次模擬，直至得到最優結果為止。根據最優參數進行加工模具、鑄造葉輪，並結合試驗結果進行優化。設定的葉輪低壓鑄造壓力曲線分為升液、充型、增壓、保壓過程。升液是指鋁液由坩堝經升液管到澆道處；充型是指鋁液由澆道進入型腔到型腔充滿；增壓是指凝固階段的鑄件加強補縮；保壓是指增壓結束到鑄件完全凝固。利用充型過程中對壓力及速度的調節過程，改善大型葉輪在鑄造中的澆不足等情況，改善大型葉輪鑄件的質量。通過大型葉輪鑄造模具結構排氣的改進和充型控制過程的相配合，更好的控制葉輪鑄造過程的充型壓力及速度，獲得質量更優的葉輪鑄件。步驟4中低壓充型前葉輪低壓鑄造模具溫度控制在220-250℃之間，成型元件溫度控制在80-120℃之間。其溫度控制方法：控制步驟1中的乾燥溫度；控制步驟3中的裝配時間，防止由於組裝時間過長造成降溫過多。步驟4中設定壓力曲線依次分為升液階段、充型階段、增壓階段和保壓階段，升液階段的升液速度為0.0009-0.003MPa/s，升液壓力為0.01-0.05MPa；充型階段的充型速度為0.012-0.025MPa/s，充型壓力為0.08-0.10MPa；增壓階段的增壓速度為0.015-0.035MPa/s，增壓壓力為0.20-0.40MPa；保壓階段的保壓壓力為0.20-0.40MPa。一種大型葉輪低壓鑄造冷卻控制工藝，包括以下步驟：在葉輪低壓鑄造模具的上模頂部的第二冷卻部內通入冷卻氣體，冷卻氣體由第二冷卻部的出氣口噴出對上模上表面進行降溫冷卻；經由上模的第一冷卻部通入冷卻介質對葉輪內部進行冷卻，使葉輪冷卻過程符合由上到下、由外到裡的冷卻梯度。對於冷卻的調控需要通過設計冷卻錐、冷卻環等裝置來進行，當鋁液充型完成後，立即向冷卻環通入冷卻氣體進行降溫，使冷卻過程符合從上到下的冷卻梯度。一種大型葉輪低壓鑄造排氣系統，包括葉輪鑄造模具，所述葉輪鑄造模具包括上下相對應設置的上模和下模，所述上模和下模形成的型腔內設有成型元件和型芯，所述上模的下表面設有用於對鑄造過程中產生的氣體進行排氣的多個排氣部，所述排氣部為環槽狀結構或螺旋狀結構，在所述排氣部上間隔布設多個排氣孔，所述排氣孔中設置排氣塞。本發明的有益效果為：1、本發明鑄造系統模具的上模中設置環槽和排氣塞改善排氣，在上模上設置冷卻錐及在上模上表面設置冷卻環來提高鑄件冷卻速度，同時在石膏型芯底部使用砂型有利於底部鋁液保溫及對鑄件的補縮。2、本發明鑄造系統模具的模具上通過改善排氣和冷卻的能夠實現對薄壁大尺寸的葉輪的整體鑄造程序，成型質量好，精度高。3.本發明鑄造系統模具在下模上配合設置可拆卸的模芯環和石墨盤，在出現鑄造溶液凝固堵口時，方便將模芯環拆卸進行清理，並能有效防止鑄造溶液漏出。4.本發明鑄造系統將改進後的模具和鑄造裝置結合，能夠滿足葉輪鑄造過程中的排氣和冷卻需求，利用該鑄造系統生產的葉輪成品質量好。5.本發明鑄造方法中調節壓力及速度可以改善澆不足，調節鋁液溫度可以控制鋁液氧化，調節冷卻過程可以改善縮松。附圖說明圖1為本發明葉輪低壓鑄造系統的結構示意圖；圖2為本發明葉輪鑄造模具的結構示意圖；圖3為葉輪鑄造模具的俯視圖；圖4為砂型模具的結構示意圖；圖5為型芯模具的結構示意圖；圖6為葉輪低壓鑄造壓力曲線圖；圖中，1上模，2下模，3成型元件，4型芯，5冷卻錐，6澆口，7冷卻環，8環槽，9進氣管，10集渣包，11模芯環，12石墨盤，13環形凹槽，14臺階，15凹槽，16支撐臺，17外框，18限位臺，19鑄造平臺，20加熱裝置，21蓋板，22升液管，23升液管圓盤，24坩堝，25進氣管，26中間加熱器，27墊子，28排氣孔，29縫隙，30砂型模底板，31砂型外框，32砂型模頂板，33上砂型模，34下砂型模，35通孔，36凸起，37限位臺階Ⅰ，38環形凹槽，39限位臺階Ⅱ，40灌注口，41吊裝孔，42凹槽，43下模，44限位臺，45限位臺，46限位臺，47底環，48出氣口，49上模。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。實施例1：如圖1所示，葉輪低壓鑄造系統，包括葉輪鑄造模具和低壓鑄造裝置，低壓鑄造裝置包括支撐所述模具的鑄造平臺19，鑄造平臺19固定在地面上，其上放置有上下金屬模具，鑄造平臺19中心中空，中間加熱器26從中穿出。鑄造平臺19下部設置加熱裝置20，加熱裝置20頂部設有蓋板21，加熱裝置20內置有坩堝24，用於對坩堝及內部的鋁進行加熱。加熱裝置20可以與坩堝24之間直接接觸，也可以通過空氣層、傳熱層隔離。加熱裝置可以為加熱套等。坩堝24內部插設有升液管22，蓋板21上設有進氣管25，提供壓力，將坩堝內的鋁液沿升液管填充到模具中。升液管22上部設有升液管圓盤23，用以固定連接在蓋板21上，升液管22的上部出口同中間加熱器26底部連接，中間加熱器26穿過鑄造平臺19與澆口6連接，中間加熱器26和模芯環11之間設置墊子27。如圖2-圖3所示，葉輪低壓鑄造模具，其特徵是，包括上下相對應設置的上模1和下模2，上模1和下模2形成的型腔內設有成型元件3和型芯4；在上模1設有用於對葉輪內部進行冷卻的冷卻錐5，在下模2設有供鑄造溶液進入的澆口6，上模1的頂部設有用於對上模1進行噴氣冷卻的多個冷卻環7，上模1的下表面設有用於對鑄造過程中產生的氣體進行排氣的多個環槽8。模具中採用型芯和成型元件的配合有利於底部鋁液保溫及對鑄件的補縮；在上模上設置的冷卻環和冷卻錐可以很好的提高鑄件的冷卻速度，改善縮松；在上模上設置環槽對鑄造產生的氣體排出，改善了葉輪鑄造的排氣。將上模1和下模2選擇金屬模，型芯4選擇石膏型芯，上模和下模也可以選擇其他材質，最好採用金屬材質；型芯也可以採用其他材質，如陶瓷、耐高溫高分子材料、砂型等。上模1中部凹陷，中空，並設有冷卻錐5，冷卻錐5為一個空腔。冷卻錐5中插有進氣管9，在鑄造填充完畢後，通入冷卻氣，對葉輪內部進行降溫。冷卻環7的數量大於4個，冷卻環7中空，在冷卻環7底部具有多個對上模1上表面進行吹氣的出氣口；在冷卻環中通入冷卻空氣後，從出氣口中吹出，對上金屬模上表面冷卻。冷卻環7可以替換成螺旋狀結構或蛇形結構或波浪形結構，也可以是S型結構或V型結構或W型結構，或以其他任意結構形式布設。出氣口可以是在冷卻環7底部間隔布設的多個開孔，也可以是在冷卻環底部開設的狹縫，或者其他能從冷卻環底部對上模吹氣的結構。在上模1下表面設置集渣包10；下模2在澆口6布設處可拆卸設有模芯環11，模芯環11與下模2之間設置密封件；優選的密封件為石墨盤12；下模2底部可拆卸設有模芯環11，模芯環11和下模2連接在一起，在下模2上分體設置模芯環11，可以在出現鑄造溶液凝固堵口時，方便拆卸、清理：同時在模芯環11中間有石墨盤12，可以有效防止漏鑄造溶液。下模2下表面設有多個環形凹槽13；減少下模2同鑄造平臺19之間的接觸面積，使模具在鑄造平臺上放置的更加平穩。下模2內部設有成型元件3，成型元件3上部填充有型芯4，型芯4底部放置在砂型3的臺階14上，臺階14數量大於等於3個，兩個臺階14之間設有淌道，鋁液從其中進入到模具內部。本實施例中，成型元件採用砂型。成型元件也可以採用石膏型或陶瓷型。成型元件3頂部設有支撐定位型芯4的凹槽15，型芯4具有與凹槽15相配合的支撐臺16；型芯4放置在成型元件3臺階14上，型芯4外側下邊緣軸向設有支撐臺16，對應放置在凹槽15內。型芯4下表面同成型元件3之間留有一定距離空隙，用以形成葉輪的下蓋板，其距離根據葉輪下蓋板厚度設定。型芯4上表面與上模1之間具有用以形成葉輪上蓋板的設定間隙，用以形成葉輪的上蓋板，其距離根據葉輪上蓋板的厚度設定；用以形成封閉式葉輪。型芯4設有多條縫隙29，用以形成葉輪的葉片的填充。下模2上在成型元件3周邊設有外框17，外框17頂部具有限定上模1位置的限位臺18，上模1下部設有與限位臺18相配合的限位塊，上模1放置在下模2的外框17上，通過外框17頂部的限位臺18固定其位置。上模1下表面設置環槽8以改善排氣，環槽8的數量大於3條，在每條環槽8上間隔一定距離布設多個排氣孔28，排氣孔28中設置排氣塞，實現只排氣不排溶液。排氣塞的由耐熱材料製備而成，中間設有很小排氣縫隙，保證不漏鑄造溶液。環槽8也可以設置成螺旋狀結構。根據排氣的需要，可以在模具上開設曲折式縫隙作為排氣通道；也可以在模具中設置排氣針進行排氣，或者在設置排氣針和排氣塞的位置處改成設置排氣線；也可以在模具中設置排氣片進行排氣。在鑄造過程中，通過調節冷卻空氣的進量控制模具的溫度、調節加熱裝置的溫度控制鋁液溫度700-740℃、控制進氣壓力控制充型壓力及速度、保壓時間等參數來改善鑄造缺陷、提高鑄造質量。實施例2：本實施例中，成型元件採用砂型；型芯採用石膏型芯，型芯也可以採用其他材質；鑄造材料採用鋁。大型葉輪低壓鑄造方法，包括以下步驟：步驟1：利用砂型模具製作砂型；步驟2：利用石膏型模具製作石膏型芯；步驟3：將石膏型芯放於乾燥機內進行乾燥8-20h，將砂型放於乾燥機內進行乾燥2-4h；開啟燃氣加熱裝置對上模進行預熱2-4h；步驟4：將鋁錠放入到坩堝中，通過加熱裝置對其加熱，熔化鋁錠。待鋁液到達設定溫度(700-740℃)時，將打渣劑撒入鋁液中，並使用專用漏勺撈渣；開啟氬氣，並對鋁液進行除氣除渣處理；步驟5：將上金屬模、石膏型芯、砂型、冷卻環及冷卻錐進行裝配，將各部分緊固。在各個部分與鋁液接觸的表面塗耐高溫塗料；將葉輪鑄造模具與鑄造裝置連接形成葉輪鑄造系統；步驟6：將設定好的壓力曲線輸入鑄造機，開始充型；充型結束後，將裝配體吊離鑄造平臺，放於架子上冷卻；步驟7：充型結束後，在冷卻環中通入冷卻氣體，從出氣口中吹出，對上金屬模上表面進行降溫，再向冷卻錐中通入冷卻介質對葉輪內部進行冷卻；步驟8：待金屬模溫度降至80-100℃以下時，將葉輪取出，清理砂型及石膏，並對葉輪進行清洗。所述步驟1製作砂型的步驟為：步驟1-1：將砂型模與與砂型模頂板連接，翻模，將砂型模頂板平放於地面上，將砂型外框與砂型模頂板連接；步驟1-2：製作砂型配料，將砂型配料填入砂型模和砂型外框之間，搗實，刮平，靜置固化4小時以上；步驟1-3：待固化完全後將砂型模底板扣於砂型外框上，緊固，翻模備用。所述步驟1-2的砂型配料包括樹脂砂、樹脂和固化劑，所述樹脂砂、樹脂和固化劑的比例為：100:(1-1.2):(0.4-0.5)。稱取樹脂砂(實際使用300KG)，並按照比例稱取樹脂(實際5000ml)、固化劑(實際1500ml)，將三者混合均勻後填入模具中。所述步驟2的具體步驟為：1)、將鑄造成型好的低熔點合金葉片鑲嵌在石膏型模具中；2)、稱取石膏粉50-60Kg，稱取25-35Kg純淨水，混合製成石膏漿料，水溫控制在15-25℃之間，混合好後放入真空攪拌機中；3)、當真空攪拌機真空度達到0.1Mpa後，使用真空攪拌機對混合後的石膏漿料進行抽真空及振動攪拌。轉速250-300rpm，攪拌時間5±1min，振動頻率為1-5Hz，使石膏攪拌均勻，並將石膏中的氣泡排出；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，灌注結束後使用振動機振動脫泡，振動頻率1-3Hz，振動20-30s；5)、灌注完畢後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；6)、將固化後的石膏型放置在專用的石膏型乾燥託架上；7)、將託架和石膏型一同放入到乾燥機內，在250±10℃溫度條件下乾燥，石膏出爐溫度為160-170℃，共乾燥時間50h，石膏型乾燥溫度控制曲線如下圖所示。8)、將石膏型和託架取出，分開，將低熔點合金收集重複利用，將石膏型放置於修整架上，修復型芯表面瑕疵、去除多餘雜質。9)、對石膏型進行檢測後進行使用。低熔點合金葉片的鑄造步驟過程為：1、清理模具腔體內各面，組裝待用；2、稱取所需重量的合金，擦淨表面灰塵待用。2、將模具置於乾燥機內預熱，利用電熱套對合金加熱使其融化。使用熱電偶對兩者進行測溫，控制模具、合金熔液至所需溫度。3、去除合金熔液表面雜質，將其迅速倒入模具內，觀測模具各面溫度。同時對模具表面進行冷卻，其冷卻方式可包括風冷、水冷。4、到達指定啟模時間後，取出葉片，觀察葉片表面質量。步驟6中低壓充型前葉輪低壓鑄造模具溫度控制在220-250℃之間，砂型溫度控制在80-120℃之間；步驟6進行低壓充型時，充型過程產生的氣體經由葉輪低壓鑄造模具的上模下表面的環槽8進行排氣。如圖4所示，上述步驟1中採用的砂型模具包括砂型模底板30，砂型模底板30周邊固定有豎直的砂型外框31，砂型外框31頂部與砂型模頂板32固定連接，砂型模頂板32和砂型模底板30之間配合有砂型模，砂型模底板30、砂型外框31、砂型模頂板32與砂型模之間的空隙為砂型型腔。砂型模包括與砂型模頂板32固接的上砂型模33，上砂型模33底部與下砂型模34固定連接，下砂型模34底部設有與砂型模底板30相配合的凸起36，凸起36插入到砂型模底板30中心圓孔中；砂型模底板30中心具有通孔35，通孔35與凸起36相配合。上砂型模33、下砂型模具34之間通過螺栓等固定連接在一起，方便進行加工。砂型模頂板32同上砂型模33、砂型外框31均用螺栓等固定連接。上砂型模33和下砂型模34的接觸配合面處設有限位臺階Ⅰ37，限定接觸位置；下砂型模34下部設有至少3個用於形成砂型臺階14的凹槽。砂型模底板30底部設有環形凹槽38；上砂型模33外側下部具有用於形成砂型凹槽15的限位臺階Ⅱ39。如圖5所示，上述步驟2採用的石膏型模具包括上模49、下模43和底環47，上模49放置在底環47上，在上模49底部中心位置設置與底環配合的下模43；上模49、下模43和底環47三者形成葉輪石膏型的成型腔；在成型腔內放置低熔點合金葉輪葉片，然後用於後續的石膏成型。進一步的，下模43上表面為同葉輪下壁形狀吻合的曲面；下模43上表面設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43的底部中心為中空設置；使用時，通過在下模43型芯上設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部；進一步的，上模49的下表面為與葉輪上表面形狀吻合的曲面，在上模49曲面上設有用於成型石膏型芯凸起部分的環槽，環槽的正上方設有與成型腔連通的出氣口。進一步的，底環47與上模49之間通過限位臺46進行限位約束；底環47與下模43之間通過限位臺44、限位臺45進行限位約束；同時底環與上模之間、底環47與下模43之間通過螺釘等連接裝置進行進一步的固定連接。進一步的，底環47與上模49之間設有凹槽42，這裡的凹槽42可以減少底環47同上模49之間接觸面的配合面積，防止因為配合面的不平整、變形導致底環47同上模49的裝配精度降低。大型葉輪低壓鑄造充型中，所採用的壓力及速度的確定過程為：設計工裝及參數，使用3D軟體作出葉輪模型，並使用鑄造模擬軟體進行模擬，如發現壓力及速度不合理則進行調整，並再次模擬，直至得到最優結果為止。根據最優參數進行加工模具、鑄造葉輪，並結合試驗結果進行優化。設定的葉輪低壓鑄造壓力曲線分為升液、充型、增壓、保壓過程。升液是指鋁液由坩堝經升液管到澆道處；充型是指鋁液由澆道進入型腔到型腔充滿；增壓是指凝固階段的鑄件加強補縮；保壓是指增壓結束到鑄件完全凝固。葉輪低壓鑄造壓力的四個階段的速度和壓力按下表進行設置：階段速度MPa/s壓力MPa升液階段0.0009-0.0030.01-0.05充型階段0.012-0.0250.08-0.10增壓階段0.015-0.0350.20-0.40保壓階段00.20-0.40葉輪低壓鑄造的升液、充型、增壓階段可如圖6所示進行設置：升液階段：升液速度為：0.002MPa/s；升液階段最高壓力為0.03MPa。充型階段：充型速度為：0.019MPa/s；充型階段最高壓力為0.09MPa。增壓階段：增壓速度為：0.025MPa/s；增壓階段最高壓力為0.3MPa。保壓階段：保壓速度為：0；增壓階段壓力為0.3MPa。實施例3：本實施例中，將實施例2中的成型元件由砂型換為石膏型；型芯採用石膏型芯；鑄造材料採用鋁。大型葉輪低壓鑄造方法，包括以下步驟：步驟1：製作石膏型；步驟2：利用石膏型模具製作石膏型芯；步驟3：將石膏型芯放於乾燥機內進行乾燥8-20h，將石膏型放於乾燥機內進行乾燥2-4h；開啟燃氣加熱裝置對上模進行預熱2-4h；步驟4：將鋁錠放入到坩堝中，通過加熱裝置對其加熱，熔化鋁錠。待鋁液到達設定溫度(700-740℃)時，將打渣劑撒入鋁液中，並使用專用漏勺撈渣；開啟氬氣，並對鋁液進行除氣除渣處理；步驟5：將上金屬模、石膏型芯、石膏型、冷卻環及冷卻錐進行裝配，將各部分緊固。在各個部分與鋁液接觸的表面塗耐高溫塗料；將葉輪鑄造模具與鑄造裝置連接形成葉輪鑄造系統；步驟6：將設定好的壓力曲線輸入鑄造機，開始充型；充型結束後，將裝配體吊離鑄造平臺，放於架子上冷卻；步驟7：充型結束後，在冷卻環中通入冷卻氣體，從出氣口中吹出，對上金屬模上表面進行降溫，再向冷卻錐中通入冷卻介質對葉輪內部進行冷卻；步驟8：待金屬模溫度降至80-100℃以下時，將葉輪取出，清理砂型及石膏，並對葉輪進行清洗。需要注意的是：由於石膏型是用漿料進行灌注、且需要徹底乾燥，所以替換成石膏型時，需要保證灌注時各部分配合不能漏漿料、乾燥過程中石膏型不會受力變形和裂紋。實施例4：本實施例中，將實施例2中的成型元件由砂型換為陶瓷型，型芯採用石膏型芯；鑄造材料採用鋁。大型葉輪低壓鑄造方法，包括以下步驟：步驟1：製作陶瓷型；步驟2：利用石膏型模具製作石膏型芯；步驟3：將石膏型芯放於乾燥機內進行乾燥8-20h，將石膏型放於乾燥機內進行乾燥2-4h；開啟燃氣加熱裝置對上模進行預熱2-4h；步驟4：將鋁錠放入到坩堝中，通過加熱裝置對其加熱，熔化鋁錠。待鋁液到達設定溫度(700-740℃)時，將打渣劑撒入鋁液中，並使用專用漏勺撈渣；開啟氬氣，並對鋁液進行除氣除渣處理；步驟5：將上金屬模、石膏型芯、石膏型、冷卻環及冷卻錐進行裝配，將各部分緊固。在各個部分與鋁液接觸的表面塗耐高溫塗料；將葉輪鑄造模具與鑄造裝置連接形成葉輪鑄造系統；步驟6：將設定好的壓力曲線輸入鑄造機，開始充型；充型結束後，將裝配體吊離鑄造平臺，放於架子上冷卻；步驟7：充型結束後，在冷卻環中通入冷卻氣體，從出氣口中吹出，對上金屬模上表面進行降溫，再向冷卻錐中通入冷卻介質對葉輪內部進行冷卻；步驟8：待金屬模溫度降至80-100℃以下時，將葉輪取出，清理砂型及石膏，並對葉輪進行清洗。實施例5：大型葉輪低壓鑄造冷卻控制過程，包括以下步驟：在葉輪低壓鑄造模具的上模頂部的第二冷卻部內通入冷卻氣體，冷卻氣體由第二冷卻部的出氣口噴出對上模上表面進行降溫冷卻；經由上模的第一冷卻部通入冷卻介質對葉輪內部進行冷卻，使葉輪冷卻過程符合由上到下、由外到裡的冷卻梯度。實施例6：大型葉輪低壓鑄造排氣系統，包括葉輪鑄造模具，葉輪鑄造模具包括上下相對應設置的上模和下模，上模和下模形成的型腔內設有成型元件和型芯，上模的下表面設有用於對鑄造過程中產生的氣體進行排氣的多個排氣部，排氣部為環槽狀結構或螺旋狀結構，在排氣部上間隔布設多個排氣孔，排氣孔中設置排氣塞。上述雖然結合附圖對本發明的具體實施方式進行了描述，但並非對本發明保護範圍的限制，所屬領域技術人員應該明白，在本發明的技術方案的基礎上，本領域技術人員不需要付出創造性勞動即可做出的各種修改或變形仍在本發明的保護範圍以內。當前第1頁1&nbsp2&nbsp3&nbsp