本发明涉及机械零件铸造技术领域，尤其涉及一种叶轮的铸造方法。
背景技术：
磨损是机械零件失效的主要形式之一，据不完全统计约80％的零件失效是由磨损引起的，约三分之一的能源消耗于材料磨损，而磨料磨损相应占到材料磨损的50％，由于生产过程中磨损的存在，不仅消耗大量能源和材料，降低设备运转效率和作业质量，而且导致零部件更换或维修频繁，缩短设备使用周期、造成极大的直接或间接经济损失。在磨料磨损中，低应力冲蚀磨损又占到一定比例。低应力冲蚀磨损指的是固体粒子冲击到材料表面而造成材料流失的磨损，其广泛存在于现代工业生产中，如矿山选矿中输送矿浆的
渣浆泵过流部件和管道的磨损，火电厂输送煤灰的灰浆泵螺旋叶片和管道及阀门的磨损，以及喷火嘴的磨损，混凝土和沥青搅拌机中的搅拌叶片和护板的磨损，沥青路面摊铺机螺旋输送器的螺旋叶片的磨损等，这些易磨损件在工作过程中不但承受固体粒子的冲蚀与切削作用，而且还要承受液体介质如沥青的腐蚀作用及高温的作用，工作环境极其恶劣，因而使这些耐磨件的使用寿命较低。因此，研究开发性能优异的新型材料、大幅度提高易磨损件的使用寿命，是国内外研究者普遍关注和急需解决的重大课题。
消失模铸造技术是一种绿色环保先进的铸造工艺技术，消失模铸造工艺技术依靠铸件精度高，近无余量，无需取模、无砂芯、因而铸件无飞边毛刺等，能够减少由于型芯组合而造成的尺寸误差，其设计灵活、特别适合高度结构复杂的铸件，且生产环境清洁，因其投资少见效快的优势，逐步被国内铸造行业及企业进行着更为广泛的应用。在叶轮制作过程中，
复合材料中添加增强颗粒虽然一定程度上提高了材料的耐磨性，但其韧性有所下降；且叶轮包括螺旋叶片和中部的空腔，其形状、结构比较复杂，叶片部位形状细长且比较薄，制作消失模模型过程中增强颗粒与eps珠粒密度相差较大，会使铸造的叶轮消失模模型在脱模过程中叶片极易损坏，发生断裂，导致成品率低，极大地降低了生产效率。
技术实现要素：
针对现有叶轮磨损率高、使用寿命短、铸造方法复杂，利用消失模工艺制备复合材料叶轮，生产效率低、叶片不易成型等问题，本发明提供一种叶轮的铸造方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种叶轮的铸造方法，包括以下工艺步骤：
a、将eps珠粒放入模具中，成型，得到叶轮消失模模型；
b、另取eps珠粒，与增强颗粒与和黏结剂混合均匀，加入叶轮消失模模型中的叶轮空腔内；
c、将浇注系统与叶轮消失模模型的空腔连接，在浇注系统和叶轮消失模模型表面涂抹耐火涂料，放入砂箱抽负压，金属液沿浇注系统进行浇注，冷却得到含增强颗粒的复合材料叶轮。
相对于现有技术，本发明提供的叶轮的铸造方法，先用eps珠粒制得叶轮消失模模型，再将一定比例的增强颗粒与eps珠粒和黏结剂混合后放入叶轮消失模模型的叶轮空腔内，金属液通过浇注系统进入叶轮消失模模型的空腔，通过金属液的高温作用，使叶轮空腔内和消失模模型内的eps珠粒气化消失，空腔内的增强颗粒受金属液的冲刷作用进入叶轮各个部分，使增强颗粒在叶轮各个部分均匀分布，金属液填充eps气化消失后留下的空隙，冷却后形成复合材料叶轮，该叶轮由于增强颗粒的特殊分布形式，使叶轮叶片韧性强、整体耐磨性高，大大增强了叶轮的工作时间，降低了叶片的磨损和折断率，提高了叶轮的使用寿命；同时，避免了直接将增强颗粒与eps珠粒和黏结剂混合制成的消失模模型过程中因增强颗粒与eps珠粒之间的密度相差较大，在去除模具以及其它操作过程中，造成叶片频繁断裂、成型率低的情况。因此，本发明通过叶轮空腔间接将增强颗粒加入叶轮叶片中，增强颗粒的特殊分布形式在提高叶轮的工作强度和寿命的同时，还大大提高了叶轮的制作效率，降低了制作难度。
优选地，所述步骤a中的成型条件为：通入水蒸气，水蒸气温度为110℃-130℃，蒸制2-3min。
优选地，所述步骤b中，增强颗粒的加入量占叶轮体积的9-10％。
优选地，所述步骤b中，黏结剂由质量比为6-8:3的酚醛树脂和松香组成的组合物溶解到无水乙醇中得到，黏结剂中组合物的浓度为0.1-0.3g/ml。
其中，采用酚醛树脂和松香溶解到无水乙醇中作为黏结剂，在保证较好的粘结效果的同时，浇注高温金属液后，黏结剂经烧结无任何残留物，避免铸件夹渣，造成铸件工作强度下降等。
优选地，所述步骤b中的增强颗粒为tic、sic和wc中的一种。
优选地，所述步骤b中的增强颗粒的粒径为6.5-23μm。
优选地，所述步骤b中，黏结剂的加入量占增强颗粒体积的10-15％，增强颗粒、黏结剂和eps珠粒混合后的体积与叶轮空腔的体积相同；增强颗粒、黏结剂和eps珠粒的混合条件为：120-200r/min中搅拌30-50s。
其中，在eps珠粒表面通过加入有机黏结剂并与增强颗粒均匀混合，以120-200r/min搅拌30-50s能充分保证eps珠粒表面均匀涂覆增强颗粒。
优选地，所述步骤c中的浇注系统与叶轮空腔连接方法为：将叶轮空腔用泡沫板封闭，然后将浇注系统的横浇道粘接在泡沫板外侧。
优选地，所述步骤c中的耐火涂料的涂抹过程为：涂抹耐火涂料后，在50-60℃的烘干温度下进行烘干，并重复三次，每次烘干时间为7-8h。
优选地，所述步骤c中的浇注过程在负压度为0.03-0.06mpa下进行，浇注温度为1410-1470℃，浇注速度为14-16mm·s-1。
附图说明
图1是本发明叶轮消失模模型连接浇注系统后的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种叶轮的铸造方法，包括以下工艺步骤：
a、利用消失模模样专用设备将eps珠粒充型进入叶轮模具型腔内，通入110℃的水蒸气，蒸制2min，成型后通冷却水使模具冷却，取出得到的叶轮消失模模型1；
b、将占叶轮体积9％、粒径为23μm的wc增强颗粒与eps珠粒和黏结剂在搅拌
混合机中以120r/min搅拌30s，其中，黏结剂由质量比为6:3的酚醛树脂和松香组成的组合物溶解到无水乙醇中得到，组合物的浓度为0.1g/ml，黏结剂的加入量占wc增强颗粒体积的10％，wc增强颗粒、黏结剂和eps珠粒混合后的体积与叶轮空腔2的体积相同，将混合好的wc、黏结剂和eps珠粒加入叶轮中心的叶轮空腔2；
c、将叶轮空腔2用泡沫板4封闭，然后将浇注系统3的横浇道粘接在泡沫板4外侧；在浇注系统和叶轮消失模模型1表面涂抹耐火涂料，在50℃的烘干温度下进行烘干，并重复三次，每次烘干时间为7h；将粘接好浇注系统的叶轮消失模模型1放入砂箱，加砂震实，真空抽负压至负压度为0.03mpa，铁液沿浇注系统3进行浇注，浇注温度为1410℃，浇注速度为14mm·s-1，冷却后得到含增强颗粒的复合材料叶轮。
经统计，通过本实施例所述方法铸造的复合材料叶轮相对于直接将增强颗粒与eps珠粒混合制成叶轮消失模模型的制作方法，成品率提高30％、使用寿命提高17％，提高了生产效率。
实施例2
一种叶轮的铸造方法，包括以下工艺步骤：
a、利用消失模模样专用设备将eps珠粒充型进入叶轮模具型腔内，通入120℃的水蒸气，蒸制3min，成型后通冷却水使模具冷却，取出得到的叶轮消失模模型；
b、将占叶轮体积9％、粒径为6.5μm的tic增强颗粒与eps珠粒和黏结剂在搅拌混合机中以150r/min搅拌40s，其中，黏结剂由质量比为7:3的酚醛树脂和松香组成的组合物溶解到无水乙醇中得到，组合物的浓度为0.2g/ml，黏结剂的加入量占tic增强颗粒体积的12％，tic增强颗粒、黏结剂和eps珠粒混合后的体积与叶轮空腔2的体积相同，将混合好的tic、黏结剂和eps珠粒加入叶轮中心的叶轮空腔2；
c、将叶轮空腔2用泡沫板4封闭，然后将浇注系统3的横浇道粘接在泡沫板4外侧；在浇注系统和叶轮消失模模型1表面涂抹耐火涂料，在55℃的烘干温度下进行烘干，并重复三次，每次烘干时间为7h；将粘接好浇注系统的叶轮1消失模模型放入砂箱，加砂震实，真空抽负压至负压度为0.05mpa，铁液沿浇注系统3进行浇注，浇注温度为1450℃，浇注速度为15mm·s-1，冷却后得到含增强颗粒的复合材料叶轮。
经统计，通过本实施例所述方法铸造的复合材料叶轮相对于直接将增强颗粒与eps珠粒混合制成叶轮消失模模型的制作方法，成品率提高33％、使用寿命提高21％，提高了生产效率。
实施例3
一种叶轮的铸造方法，包括以下工艺步骤：
a、利用消失模模样专用设备将eps珠粒充型进入叶轮模具型腔内，通入130℃的水蒸气，蒸制2min，成型后通冷却水使模具冷却，取出得到的叶轮消失模模型1；
b、将占叶轮体积10％、粒径为13μm的sic增强颗粒与eps珠粒和黏结剂在搅拌混合机中以200r/min搅拌50s，其中，黏结剂由质量比为8:3的酚醛树脂和松香组成的组合物溶解到无水乙醇中得到，组合物的浓度为0.3g/ml，黏结剂的加入量占sic增强颗粒体积的15％，sic增强颗粒、黏结剂和eps珠粒混合后的体积与叶轮空腔2的体积相同，将混合好的sic、黏结剂和eps珠粒加入叶轮中心的叶轮空腔2；
c、将叶轮空腔2用泡沫板4封闭，然后将浇注系统3的横浇道粘接在泡沫板4外侧；在浇注系统和叶轮消失模模型1表面涂抹耐火涂料，在60℃的烘干温度下进行烘干，并重复三次，每次烘干时间为8h；将粘接好浇注系统的叶轮消失模模型1放入砂箱，加砂震实，真空抽负压至负压度为0.06mpa，铁液沿浇注系统3进行浇注，浇注温度为1470℃，浇注速度为16mm·s-1，冷却后得到含增强颗粒的复合材料叶轮。
经统计，通过本实施例所述方法铸造的复合材料叶轮相对于直接将增强颗粒与eps珠粒混合制成叶轮消失模模型的制作方法，成品率提高31％、使用寿命提高18％，提高了生产效率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
技术特征：
技术总结
本发明涉及机械零件铸造技术领域，具体公开一种叶轮的铸造方法。所述叶轮的铸造方法，包括以下工艺步骤：a、将EPS珠粒放入模具中，蒸制成型，得到叶轮消失模模型；b、将增强颗粒与EPS珠粒和黏结剂混合均匀，加入叶轮消失模模型中的叶轮空腔内；c、将浇注系统与叶轮消失模模型的空腔连接，在浇注系统和叶轮消失模模型表面涂抹耐火涂料，放入砂箱抽负压，金属液沿浇注系统进行浇注，冷却得到含增强颗粒的复合材料叶轮。本发明的叶轮铸造方法得到的叶轮其成品率、耐磨性能和使用寿命都大大提高。
技术研发人员：谭建波;王振兴;马国彬
受保护的技术使用者：河北科技大学
技术研发日：2019.05.13
技术公布日：2019.07.12
声明：
“叶轮的铸造方法与流程” 该技术专利(论文)所有权利归属于技术(论文)所有人。仅供学习研究，如用于商业用途，请联系该技术所有人。
我是此专利(论文)的发明人(作者)
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编辑：中冶有色技术网
来源：河北科技大学
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2024年07月26日 ~ 28日 
