[发明专利]制作叶轮芯的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种制作叶轮芯的方法，特别是采用无模铸型制造设备制作叶轮芯的方法，属于浇铸件的铸型制作技术领域。

背景技术

各种离心泵、轴流泵、真空泵等设备都需要依靠叶轮叶片的转动来实现其功能，图1是一种离心泵叶轮的正面示意图。各种泵的叶轮一般都采用铸造方法制造，这就需要先做出叶轮的铸型。图2是图1所示叶轮的铸型组合图，其通常由三部分组合而成，即：上型100(上部轮廓型)、下型300(下部轮廓型)和芯200(中部流道轮廓型)。其中的上型100和下型300为简单规则曲面，采用传统的有模法即可制作，而对于形状复杂、多样的芯200，传统的有模法主要有整体制芯或组芯工艺。

图3是传统的整体制芯的模具示意图。根据叶轮叶片的形状制成相应的金属模具400，然后填砂，再将模具400取出，制成叶轮叶片的砂型。传统有模法在模具设计中需要考虑拔模斜度，工艺死角、加工死角等因素，往往不能完全体现设计者的意图，不能达到理想的性能参数。在起模时容易使曲率发生变化，影响曲面精度，难以保证叶轮和叶片的理想设计形状和尺寸精度，从而影响叶轮质量的稳定。在制模的过程中有些圆角制作不出来，因此引起叶轮的铸造应力集中，使用中产生水力紊流等，使泵的性能不稳定，降低效率和使用寿命。有些叶片壁厚较薄，约1-3mm，挠曲大，形状复杂，传统有模法还存在无法起模的问题。

图4是传统的组芯铸型示意图，图中的叶轮芯200包含6个长短和曲面均相同的叶片201(参见图1)，将芯200等分成6等份，每份包含一个叶片流道203，然后按叶片流道203形状做模具，再填砂，脱模，制成如图所示的单片芯202，最后组合成一个整体叶轮芯200。这种制芯方式的缺点是模具加工周期长，成本高。对于叶片201长短或曲面不相同的叶轮201’(参见图5)，则要制造多个不同的模具，周期更长，成本更高。而且对于单个叶片流道的模具同样存在拔模斜度、工艺死角、加工死角等问题。特别是当叶片尺寸大于模具加工设备的加工空间时，则模具制造更加困难。

总之，传统有模法对于形状复杂、尺寸超大的叶轮叶片存在加工难、精度低、周期长、成本高等诸多问题。

针对传统有模砂型制造方法的缺点，近年来所谓“无模铸型制造”技术日益受到重视和应用。该技术将铸型数据输入计算机，得到其三维数字模型，计算机再对三维数字模型进行分层，得到每一层截面的二维图形，然后将二维图形数据输入无模铸型制造设备，由该设备将砂粒以分层厚度逐层铺展堆叠在该设备的工作平台上并在每层砂粒上施加粘结剂，使所有二维图形实体范围内的砂粒堆叠粘结成一个三维砂型实体，然后清除实体范围外未粘结的砂粒并对实体进行表面处理，从而得到铸造模具的砂型。该技术省去了先制造模具，然后再用模具翻制成砂型的工序，特别适合具有复杂曲面形状的铸型制造。

发明内容

针对传统有模法制作叶轮芯存在的上述诸多问题和障碍，本发明提供一种制作叶轮芯的方法，该方法采用无模铸型制造设备，实现叶片形状的精确制作，尽量减少分芯的数量，缩短生产周期，降低加工成本。

本发明所要解决的技术问题是通过如下技术方案实现的：

一种制作叶轮芯的方法，包括如下步骤：

步骤1：进行分芯设计；

步骤2：对步骤1设计的各单元采用无模成型设备制作；

步骤3：对步骤2制作好的各单元进行表面处理；

步骤4：将各分割单元组装成一个完整的叶轮芯。

设无模铸型制作设备的最大加工空间即X、Y、Z轴的最大加工尺寸为X＝A，Y＝B，A＝1.2-1.5B，Z＝C，叶轮芯出口直径为D1，进口直径为D2，D1＞D2，高度为H，则在步骤1中：

当D1≤B，H≤C时，将叶轮芯整体作为一个加工单元；

当D1＞B，H≤C时，将叶轮芯分割为容许放入无模铸型制造设备的X-Y加工平面内的单元；

当H＞C时，则对各单元在Z轴方向再次进行分割，使每个单元的高度≤C。

具体地，当A≥D1＞B，H≤C时，将叶轮芯分为两个容许放入无模铸型制造设备的X-Y加工平面内的单元。更好地，可分为通过D1和D2圆心进行分割的两个单元。

当2B≥D1＞A，且1/2D1+1/2D2≤A，H≤C时，将叶轮芯先分为通过D1和D2圆心分割的两个单元，然后再将每个单元分为其大小允许放入设备X-Y加工平面内的两个单元。

当2B≥D1＞A，且1/2D1+1/2D2＞A，H≤C时，先将叶轮芯按流道形状分为每个单元包含一个流道或多个流道的单元，然后再继续将每个单元分为其大小允许放入设备X-Y加工平面内的若干单元。