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摘要 采用金属型，石膏芯复合铸造工艺生产液力变矩器铝涡轮，使涡轮铸造表面尺寸精度达到±0.5mm，流道表面粗糙度Ra<6.3μm。通过石膏芯的修整，保证了叶片根部圆角的形成，这对提高铸造铝合金涡轮的质量，改善液力变矩器的液力传动质量着重要的意义。
关键词：石膏 涡轮 铝合金 铸造
1 前言
涡轮是液力变矩器的重零件，其铸造质量的高低，表央粗糙度尺寸精度对液力变矩器的传动质量都有重要的影响。目前国内大多采用树脂砂芯，金属型的铸造方法，涡轮叶片在树脂砂芯中抽出。这种方法铸出的铝合金涡轮流道表面粗糙度Ra<6.3μm，尺寸精度很难保障，而且对要求叶片根部带有圆角的涡轮很难铸出。采用金属型，石膏芯的精密铸造方法克服了上述工艺的不足。
2 试验条件及方法
2.1 石膏型材料及配比
试验所使用石膏浆料的配比如表1所示。
表1 石膏浆料的配比（%）
a石膏 铝钒土 添加剂 水（占粉重）
石膏混合料 40—60 36—60 0—4 35—40
2.2 合金熔炼
合金材料选用ZL104合金，坩埚电阻炉熔炼，采用氩气精炼，加入微量元素，浇注温度700—720°C，采用三元变质剂对合金进行变质。
2.3 机械性能测试
在涡轮铸件当量厚度最大处（叶片与外壳交接处）取本体试样测试性能。试样的热处理规范为：固熔处理（535±5）°C4h，淬火水温75°C，进效处理（175±5）°C7h。
3 试验结果及分析
3.1 石膏芯浆料性能的测试结果及分析
采用表1石膏混合料配比，测得石膏混合浆料的基本性能如表2所示。
表2 石膏混合浆料的基本性能
流动半径mm 48hUbMpa 700°C残留压强度Mpa 初凝时间min 终凝时间min 透气性
石膏浆料 65--80 1.0--1.8 >1.3 6--8 13--15 ——
该石膏浆料完全满足叶轮叶片的成型，可得到轮廓清晰，表面光洁的石膏型芯。叶片采用硅橡胶制作，待石膏芯凝固后，把硅橡胶叶片从石膏芯中拨出。
为了保证石膏芯中的水分完全排出，避免浇注铝合金液时产生的气泡，根据石膏汲水与排水的反应方程式：
加水胶凝：CaSO4、0.5H2O+H2O→CaSO4 2H2O，加热脱水：CaSO4 2H2O→CaSO4、0.5H2O→CaSO4 。
我们制订如下的石膏烘干焙烧工艺，见图1。
（图片） 烘干后的石芯即可放入金属型内进行浇铸。在石膏浆料中加入大量的铝钒土，目的时为了获得浇铸出性能良好的石膏芯，铝钒土可提高石膏浆料表面的复制性能，增加石膏芯的退让性和铸件清是时的溃散性，提高铸件尺寸和精度，减少型芯在烘干进的裂纹和变形倾向等。加入其它添加剂可调整石膏浆料的凝固时间，消泡性等，并增加石膏芯的湿强度。
3.2 铸件尺寸精度和表面粗糙度
测试涡轮流道表面（非加工面）的尺寸，在φ400—800mm的尺寸范围内，尺寸公差在±0.5mm以内，满足了涡轮流道表面铸造尺寸和公差要求。
采用RM—20袖珍式粗糙度测试仪，取石膏芯成形的闰面部位进行测试（在A、B、C、D四点，测试4次），结果见表3。
表3 表面粗糙度测试结果（μm）
A B C D
1 3.8 3.4 3.2 4.3
2 5.1 5.0 2.7 4.4
3 4.7 5.5 3.2 5.2
4 4.53 4.63 3.03 4.63
从测试结果看，由石膏芯成形的非加工面的表面粗糙度小于6.3μm.
3.3 铸件本体机械性能测试
按2.3的试验方法，测试的机械性能如下：拉伸强度为226—267MPa，延伸率2%—4%。从试验数据分析来看，靠近金属外壳的部位机械性能高，而远离金属外壳的部位机械性能低，但比完全树指砂铸造的铸件机械性能要高。
3.4 与树脂砂芯铸造工艺的比较
采用石膏芯铸造铝涡轮与树脂砂芯铸造相比，由于石膏芯需要长时间的烘干，生产成本略有增加。如设备配套，生产效率与树脂砂芯铸造差不多，可进行小批量试生产。
4 结论
（1）采用金属型外壳石膏芯复合铸造工艺，铸造涡轮的表面粗糙度（非加工面）Ra<6.3μm，铸造表面的尺寸精度为±0.5mm/
（2）铸件本体的机械性能为：拉伸强度为226—267MPa，延伸率2%—4%，满足涡轮铸件的使用要求。
6/3/2004
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