渦輪增壓器殼體鑄造工藝分析與改進(jìn)

張斌

摘要：創(chuàng)新改變生活，基于人們生活質(zhì)量不斷改善、對物質(zhì)要求越來越高的大背景下，人們對于代步工具的汽車需求量只增不減，為了更好的響應(yīng)國家節(jié)能減排的環(huán)保號召，減少汽車廢氣排放量的渦輪增壓器引起了越來越多研究學(xué)者的注意，有必要對影響渦輪增壓器質(zhì)量關(guān)鍵因素的壓殼工藝進(jìn)行探究，以保障渦輪增壓器的制作質(zhì)量，加快促進(jìn)渦輪增壓器在汽車中更加普及應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：汽車行業(yè);渦輪增壓器;殼體;鑄造工藝

1 ?渦輪增壓器概述

在節(jié)能減排、綠色環(huán)保概念的影響下，越來越多的人開始關(guān)注汽車廢氣排放問題，作為一種空氣壓縮機(jī)，渦輪增壓器通過壓縮周圍空氣的方式達(dá)到進(jìn)氣量增加的目標(biāo)。同時具備提高發(fā)動機(jī)功率、改善發(fā)動機(jī)的排放、提供高原補(bǔ)償?shù)墓δ芤约疤岣呷加徒?jīng)濟(jì)性，降低油耗四個優(yōu)勢特點(diǎn)的渦輪增壓器由于性能效果良好，越來越多的普及應(yīng)用到更多品牌和類型的汽車，對于改善傳統(tǒng)發(fā)動機(jī)自然吸氣的不足起到了顯著的效果，可以在滿足發(fā)動機(jī)不改變排氣量的情況下，提高輸出功率30%，對節(jié)能減排產(chǎn)生積極地促進(jìn)作用。

渦輪增壓器在結(jié)構(gòu)上主要由壓氣機(jī)和渦輪兩部分組成，具體而言，壓氣機(jī)由擴(kuò)壓器、單級離心式壓氣機(jī)以及壓氣機(jī)殼三部分組成;渦輪由渦輪、渦輪殼以及單級徑流式三部分組成。在內(nèi)部的結(jié)構(gòu)上，有采用內(nèi)支承式的轉(zhuǎn)子、位于葉輪中間體內(nèi)的全浮動式浮動軸承，其中轉(zhuǎn)子的軸向力主要依靠推力球軸承端面用以承受。外觀上渦輪端和壓氣機(jī)端均安裝有密封環(huán)裝置，此外對于渦輪增壓器中的壓氣機(jī)端單獨(dú)設(shè)有擋油罩，主要功能用以防止?jié)櫥偷男孤?，具體的組成示意圖如圖1所示，內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖如圖2所示。

2 ?渦輪增壓器壓殼鑄造流程

渦輪增壓器壓殼的鑄造流程主要包括，模具選擇、模具預(yù)熱、澆注以及冷卻成型等階段。其中值得注意的是，在模具預(yù)熱階段，應(yīng)該通過模溫機(jī)平穩(wěn)為選擇的模具提供足夠的熱量，以使得模具的溫度控制在300℃左右;在澆注壓殼時，對型腔在進(jìn)行澆入金屬液體時，反復(fù)地與型腔發(fā)生熱量傳遞，已達(dá)到金屬液體與模具型腔之間熱平衡穩(wěn)定的狀態(tài)。在進(jìn)行制芯過程中，需要進(jìn)行檢查加熱管線是否接好、檢查測溫?zé)犭娕际欠窠雍煤蜋z查氣閥是否存在漏氣以及管道是否破損等異常問題;避免異?，F(xiàn)象的發(fā)生。

鑄造渦輪增壓器鋁合金的熔煉主要包括，對鑄造鋁合金的熔煉進(jìn)行配料、鑄造鋁合金進(jìn)行加料、鑄造鋁合金的熔化、鑄造鋁合金的精煉、變質(zhì)處理以及鑄造鋁合金的成分分析等五個具體操作階段。在熔化工序的過程中，需要注意的是熔體的二次污染問題，為了保證熔體質(zhì)量，在生產(chǎn)操作過程要做到一是對爐料、精煉劑、精變劑以及過程涉及到的所有操作工具進(jìn)行事先干燥處理;二是為了避免滲鐵，爐料要保證砂子、泥土和其他有害物進(jìn)行剔除，制造過程中用的鐵工具盡量進(jìn)行涂料涂覆;三是熔煉過程中要對熔煉溫度、澆注溫度和澆注時間進(jìn)行嚴(yán)格控制，避免鋁液升溫過高，保溫時間過長等情況的出現(xiàn)。此外為了提高冶金的質(zhì)量可以在加料前應(yīng)用純鋁或相應(yīng)合金洗爐等。圖3為其大致流程示意圖。

3 ?渦輪增壓器壓殼鑄造工藝缺陷分析

通過對渦輪增壓器現(xiàn)有鑄造工藝的了解，結(jié)合鑄造工藝的現(xiàn)狀結(jié)合現(xiàn)有研究成果的基礎(chǔ)上，對現(xiàn)有渦輪增壓器壓殼鑄造工藝缺陷問題進(jìn)行總結(jié)整理，發(fā)現(xiàn)渦輪增壓器壓殼鑄造工藝現(xiàn)有的缺陷：一是鑄件毛坯在模具的分型面上存在較大溢邊，溢邊問題不僅損害壓殼鑄造品質(zhì)，還延長機(jī)加工的時間，于此同時直接導(dǎo)致了壓殼制造成本的增加，并且導(dǎo)致原料在制作過程中過多的損耗，無可避免的影響壓殼的生產(chǎn)效率;二是鑄件某些部位存在氣孔、縮松等缺陷，影響壓殼質(zhì)量和精度等，導(dǎo)致渦輪增壓器的質(zhì)量問題不夠合格，進(jìn)而影響渦輪增壓器的使用。圖4和圖5以及圖6為鑄造工藝缺陷示意圖。

4 ?渦輪增壓器壓殼鑄造工藝改進(jìn)性措施

關(guān)于鑄型及鑄件的形狀、壁厚、材料特性和大小尺寸等多種要素都對渦輪增壓器的壓殼的產(chǎn)品質(zhì)量存在影響，考慮到鑄造的過程中產(chǎn)生“熱節(jié)”現(xiàn)象比較頻繁，分析其產(chǎn)生的具體原因是鑄型局部散熱效果不良。熱節(jié)的產(chǎn)生使鑄型的整體冷卻平衡以及熱平衡狀態(tài)產(chǎn)生失衡，破壞了鑄件的凝固傾向，對鑄型的穩(wěn)定性和耐用性等損害。所以就應(yīng)對鑄型區(qū)域性保、降溫的應(yīng)對方法研究，因而可確保鑄件的凝固次序有條不紊的進(jìn)行和模具型腔的受熱的穩(wěn)定性。

在鑄造生產(chǎn)過程中，對于局部形成的“熱節(jié)”問題，使用下列主要方法來進(jìn)行解決。包含：

①水冷：在鑄型內(nèi)部構(gòu)造冷卻水通道來實(shí)現(xiàn)降溫冷卻的目的，讓模具腔體得到快速地冷卻，常用在鑄型需要快速地散熱時，然而增設(shè)了冷卻水道和設(shè)定冷卻需要的水量，導(dǎo)致腔體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加繁雜，制造難度和成本增加，也使工人的勞動強(qiáng)度增加;

②風(fēng)冷法：對鑄型內(nèi)不便用水進(jìn)行冷卻的位置采用壓縮空氣的方法來進(jìn)行降溫的方式，缺點(diǎn)是降溫效率低，但該措施實(shí)施比較容易，故此措施得到廣泛的應(yīng)用;

③間接冷卻法：通過在鑄件“熱節(jié)”產(chǎn)生的區(qū)域內(nèi)，安置傳熱性比較好的物體如冷鐵來進(jìn)行散熱冷卻，同時還可在冷鐵的末端配備散熱裝置，達(dá)到更佳冷卻目的;

④改良模具的型腔：在確保機(jī)加工余量的前提下，改良鑄型的腔體形狀，可以減少由不的良鑄型腔體產(chǎn)生的“熱節(jié)”問題;

⑤溫涂料：對鑄件的特殊位置，尤其是針對于澆冒口系統(tǒng)，通常運(yùn)用如發(fā)熱覆蓋劑等類似保溫材料，來減緩凝固時間，來實(shí)現(xiàn)到最佳的補(bǔ)縮目的;

⑥通過熱管技術(shù)來實(shí)現(xiàn)冷卻，在較小的溫度梯度通常運(yùn)用此技術(shù)，將熱量由一個傳導(dǎo)至下一個的傳熱元件，熱量損失小，采用是相變傳熱原理;

⑦配備模具型腔溫度工控設(shè)備使模具型腔的溫度得到合理有效的區(qū)域性地控制或者設(shè)定。

5 ?結(jié)論

通過對渦輪增壓器殼體鑄造工藝的相關(guān)研究，對渦輪增壓器概念和結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析了解的前提下，總結(jié)了渦輪增壓器殼體鑄造工藝的關(guān)鍵流程以及對現(xiàn)有的鑄造工藝進(jìn)行現(xiàn)狀分析研究的基礎(chǔ)上，針對于現(xiàn)有技術(shù)的缺陷提出了改進(jìn)渦輪增壓器鑄造工藝的方向與措施，來更好的保障渦輪增壓器的鑄造質(zhì)量，使渦輪增壓器得到廣泛應(yīng)用，促進(jìn)渦輪增壓器更進(jìn)一步地發(fā)展，同時也推進(jìn)汽車行業(yè)的節(jié)能減排的進(jìn)程，提高燃油經(jīng)濟(jì)性;更好地響應(yīng)國家節(jié)能減排的環(huán)保號召，減少汽車廢氣排放量，不斷改善人們生活質(zhì)量。

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