渦輪增壓器殼體鑄造工藝分析與改進(jìn)

姜鑫旭 趙辛藝 隋英杰

【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，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?引言

科技高速發(fā)展的新時代，汽車市場競爭與企業(yè)增值的重要力量，汽車銷售總量連續(xù)九年蟬聯(lián)全球第一的業(yè)績，標(biāo)志著我國己然正式步入了“汽車時代”。巨大的市場需求，促使汽車產(chǎn)業(yè)進(jìn)入黃金發(fā)展時期，然而在環(huán)保、綠色、清潔、智慧、可再生等節(jié)能減排的大背景下，如何對有限的能源進(jìn)行合理而有效的利用是當(dāng)下汽車行業(yè)需要解決的一個重要問題，故而同時具備減少汽車廢氣排放量、降低燃油消耗且可提高發(fā)動機(jī)效率的汽車發(fā)動機(jī)渦輪增壓器越來越引起了研究學(xué)者的注意。與此同時，作為渦輪增壓器主體構(gòu)成部分的壓殼鑄件的需求也與日俱增，而其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，對鑄造技術(shù)要求比較高，鑄造工藝存在一定的難度，且鑄造完成后容易出現(xiàn)缺陷，為了更好的對渦輪增壓器壓殼鑄造工藝進(jìn)行探究，有必要對本課題進(jìn)行研究。

2?渦輪增壓器概述

渦輪增壓器是利用汽車發(fā)動機(jī)排出的廢氣的慣性沖力用以對渦輪室內(nèi)的渦輪進(jìn)行推動，同時渦輪帶動同軸的葉輪，葉輪壓送由空氣濾清器管道送來的空氣，從而達(dá)到增壓進(jìn)入氣缸的目的。渦輪增壓器結(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)端單獨設(shè)有擋油罩，主要功能用以防止?jié)櫥偷男孤?/p>

3?渦輪增壓器壓殼鑄造工藝

20世紀(jì)40、50年代發(fā)展產(chǎn)生的渦輪增壓器壓殼鑄造技術(shù)，經(jīng)過近80年的發(fā)展，制作的主要技術(shù)包括試錯法的傳統(tǒng)壓殼鑄造以及運(yùn)用數(shù)值模擬技術(shù)的成型鑄造模擬技術(shù)。其中，傳統(tǒng)的試錯法的壓殼鑄造技術(shù)比較繁瑣，需要不斷的試驗以獲取合適的工藝參數(shù)，操作時間長且技術(shù)質(zhì)量不高，利用價值不大;數(shù)值模擬鑄造技術(shù)，將數(shù)值模擬技術(shù)運(yùn)用融合到壓殼鑄造過程中，可以通過熔融液體的溫度場、自由表面等狀態(tài)，進(jìn)行鑄造缺陷的估計預(yù)測，對比而言，制作時間短、可靠性高，是一種高效率的鑄造技術(shù)。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，壓殼制芯過程中產(chǎn)生的缺陷主要有氣孔、氧化夾渣、縮孔、冷隔、裂紋以及偏析等缺陷。

4?渦輪增壓器壓殼鑄造工藝改進(jìn)措施

4.1?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存在的問題主要包括，一是毛坯鑄件在分型面上存在較大飛邊，飛邊問題不僅影響壓殼鑄造質(zhì)量，給機(jī)加工的工作量進(jìn)行增加，于此同時也造成了人工成本的增加，且使得制作材料的浪費，從而導(dǎo)致生產(chǎn)效率較低;二是鑄件有些部位存在氣孔、縮松等缺陷，影響壓殼質(zhì)量等，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。

4.2?渦輪增壓器壓殼鑄造工藝改進(jìn)措施

鑒于鑄型及鑄件的結(jié)構(gòu)、壁厚、材質(zhì)與尺寸等多種因素都對渦輪增壓器的壓殼存在影響，考慮鑄造的過程中極易產(chǎn)生“熱節(jié)”，分析其具體原因是鑄型局部散熱效果不佳所形成的。熱節(jié)的形成極大的破壞了鑄型的整體冷卻平衡以及熱平衡狀態(tài)，擾亂了鑄件的凝固順序，這樣對鑄型的壽命與精度以及鑄件的整體性能非常不利。因此就應(yīng)該考慮對鑄型采用局部保溫或者冷卻的措施，從而可以確保鑄件的凝固順序以及模具型腔的熱平衡性。

通常在生產(chǎn)鑄造過程當(dāng)中，對于局部形成的“熱節(jié)”問題，需要采用強(qiáng)制措施來予以消除。主要包括：

（1）水冷：通過在鑄型內(nèi)部增加冷卻水通道，其優(yōu)點是使模具型腔快速冷卻，以達(dá)到好的激冷效果，一般用在需要進(jìn)行大量散熱的鑄型上。

（2）風(fēng)冷：就是對鑄型內(nèi)較難使用水進(jìn)行冷卻的位置，通常采用壓縮空氣的方法來進(jìn)行冷卻，特點是具有較慢的冷卻速度，但是工藝比較容易控制，所有該方法得到了極大推廣。

（3）間接冷卻：該方法是在鑄件所在的“熱節(jié)”范圍內(nèi)，放置傳熱系數(shù)比較高的冷鐵來進(jìn)行冷卻，同時還能夠考慮在冷鐵的尾部安裝散熱片，從而可以增加冷卻效果;

（4）修改模具型腔：在確保機(jī)加工余量的前提下，修改鑄型的結(jié)構(gòu)，從而可以避免因不合理的鑄型結(jié)構(gòu)而導(dǎo)致的“熱節(jié)”問題。

（5）保溫涂料：可以對鑄件的局部，特別是對于澆冒口系統(tǒng)，一般使用保溫材料，用于延遲其凝固，從而能夠達(dá)到最佳的補(bǔ)縮效果。

（6）采用熱管技術(shù)來進(jìn)行冷卻，該技術(shù)能夠在較小的溫度梯度下，將熱量由一處轉(zhuǎn)移到另一處的傳熱器件，傳熱效率非常高，主要用到的原理為相變傳熱。

（7）使用一些模具型腔控制溫度裝置來對模具型腔進(jìn)行溫度調(diào)節(jié)。

5?結(jié)論

本文通過對渦輪增壓器殼體鑄造工藝的相關(guān)研究，對渦輪增壓器基礎(chǔ)知識分析的前提下，總結(jié)了渦輪增壓器殼體鑄造工藝的關(guān)鍵流程，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，以更好的保障渦輪增壓器的鑄造質(zhì)量，普及渦輪增壓器的應(yīng)用，促進(jìn)渦輪增壓器的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]?王彬，徐世利，趙嵩.汽油機(jī)增壓技術(shù)[?J].汽車技術(shù)，2002，（6）：5）7.

[2]?云清.市場新品：霍爾塞特?H?K?系列渦輪增壓器[?J].商用汽車，2003，（2）：61）62.

[3]?吳殿杰.國外汽車渦輪增壓器生產(chǎn)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢[?J].汽車研究與開發(fā)，1997，（2）：7）12.

[4]?陸梅.廢氣渦輪增壓器工作特性及高原適應(yīng)性分析[?J].公路與運(yùn)輸，2004，（3）：1）4.

[5]?鄧澤英.國外汽車發(fā)動機(jī)增壓技術(shù)的發(fā)展及其特點[?J].汽車維修，1999，（2）：20）21.

[6]?王作函.霍爾塞特：領(lǐng)航我國汽車渦輪增壓器市場[?J].商用汽車，2004，（5）：84）85.

[7]?彭斐.霍尼韋爾渦輪增壓加大對中國乘用車市場的投入[J].汽車與配件，2014，41：40-41.

[8]?徐錦鋒.汽車渦輪增壓器渦殼的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[J].鑄造技術(shù)，2010，11：1522-1523.

[9]?張錦志，王建軍，孔佑順，周志杰.某鋁合金鑄件石膏型低壓鑄造工藝的模擬及優(yōu)化[J].新技術(shù)新工藝，2014，03：17-19.

作者簡介：

姜鑫旭?出生年月：1999年6月13日?性別：男??民族：漢族?籍貫：遼寧省沈陽市??當(dāng)前職稱：本科生??研究方向：機(jī)械電子工程;

趙辛藝?出生年月：1999年12月12日?性別：男?民族：漢族?籍貫：河北省秦皇島市?當(dāng)前職稱：本科生?研究方向：機(jī)械設(shè)計制造及其自動化;

隋英杰?出生年月：1999年8月11日?性別：男??民族：漢族?籍貫：遼寧省遼陽市?當(dāng)前職稱：本科生?研究方向：交通運(yùn)輸。

（作者單位：1、2?佳木斯大學(xué);3?遼寧工業(yè)大學(xué)）