涡轮机壳体的制造方法转让专利
申请号 : CN201880082467.1
文献号 : CN111655988B
文献日 : 2021-11-19
发明人 : 冈本宽之 , 横嶋悟
申请人 : 马瑞利株式会社
摘要 :
权利要求 :
1.一种涡轮机壳体的制造方法,所述涡轮机壳体的废气流路由金属板分割体和铸造分割体构成,其特征在于,所述涡轮机壳体的制造方法包括:对金属板材料进行冲压成形而形成所述金属板分割体的工序;以及,成形所述铸造分割体的铸造工序,在所述铸造工序中,将所述金属板分割体的一端熔化而使其铸入到所述铸造分割体的内部,使所述一端的原来的形状消失。
2.根据权利要求1所述的涡轮机壳体的制造方法,其特征在于,所述铸造工序包含:
蜡成形工序,将蜡成形为所述铸造分割体的形状,并且,成形嵌入有所述金属板分割体的所述一端的蜡原模;
涂覆工序,在所述蜡原模的表面形成涂层;
腔室形成工序,使所述蜡原模消失而形成腔室;以及熔融金属工序,在将所述腔室加热至规定温度的状态下,往所述腔室的内部注入熔融金属而成形所述铸造分割体,所述规定温度设定为所述蜡熔化的温度以上且为维持所述金属板材料的抗高温氧化性的温度。
3.根据权利要求2所述的涡轮机壳体的制造方法,其特征在于,在所述腔室形成工序中,以所述蜡的熔点以上且维持所述金属板材料的抗高温氧化性的温度对所述蜡原模进行加热。
4.根据权利要求3所述的涡轮机壳体的制造方法,其特征在于,在形成所述金属板分割体的工序中,在所述金属板分割体的所述一端形成屈曲部,在所述蜡成形工序中,将所述屈曲部嵌入成形于所述蜡原模中而使所述金属板分割体固定于所述蜡原模。
5.根据权利要求3或4所述的涡轮机壳体的制造方法,其特征在于,以所述金属板分割体的废气流路的内面和所述铸造分割体的内面平滑衔接的方式成形所述蜡原模。
6.根据权利要求1~4任一项所述的涡轮机壳体的制造方法,其特征在于,在所述铸造工序中,将排气管的端部熔化而铸入到所述铸造分割体的内部。
7.根据权利要求6所述的涡轮机壳体的制造方法,其特征在于,通过熔焊将所述排气管的另一端部固定于排气出口侧凸缘。
8.根据权利要求1~4任一项所述的涡轮机壳体的制造方法,其特征在于,与涡轮机叶轮对置的部位为所述铸造分割体。
说明书 :
涡轮机壳体的制造方法
技术领域
背景技术
的壳状体的一端形成基部。即,对金属板制的壳状体的一端进行包铸而一体地接合基部。
发明内容
通过在残留的壳状体的表面上固定铸造材料来,有可能在壳状体和铸造材料之间形成边界
面的状态。进而,还有可能在壳状体和铸造材料之间出现如裂缝那样的间隙的情况。在这种
接合状态下,接合强度不足,从而存在因涡轮机壳体的使用环境中的振动、热应力而导致的
疲劳破坏的可能性。
割体,在对铸造分割体进行铸造时,将金属板分割体的一端熔化而使其铸入到铸造分割体
的内部,使该一端的原来的形状消失。
疲劳破坏的可能性。
附图说明
具体实施方式
图4中的Y‑Y线的剖视图,图6为对涡轮机壳体的金属板制部件和金属板制的排气管进行精
密铸造的铸模的剖视图,图7为用铸模而嵌入成形的蜡模的剖视图,图8为在表面形成了涂
层的蜡模的剖视图,图9为熔出蜡模而形成腔室的状态的剖视图,图10为用铸模而精密铸造
的成形品的剖视图。
的排气管30、以及隔着规定的间隙G覆盖这些内筒20及排气管30的外筒40构成的双重壳(双
重管)结构,其中,内筒20构成形成在中央凸缘(center flange)11、排气入口侧凸缘12及排
气出口侧(废气流动的下游侧)凸缘13之间的排气流路K;中央凸缘11由铸件制成;排气入口
侧凸缘12构成废气B的入口12a且由铸件制成;排气出口侧凸缘13构成废气B的出口13a。涡
轮机壳体10将从排气入口侧凸缘12的入口12a进入的废气B经由配设于内筒20的旋回中心
部(中心部)O的涡轮机叶轮14而从铸件制的排气出口侧凸缘13的出口13a排出。
器(废气净化装置)16。即,涡轮机壳体10介于催化转化器16和吸气侧的压缩机15之间。
进行绝热,并且起到提高涡轮机壳体10的刚性的作用的壳体构造体。
筒分割体22由在与涡轮机叶轮14的涡轮轴14a的轴向L正交的方向上分割成两部分的金属
板制的薄板状的部件构成,所述第三内筒分割体23由与涡轮机叶轮14对置(废气B的排气出
口侧的区域)的精密铸件制的部件构成。此外,第三内筒分割体23使用耐热性比金属板更高
的铸造材料并通过脱蜡精密铸造法(lost‑wax casting)来形成。作为构成第一内筒分割体
21及第二内筒分割体22的金属板材料,例如,可使用铁素体不锈钢SUS429或者SUS430。此
外,作为铸造材料,使用与金属板材料同种类的材料。在本实施方式中,使用与金属板材料
相应的铁素体不锈钢。
体21的后周缘侧的端部21b和第二内筒分割体22的前周缘侧的端部22a进行熔焊而接合固
定。即,第一内筒分割体21的后周缘侧的端部21b和第二内筒分割体22的前周缘侧的端部
22a向外侧垂直弯曲形成而长度互不相同,这些长短不同的端部21b、21a之间通过熔焊(熔
焊部分用符号E来表示)来被固定。
件制的第三内筒分割体23的后外周缘侧的台阶凹状的端部23b侧的部分彼此是在第三内筒
分割体23的精密铸件工序中将金属板制的第二内筒分割体22的后周缘侧的端部22b侧的部
分一起铸入到第三内筒分割体23中而接合。在图4中,用虚线示出了包铸在第三内筒分割体
23内的端部22b,但这只不过是为了便于说明而示出铸入前的端部22b的金属板形状而已。
实际上,在铸造第三内筒分割体23时,端部22b熔化(以端部22b的原来形状消失的方式熔
化)而铸入到第三内筒分割体23内,使第二内筒分割体22与第三内筒分割体23成为一体。由
此,作为内筒20的废气B的排气出口侧的区域的朝向涡轮机叶轮14的部位是由精密铸件制
的第三内筒分割体23形成,其余部位是由金属板制的第一内筒分割体21及第二内筒分割体
22形成,而在其内部形成废气流路K,其中,所述精密铸件制的第三内筒分割体23由精密铸
件制的部件构成,所述金属板制的第一内筒分割体21及第二内筒分割体22是由金属板制的
板材构成。
大。即,如图4所示,由精密铸件制的第三内筒分割体23的排气入口侧凸缘12附近部位形成
为其壁厚大于其相反侧的部位的壁厚。由此,由精密铸件制的第三内筒分割体23形成内筒
20的废气流路K的流路面k的一部分。
部23c中嵌入有保护涡轮机叶轮14的圆环状的加强部件(未图示)。
面23e侧的部分和金属板制的圆筒状的排气管30的前侧的端部31侧的部分之间是在第三内
筒分割体23的精密铸件工序中将排气管30的前侧的端部31侧的部分一起铸入到第三内筒
分割体23的圆筒状部23d的内壁的斜面23e侧的部分,由此,金属板制的排气管30被接合到
精密铸件制的第三内筒分割体23。在图4中,用虚线示出了包铸在第三内筒分割体23内的端
部31,但这只不过是为了便于说明而示出铸入前的端部31的金属板形状而已。实际上,在铸
造第三内筒分割体23时,端部31熔化(以端部31的原来形状消失的方式熔化)而铸入到第三
内筒分割体23内,使排气管30与第三内筒分割体23成为一体。
部件构成。该第一外筒分割体41和第二外筒分割体42通过对金属板进行冲压加工而以规定
的弯曲形状形成,对该冲压成形的两个金属板制的第一外筒分割体41和金属板制的第二外
筒分割体42进行熔焊而接合,由此隔着规定的间隙G来完全覆盖住内筒20及排气管30。
41的另一端部41b位于下方的方式重叠并沿涡轮机叶轮14的涡轮轴14a的轴向L(轴的直线
方向)进行熔焊(熔焊部分用符号E来表示)而使它们相互固定。由此,在车辆行使中,由于在
涡轮轴14a的轴向L收缩,因此,通过沿轴向L熔焊,可防止焊缝的破裂。
制的第二外筒分割体42的各自的内部面。
第一内筒分割体21的前周缘侧的端部21a侧的部分一起铸入到中央凸缘11的内周面11b侧
的部分,由此,金属板制的第一内筒分割体21被接合于中央凸缘11的内周面11b侧的部分。
在图4中,用虚线示出了包铸在中央凸缘11内的端部21a,但这只不过是为了便于说明而示
出铸入前的端部21a的金属板形状而已。实际上,在铸造中央凸缘11时,端部21a熔化(以端
部21a的原来形状消失的方式熔化)而铸入到中央凸缘11内,使第一内筒分割体21与中央凸
缘11成为一体。
端部41c、42c。此外,在中央凸缘11以等间隔形成有多个螺栓安装用的螺纹孔11d。
气入口侧凸缘12的内周面12d的中途部一体地形成有向内侧突出的阶梯部12e。内筒20的金
属板制的第一内筒分割体21的下端部21c侧及金属板制的第二内筒分割体22的下端部22c
侧沿该阶梯部12e的上方分别形成为半圆弧弯曲状,并且在与该阶梯部12e之间具有开口部
25(间隙)而伸缩自如地带游隙嵌合。
弧弯曲状形成,并且在嵌合于凹部12c内的状态下通过熔焊(熔焊部分用符号E来表示)来固
定于外周面12b的上侧。此外,在排气入口侧凸缘12以等间隔形成有未图示的多个螺栓安装
用的螺纹孔。
E来表示)来固定有构成外筒40的金属板制的第一外筒分割体41及金属板制的第二外筒分
割体42的后周缘侧的各端部41d、42d、以及排气管30的后侧的端部32。此外,在排气出口侧
凸缘13的角部分别形成有螺栓安装用的螺纹孔13d。
的排气出口侧的区域的铸件制的第三内筒分割体23及金属板制的排气管30。
体流路面)侧冲压成形为与铸件制的第三内筒分割体23无台阶地平滑衔接的面22d。
嵌入有排气管30和第二内筒分割体22的蜡模57(蜡原模)。如图7所述,所完成的蜡模57为脱
蜡模芯54插入到排气管30内的状态。
而使蜡56从浇口熔出到模外,如图9所示,曾存在蜡56的部分形成腔室。而后,通过烧成来完
成铸模50。
期间内金属板发生异常氧化的情况,将加热/脱蜡工序中的蜡模57的加热的上限温度设定
为构成金属板的材料的抗高温氧化温度(能够抵抗异常氧化的温度)。例如,在加热/脱蜡工
序中,以700℃到1300℃的范围对蜡模57进行加热。此外,在金属板材料中使用SUS430的情
况下,由于SUS的抗高温氧化温度为900℃左右,因此与之对应地以700℃~900℃左右的温
度对蜡模57进行加热。
面生成氧化膜。
如图10所示的成形品58,并将排气管30和第二内筒分割体22中的金属板部58A的铸入部位
和铸造部58B完全熔化。即,将金属板部58A的一端熔化而铸入到铸造部58B的内部而使该一
端的原来形状消失。在图10中,在铸造第三内筒分割体23时,端部22b熔化而铸入到第三内
筒分割体23内,使端部22b消失,从而表现为第二内筒分割体22与第三内筒分割体23成为一
体的状态。此外,在图10中,在铸造第三内筒分割体23时,端部31熔化而铸入到第三内筒分
割体23内,使端部31消失,从而表现为排气管30与第三内筒分割体23成为一体的状态。与图
10示出的一体化的状态相同地,在铸造中央凸缘11时,端部21a熔化而铸入到中央凸缘11
内,使端部21a消失,从而第一内筒分割体21与中央凸缘11成为一体。
度,以下限温度和上限温度之间的温度对蜡模57进行加热。例如,在铸造工序中,以700℃到
1300℃的范围对蜡模57进行加热。在金属板材料中使用SUS430的情况下,由于SUS的抗高温
氧化温度为900℃左右,因此与之对应地,以700℃~900℃左右的温度对蜡模57进行加热。
在此,由于在以接近于熔融金属的凝固点的温度对腔室进行保温的状态下使熔融金属成形
而实现高精度的铸造,因此优选为以接近于上限温度的温度对蜡模57进行加热。
构成金属板的材料的熔点以上的温度。不过,形成腔室的涂层81的熔点高于熔融金属的温
度。
体)发生异常氧化的温度,则会在金属板的表面生成氧化膜,氧化膜会妨碍熔化,使腔室内
的金属板无法完全熔化。因此,通过控制腔室内的温度而抑制在金属板的表面生成氧化膜
的情况,据此能够使在金属板的端部的构成金属板的材料熔化。
中而形成蜡模57之后,在该蜡模57的表面涂覆陶瓷,由此,在所制作的蜡模57的表面喷涂作
为模具材料(造型材料)的陶瓷而成形蜡模57的工序中能够防止金属板制的第二内筒分割
体22从蜡56中脱落的情况。
成形工序中,以将蜡模57与金属板制的第二内筒分割体22的通路内面侧无台阶地平滑衔接
的方式嵌入成形,由此,能够将金属板部58A和铸造部58B的接缝以不扰乱废气气流的方式
成形。即,能够谋求用于减少内筒20的气流的湍流(紊流)的表面平整(flush surface)化。
简化(减少加工量)传统的组装后的熔焊和切削加工及洗净等各工序,并能够以低成本制造
高精度的涡轮机壳体10。
轮机壳体10的小型化。
说明,但也可将构成外筒的金属板制的第一外筒分割体、第二外筒分割体铸入于排气入口
侧的铸件制的法兰等中。
造材料也可使用奥氏体不锈钢。此外,在本领域技术人员可在本发明的主旨的范围内进行
各种变形及改良,构成该公开的一部分的论述与附图不应理解为对本发明的限定。根据该
公开,本领域技术人员可容易地得出各种替代实施方式、实施例及运用技术。
容以引用的方式并入本申请的说明书中。
疲劳破坏的可能性。