渦輪增壓器殼體鑄造工藝分析與改進

張斌

摘要：創新改變生活，基于人們生活質量不斷改善、對物質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，為了更好的響應國家節能減排的環保號召，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者的注意，有必要對影響渦輪增壓器質量關鍵因素的壓殼工藝進行探究，以保障渦輪增壓器的制作質量，加快促進渦輪增壓器在汽車中更加普及應用。

關鍵詞：汽車行業;渦輪增壓器;殼體;鑄造工藝

1 ?渦輪增壓器概述

在節能減排、綠色環保概念的影響下，越來越多的人開始關注汽車廢氣排放問題，作為一種空氣壓縮機，渦輪增壓器通過壓縮周圍空氣的方式達到進氣量增加的目標。同時具備提高發動機功率、改善發動機的排放、提供高原補償的功能以及提高燃油經濟性，降低油耗四個優勢特點的渦輪增壓器由于性能效果良好，越來越多的普及應用到更多品牌和類型的汽車，對于改善傳統發動機自然吸氣的不足起到了顯著的效果，可以在滿足發動機不改變排氣量的情況下，提高輸出功率30%，對節能減排產生積極地促進作用。

渦輪增壓器在結構上主要由壓氣機和渦輪兩部分組成，具體而言，壓氣機由擴壓器、單級離心式壓氣機以及壓氣機殼三部分組成;渦輪由渦輪、渦輪殼以及單級徑流式三部分組成。在內部的結構上，有采用內支承式的轉子、位于葉輪中間體內的全浮動式浮動軸承，其中轉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端均安裝有密封環裝置，此外對于渦輪增壓器中的壓氣機端單獨設有擋油罩，主要功能用以防止潤滑油的泄漏，具體的組成示意圖如圖1所示，內部結構示意圖如圖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、模具預熱、澆注以及冷卻成型等階段。其中值得注意的是，在模具預熱階段，應該通過模溫機平穩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，對型腔在進行澆入金屬液體時，反復地與型腔發生熱量傳遞，已達到金屬液體與模具型腔之間熱平衡穩定的狀態。在進行制芯過程中，需要進行檢查加熱管線是否接好、檢查測溫熱電偶是否接好和檢查氣閥是否存在漏氣以及管道是否破損等異常問題;避免異常現象的發生。

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行配料、鑄造鋁合金進行加料、鑄造鋁合金的熔化、鑄造鋁合金的精煉、變質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，為了保證熔體質量，在生產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行剔除，制造過程中用的鐵工具盡量進行涂料涂覆;三是熔煉過程中要對熔煉溫度、澆注溫度和澆注時間進行嚴格控制，避免鋁液升溫過高，保溫時間過長等情況的出現。此外為了提高冶金的質量可以在加料前應用純鋁或相應合金洗爐等。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有鑄造工藝的了解，結合鑄造工藝的現狀結合現有研究成果的基礎上，對現有渦輪增壓器壓殼鑄造工藝缺陷問題進行總結整理，發現渦輪增壓器壓殼鑄造工藝現有的缺陷：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，還延長機加工的時間，于此同時直接導致了壓殼制造成本的增加，并且導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效率;二是鑄件某些部位存在氣孔、縮松等缺陷，影響壓殼質量和精度等，導致渦輪增壓器的質量問題不夠合格，進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性措施

關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品質量存在影響，考慮到鑄造的過程中產生“熱節”現象比較頻繁，分析其產生的具體原因是鑄型局部散熱效果不良。熱節的產生使鑄型的整體冷卻平衡以及熱平衡狀態產生失衡，破壞了鑄件的凝固傾向，對鑄型的穩定性和耐用性等損害。所以就應對鑄型區域性保、降溫的應對方法研究，因而可確保鑄件的凝固次序有條不紊的進行和模具型腔的受熱的穩定性。

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

①水冷：在鑄型內部構造冷卻水通道來實現降溫冷卻的目的，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，然而增設了冷卻水道和設定冷卻需要的水量，導致腔體的內部結構更加繁雜，制造難度和成本增加，也使工人的勞動強度增加;

②風冷法：對鑄型內不便用水進行冷卻的位置采用壓縮空氣的方法來進行降溫的方式，缺點是降溫效率低，但該措施實施比較容易，故此措施得到廣泛的應用;

③間接冷卻法：通過在鑄件“熱節”產生的區域內，安置傳熱性比較好的物體如冷鐵來進行散熱冷卻，同時還可在冷鐵的末端配備散熱裝置，達到更佳冷卻目的;

④改良模具的型腔：在確保機加工余量的前提下，改良鑄型的腔體形狀，可以減少由不的良鑄型腔體產生的“熱節”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，通常運用如發熱覆蓋劑等類似保溫材料，來減緩凝固時間，來實現到最佳的補縮目的;

⑥通過熱管技術來實現冷卻，在較小的溫度梯度通常運用此技術，將熱量由一個傳導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備使模具型腔的溫度得到合理有效的區域性地控制或者設定。

5 ?結論

通過對渦輪增壓器殼體鑄造工藝的相關研究，對渦輪增壓器概念和結構進行分析了解的前提下，總結了渦輪增壓器殼體鑄造工藝的關鍵流程以及對現有的鑄造工藝進行現狀分析研究的基礎上，針對于現有技術的缺陷提出了改進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量，使渦輪增壓器得到廣泛應用，促進渦輪增壓器更進一步地發展，同時也推進汽車行業的節能減排的進程，提高燃油經濟性;更好地響應國家節能減排的環保號召，減少汽車廢氣排放量，不斷改善人們生活質量。

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