采用注射成形工藝實現復雜形狀增壓渦輪的近終成形,并滿足高性能和低成本的要求。根據注射成形渦輪對零件壁厚的要求,選擇 ø52mm 渦輪作為研制對象,并完成了中空蝸輪的結構設計及可靠性校驗,中空孔徑確定為 ø5mm,孔深 25mm,如圖 1 所示。對比分析實芯渦輪和中空渦輪的離心應力分布可知,采用中空結構的渦輪,其應力分布較原始渦輪應力分布一致,但渦輪離心應力有所增大,中空結構渦輪的最大離心應力為 626MPa,較原始渦輪增加了 20.4%。渦輪采用中空設計后,自振頻率變化很小,頻率平均變小 0.167%,可近似認為沒有變化。中空結構增壓渦輪不僅達到了減輕重量的目的,而且大幅度減小了燒結變形。設計了側向抽芯模具結構(如圖 2 所示),實現了復雜形狀增壓渦輪的近終成形。采用數值模擬方法對注射成形充模過程進行了模擬,得出了喂料的充模過程(如圖 3 所示),并闡明了渦輪在注射成形過程中產生的缺陷與機理。優化了注射成形工藝參數,得出最佳的注射成形工藝參數為:注射溫度為 160℃,注射壓力為 60MPa,模溫為 80℃,最終制備出了無缺陷的注射成形坯。以平均粒度 15μm 的惰性氣體霧化的 K418 鎳基高溫合金為原料,選用 67%裝載量,將粉末與粘結劑(60%石蠟+15%高密度聚乙烯+15%聚丙烯+10%硬脂酸)于 140℃在 開放式混煉機中混煉 30min,制備出適合鎳基高溫合金粉末注射成形的高效粘結劑,制備出了流變性能良好的注射喂料。分析了脫脂方法、脫脂制度和脫脂溫度對致密度和最終高溫合金性能的影響,掌握了碳、氧含量的精確控制技術。通過燒結+熱等靜壓工藝獲得高致密度的粉末高溫合金,具有晶粒細小、顯微組織均勻、綜合力學性能優異等優點。MIM418 合金 1230℃真空燒結相對密度為 97%,熱等靜壓后的樣品接近全致密。
市場分析: 注射成形增壓渦輪的研發成功將解決復雜形狀渦輪的近終注射成形、新型粘結劑設計、高效脫脂、致密度控制、尺寸精確控制和表面強化工藝等粉末高溫合金注射成形的關鍵問題,提升我國車用增壓渦輪的制造水平,打破國外在該領域的技術壟斷,為渦輪增壓技術在我國的推廣應用和節能減排目標的實現奠定基礎。
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