CN101716653A - 一种超大型混流式水轮机叶片防变形的铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种防变形的铸造方法，尤其是涉及一种超大型混流式水轮机叶片防变形的铸造方法，包括制作模具、造型、合箱、浇注、落砂、清理和热处理，其特征是：上述制作模具是采用钢木网状框架为骨料，骨料内填充树脂，并依型线制作支撑，采用三箱T型组箱，实样造型、平造立浇、组合砂箱、树脂自硬砂，面砂采用铬铁矿砂，型砂里放置有钢筋骨架，热处理采用立式装炉方法使用U型支撑工装，冒口切割预留平整冒口颈，方向朝下用来支撑叶片，冒口颈两侧设有保证叶片竖直方向的卡具；工艺方法独特、能降低了加工量、降低了毛净重比、缩短生产周期、降低了成本、解决了叶片生产制造的变形问题和叶片加工量过大导致的“肥头大耳”问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种防变形的铸造方法，尤其是涉及一种超大型混流式水轮机叶片防变形的铸造方法。
背景技术
目前70万千瓦水轮机转轮的主要核心部件大型水轮机叶片采用约65吨超低碳不锈钢一次性浇注成型，是混流式叶片技术指标要求最高的大型叶片。由于叶片轮廓尺寸大，其轮廓尺寸为5245mm×4705mm，翘曲高度2406mm，壁厚从379mm～30mm差异显著，几何形状复杂，铸造及热处理过程中变形明显，故防变形技术的研究已成为叶片制造的核心难点之一，其制造技术长期为国外少数几家大公司所垄断。
针对大型叶片铸造生产中的变形问题，国内尚无有效的办法和措施。国内普遍采取加大加工量的方法：同种类型叶片加工量42mm～55mm，从而造成叶片毛坯件“肥头大耳”，工艺出品率低，毛净重比高、铸造成本高。同时增加了叶片后续加工的工作量和加工成本，降低了加工效率，延长了叶片的制造周期。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种工艺方法独特、能降低了加工量、降低了毛净重比、缩短生产周期、降低了成本、解决了叶片生产制造的变形问题和叶片加工量过大导致的“肥头大耳”问题的一种超大型混流式水轮机叶片防变形的铸造方法。
为了实现发明目的，本发明通过如下方式实现：
一种超大型混流式水轮机叶片防变形的铸造方法，包括制作模具、造型、合箱、浇注、落砂、清理和热处理，其特征是：上述制作模具是采用钢木网状框架为骨料，骨料内填充树脂，并依型线制作支撑，采用三箱T型组箱，实样造型、平造立浇、组合砂箱、树脂自硬砂，面砂采用铬铁矿砂，型砂里放置有钢筋骨架，热处理采用立式装炉方法使用U型支撑工装，冒口切割预留平整冒口颈，方向朝下用来支撑叶片，冒口颈两侧设有保证叶片竖直方向的卡具；
制作和水轮机叶片线型和翘曲完全重合的胎板，在造型时将叶片放置在所述胎板上流砂操作；
在工艺设计工序建模时在变形区域依次递增反变形量，根据叶片的变形趋势，设计十字交叉的防变形拉筋，防变形拉筋设置位置为：从叶片上冠、下环面和出水边相交的尖点开始延伸到上冠、下环面和进水边相交的尖点；
所述反变形量：横向为0～45mm、纵向为0～40mm；
所述钢筋骨架的结构采用随叶片型线，厚度50mm的钢板为箱带，用∮30的螺杆把合在砂箱梆子上作为主骨架，每500mm布置一根，采用120mm×120mm，厚度为8mm的方钢作为辅骨架焊接在箱带之间，每500mm放置一根。
本发明有如下效果：
1)工艺方法独特：本发明提供的一种超大型混流式水轮机叶片防变形的铸造方法，包括制作模具、造型、合箱、浇注、落砂、清理和热处理，其特征是：上述制作模具是采用钢木网状框架为骨料，骨料内填充树脂，并依型线制作支撑，采用三箱T型组箱，实样造型、平造立浇、组合砂箱、树脂自硬砂，面砂采用铬铁矿砂，型砂里放置有钢筋骨架，热处理采用立式装炉方法使用U型支撑工装，冒口切割预留平整冒口颈，方向朝下用来支撑叶片，冒口颈两侧设有保证叶片竖直方向的卡具。
2)最大程度的减小叶片在凝固和热处理过程中的变形倾向：本发明采用模拟软件对叶片的三维模型的凝固收缩，变形倾向进行模拟研究控制，根据计算机模拟结果，在变形区域依次递增反变形量0～45mm和0～40mm，根据叶片的变形趋势，设计十字交叉的防变形拉筋形成一种相对稳定的框架结构，最大程度的减小叶片在凝固和热处理过程中的变形倾向。
3)消除模具本身轮廓尺寸过大在放置和运输过程中因重力差导致的变形：本发明提供的方法模具采用钢木网状框架为骨料，树脂填充，保证模具的刚度。依型线制作专门的支撑，消除模具本身轮廓尺寸过大在放置和运输过程中因重力差导致的变形。
4)保证了砂箱的刚性，增加了型砂的强度，减少了叶片在凝固收缩过程因砂型的型壁位移而产生的变形：本发明提供的方法采用三箱T型组箱，实样造型、平造立浇、组合砂箱、树脂自硬砂，面砂采用铬铁矿砂，型砂里放置特制的钢筋骨架。保证了砂箱的刚性，增加了型砂的强度，减少了叶片在凝固收缩过程因砂型的型壁位移而产生的变形。
5)本发明热处理采用立式装炉方法使用专用U型支撑工装，确保叶片一直处于基本自由的状态，没有预应力的施加，可以达到高温自由伸张、降温自由回复到原状态，冒口切割预留平整冒口颈，方向朝下用来支撑叶片，冒口颈两侧设有保证叶片竖直方向的卡具。
6)降低了毛净重比，缩短生产周期，降低了成本：本发明提供的70万千瓦水轮机转轮叶片制造防变形技术，如表1所示：降低了加工量，降低了毛净重比，缩短生产周期，降低了成本，解决了叶片生产制造的变形问题和叶片加工量过大导致的“肥头大耳”问题。
表1叶片放变形技术采取前后的加工量、毛净重对比表
附图说明
图1为本发明模具的钢木网状框架结构示意图；
图2为本发明十字防变形拉筋安装示意图；
图3为本发明三箱T型组箱造型法示意图；
图4为本发明立式装炉法。
具体实施方式
一种超大型混流式水轮机叶片防变形的铸造方法，包括制作模具、造型、合箱、浇注、落砂、清理和热处理，其特征是：上述制作模具是采用如图1所示的钢木网状框架为骨料，骨料内填充树脂，并依型线制作支撑，如图3所示：采用三箱T型组箱，实样造型、平造立浇、组合砂箱、树脂自硬砂，面砂采用铬铁矿砂，型砂里放置有钢筋骨架，热处理采用如图4所示的立式装炉方法使用U型支撑工装，冒口切割预留平整冒口颈，方向朝下用来支撑叶片，冒口颈两侧设有保证叶片竖直方向的卡具。
制作和水轮机叶片线型和翘曲完全重合的胎板，在造型时将叶片放置在所述胎板上流砂操作。
工艺设计工序建模时在变形区域依次递增反变形量，根据叶片的变形趋势，如图2所示：设计十字交叉的防变形拉筋，防变形拉筋设置位置：从叶片上冠、下环面和出水边相交的尖点开始延伸到上冠、下环面和进水边相交的尖点，如图2所示：
所述反变形量：横向为0～45mm、纵向为0～40mm。
所述钢筋骨架的结构采用随叶片型线，厚度50mm的钢板为箱带，主要受力件，用∮30的螺杆把合在砂箱梆子上作为主骨架，每500mm布置一根。采用120mm×120mm，厚度为8mm的方钢作为辅骨架焊接在箱带之间，每500mm放置一根。
Claims (5)
1.一种超大型混流式水轮机叶片防变形的铸造方法，包括制作模具、造型、合箱、浇注、落砂、清理和热处理，其特征是：上述制作模具是采用钢木网状框架为骨料，骨料内填充树脂，并依型线制作支撑，采用三箱T型组箱，实样造型、平造立浇、组合砂箱、树脂自硬砂，面砂采用铬铁矿砂，型砂里放置有钢筋骨架，热处理采用立式装炉方法使用U型支撑工装，冒口切割预留平整冒口颈，方向朝下用来支撑叶片，冒口颈两侧设有保证叶片竖直方向的卡具。
2.如权利要求1所述的一种超大型混流式水轮机叶片防变形的铸造方法，其特征是：制作和水轮机叶片线型和翘曲完全重合的胎板，在造型时将叶片放置在所述胎板上流砂操作。
3.如权利要求1所述的一种超大型混流式水轮机叶片防变形的铸造方法，其特征是：在工艺设计工序建模时在变形区域依次递增反变形量，根据叶片的变形趋势，设计十字交叉的防变形拉筋，防变形拉筋设置位置为：从叶片上冠、下环面和出水边相交的尖点开始延伸到上冠、下环面和进水边相交的尖点。
4.如权利要求3所述的一种超大型混流式水轮机叶片防变形的铸造方法，其特征是：所述反变形量：横向为0～45mm、纵向为0～40mm。
5.如权利要求1所述的一种超大型混流式水轮机叶片防变形的铸造方法，其特征是：所述钢筋骨架的结构采用随叶片型线，厚度50mm的钢板为箱带，用∮30的螺杆把合在砂箱梆子上作为主骨架，每500mm布置一根，采用120mm×120mm，厚度为8mm的方钢作为辅骨架焊接在箱带之间，每500mm放置一根。
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