CN101920312B - 大型多叶片铸件的铸造方法及调平工装 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种大型多叶片铸件的铸造方法及调平工装，包括以下步骤：制模；制作叶片砂芯调平工装；混砂；造型；制芯；配箱；冶炼浇注；整形、热处理。通过上述步骤得到整体铸造的大型多叶片铸件。本发明的铸造方法倾斜叶片砂芯下芯平稳，铸件叶片壁厚尺寸准确，叶片与外缘连接处很少发现裂纹，材料的机械性能满足技术要求，避免了分体铸造中材料化学成分、机械性能的不均匀性，减少了铸件变形和分体铸造所需加工、装配等工序，提高了质量，降低了成本，缩短了生产周期。
Description
技术领域
本发明涉及一种铸件的铸造方法及装置，特别适合于有多个倾斜片状结构的大型多叶片铸件的铸造。
背景技术
大型多叶片铸件，如水力测功器转子，直径Φ3730mm，质量24500kg，上下对称倾斜叶片共38片。现有技术条件下，上砂型与铸件上半叶片19个砂芯采用吊芯并整体翻转质量不能保证，一般采用上下两半分体铸造，如图5所示，这样两半转子材料化学成分、机械性能的均匀性不能保证，并增加了铸件分体铸造所需加工、装配等工序，增加了生产成本与周期。
转子叶片倾斜45°，叶片由砂芯组出，砂芯芯头之间留有间隙，而叶片砂芯在制作过程中，砂芯起吊吊环很难放置于叶片砂芯重心位置，起吊后芯头平面不水平，组芯时叶片壁厚尺寸受到影响。现有技术是采用人力配重找平叶片砂芯芯头，用芯撑高度控制叶片壁厚尺寸，因人力配重，砂芯重心容易变动，生产效率低，而使用芯撑则破坏了铸件的整体性，降低了铸件质量，增加了清除芯撑所需碳刨、焊补、打磨工作量。
转子铸件壁厚相差较大，最大壁厚450mm，最小壁厚仅36mm，铸件在凝固过程中产生较大的收缩应力，容易在叶片与外缘连接的热节处产生热裂纹。现有技术是在上半叶片与外缘连接处设置冒口，冒口数量较多，而铸件下半叶片与外缘连接处产生的热裂纹，只有待铸件粗加工后，通过磁粉探伤确认清除，用焊补的方法消除裂纹。
转子材料牌号ZGD410-620，为普通碳素钢，一般采用普通的正火+回火热处理，现有技术条件下机械性能不能完全满足技术要求。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大型多叶片铸件的铸造方法及调平工装，可以对复杂形状的多叶片铸件采用整体浇注，并确保倾斜叶片砂芯的水平下芯，从而获得质量符合要求的铸件。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种大型多叶片铸件的铸造方法，包括以下步骤：
1）木制实样，外模制成整体，叶片芯盒圆弧面放样制作，叶片砂芯芯头按不同高度制作，高低交错布置，外模做出一个叶片砂芯的下芯填砂板；
2）制作叶片砂芯调平工装，所述的调平工装为一杠杆机构，一端设有一快接接头，另一端设有移动砝码；
3）混砂；
4）在铸件顶面分型，下半叶片与外缘连接处设置冷铁，上半叶片与外缘连接处交叉设置冒口和冷铁；在叶片砂芯芯头部位的下砂型和上砂型预留拉紧叶片砂芯的通孔；中间轴毂设补贴与大冒口；采用阶梯开放式浇注系统；
5）为防止发生粘砂，在砂芯的圆角热节部位采用10mm±2mm厚的耐高温铬铁矿砂，在叶片砂芯中预埋芯骨；
6）采用调平工装，将快接接头与叶片砂芯的芯骨连接，通过调整调平工装的周向位置和调整调平工装上移动砝码的位置，使叶片砂芯水平下芯，下芯后将叶片砂芯2固定于下砂型或上砂型，刷涂料，上砂型连同上半叶片砂芯整体翻转，合箱；
7）冶炼、浇注；
8）整形、热处理；
通过上述步骤得到整体铸造的大型多叶片铸件。
所述的木制实样径向缩尺1.6%，轴向缩尺2.0%。
所述的混砂步骤中，原砂为石英砂和铬铁矿砂，粘结剂为新型水玻璃，固化剂为有机酯，新型水玻璃加入量占砂量的2.5～2.8%，有机酯加入量占新型水玻璃加入量的10.0～14.0%。
所述的合箱步骤中，要对型腔吹热风烘烤4～6小时，铸型在热态下浇注。
所述的冶炼、浇注步骤中，采用电弧炉冶炼结合包内吹氩+喂丝工艺精炼钢水，浇注温度为1520～1560℃，浇注时间为200～300秒。
所述的整形、热处理步骤中，铸件在砂箱中保温144小时以上后落砂清理，用氧丙烷气气割浇冒口，然后采用正火+回火热处理方式。
正火温度880～900℃，保温时间8小时，铸件正火处理出炉空冷时，吹冷风和喷水雾加快冷却，细化晶粒。
一种调平工装，杠杆上设有吊环，杠杆一端设有快接接头，另一端设有移动砝码。
本发明提供的一种大型多叶片铸件的铸造方法及调平工装，通过采用整体铸造方法，避免了分体铸造材料化学成分、机械性能的不均匀性，减少了铸件变形和分体铸造所需加工、装配等工序，降低了成本。
为确保整体铸造的质量，采用专用的调平工装，调平工装通过快接接头与芯骨连接后，具有一定的固定连接的特点，即可以承受一定的径向力和轴向力。同时快接接头可以旋转，在下芯时，调平工装可以通过围绕吊环的旋转，同时调节移动砝码在杠杆上的位置，来调整叶片砂芯的重心，从而确保叶片砂芯水平下芯。叶片砂芯用拉杆、压板和螺杆固定于上下砂型内，不使用芯撑，铸件质量得到了保证，减少了去除芯撑所需碳刨、焊补、打磨工作量，缩短了生产周期。
叶片砂芯芯头按两种高度制作，每一个叶片砂芯均对应一个砂芯芯头，芯头采用高低交错布置的方式，如图3所示，叶片砂芯下芯后不能移动，避免了叶片位置与壁厚尺寸产生累积误差；采用冷铁、冒口相结合的方式，实现铸件顺序凝固，节约了钢水，防止了叶片与外缘连接处裂纹缺陷的产生；采用冷却速率较快的正火+回火热处理方式，出炉空冷时风冷结合喷水雾冷却，提高了材料的机械性能。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1是本发明方法的工艺简图。
图2是图1的B-B剖视图。
图3是图1的A-A剖视图。
图4是本发明中调平工装的结构示意图。
图5是采用现有技术生产大型多叶片铸件的结构示意图。
具体实施方式
大型多叶片铸件的铸造方法及调平工装，以18.0水力测功器转子为例，包括以下步骤：
1）按18.0水力测功器转子图纸编制铸造工艺， 工艺简图如图1、图2、图3所示。
木制实样，外模制成整体，径向缩尺1.6%，轴向缩尺2.0%，起模斜度1°；叶片芯盒圆弧面放样制作，叶片砂芯2芯头按不同高度制作，高低交错布置，防止叶片位置与壁厚尺寸产生累积误差；外模做出一个叶片砂芯2的下芯填砂板7，为最后一个叶片砂芯2下芯留出空间。
2）制作叶片砂芯2调平工装，所述的调平工装为一杠杆机构，一端设有一快接接头15，中间设有吊环18，另一端设有移动砝码16。按图3、图4所示制作砂芯芯骨10和调平工装。砂芯芯骨由芯骨10、拉环11和快接接头15焊接组成，芯骨10、拉环11用??20圆钢，快接接头15采购。调平工装先用三段??30圆钢焊接成杠杆17，再焊上吊环18，一端焊接快接接头15，另一端配适当移动砝码16。本例中的叶片砂芯2重量为300-500公斤，连接后的快接接头15可以旋转，即杠杆17可以围绕吊环18旋转，配合移动砝码16使叶片砂芯2芯头处于水平位置，符合设计要求。
3）混砂，用连续混砂机混砂，原砂为石英砂和铬铁矿砂，新型水玻璃作粘结剂，有机酯作固化剂。新型水玻璃加入量占砂加入量的2.5～2.8%，有机酯加入量占新型水玻璃加入量的10.0～14.0%。
4）在铸件顶面分型，采用新型水玻璃有机酯自硬砂造型，在下半叶片与外缘连接处设置防热裂纹冷铁5，上半叶片与外缘连接处交叉设置冒口3和冷铁5；在叶片砂芯2芯头部位的下砂型8和上砂型9预留拉紧叶片砂芯2的通孔；中间轴毂设补贴4与大冒口；用耐高温陶管做浇道，采用阶梯式开放浇注系统6。
5）制芯，采用新型水玻璃有机酯自硬砂制芯，为防止发生粘砂，在砂芯的圆角热节部位采用10mm±2mm厚的耐高温铬铁矿砂，叶片砂芯2中预埋芯骨10、拉环11和快接接头15，并焊接连成一体，清砂后可回收使用。
6）配箱，采用如图4调平工装，将快接接头15与叶片砂芯2的芯骨10连接，通过调整调平工装的周向位置和调整调平工装上移动砝码16的位置，保证叶片砂芯2水平下芯，下芯后用拉杆12、压板13、螺杆14将叶片砂芯2固定于下砂型8和上砂型9，型腔与砂芯表面涂刷醇基涂料烧干，上砂型9连同上半叶片砂芯2整体翻转，合箱后型腔吹热风烘烤4～6小时，使铸型在热态下浇注。
7）冶炼浇注，采用电弧炉冶炼结合包内吹氩+喂丝工艺精炼钢水，两炉钢水合炉浇注，浇注温度1520～1560℃，浇注时间200～300秒。
8）整形、热处理；铸件在砂箱中保温144小时以上后落砂清理，用氧丙烷气气割浇冒口，采用正火+回火热处理方式，正火温度880～900℃，保温时间8小时，出炉空冷时吹风结合喷水雾加快冷却，细化晶粒组织，提高材料的力学性能。
通过上述步骤得到整体铸造的大型多叶片铸件，即铸件1。
采用大型多叶片铸件铸造方法，所有铸件倾斜叶片砂芯下芯平稳，叶片壁厚尺寸准确，材料的机械性能满足技术要求，在叶片与外缘连接处磁粉探伤很少发现裂纹， 提高了铸件质量。
本发明的铸造方法和调平工装应用于大型水力测功器转子的铸造，和现有技术分体铸造相比，具有下列优点：
1）设计的砂芯调平工装和高低交错布置定位芯头，保证了倾斜叶片砂芯水平下芯，避免了叶片位置与壁厚尺寸产生累积误差，铸造的铸件1的尺寸误差小。
2）叶片砂芯用拉杆、压板、螺杆固定于上下砂型，不使用芯撑，铸件质量得到了保证，减少了去除芯撑所需碳刨、焊补、打磨工作量。
3）采用冷铁与冒口相结合的方式，在下半叶片与外缘连接处设置冷铁。冷铁一般用在壁厚较大的热节部位，作用是提高铸件热节部位在凝固过程中的冷却速率，避免铸件产生缩孔、裂纹等缺陷。上半叶片与外缘连接处交叉设置冒口和冷铁，冒口的作用是补缩铸件，防止铸件产生缩孔和缩松缺陷，并有排气、集渣作用。设置冷铁的部位，钢水由于激冷先凝固并形成强度，设置冒口的部位将铸件热节引入冒口内，实现顺序凝固，消除了上下叶片与外缘连接处产生的应力集中，避免了热裂纹缺陷的产生。冒口和冷铁结合使用，减少了冒口数量，节约了钢水。
4）采用正火+回火热处理工艺，在出炉空冷时吹风结合喷水雾冷却，提高了铸件冷却速率，细化了晶粒组织，改善并提高了材料的机械性能。
5）铸件采用整体铸造方法，避免了分体铸造中材料化学成分、机械性能的不均匀性，减少了铸件变形和分体铸造所需加工、装配等工序，降低了成本，缩短了生产周期。
Claims (6)
1.一种大型多叶片铸件的铸造方法，其特征在于包括以下步骤：
1）木制实样，外模制成整体，叶片芯盒圆弧面放样制作，叶片砂芯（2）芯头按不同高度制作，高低交错布置，外模做出一个叶片砂芯（2）的下芯填砂板（7）；
2）制作叶片砂芯（2）调平工装，所述的调平工装为一杠杆机构，一端设有一快接接头（15），另一端设有移动砝码（16）；
3）混砂；
4）在铸件顶面分型，下半叶片与外缘连接处设置冷铁（5），上半叶片与外缘连接处交叉设置冒口（3）和冷铁（5）；在叶片砂芯（2）芯头部位的下砂型（8）和上砂型（9）预留拉紧叶片砂芯（2）的通孔；中间轴毂设补贴（4）与大冒口；采用阶梯开放式浇注系统（6）；
5）为防止发生粘砂，在砂芯的圆角热节部位采用10mm±2mm厚的耐高温铬铁矿砂，在叶片砂芯（2）中预埋芯骨（10）；
6）采用调平工装，将快接接头（15）与叶片砂芯（2）的芯骨（10）连接，通过调整调平工装的周向位置和调整调平工装上移动砝码（16）的位置，使叶片砂芯（2）水平下芯，下芯后将叶片砂芯（2）固定于下砂型（8）或上砂型（9），刷涂料，上砂型（9）连同上半叶片砂芯（2）整体翻转，合箱；
7）冶炼、浇注；
8）整形、热处理；
通过上述步骤得到整体铸造的大型多叶片铸件。
2.根据权利要求1所述的一种大型多叶片铸件的铸造方法，其特征在于：所述的木制实样径向缩尺1.6%，轴向缩尺2.0%。
3.根据权利要求1所述的一种大型多叶片铸件的铸造方法，其特征在于：在合箱后对型腔吹热风烘烤4～6小时，铸型在热态下浇注。
4.根据权利要求1所述的一种大型多叶片铸件的铸造方法，其特征在于：所述的冶炼、浇注步骤中，采用电弧炉冶炼结合包内吹氩+喂丝工艺精炼钢水，浇注温度为1520～1560℃，浇注时间为200～300秒。
5.根据权利要求1所述的一种大型多叶片铸件的铸造方法，其特征在于：所述的整形、热处理步骤中，铸件在砂箱中保温144小时以上后落砂清理，用氧丙烷气气割浇冒口，然后采用正火+回火热处理方式。
6.根据权利要求5所述的一种大型多叶片铸件的铸造方法，其特征在于：正火温度880～900℃，保温时间8小时，铸件正火处理出炉空冷时，吹冷风和喷水雾加快冷却，细化晶粒。
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