CN109604567B - 电渣熔铸叶片多层分段组合式分体异型结晶器的制备方法 - Google Patents

电渣熔铸叶片多层分段组合式分体异型结晶器的制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电渣熔铸叶片多层分段组合式分体异型结晶器的制备方法，包括如下步骤：根据叶片曲面形状对模具进行机加工，将模具进行分层再分块切割，将各块模的背面分别固定密封焊接呈筒状的连接法兰体，连接法兰体内形成分面冷却室；对两侧法兰的外侧面进行平面机加工后，将各层块模组装成所述层模，将块模的顶平面和底平面分别进行平面机加工；整体组装后整体防锈处理。本发明将模具提前加工再分体后，由连接法兰体重新组合的方式，将异型型腔形成分层、分段的结构，使得结晶器可实现分层电渣熔铸，电渣熔铸技术可应用于叶片铸造，生产出组织致密、质量高、寿命好的叶片。

Description

电渣熔铸叶片多层分段组合式分体异型结晶器的制备方法
技术领域
本发明涉及结晶器制造技术领域，尤其涉及一种电渣熔铸叶片多层分段组合式分体异型结晶器的制备方法。
背景技术
目前公知的叶片、螺旋叶片是采用砂模熔铸成型，即先制造工件模型，然后制造砂模，将液体钢(或其它金属合金浇入砂模)，待金属冷却后去除砂模，获得工件。此法铸造的叶片、螺旋叶片在铸造过程中叶片内部组织疏松、容易产生气孔、裂纹等内部缺陷，整体质量不高，使用寿命短。
电渣熔铸是一种使金属精炼和铸造成型一次完成，生产优质合金铸件的电渣冶金工艺，其基本设备包括电渣炉、结晶器、电源变压器，结晶器内设置铸件成型的异型型腔，并配有冷却装置，在铸造时，自耗电极插入型腔内的液渣中，利用电流通过液渣所产生的电阻热，不断地将自耗电极熔化，熔化的金属汇聚成滴，穿过渣层滴入金属熔池，同时在异型型腔内凝固成铸件。该工艺获得的铸件具有金属纯洁、金属组织致密、成分和组织均匀、结晶细化、铸件表面光洁等优点，是理想的叶片铸造技术。
但在实际应用时，因叶片(如发电机叶轮、螺旋叶片等)都是具有较复杂曲面形状的零件，所以异型型腔也成为与其匹配的较复杂形状；另外腔壁多为导电金属材料，自耗电极不但需要做成与异型型腔相类似的结构以便于形成均匀的熔滴，而且自耗电极要保持不能接触腔壁而发生短路，因此自耗电极难以顺利地伸入异型型腔内形成良好的熔化滴入，这使得电渣熔铸技术在叶片铸造行业难以进行应用。
发明人发明了一种多层分段组合式异型结晶器用以解决上述问题，该结晶器为多层模具组合而成，每层模具又由多个模块组合而成，每个模块上的内套围成结晶器的异型型腔，该结晶器需要特定的方法才可制造，本发明创造由此而生。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种电渣熔铸叶片多层分段组合式分体异型结晶器的制备方法，用以可制造出能使电渣熔铸技术在叶片铸造领域应用的结晶器。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：电渣熔铸叶片多层分段组合式分体异型结晶器的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：根据叶片外形尺寸设计模具的外形尺寸，根据叶片曲面形状对所述模具的型面进行机加工；
步骤二：将所述模具进行分层切割，每层所述模具形成层模，将每层所述层模依次进行分块切割，每块所述层模形成块模；
步骤三：将各所述块模的背面分别固定密封焊接呈筒状的连接法兰体，所述连接法兰体包括顶法兰、底法兰和两连接在所述顶法兰和底法兰之间的侧法兰；在所述连接法兰体内靠近所述块模处焊接水套挡板，所述水套挡板、所述块模之间的所述连接法兰体内形成分面冷却室；
步骤四：对所述块模对应的两所述侧法兰的外侧面进行平面机加工；
步骤五：将各层所述块模对应的所述连接法兰体按相邻所述侧法兰依次进行固定连接的方式，形成所述层模，各所述顶法兰的顶面共同形成所述层模的顶平面，各所述底法兰的底面共同形成所述层模的底平面，将所述顶平面和所述底平面分别进行平面机加工；
步骤六：将各所述层模按所述顶法兰和相邻上部的底法兰依次固定连接的方式进行组装；
步骤七：组装完毕后整体防锈处理。
作为优选的技术方案，步骤三形成所述分面冷却室后，先对所述分面冷却室进行压力试验，压力试验合格后再进行步骤四。
作为优选的技术方案，所述模具为铜质。
由于采用了上述技术方案，本发明将模具提前加工再分体后，由连接法兰体重新组合的方式，将异型型腔形成分层、分段的结构，使得结晶器可实现分层电渣熔铸，电渣熔铸技术可应用于叶片铸造，生产出组织致密、质量高、寿命好的叶片。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
图1是本发明实施例模具机加工后的结构示意图；
图2是本发明实施例模具分层分块切割的状态示意图；
图3是本发明实施例块模与连接法兰体、水套挡板的焊接结构示意图；
图4是本发明实施例组装成最底层层模的立体结构示意图；
图5是本发明实施例最底层和第二层层模组装后的立体结构示意图；
图6是本发明实施例单个模具组装完毕后的结构示意图，图中隐去不具有型面的块模以方便示意。
图7是本发明实施例所针对叶片的立体结构示意图；
图8是图7另一视角的立体结构示意图。
图中：1-叶片；11-曲面；2-模具；21-型面；22-分型线；3-层模；31-顶平面；4-块模；5-连接法兰体；51-顶法兰；52-底法兰；53-侧法兰；54-水套挡板；55-水管；56-分面冷却室。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，进一步阐述本发明。在下面的详细描述中，只通过说明的方式描述了本发明的示范性实施例。毋庸置疑，本领域的普通技术人员可以认识到，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，可以用各种不同的方式对所描述的实施例进行修正。因此，附图和描述在本质上是说明性的，而不是用于限制权利要求的保护范围。
如图1至图8共同所示，电渣熔铸叶片多层分段组合式分体异型结晶器的制备方法，包括如下步骤：
步骤一：根据叶片1外形尺寸设计模具2的外形尺寸，根据叶片1曲面11形状对所述模具2的型面21进行机加工，此处机加工可利用数控铣床进行，该技术为公知常用技术，在此不再赘述。当然所述模具2为相对的两个，本实施例为示意方便，在图1中仅示意其中一个所述模具2，本实施例示意在所述模具2上机加工出与叶片1其中一曲面11相对应的型面21，该型面21为凹槽状。
步骤二：将所述模具2进行分层切割，每层所述模具2形成层模3，将每层所述层模3依次进行分块切割，每块所述层模3形成块模4。本实施例也可根据切割的层高和块的宽度，以及叶片1曲面度，提前在所述模具2上型面21的边缘处设置相应的边缘台阶或者边缘曲面，本实施例示意为边缘台阶，该边缘台阶的变化随该型面21边缘的曲线同步变化，该边缘台阶在整体组装后可形成分型线22，所述分型线22的设置反过来也主要是为了方便两所述模具2的对接。本实施例所述模具2为铜质。对于本实施例来讲，所述模具2切割成所述块模4后，也有可能存在并不具有型面21的所述块模4。
步骤三：将各所述块模4的背面分别固定密封焊接呈筒状的连接法兰体5，所述连接法兰体5包括顶法兰51、底法兰52和两连接在所述顶法兰51和底法兰52之间的侧法兰53。本实施例所述连接法兰体5的横截面呈矩形，各所述块模4上型面21在所述连接法兰体5横截面上的投影也为矩形。在所述连接法兰体5内靠近所述块模4处焊接水套挡板54，所述水套挡板54、所述块模4之间的所述连接法兰体5内形成分面冷却室56，当然所述水套挡板54上焊接有用于进水和出水的水管55。本实施例对比现有结晶器整体的冷却结构，使得每个所述分面冷却室56针对单个所述块模4，也形成了分层分块的结构，更利于单个结构的维护或者更换。本实施例在形成所述分面冷却室56后，先对所述分面冷却室56进行压力试验，压力试验合格后再进行步骤四。对于不具有型面21的块模4，本实施例可只焊接所述连接法兰体5而不焊接所述水套挡板54，其后续处理同带型面21的块模4，主要起到组装后整体可连续支撑的作用。
步骤四：对所述块模4对应的两所述侧法兰53的外侧面进行平面机加工，此处所述平面机加工可以为车床加工或者铣床加工，目的是将两所述侧法兰53加工出符合平面度要求的平面，方便左右相邻所述块模4的邻接。
步骤五：将各层所述块模4对应的所述连接法兰体5按相邻所述侧法兰53依次进行固定连接的方式，形成所述层模3；各所述顶法兰51的顶面共同形成所述层模3的顶平面31，各所述底法兰52的底面共同形成所述层模3的底平面，将所述顶平面31和所述底平面分别进行平面机加工。此处所述平面机加工也为车床加工或者铣床加工，目的也为将所述层模3的顶平面31和底平面加工成符合平面度要求的平面，方便上下相邻的所述层模3的邻接。
步骤六：将各所述层模3按所述顶法兰51和相邻上部的底法兰52依次固定连接的方式进行组装。
步骤七：组装完毕后整体防锈处理。
本实施例将所述模具2利用数控加工提前加工出型面21后再分体，可保证重新组装后型面21的完整性及有效性。分体后的块模4单独设计连接法兰体5，在连接平面进行平面度加工后，由连接法兰体5重新组合的方式，将各所述块模4先组合成所述层模3再整体组成所述模具2，异型型腔自然形成，在使用时可由最底层所述层模3内进行电渣熔铸后，再组装上一层所述层模3，以此逐层电渣熔铸后形成完整的叶片1。本方法不仅使得结晶器可实现分层电渣熔铸，电渣熔铸技术可应用于叶片1铸造，生产出组织致密、质量高、寿命好的叶片1，而且分体的结构使得型面21和冷却均分体，更方便局部结构的维护和更换。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.电渣熔铸叶片多层分段组合式分体异型结晶器的制备方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：根据叶片外形尺寸设计模具的外形尺寸，根据叶片曲面形状对所述模具的型面进行机加工；
步骤二：将所述模具进行分层切割，每层所述模具形成层模，将每层所述层模依次进行分块切割，每块所述层模形成块模；
步骤三：将各所述块模的背面分别固定密封焊接呈筒状的连接法兰体，所述连接法兰体包括顶法兰、底法兰和两连接在所述顶法兰和底法兰之间的侧法兰；在所述连接法兰体内靠近所述块模处焊接水套挡板，所述水套挡板、所述块模之间的所述连接法兰体内形成分面冷却室；
步骤四：对所述块模对应的两所述侧法兰的外侧面进行平面机加工；
步骤五：将各层所述块模对应的所述连接法兰体按相邻所述侧法兰依次进行固定连接的方式，形成所述层模，各所述顶法兰的顶面共同形成所述层模的顶平面，各所述底法兰的底面共同形成所述层模的底平面，将所述顶平面和所述底平面分别进行平面机加工；
步骤六：将各所述层模按所述顶法兰和相邻上部的底法兰依次固定连接的方式进行组装；
步骤七：组装完毕后整体防锈处理。
2.如权利要求1所述的电渣熔铸叶片多层分段组合式分体异型结晶器的制备方法，其特征在于：步骤三形成所述分面冷却室后，先对所述分面冷却室进行压力试验，压力试验合格后再进行步骤四。
3.如权利要求1或者2所述的电渣熔铸叶片多层分段组合式分体异型结晶器的制备方法，其特征在于：所述模具为铜质。
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