CN110434283B - 一种水轮机上冠和外环铸件同箱铸造的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铸造技术领域内一种水轮机上冠和外环铸件同箱铸造的方法，采用上冠和外环同箱铸造，上冠与外环按使用时的装配位置同轴套设，浇注方向设置：上冠的冠顶平面向上设置并与外环的顶面平齐；分型面设置于与外环底缘平齐的位置；底部设置共用的浇注系统，顶部设置冒口系统，冒口系统包括沿上冠和外环顶部周向设置的若干个共用冒口和上冠顶部设置的若干个上冠冒口，在外环外周与共用冒口对应的竖直方向分别设有与冒口连通的补贴。本发明的上冠外环铸件的同箱铸造方法，将同规格的上冠和外环通过同一铸造砂箱同步造型浇注完成，成倍节省砂料、浇注用瓷管；成倍缩短生产周期及人工成本，提高产品出品率，具有显著的经济效率。

Description

一种水轮机上冠和外环铸件同箱铸造的方法

技术领域

本发明涉及砂型铸造技术领域，特别涉及一种水轮机上冠和外环铸件同箱铸造的方法。

背景技术

在现有技术中的水轮机铸钢件砂型铸造领域，一套完整的水轮机包含上冠、外环、叶片、转轮体，一般铸造方式为将上冠、下环、叶片、转轮体分别单独铸造，加工后，再由专业公司组配为整体水轮机。现有技术中水轮机主体各部的铸件单独造型方式对于铸造企业来说，成本极高。铸造原料包括树脂砂使用量、金属材料（砂芯骨架）、砂箱场地以及大量的原辅材料，每铸造一次，原材料大量消耗一次，且铸造整体出品率（铸件净重/铸件浇注重量）在30%~50%，冶炼出的钢水得不到有效利用，且人力资源调配和生产周期周转压力将增大，以本公司生产的某上冠和外环为例，上冠1单独进行铸造生产时，浇注工艺如图1所示，铸件顶部设有若干冒口2，底部设置浇注系统3，其铸造工艺的轮廓尺寸约φ3000mm*1250mm，需配备砂箱3500*3500*2000mm高砂箱，准备各口径浇注瓷管12000mm，砂芯骨架1.2t，树脂砂用量38t。下环4单独造型时，浇注工艺如图2所示，铸件顶部沿环周设置若干冒口5，底部设置多口进液的注浇系统6，该铸造工艺的轮廓尺寸约φ3400mm*650mm需配备砂箱3500*3500*1500mm高砂箱，准备各口径浇注瓷管14000mm，砂芯骨架1.4t，树脂砂使用量40t。再计算单独造型所需要的模具费用、人力资源和场地占用及周期分配，最终此类铸件前期铸造成本超高，大大降低了铸造企业的经济效益和同类铸件的行业竞争力。

发明内容

本发明针对现有技术中水轮机的各部件单独铸造生产造成的铸造成本高的问题，提供一种水轮机上冠和外环铸件同箱铸造的方法，以降低铸造原料用量，提高生产效率和铸件出品率。

本发明的目的是这样实现的，一种水轮机上冠和外环铸件同箱铸造的方法，采用上冠和外环同箱铸造，上冠与外环按使用时的装配位置同轴套设，浇注方向设置：上冠的冠顶平面向上设置并与外环的顶面平齐；分型面设置于与外环底缘平齐的位置；底部设置共用的浇注系统，顶部设置冒口系统，所述冒口系统包括沿上冠和外环顶部周向设置的若干个共用冒口和上冠顶部设置的若干个上冠冒口，在外环外周与共用冒口对应的竖直方向分别设有与冒口连通的补贴。

本发明的上冠外环铸件的同箱铸造方法，将同一配套规格的上冠和外环通过同一铸造砂箱同步造型浇注完成，成倍节省砂料、浇注用瓷管；成倍缩短生产周期及人工成本，提高产品出品率，共用的冒口系统也明显减少浇注液的用量，在同一规格的水轮机主体部件的铸造生产中具有显著的经济效率。

为便于砂箱造型，上冠和外环同箱铸造的砂箱分上箱和下箱，所述上箱内设有一号砂芯、二号砂芯、三号砂芯和四号砂芯；所述浇注系统位于下箱，所述一号砂芯用于成型外环铸件外表面和对应的补贴；所述二号砂芯用于成型外环铸件的内表面轮廓和分型面以上的上冠铸件的外轮廓；所述三号砂芯过渡设置于上箱和下箱的中心用于成型上冠铸件的中心孔道的内表面，所述四号砂芯用于成形外环和上冠的顶面及冒口系统；所述上冠铸件向下凸出外环高度的外弧面通过圆台式下箱活料一成形，所述下箱活料一对应上冠中心孔的底侧设有用于三号砂芯定位的下芯头。

为便于造型时组型定位，所述四号砂芯顶部与三号砂芯对应的位置配合卡套。

为便于造型时组型合型，所述一号砂芯下端对应的分型面一低于二号砂芯下端对应的分型面二1～1.2倍外环厚度，下箱造型时，通过一环形的下箱活料二形成两分型面高度差的环形凹槽。

为简化一号砂芯结构，所述一号砂芯沿回转的周向设有八个，砂芯内设有若干用于冷却外环腔道的冷铁一。

为简化二号砂芯结构，所述二号砂芯沿回转的周向设有四个，砂芯内设有用于冷却上冠腔道的冷铁二。

为保证上冠的冷却，所述四号砂芯内设有若干用于冷却上冠顶面的冷铁三。

为保证共用的浇注系统平衡向内外型腔进流，所述浇注系统包括直浇道，所述直浇道底部设有共用横浇道，所述共用横浇道的末端设有两路呈T型对称分布的一级支浇道，每路一级支浇道上分别连接有二级T型浇道，所述二级T型浇道的二级支浇道上分别连接有三级支道 ，所述三级支道的一条分支道连接有与外环型腔连通的外环内浇道，另一路所述三级支道连接有与上冠型腔连通的上冠内浇道。

为进一步保证两腔型平稳进流，所述外环内浇道沿每个三级支道的分支道上分别分支设有两路，每路外环内浇道对应的外环型腔的底侧分别设有外环内浇口；所述外环型腔的底部共设有八个外环内浇口，所述二号砂芯对应上冠内浇道的上冠型腔中部设有上冠内浇口，所述上冠内浇口设有四个。

更进一步地，上冠和外环同箱铸造砂型的造型方法包括：

1）分别制作用于造型一号砂芯、二号砂芯、三号砂芯和四号砂芯的一号芯盒、二号芯盒、三号芯盒、四号芯盒、下箱活料一和下箱活料二；

2)采用步骤1）制作的芯盒分别按所需数量造型一号砂芯、二号砂芯、三号砂芯和四号砂芯；

3）砂箱造型：将下砂箱置于造型平台上，在下砂箱内居中位置的造型平台上放置下箱活料一，再同心放置下箱活料二，组装连接浇注系统，并根据铸件各内浇口的位置固定铺设浇注系统，再流砂完成下箱砂型；将下砂箱翻箱180°，取出下箱活料一和下箱活料二，放置上砂箱，在下箱活料二形成的环形凹槽位置分别拼接放置各一号砂芯，在一号砂芯的内周同心拼接放置各二号砂芯，在下箱活料一的下芯头形成的凹槽内配合放置三号砂芯，然后在一号砂芯和二号砂芯上侧放置四号砂芯，并在冒口腔的顶部铺设保温砖，在一号砂芯外侧与浇注系统直浇道对应的位置铺设上箱直浇道，然后流砂造型，完成上箱造型。

附图说明

图1为现有技术中上冠的铸造工艺图。

图2为现在技术中外环的铸造工艺图。

图3为本发明的同箱铸造方法中上冠和外环同轴套设的位置示意图。

图4为本发明的上冠和外环同箱铸造的砂型结构示意图（不含冒口和浇注系统）。

图5为本发明的水轮机上冠和外环铸件同箱铸造的铸造工艺图的立体图（沿斜上方向）。

图6本发明的水轮机上冠和外环铸件同箱铸造的铸造工艺图的立体图（沿斜下方向）。

图7为一号芯盒的结构示意图。

图8为一号砂芯的结构示意图。

图9为二号芯盒的结构示意图。

图10为二号砂芯的结构示意图。

图11为三号芯盒的示意图。

图12为中号砂芯的示意图。

图13为四号芯盒的结构示意图。

图14为四号砂芯的结构示意图。

图15下箱造型的示意图。

图16为图14的轴向剖面图。

图17为下箱造型后翻箱进行上箱造型的示意图一。

图18为下箱造型后翻箱进行上箱造型的示意图二。

图19为下箱造型后翻箱进行上箱造型的示意图三。

1上冠；2冒口；3浇注系统；4外环；5冒口；6浇注系统；7上冠冒口；7a上冠冒口腔；8共用冒口；8a共用冒口腔；9共用的浇注系统；901直浇道；902共用横浇道；903一级支浇道；904二级T型浇道；905二级支道；906外环内浇道；907上冠内浇道；908上冠内浇口；10a分型面一；10b分型面二；11一号芯盒；12冷铁一；13补贴；14一号砂芯；15二号芯盒；16冷铁二；17内浇口；18试块；19二号砂芯；20三号芯盒；21三号砂芯；23四号芯盒；24冷铁三；25四号砂芯；26下箱；27下箱活料一；28下箱活料二；29上箱。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本发明。

本实施例的上冠1和外环4铸件的结构如图3所示，用于水轮机时为同心套装的回转体结构。

如图3—19所示，本实施例采用上冠1和外环4同箱铸造，上冠1与外环4按使用时的装配位置同轴套设，沿浇注方向上，上冠1外缘和外环4顶部周向设置的若干个共用冒口8和上冠1连通的补贴13，上冠1的顶部还设置若干个用于上冠补缩的上冠冒口7。分型面设置于与外环底缘平齐的位置；底部设置共用的浇注系统9。

为便于砂箱造型，如图3-5所示，上冠1和外环2同箱铸造的砂箱沿分型面10a/10b分为上箱29和下箱26，上箱29内设有一号砂芯14、二号砂芯19、三号砂芯21和四号砂芯25；浇注系统位于下箱26内，一号砂芯14用于成型外环4铸件外表面和对应的补贴13；二号砂芯19用于成型外环4铸件的内表面轮廓和分型面以上的上冠1铸件的外轮廓；三号砂芯21过渡设置于上箱29和下箱26的中心用于成型上冠1铸件的中心孔道的内表面，四号砂芯25用于成形外环4和上冠1的顶面及冒口系统；上冠1铸件向下凸出外环2高度的外弧面，也是分型面10b以下的上冠1的外弧面，通过圆台式下箱活料一27成形，下箱活料一27对应下冠中心孔的底侧设有用于三号砂芯21定位的下芯头27a。为便于三号砂芯四号砂芯25顶部与三号砂芯21对应的位置配合卡套。

为便于造型时组型合型，一号砂芯14下端对应的分型面一10a低于二号砂芯19下端对应的分型面二10b约1～1.2倍外环厚度，下箱造型时，通过一环形的下箱活料二28形成两分型面高度差的环形凹槽，如图16所示。

共用的浇注系统9如图6所示，包括直浇道901，直浇道901底部设有共用横浇道902，共用横浇道902的未端设有两路呈T型对称分布的一级支浇道903，每路一级支浇道903上分别连接有二级T型浇道904，二级T型浇道904的二级支浇道上分别连接有三级支道905，三级支道905的一条分支道连接有与外环型腔连通的外环内浇道906，三级支道905的另一条分支道上连有与上冠的型腔连通的上冠内浇道907。为进一步保证两型腔内平稳进流，外环内浇道906沿每个三级支道905的分支道上分别分支设有两路，每路外环内浇道906对应的外环型腔的底侧分别设有外环内浇口；外环腔型的底部共设有八个外环内浇口，二号砂芯19对应上冠内浇道907的上冠型腔中部设有上冠内浇口908，上冠内浇口908设有四个。

本实施例的上冠1和外环4同箱铸造砂型的具体造型方法包括：

1）分别制作用于造型一号砂芯14、二号砂芯19、三号砂芯21和四号砂芯25的一号芯盒11、二号芯盒15、三号芯盒20、四号芯盒23、下箱活料一27和下箱活料二28。

设计制作一号砂芯14时，为简单砂芯结构，一号砂芯14沿回转的周向分设为八个，对应的一号芯盒11也为八个，根据铸造工艺中的补贴13位置，各一号砂芯14和一号芯盒对应的位置分别设置补贴腔，一号砂芯14内设有若干用于冷却外环腔道的冷铁一12。同样地，二号砂芯19沿回转的周向设有四个，二号砂芯19内设有用于冷却上冠腔道的冷铁二16，为便于向客户交货时进行材料检测，在二号砂芯对应上冠1的外表面设有若干个试块18，该试块18检测时沿铸件表面切割，不影响铸件的尺寸要求，同时在二号砂芯19对应上冠的型腔的浇注进液位置预留浇注口17，二号砂芯19的各工艺结构对应的在二号芯盒15内设置；三号砂芯21通过三号芯盒20造型而成，为一实芯的回转结构，同时在三号砂芯21的底部设置轴向加长的下芯头，顶部设有加向加长的上芯头，与四号砂芯25配合卡套定位；四号砂芯25通过四号芯盒23造型而成，为保证上冠的冷却，四号砂芯25内设有若干用于冷却上冠顶面的冷铁三24。四号砂芯25内顶侧对应三号砂芯21上芯头的位置设有内凹的卡套结构。

2)按步骤1）设计制作的芯盒分别造型所需数量一号砂芯14、二号砂芯19、三号砂芯21和四号砂芯25；

3）砂箱造型：如图15和图16所示，将下砂箱26置于造型平台上，在下箱26内居中位置的造型平台上放置下箱活料一27，再同心放置下箱活料二28，按浇注位置组装连接共用浇注系统的各瓷管，并根据铸件各内浇口的位置固定铺设浇注系统，再流砂完成下箱砂型；如图17和图18所示，将下砂箱翻箱180°，取出下箱活料一27和下箱活箱二28，在下砂活料二28对应的环周形成一环形凹槽，用于定位放置一号砂芯19；在翻箱后下箱上放置上箱29，在下箱活料二28形成的环形凹槽位置分别拼接放置各一号砂芯14，在一号砂芯14的内周同心拼接放置各二号砂芯19，在下箱活料一27下芯头形成的凹槽内配合放置三号砂芯21，然后，如图19所示，在一号砂芯14和二号砂芯19上侧放置四号砂芯25，并使三号砂芯21的上芯头与四号砂芯25内顶侧的卡套配合，然后在冒口腔的顶部铺设保温砖，在一号砂芯14外侧与浇注系统直浇道901对应的位置铺设上箱直浇道，然后流砂造型，完成上箱造型。

本发明的上冠外环铸件的同箱铸造方法，将同一配套规格的上冠和外环通过同一铸造砂箱同步造型浇注完成，成倍节省砂料、浇注用瓷管；成倍缩短生产周期及人工成本，提高产品出品率，共用的冒口系统也明显减少浇注液的用量，在同一规格的水轮机主体部件的铸造生产中具有显著的经济效率。

Claims (10)

1.一种水轮机上冠和外环铸件同箱铸造的方法，其特征在于，采用上冠和外环同箱铸造，上冠与外环按使用时的装配位置同轴套设，浇注方向设置：上冠的冠顶平面向上设置并与外环的顶面平齐；分型面设置于与外环底缘平齐的位置；底部设置共用的浇注系统，顶部设置冒口系统，所述冒口系统包括沿上冠和外环顶部周向设置的若干个共用冒口和上冠顶部设置的若干个上冠冒口，在外环外周与共用冒口对应的竖直方向分别设有与冒口连通的补贴。

2.根据权利要求1所述的水轮机上冠和外环铸件同箱铸造的方法，其特征在于，上冠和外环同箱铸造的砂箱分上箱和下箱，所述上箱内设有一号砂芯、二号砂芯、三号砂芯和四号砂芯；所述浇注系统位于下箱，所述一号砂芯用于成型外环铸件外表面和对应的补贴；所述二号砂芯用于成型外环铸件的内表面轮廓和分型面以上的上冠铸件的外轮廓；所述三号砂芯过渡设置于上箱和下箱的中心用于成型上冠铸件的中心孔道的内表面，所述四号砂芯用于成形外环和上冠的顶面及冒口系统；所述上冠铸件向下凸出外环高度的外弧面通过圆台式下箱活料一成形，所述下箱活料一对应上冠中心孔的底侧设有用于三号砂芯定位的下芯头。

3.根据权利要求2所述的水轮机上冠和外环铸件同箱铸造的方法，其特征在于，所述四号砂芯顶部与三号砂芯对应的位置配合卡套。

4.根据权利要求2所述的水轮机上冠和外环铸件同箱铸造的方法，其特征在于，所述一号砂芯下端对应的分型面一低于二号砂芯下端对应的分型面二1～1.2倍外环厚度，下箱造型时，通过一环形的下箱活料二形成两分型面高度差的环形凹槽。

5.根据权利要求2所述的水轮机上冠和外环铸件同箱铸造的方法，其特征在于，所述一号砂芯沿回转的周向设有八个，砂芯内设有若干用于冷却外环腔道的冷铁一。

6.根据权利要求2所述的水轮机上冠和外环铸件同箱铸造的方法，其特征在于，所述二号砂芯沿回转的周向设有四个，砂芯内设有用于冷却上冠腔道的冷铁二。

7.根据权利要求2所述的水轮机上冠和外环铸件同箱铸造的方法，其特征在于，所述四号砂芯内设有若干用于冷却上冠顶面的冷铁三。

8.根据权利要求2所述的水轮机上冠和外环铸件同箱铸造的方法，其特征在于，所述浇注系统包括直浇道，所述直浇道底部设有共用横浇道，所述共用横浇道的末端设有两路呈T型对称分布的一级支浇道，每路一级支浇道上分别连接有二级T型浇道，所述二级T型浇道的二级支浇道上分别连接有三级支道 ，所述三级支道的一条分支道连接有与外环型腔连通的外环内浇道，所述三级支道的另一条分支道上连有与上冠的型腔连通的上冠内浇道。

9.根据权利要求8所述的水轮机上冠和外环铸件同箱铸造的方法，其特征在于，所述外环内浇道沿每个三级支道的分支道上分别分支设有两路，每路外环内浇道对应的外环型腔的底侧分别设有外环内浇口；所述外环型腔的底部共设有八个外环内浇口，所述二号砂芯对应上冠内浇道的上冠型腔中部设有上冠内浇口，所述上冠内浇口设有四个。

10.根据权利要求4所述的水轮机上冠和外环铸件同箱铸造的方法，其特征在于，上冠和外环同箱铸造砂型的造型方法包括：

1）分别制作用于造型一号砂芯、二号砂芯、三号砂芯和四号砂芯的一号芯盒、二号芯盒、三号芯盒、四号芯盒、下箱活料一和下箱活料二；

2)采用步骤1）制作的芯盒分别按所需数量造型一号砂芯、二号砂芯、三号砂芯和四号砂芯；

3）砂箱造型：将下砂箱置于造型平台上，在下砂箱内居中位置的造型平台上放置下箱活料一，再同心放置下箱活料二，组装连接浇注系统，并根据铸件各内浇口的位置固定铺设浇注系统，再流砂完成下箱砂型；将下砂箱翻箱180°，取出下箱活料一和下箱活料二，放置上砂箱，在下箱活料二形成的环形凹槽位置分别拼接放置各一号砂芯，在一号砂芯的内周同心拼接放置各二号砂芯，在下箱活料一的下芯头形成的凹槽内配合放置三号砂芯，然后在一号砂芯和二号砂芯上侧放置四号砂芯，并在冒口腔的顶部铺设保温砖，在一号砂芯外侧与浇注系统直浇道对应的位置铺设上箱直浇道，然后流砂造型，完成上箱造型。

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