CN110842147A - 一种闭式叶轮熔模精密铸件流道尺寸的控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及熔模精密铸造技术领域，公开了一种闭式叶轮熔模精密铸件流道尺寸的控制方法，包括下列步骤：(1)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的曲盖板的浇注口内壁面周向设置工艺补正量c；(2)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的平盖板靠近浇注口的一端外表面周向设置工艺补正量b；(3)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的平盖板上靠近叶轮出口处的周向设置工艺补正量a；(4)设计熔模精密铸造模时，对叶轮整体尺寸预先放大；(5)按照步骤(1)、(2)、(3)、(4)修正闭式叶轮后的尺寸进行熔模精密铸造模的加工。本发明方法有效解决了闭式叶轮熔模精密铸件流道尺寸精度差的问题，提高了产品水力学性能指标，节省了产品试制周期，降低了制造成本。

Description

一种闭式叶轮熔模精密铸件流道尺寸的控制方法
技术领域
本发明涉及熔模精密铸造技术领域，具体是一种闭式叶轮熔模精密铸件流道尺寸的控制方法。
背景技术
叶轮是水轮机、汽轮机、航空发动机、火箭发动机、膨胀机、泵、风机、压缩机等产品上的重要部件，其作用是对流过的气体或液体进行增压或能量转换。叶轮通常由轮盘、叶片、连接件等零件组成，按其结构分为开式、半闭式、闭式叶轮。
流体机械中，叶轮对产品性能有着极其重要的影响，如在汽轮机中运用叶轮将蒸汽的热能转变为机械能，其叶片形状、强度、振动、抗热疲劳等性能决定了汽轮机的工作效率、工作寿命。闭式整体尺寸叶轮由于其优越的机械性能和产品性能，在很多领域得到了广泛的应用和发展。由于闭式叶轮叶片表面多为自由曲面，特别是航空发动机、核岛反应堆循环冷却主泵等闭式叶轮的叶片，扭曲程度大，流道狭小，加工精度要求高，这些因素都对叶轮的加工制造提出了挑战。
叶轮的制造工艺一般采用分体式制造和闭式整体尺寸制造两种工艺。分体式制造工艺分体式制造工艺相对简单，叶轮采用叶片、轮缘、轮毂分开制造，装配采用焊接工艺，但由于焊接热变形、装配误差等，导致叶轮整体尺寸质量较差，而且制造周期长。闭式整体尺寸制造工艺即把原来分体式组装的叶轮改用闭式整体尺寸结构，采用整体尺寸制造方法，从而使叶轮的流体力学性能和机械性能得到大幅度提高。闭式叶轮制造方法大致有以下几种：连接法、精密铸造、数控铣削、3D打印、电解加工、电火花加工等。
公开号为CN 108044053A，公开日是2018年06月12日，名称为“一种窄流道闭式叶轮精铸方法”的专利中公开了一种闭式叶轮精密铸造成形的工艺方法与流程，但其不足之处是：对闭式叶轮流道尺寸的控制方法未涉及。公开号为CN 109202019A，公开日是2019年02月12日，名称为“一种铸造闭式叶轮的成型工艺”的专利中公开了闭式叶轮精密铸造成形的操作流程，但其不足之处同样是：对闭式叶轮流道尺寸的控制方法未进行涉及。
闭式叶轮是液体火箭发动机涡轮泵系统的核心零件，其流道尺寸精度差将降低扬程、效率等水力学性能指标，影响涡轮泵工作的可靠性。该类闭式叶轮熔模精密铸件结构的复杂性，导致流道尺寸的控制成为难点，亟需提出一种闭式叶轮熔模精密铸件流道尺寸的控制方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是：提供一种闭式叶轮熔模精密铸件流道尺寸的控制方法，通过对铸件流道尺寸的控制，能够有效地解决闭式叶轮熔模精密铸件流道尺寸精度差的问题，从而保证叶轮的扬程、效率等产品水力学性能指标。
本发明的技术解决方案是：闭式叶轮熔模精密铸件流道尺寸的控制方法，包括下列步骤：
(1)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的曲盖板的浇注口内壁面周向设置工艺补正量c，补偿浇注后入口直径ΦF的尺寸偏差；
(2)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的平盖板靠近浇注口的一端外表面周向设置工艺补正量b，补偿浇注后轮毂直径ΦE的尺寸偏差；
(3)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的平盖板上靠近叶轮出口处的周向设置工艺补正量a，补偿浇注后出口宽度A的尺寸偏差；
(4)设计熔模精密铸造模时，对叶轮整体尺寸预先均匀放大，抵消铸件凝固过程中的尺寸收缩；
(5)按照步骤(1)、(2)、(3)、(4)修正闭式叶轮后的尺寸进行熔模精密铸造模的加工。
本发明的基本原理：基于闭式叶轮的收缩规律，将流道尺寸预先对尺寸进行反向调整，增加一定尺寸的工艺补正量，然后对整体尺寸按收缩率放大，有效地解决了闭式叶轮熔模精密铸件流道尺寸精度差的问题，提高了产品水力学性能指标，为该类闭式叶轮熔模精密铸件流道尺寸控制提供了解决思路，大大节省了产品试制周期，降低了制造成本。
进一步地，步骤(1)中，工艺补正量c的厚度值为0.5～1mm。
进一步地，步骤(2)中，工艺补正量b的厚度值按公式ΦE×(0.04-δ)/2计算得出，其中δ为铸件合金的线收缩率。
进一步地，步骤(3)中，工艺补正量a的厚度值按公式A×δ+B×δ/2+C×δ/2+D×δ/2×0.7计算得出，其中B为曲盖板外圆位置的厚度值，C为平盖板外圆位置的厚度值，D为平盖板中间位置的厚度值，δ为铸件合金的线收缩率。
进一步地，步骤(4)中，叶轮整体尺寸预先均匀放大(1+δ)倍，其中δ为铸件合金的线收缩率。
本发明与现有技术相比的优点在于：
(1)本发明基于闭式叶轮的收缩规律，将流道尺寸预先进行反向调整，增加一定尺寸的工艺补正量，有效地保证了闭式叶轮熔模精密铸件流道尺寸精度。
(2)本发明的流道尺寸控制方法能够适用于各类型的闭式叶轮结构铸件，为该类熔模精密铸件流道尺寸控制提供了解决思路。
(3)使用本发明的流道尺寸控制方法预先对模型尺寸调整，大大节省了试制周期，降低了制造成本。
附图说明
图1是本发明熔模精密铸造模的加工示意图。
附图标记：1-曲盖板，2-叶片，3-平盖板，4-工艺补正量b，5-工艺补正量c，6-工艺补正量a，A-叶轮的出口宽度,B-曲盖板外圆位置的厚度值,C-平盖板外圆位置的厚度值,D-平盖板中间位置的厚度值，ΦE-叶轮的轮毂直径，ΦF-叶轮的入口直径。
具体实施方式
闭式叶轮由曲盖板1、叶片2、平盖板3组成，由于其结构的特殊性导致成形的叶轮的出口宽度A、叶轮的入口直径ΦF尺寸偏大，叶轮的轮毂直径ΦE尺寸偏小。通过在设计熔模精密铸造模时设置工艺补正量a、b、c来补偿铸件收缩过程中的出现的尺寸偏差，提高铸件流道尺寸精度。
本发明的闭式叶轮熔模精密铸件流道尺寸的控制方法，包括下列步骤：
(1)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的曲盖板的浇注口内壁面周向设置工艺补正量c，补偿浇注后入口直径ΦF的尺寸偏差；工艺补正量c的厚度值为0.5～1mm
(2)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的平盖板靠近浇注口的一端外表面周向设置工艺补正量b，补偿浇注后轮毂直径ΦE的尺寸偏差；工艺补正量b的厚度值按公式ΦE×(0.04-δ)/2计算得出，其中δ为铸件合金的线收缩率；
(3)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的平盖板3上靠近叶轮出口处的周向设置工艺补正量a，补偿浇注后出口宽度A的尺寸偏差；工艺补正量a的厚度值按公式A×δ+B×δ/2+C×δ/2+D×δ/2×0.7计算得出，其中B为曲盖板1外圆位置的厚度值，C为平盖板3外圆位置的厚度值，D为平盖板3中间位置的厚度值，δ为铸件合金的线收缩率；
(4)设计熔模精密铸造模时，对叶轮整体尺寸预先均匀放大倍，抵消铸件凝固过程中的尺寸收缩；叶轮整体尺寸预先均匀放大(1+δ)倍，其中δ为铸件合金的线收缩率；
(5)按照步骤(1)、(2)、(3)、(4)修正闭式叶轮后的尺寸进行熔模精密铸造模的加工。熔模精密铸造模的加工图如图1所示。
实施例1
(1)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的曲盖板的浇注口内壁面周向设置工艺补正量c，补偿浇注后入口直径ΦF为Φ170mm的尺寸偏差，工艺补正量c的厚度值应控制在0.5～1mm；
(2)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的平盖板靠近浇注口的一端外表面周向设置工艺补正量b，补偿浇注后轮毂直径ΦE为Φ83mm的尺寸偏差，工艺补正量b的厚度值按公式ΦE×(0.04-δ)/2计算得出，其中δ＝0.024，ΦE＝Φ83，工艺补正量b的厚度值＝0.66mm；
(3)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的平盖板3上靠近叶轮出口处的周向设置工艺补正量a，补偿浇注后出口A为20mm的尺寸偏差，工艺补正量a的厚度值按公式A×δ+B×δ/2+C×δ/2+D×δ/2×0.7计算得出，其中δ＝0.024，A＝20，B＝6，C＝14，D＝35，工艺补正量a的厚度a值＝1.0mm；
(4)设计熔模精密铸造模时，对叶轮整体尺寸预先均匀放大(1+δ)倍，其中δ＝0.024，放大倍数为1.024大倍，抵消铸件凝固过程中的尺寸收缩；
(5)按照步骤(1)、(2)、(3)、(4)修正闭式叶轮后的尺寸进行熔模精密铸造模的加工。
采用本发明的控制方法，闭式叶轮的流道尺寸精度达到了CT6，试制周期缩短了50％。
实施例2
(1)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的曲盖板的浇注口内壁面周向设置工艺补正量c，补偿浇注后入口直径ΦF为Φ150mm的尺寸偏差,工艺补正量c的厚度值应控制在0.5～1mm；
(2)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的平盖板靠近浇注口的一端外表面周向设置工艺补正量b，补偿浇注后轮毂直径ΦE为Φ75mm的尺寸偏差，工艺补正量b的厚度值按公式ΦE×(0.04-δ)/2计算得出，其中δ＝0.024，ΦE＝Φ75，工艺补正量b的厚度值＝0.6mm；
(3)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的平盖板3上靠近叶轮出口处的周向设置工艺补正量a，补偿浇注后出口A为16mm的尺寸偏差，工艺补正量a的厚度值按公式A×δ+B×δ/2+C×δ/2+D×δ/2×0.7计算得出，其中δ＝0.024，A＝16，B＝5，C＝5，D＝30，工艺补正量a的厚度值＝0.76mm；
(4)设计熔模精密铸造模时，对叶轮整体尺寸预先均匀放大(1+δ)倍，其中δ＝0.024，放大倍数为1.024大倍，抵消铸件凝固过程中的尺寸收缩；
(5)按照步骤(1)、(2)、(3)、(4)修正闭式叶轮后的尺寸进行熔模精密铸造模的加工。
采用本发明的控制方法，闭式叶轮的流道尺寸精度达到了CT6，试制周期缩短了50％。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种闭式叶轮熔模精密铸件流道尺寸的控制方法，其特征在于包括下列步骤：
(1)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的曲盖板(1)的浇注口内壁面周向设置工艺补正量c(5)，补偿浇注后入口直径ΦF的尺寸偏差；
(2)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的平盖板(3)靠近浇注口的一端外表面周向设置工艺补正量b(4)，补偿浇注后轮毂直径ΦE的尺寸偏差；
(3)设计熔模精密铸造模时，在叶轮的平盖板(3)上靠近叶轮出口处的周向设置工艺补正量a(6)，补偿浇注后出口宽度A的尺寸偏差；
(4)设计熔模精密铸造模时，对叶轮整体尺寸预先均匀放大，抵消铸件凝固过程中的尺寸收缩；
(5)按照步骤(1)、(2)、(3)、(4)修正闭式叶轮后的尺寸进行熔模精密铸造模的加工。
2.根据权利要求1所述的闭式叶轮熔模精密铸件流道尺寸的控制方法，其特征在于：步骤(1)中，所述工艺补正量c的厚度值为0.5～1mm。
3.根据权利要求1所述的闭式叶轮熔模精密铸件流道尺寸的控制方法，其特征在于：步骤(2)中，所述工艺补正量b的厚度值按公式ΦE×(0.04-δ)/2计算得出，其中δ为铸件合金的线收缩率。
4.根据权利要求1所述的闭式叶轮熔模精密铸件流道尺寸的控制方法，其特征在于：步骤(3)中，所述工艺补正量a的厚度值按公式A×δ+B×δ/2+C×δ/2+D×δ/2×0.7计算得出，其中B为曲盖板(1)外圆位置的厚度值，C为平盖板(3)外圆位置的厚度值，D为平盖板(3)中间位置的厚度值，δ为铸件合金的线收缩率。
5.根据权利要求1所述的闭式叶轮熔模精密铸件流道尺寸的控制方法，其特征在于：步骤(4)中，叶轮整体尺寸预先均匀放大(1+δ)倍，其中δ为铸件合金的线收缩率。
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