CN111136217A - 一种发电机叶轮的铸造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发电机叶轮的铸造工艺；其特征在于,包括以下步骤：步骤1、原材料熔炼；步骤2、制芯装配；步骤3、合箱烘烤；步骤4、浇铸处理；步骤5、开箱清理；步骤6、第一次热处理；步骤7、切割打磨；步骤8、第二次热处理；步骤8具体包括：(1)正火；(2)第一次回火；(3)第二次回火；步骤9、产品检验。解决了现有方案造成的各泥芯之间间隙较小涂料涂刷困难铸件表面质量较差、叶片泥芯单独下芯累计误差较大叶轮尺寸精度低和铸件需要反复多次粗打磨和精打磨叶轮精度无法保证也降低了铸造效率等问题。

Description

一种发电机叶轮的铸造工艺
技术领域
本发明涉及铸造工艺，具体涉及一种发电机叶轮的铸造工艺。
背景技术
一般的，发电机是指将其他形式的能源转换成电能的机械设备。发电机通常由定子、转子、端盖和轴承等部件构成。转子是指由轴承支撑的旋转体。叶轮是是转子中的主要部件，发电机叶轮是发电机工作中高速旋转的主要部件。由于叶轮形状复杂精度要求高，很难进行加工。现有生产的叶轮精度较低，叶轮旋转时无法保持平衡，导致发电机极易损坏，如何解决这个问题变得至关重要。
现有的方案，采用组芯成型的铸造方法，铸造后进行多次打磨处理。这样的方案存在以下问题：(1)各泥芯之间间隙较小，涂料涂刷困难，铸件表面质量较差；(2)叶片泥芯单独下芯，累计误差较大，叶轮尺寸精度低；(3)铸件需要反复多次粗打磨和精打磨，叶轮精度无法保证，也降低了铸造效率。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明公开了一种发电机叶轮的铸造工艺，以解决现有技术中各泥芯之间间隙较小涂料涂刷困难铸件表面质量较差、叶片泥芯单独下芯累计误差较大叶轮尺寸精度低和铸件需要反复多次粗打磨和精打磨叶轮精度无法保证也降低了铸造效率等问题。
本发明所采用的技术方案如下：
一种发电机叶轮的铸造工艺；包括以下步骤：
步骤1、原材料熔炼；
步骤2、制芯装配；制作叶片泥芯和砂箱；所述叶片泥芯连接在所述砂箱内；
步骤3、合箱烘烤；合箱后暖风机对型腔进行烘烤；
步骤4、浇铸处理；所述型腔内充入惰性气体后进行浇铸；浇铸温度为1590℃～1610℃；
步骤5、开箱清理；铸件在所述砂箱内缓冷至300℃进行开箱；开箱后清砂，清理浇道；
步骤6、第一次热处理；所述铸件保留冒口，所述铸件加热到920℃进行高温退火；所述铸件在加热炉内缓冷至250℃后出炉；
步骤7、切割打磨；热切割所述冒口；所述铸件上冒口处覆盖保温棉缓冷至室温；所述铸件进行缺陷修复和表面打磨；
步骤8、第二次热处理；步骤8具体包括：
(1)正火；升温速度为145℃/h～150℃/h；正火温度为1010℃～1030℃；保温时间为4h；之后空冷至室温；
(2)第一次回火；升温速度为135℃/h～140℃/h；第一次回火温度为610℃～630℃；保温时间为4h；之后炉内冷却至250℃以下出炉；
(3)第二次回火；升温速度为145℃/h～150℃/h；第二次回火温度为570℃～590℃；保温时间为4h；之后炉内冷却至200℃以下出炉；
步骤9、产品检验；检测铸件外观尺寸，最后目视检查缺陷。
进一步的技术方案为：所述铸件中各化学元素的成份重量百分比为：C：≤0.06％，Si：≤1％，Mn：≤1％，S：≤0.03％,P：≤0.04％,Cr：11.5～14％,Ni：3.5～4.5％,Cu：≤0.5％,Mo：0.4～1％,V：≤0.05％,W：≤0.1％。
进一步的技术方案为：所述步骤1中所述原材料采用中频电炉熔炼；熔炼温度为1650℃。
进一步的技术方案为：所述步骤2中所述叶片泥芯涂刷涂料后，将所述叶片泥芯连接在所述砂箱内。
进一步的技术方案为：所述步骤3中烘烤温度为150℃；烘烤时间≥2h。
进一步的技术方案为：所述步骤4中所述惰性气体为氩气。
进一步的技术方案为：所述步骤4中所述型腔内充入惰性气体后3～5min进行浇铸。
本发明的有益效果如下：本发明设计了一种发电机叶轮的铸造工艺采用制作叶片泥芯和砂箱，并且叶片泥芯连接在砂箱内，叶片泥芯与砂箱连接成整体，进行一次浇铸成型。发电机叶轮的铸造工艺带来了如下效果：(1)将涂料直接涂刷在叶片泥芯上，涂刷方便提高了铸件表面质量；(2)叶片泥芯与砂箱连接成整体，进行一次浇铸成型，使得铸件误差较小尺寸精度高，避免后续反复打磨，提高了铸造效率；(3)通过第二次热处理，可以稳定铸件尺寸使铸件达到使用性能的要求；(4)对型腔进行烘烤，可以防止铸件产生气孔，减少浇铸过程中的发气量，保证铸件的质量；(5)浇铸前型腔内充入惰性气体，防止液态原材料在浇铸过程中发生氧化；(6)将冒口保留到第一次热处理后进行切割，避免切割冒口使铸件产生裂纹。
附图说明
图1为本发明的铸造流程图。
具体实施方式
下面结合附图，说明本实施例的具体实施方式。
图1为本发明的铸造流程图。结合图1所示，本发明公开了一种发电机叶轮的铸造工艺。
发电机叶轮的铸造工艺，包括以下步骤：
步骤1、原材料熔炼。
具体的，步骤1中原材料采用中频电炉熔炼；熔炼温度为1650℃。
中频电炉是一种将工频50HZ交流电转变为中频300HZ～10000HZ的电源装置。中频电炉通过电磁感应使得热量在原材料自身产生，使得原材料内外加热均匀，温控精度高。通过中频电炉对原材料进行熔炼，不需要提前进行烧炉和封炉，其升温速度快，提高了生产效率。原材料通过中频电炉熔炼后，原材料熔化成液态原材料。
铸件中各化学元素的成份重量百分比为：C：≤0.06％，Si：≤1％，Mn：≤1％，S：≤0.03％,P：≤0.04％,Cr：11.5～14％,Ni：3.5～4.5％,Cu：≤0.5％,Mo：0.4～1％,V：≤0.05％,W：≤0.1％。
通过严格控制原材料中各化学元素的成分，使得铸件具有良好的静动态裂韧性、疲劳性能、抗汽蚀性能和防腐蚀性能。
中频电炉型号的选择属于公知常识。本领域的技术人员可以根据装置的工作情况选择，例如可以选型号为的GW-700中频电炉。
步骤2、制芯装配；制作叶片泥芯和砂箱；叶片泥芯连接在砂箱内。
具体的，步骤2中叶片泥芯涂刷涂料后，将叶片泥芯连接在砂箱内。
由于铸件形状复杂，表面精度要求高，需要采用一次浇铸成型。由于叶轮的叶片厚度较薄，为保证叶片厚度均匀，叶片泥芯需要单独制作。叶片泥芯与砂箱连接成整体，方便进行一次浇铸成型，使得铸件误差较小，尺寸精度高。
叶片泥芯制作完成后，其表面会分布孔隙，使得铸件表面质量较差，通过涂刷涂料使得涂料涂满孔隙。同时也可以形成耐火的屏障，可以避免铸件产生机械粘砂、化学粘砂和表面粗糙。使用涂料后可以减少砂型因表面开裂导致铸件出现的毛刺，提高了铸件表面质量。
步骤3、合箱烘烤；合箱后暖风机对型腔进行烘烤。
具体的，步骤3中烘烤温度为150℃；烘烤时间≥2h。
通过对型腔进行烘烤可以去除型腔内的水分。型腔经过烘干可以增加其强度和透气性，减少浇铸过程中的发气量，保证铸件的质量。通过烘烤可以对型腔内进行预热，可以降低型腔和浇铸的液态原材料的温度差。
采用高温烘烤，型腔表面会出现严重龟裂、烘枯或烘酥。将烘烤温度设定为150℃，可以防止型腔表面出现严重龟裂、烘枯或烘酥。型腔未烘干烘透，在浇铸时液态原材料流入型腔内未烘干烘透部分，会产生鼓泡和跳动，使得铸件产生气孔。通过将烘烤时间设定为≥2h，通过长时间的烘烤，可以将型腔烘干烘透。有效避免了鼓泡和跳动的产生，防止铸件产生气孔。
暖风机型号的选择属于公知常识。本领域的技术人员可以根据装置的工作情况选择，例如可以选型号为的HAG-P15A-32暖风机。
步骤4、浇铸处理；型腔内充入惰性气体后进行浇铸；浇铸温度为1590℃～1610℃。
具体的，步骤4中惰性气体为氩气。具体的，步骤4中型腔内充入惰性气体后3～5min进行浇铸。
浇铸前型腔内充入惰性气体，可以排除型腔内的有害气体。由于氩气性质不活泼，既不能燃烧也不能助燃，防止液态原材料在浇铸过程中发生氧化。
充入惰性气体后进行浇铸，这一过程需要在3～5min内完成。可以减少惰性气体的流失。
步骤5、开箱清理；铸件在砂箱内缓冷至300℃进行开箱；开箱后清砂，清理浇道。
砂箱对铸件起到一定的保温作用，使得铸件冷却的过程较为缓慢。铸件缓冷的过程，铸件内温度一致，使得铸件内组织均匀分布。开箱后铸件表面会附着砂粒，通过清砂可以将铸件表面清理干净，防止铸件表面附着的砂粒在热处理时对铸件表面产生影响。
步骤6、第一次热处理；铸件保留冒口，铸件加热到920℃进行高温退火；铸件在加热炉内缓冷至250℃后出炉。
热处理前冒口存在较大的应力，为避免切割冒口使铸件产生裂纹，将冒口保留到第一次热处理后进行切割。
铸件通过高温退火热处理，可以改善铸件在铸造过程中产生的组织缺陷以及残余应力，防止铸件在后续切割时产生变形和开裂。铸件通过高温退火热处理后，铸件得到软化，方便对铸件进行切割、修复和打磨。铸件经过退火热处理，细化了铸件组织，为第二次热处理做好组织准备。
铸件在加热炉内缓冷，使得铸件内外温度一致，使得铸件内组织均匀分布。
步骤7、切割打磨；热切割冒口；铸件上冒口处覆盖保温棉缓冷至室温；铸件进行缺陷修复和表面打磨。
经过第一次热处理，冒口的应力得到消除，且铸件得到软化，可以方便的对冒口进行切割。冒口切割后，会造成铸件局部升温。为避免温度骤升骤降对铸件产生影响，在冒口切割后转件上冒口的切割位置需要缓慢降温，通过覆盖保温棉可以起到缓慢降温的作用。
通过对缺陷的修复可以将铸件表面的缺陷消除，可以得到较好的铸件表面质量。对铸件打磨可以改善铸件的表面质量。
步骤8、第二次热处理；步骤8具体包括：
(1)正火；升温速度为145℃/h～150℃/h；正火温度为1010℃～1030℃；保温时间为4h；之后空冷至室温。
(2)第一次回火；升温速度为135℃/h～140℃/h；第一次回火温度为610℃～630℃；保温时间为4h；之后炉内冷却至250℃以下出炉。
(3)第二次回火；升温速度为145℃/h～150℃/h；第二次回火温度为570℃～590℃；保温时间为4h；之后炉内冷却至200℃以下出炉。
第二次热处理中通过对铸件的保温使得铸件内外温度一致，铸件内部组织细化均匀一致。铸件正火的目的在于使铸件晶粒细化和碳化物分布均匀化。铸件经过正火后，相比退火后铸件组织更加细化，其机械性能也相应提高。铸件经过正火后，其硬度较高，韧性也较好。
通过两次的回火过程，可以调整铸件的硬度、强度、塑性和韧性，从而达到铸件的使用性能的要求。通过铸件回火可以稳定铸件尺寸。铸件长期使用后不易变形，刚性更好，使用寿命长。由于铸件的硬度要求较高，一次回火无法达到铸件的硬度要求，通过两次回火可以显著提高铸件的硬度。
步骤9、产品检验；检测铸件外观尺寸，最后目视检查缺陷。
铸件尺寸合格后进行目视检查，没有缺陷叶轮铸造完成。
以下用两个实施例来说明本发明的加工过程：
实施例一：
步骤1、原材料熔炼；
具体的，步骤1中原材料采用中频电炉熔炼；熔炼温度为1650℃。
步骤2、制芯装配；制作叶片泥芯和砂箱；叶片泥芯置于砂箱内。
具体的，步骤2中叶片泥芯涂刷涂料后，将叶片泥芯连接在砂箱内。
步骤3、合箱烘烤；合箱后暖风机对型腔进行烘烤。
具体的，步骤3中烘烤温度为150℃；烘烤时间2h。
步骤4、浇铸处理；型腔内充入惰性气体后进行浇铸；浇铸温度为1590℃。
具体的，步骤4中惰性气体为氩气。具体的，步骤4中型腔内充入惰性气体后3min进行浇铸。
步骤5、开箱清理；铸件在砂箱内缓冷至300℃进行开箱；开箱后清砂，清理浇道。
步骤6、第一次热处理；铸件保留冒口，铸件加热到920℃进行高温退火；铸件在加热炉内缓冷至250℃后出炉。
步骤7、切割打磨；热切割冒口；铸件上冒口处覆盖保温棉缓冷至室温；铸件进行缺陷修复和表面打磨。
步骤8、第二次热处理；步骤8具体包括：
(1)正火；升温速度为145℃/h；正火温度为1010℃；保温时间为4h；之后空冷至室温。
(2)第一次回火；升温速度为135℃/h；第一次回火温度为610℃；保温时间为4h；之后炉内冷却至230℃出炉。
(3)第二次回火；升温速度为145℃/h；第二次回火温度为570℃；保温时间为4h；之后炉内冷却至170℃出炉。
步骤9、产品检验；检测铸件外观尺寸，最后目视检查缺陷。
表1：实施例一中原料中各化学元素的成分百分比
C Si Mn S P Cr Ni Cu Mo V W
0.048 0.57 0.78 0.003 0.026 12.68 4.26 0.12 0.67 0.002 0.01
表2：实施例一中铸件的性能
序号 抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 延伸率％ 断面收缩率％
1 780 550 15 35
实施例二：
步骤1、原材料熔炼；
具体的，步骤1中原材料采用中频电炉熔炼；熔炼温度为1650℃。
步骤2、制芯装配；制作叶片泥芯和砂箱；叶片泥芯置于砂箱内。
具体的，步骤2中叶片泥芯涂刷涂料后，将叶片泥芯连接在砂箱内。
步骤3、合箱烘烤；合箱后暖风机对型腔进行烘烤。
具体的，步骤3中烘烤温度为150℃；烘烤时间3h。
步骤4、浇铸处理；型腔内充入惰性气体后进行浇铸；浇铸温度为1610℃。
具体的，步骤4中惰性气体为氩气。具体的，步骤4中型腔内充入惰性气体后5min进行浇铸。
步骤5、开箱清理；铸件在砂箱内缓冷至300℃进行开箱；开箱后清砂，清理浇道。
步骤6、第一次热处理；铸件保留冒口，铸件加热到920℃进行高温退火；铸件在加热炉内缓冷至250℃后出炉。
步骤7、切割打磨；热切割冒口；铸件上冒口处覆盖保温棉缓冷至室温；铸件进行缺陷修复和表面打磨。
步骤8、第二次热处理；步骤8具体包括：
(1)正火；升温速度为150℃/h；正火温度为1030℃；保温时间为4h；之后空冷至室温。
(2)第一次回火；升温速度为140℃/h；第一次回火温度为630℃；保温时间为4h；之后炉内冷却至220℃出炉。
(3)第二次回火；升温速度为150℃/h；第二次回火温度为590℃；保温时间为4h；之后炉内冷却至180℃出炉。
步骤9、产品检验；检测铸件外观尺寸，最后目视检查缺陷。
表3：实施例二中原料中各化学元素的成分百分比
C Si Mn S P Cr Ni Cu Mo V W
0.045 0.601 0.49 0.007 0.023 13.61 4.07 0.06 0.53 0.004 0.001
表4：实施例二中铸件的性能
序号 抗拉强度Mpa 屈服强度Mpa 延伸率％ 断面收缩率％
1 865 664 21 48
本实施例中，所描述的采用中频电炉熔炼，但不限定于此，可以是能够发挥其功能的范围内的其他熔炼炉。
本实施例中，所描述的暖风机对型腔进行烘烤，但不限定于此，可以是能够发挥其功能的范围内的其他烘烤设备。
本实施例中，所描述的惰性气体为氩气，但不限定于此，可以是能够发挥其功能的范围内的其他惰性气体。
以上描述是对本发明的解释，不是对发明的限定，本发明所限定的范围参见权利要求，在不违背本发明的基本结构的情况下，本发明可以作任何形式的修改。

Claims (7)

1.一种发电机叶轮的铸造工艺，其特征在于,包括以下步骤：
步骤1、原材料熔炼；
步骤2、制芯装配；制作叶片泥芯和砂箱；所述叶片泥芯连接在所述砂箱内；
步骤3、合箱烘烤；合箱后暖风机对型腔进行烘烤；
步骤4、浇铸处理；所述型腔内充入惰性气体后进行浇铸；浇铸温度为1590℃～1610℃；
步骤5、开箱清理；铸件在所述砂箱内缓冷至300℃进行开箱；开箱后清砂，清理浇道；
步骤6、第一次热处理；所述铸件保留冒口，所述铸件加热到920℃进行高温退火；所述铸件在加热炉内缓冷至250℃后出炉；
步骤7、切割打磨；热切割所述冒口；所述铸件上冒口处覆盖保温棉缓冷至室温；所述铸件进行缺陷修复和表面打磨；
步骤8、第二次热处理；步骤8具体包括：
(1)正火；升温速度为145℃/h～150℃/h；正火温度为1010℃～1030℃；保温时间为4h；之后空冷至室温；
(2)第一次回火；升温速度为135℃/h～140℃/h；第一次回火温度为610℃～630℃；保温时间为4h；之后炉内冷却至250℃以下出炉；
(3)第二次回火；升温速度为145℃/h～150℃/h；第二次回火温度为570℃～590℃；保温时间为4h；之后炉内冷却至200℃以下出炉；
步骤9、产品检验；检测铸件外观尺寸，最后目视检查缺陷。
2.根据权利要求1所述的发电机叶轮的铸造工艺，其特征在于：所述铸件中各化学元素的成份重量百分比为：C：≤0.06％，Si：≤1％，Mn：≤1％，S：≤0.03％,P：≤0.04％,Cr：11.5～14％,Ni：3.5～4.5％,Cu：≤0.5％,Mo：0.4～1％,V：≤0.05％,W：≤0.1％。
3.根据权利要求1所述的发电机叶轮的铸造工艺，其特征在于：所述步骤1中所述原材料采用中频电炉熔炼；熔炼温度为1650℃。
4.根据权利要求1所述的发电机叶轮的铸造工艺，其特征在于：所述步骤2中所述叶片泥芯涂刷涂料后，将所述叶片泥芯连接在所述砂箱内。
5.根据权利要求1所述的发电机叶轮的铸造工艺，其特征在于：所述步骤3中烘烤温度为150℃；烘烤时间≥2h。
6.根据权利要求1所述的发电机叶轮的铸造工艺，其特征在于：所述步骤4中所述惰性气体为氩气。
7.根据权利要求1所述的发电机叶轮的铸造工艺，其特征在于：所述步骤4中所述型腔内充入惰性气体后3～5min进行浇铸。
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