CN113020547A - 带轴转轮的铸造工艺 - Google Patents
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Abstract
一种带轴转轮的铸造工艺，属于铸造技术领域，用于解决带轴转轮铸件铸造过程中发生的缩松、缩孔等问题，所述带轴转轮包括上冠、叶片和下环，所述铸造工艺包括在上冠主轴端面上设置补缩冒口、在上冠上表面自主轴向上冠外沿设置一层厚度递减的阶梯补贴和在下环外表面设置补贴一和补贴冒口。本发明通过在上冠上表面设置一层厚度渐变的补贴的方式，实现了对上冠表面热节的补缩，避免了常规工艺采用若干冒口补缩带来的需要切割冒口的工序，节省了工序、降低了生产成本。
Description
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，特别涉及一种转轮的铸造工艺。
背景技术
带轴转轮1主要应用于水泵和混流式水泵水轮机组的转轮。带轴转轮1由上冠2、叶片3和下环4组成，叶片长而薄，一般为6-10个，叶片包角大，过流通道狭长。随着混流式水泵水轮机应用水头的提高，转轮变得十分扁平，外缘的圆周转速很高。由于其特有的结构特征，水泵水流机的结构在满足水力设计的条件后，主要问题就是对转轮叶片的应力控制和提高其抗疲劳性能，混流式水泵水轮机组的转轮整体要求高，加之其工艺、成型复杂，需要保证铸造过程中过流面不变形，且表面不得有气孔、夹砂、缩松、裂纹等缺陷。目前采用各个热节区域分区冒口补缩的方式，如轴头上的主冒口5、上冠2上部的顶冒口6和下环4处的冒口7，此铸造工艺带轴转轮的工艺出品率低、成本高。
发明内容侧
有鉴于以现有铸造工艺生产带轴转轮工艺出品率低、缩松、缩孔等问题，有必要提出一种带轴转轮的铸造工艺，所述铸造工艺不仅提高了带轴转轮的工艺出品率，也获得了无缩松、缩孔缺陷的带轴转轮。
一种带轴转轮的铸造工艺，所述带轴转轮包括上冠、叶片和下环，所述铸造工艺包括在上冠主轴端面上设置补缩冒口、在上冠上表面自主轴向上冠外沿设置一层厚度递减的阶梯补贴和在下环外表面设置补贴一和补贴冒口。
进一步地，为了使主轴内的金属液能自上而下顺利补缩，在主轴内壁还设有补贴二。
进一步地，所述阶梯补贴的凝固补缩梯度为8％～12％，从而有利于形成水平辐射状补缩区域，保证上冠外圆薄壁区域能够得到充分有效补缩，同时，设置梯度上限，在保证补缩梯度的前提下，不增加额外的金属层，也即不影响加工效率。
进一步地，所述补贴一在所述下环表面形成凝固补缩梯度为10％～15％的凝固补缩梯度。所述补贴冒口为暗冒口，考虑到暗冒口在中后期形成内部封闭真空负压空缺，使得暗冒口补缩效率大幅降低，为保证暗冒口在中后期能够对补贴一持续提供补缩需要的金属液量，也即可以将所述补贴冒口和所述补贴一的凝固梯度上限提高3％，且所述补贴一和所述补贴冒口之间还设有冒口颈，从而利于两者的连贯衔接，且每个叶片对应一个所述补贴一、冒口颈和补贴冒口。
一种带轴转轮的铸造工艺，还包括设有多级横浇道的底注式浇铸系统，所述多级横浇道包括与直浇道连接的一级横浇道和与内浇口相连的二级横浇道，所述一级横浇道与二级横浇道垂直相连。
进一步地，所述内浇口设置在所述补贴一的下方。
更进一步地，在所述内浇口与所述二级横浇道之间还设有过滤装置，所述过滤装置金属液中的杂物和二次氧化的杂渣进入型腔，同时可以降低金属液的流速，防止金属液对型腔的过渡冲刷。
一种带轴转轮的铸造工艺，还包括所述带轴转轮砂芯的成型工艺，具体是将所述带轴转轮的型芯包拆分为形成上冠外型的上冠砂型、形成下环外型的下环砂型、形成叶片型腔的叶片砂芯和形成主轴的腔的主轴砂芯，其中所述上冠砂型和下环砂型由木模流砂造型，所述主轴砂芯和所述叶片砂芯由3D打印成型，从而形成完整地不需要拼装的整体叶片结构型腔的叶片砂芯。
进一步地，所述主轴砂芯与所述叶片砂芯的尺寸精度为±1mm。
本发明技术方案的有益效果：本发明通过在上冠上表面设置一层厚度渐变的补贴的方式，实现了对上冠表面热节的补缩，避免了常规工艺采用若干冒口补缩带来的需要切割冒口的工序，节省了工序、降低了生产成本。
附图说明
图1是带轴转轮三维结构示意图；
图2是带轴转轮剖面结构示意图；
图3是带轴转轮现有铸造工艺示意图；
图4是本发明带轴转轮主轴工艺示意图；
图5是本发明带轴转轮浇铸系统示意图；
图6是叶片砂芯示意图；
图7是主轴砂芯示意图；
其中，1-带轴转轮；2-上冠；3-叶片；4-下环；5-主冒口；6-顶冒口；7-侧冒口；8-补缩冒口；9-补贴二；10-阶梯补贴；11-补贴一；12-补贴冒口；13-直浇道；14-一级横浇道；15-二级横浇道；16-过滤装置；17-内浇口；20-叶片砂芯；21-主轴砂芯。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明的技术方案，结合附图对发明内容的技术方案进行详细说明，显而易见地，以下描述是本发明的一些典型实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些实施例获得其他的解决方案。
如图1至图3所示，为一种带轴转轮的结构，所述带轴转轮1包括上冠2、叶片3、下环4和主轴；图4、图5为所述带轴转轮铸造工艺，图6、图7为所述带轴转轮的砂芯结构示意图。
一种带轴转轮的铸造工艺，包括补缩工艺、浇铸工艺及成型工艺。
所述补缩工艺是在带轴转轮1的上冠2的主轴端面上设置补缩冒口8，在上冠8表面自主轴向上冠2外沿的方向设置一层厚度递减的阶梯补贴10，所述补缩冒口8用来给主轴补缩，所述阶梯补贴10用来给上冠2补缩，从而保证了金属液的温度场在整个主轴和上冠2的均衡，避免了缩松或者缩孔的出现；将所述补缩冒口8设置在主轴端面上一方面方便冒口的放置、同时也利于手续冒口的去除。作为所述补缩工艺的补充和优化，为了防止主轴内壁出现缩孔的缺陷，在所述主轴内壁还设有补贴二9，所述补贴二9自所述补缩冒口8底部向下环4的方向厚度逐渐变薄，从而实现了主轴内金属液自所述补缩冒口8向下环4方向的顺利补缩。进一步地，所述阶梯补贴10用于对上冠2进行补缩，为了适应上冠2的结构特征，所述阶梯补贴10设有8％～12％的凝固补缩梯度，且所述阶梯补贴10以一层的方式铺设在所述上冠2之上，也即在所述上冠2的上表面形成了一层补贴量，整层的补贴量相对现有技术中的若干冒口，更利于后续地加工处理，同时也避免现有技术中需要切割上冠2上若干冒口的工序，缩减了所述带轴转轮1的铸造工序，提升了生产效率、降低了生产成本。作为所述补缩工艺的另一种补充和优化，为了使下环4和叶片3的交接处得到补缩，避免在下环4和叶片3的交接处出现缩孔等缺陷，在所述下环4的外表面(或者说下表面)设有补贴一11，并在所述补贴一11的末端设有补贴冒口12，从而实现最大量的金属液存储，不仅起到对补贴一11的保温作用、还有补充金属液的作用，从而避免了浇铸后期金属液冷凝造成的金属液自身补缩不足造成的下环4与叶片3交接处缩松、缩孔等缺陷，从而实现充分补缩；同时基于下环4的结构特征，所述补贴一11的凝固补缩梯度为10％～15％；更优地，为了能够有效的补缩到每个叶片3，依据叶片的旋向分布，在每个叶片3的末端与下环4的交接处分布设置一组所述补贴一11和补贴冒口12。
所述浇铸工艺采用设有二级横浇道的底注式浇注系统，包括直浇道13、一级横浇道14、二级横浇道15、和内浇口17，所述一级横浇道14的一端连接在直浇道13的最下端、另一端与所述二级横浇道15连接，且一级横浇道14与二级横浇道15成直角分布，所述二级横浇道15的另一端与所述内浇口17相连，通过两级横浇道的分流可以将金属液以最快的速度输入到内浇口17对应的所述带轴转轮1的型腔内。作为所述浇注工艺的补充和优化，在所述二级横浇道15和内浇口17之间还设有过滤装置16，所述过滤装置16竖向放置，使得金属液自下而上的流过所述过滤装置16，从而可以最大限度地使金属液中的杂、渣被挡在过滤装置16的下方，从而使得进入内浇口17和带轴转轮型腔的金属液相对最干净，从而避免铸件出现夹渣的缺陷；同时竖向放置的所述过滤装置16还可以起到降低金属液流速的作用，从而降低金属液对型腔的冲刷。
转轮叶片为曲面结构，为了使由若干叶片形成的带轴转轮的叶片3能够被整体成型，从而避免叶片3组芯造成的尺寸偏差，所述成型工艺是将所述带轴转轮的型芯分切为上冠砂型、下环砂型、叶片砂芯和主轴砂芯，其中叶片砂芯和主轴砂芯由3D打印而成，其尺寸精度控制在±1mm，所述上冠砂型和下环砂型由模具流砂而成，将所述上冠砂型、下环砂型、叶片砂芯20和主轴砂芯21按照工艺要自下而上装配后即形成所述带轴转轮的完整型腔。具体地，所述上冠砂型用于形成所述带轴转轮的上冠的外型、所述下环砂型用于形成所述带轴转轮的下环外型，所述叶片砂芯20用于形成所述带轴转轮的叶片结构，所述主轴砂芯21用于形成所述带轴转轮的主轴孔。通过这样的成型工艺，使得曲面结构的叶片结构整体造型，从而使得叶片的曲度、表面精度和尺寸精度得到了很好的保证，提升的所述带轴转轮的质量和使用寿命。
以上实施例仅是对本发明技术方案的一种典型应用的描述，在合理的、不需要付出创造性劳动的基础上，还可以进行合理的拓展。
Claims (10)
1.一种带轴转轮的铸造工艺，所述带轴转轮包括上冠、叶片和下环，其特征在于，所述铸造工艺包括在上冠主轴端面上设置补缩冒口、在上冠上表面自主轴向上冠外沿设置一层厚度递减的阶梯补贴。
2.如权利要求1所述的带轴转轮的铸造工艺，其特征在于，所述铸造工艺还包括设置在所述下环外表面的补贴一和补贴冒口。
3.如权利要求1所述的带轴转轮的铸造工艺，其特征在于，所述铸造工艺还包括设置在主轴内壁上的补贴二。
4.如权利要求3所述的带轴转轮的铸造工艺，其特征在于，所述补贴二的凝固补缩梯度为10％～15％。
5.如权利要求1所述的带轴转轮的铸造工艺，其特征在于，所述阶梯补贴的凝固补缩梯度为8％～12％。
6.如权利要求2所述的带轴转轮的铸造工艺，其特征在于，所述铸造工艺还包括设有多级横浇道的底注式浇铸系统。
7.如权利要求6所述的带轴转轮的铸造工艺，其特征在于，所述底注式浇铸系统包括与直浇道连接的一级横浇道、与内浇口相连的二级横浇道，所述一级横浇道和二级横浇道垂直连接。
8.如权利要求7所述的带轴转轮的铸造工艺，其特征在于，所述底注式浇铸系统还包括过滤装置，所述过滤装置竖向布置，一端与二级横浇道相连、另一端与内浇口相连。
9.如权利要求1所述的带轴转轮的铸造工艺，其特征在于，所述铸造工艺还包括成型工艺，所述成型工艺是将所述带轴转轮的型芯包拆分为形成上冠外型的上冠砂型、形成下环外型的下环砂型、形成叶片型腔的叶片砂芯和形成主轴的腔的主轴砂芯。
10.如权利要求9所述的带轴转轮的铸造工艺，其特征在于，所述主轴砂芯与所述叶片砂芯的尺寸精度为±1mm。
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