CN113263142B - 一种分瓣转轮的铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明属于铸造技术领域，特别涉及一种分瓣转轮的铸造方法，通过合理的设置冒口、冷铁、补贴等措施解决叶片与下环形成的曲线热节补缩问题，采用实体外模模具形成下环外轮廓，叶片组及下环内部轮廓结构采用3D打印成型技术打印为整体砂芯，以保证叶片型线成型困难问题；最终保证生产出符合标准精度要求的分瓣转轮铸件，显著提高分瓣转轮铸件的铸造质量。

Description

一种分瓣转轮的铸造方法
技术领域
本发明属于铸造技术领域，特别涉及一种分瓣转轮的铸造方法。
背景技术
分瓣转轮铸件为水轮机发电行业配套零件，分瓣转轮包括叶片组、下环两部分组成，下环为360°L型圆环，叶片为复杂曲线条状结构，叶片按照曲线螺旋顺序镶嵌于下环面，组成分瓣转轮结构。由于叶片组与下环为整体结构，为保证质量需要将叶片组与下环整体铸造。采用整体铸造的难点在于：
1)由于分瓣转轮轮廓尺寸较大，叶片曲面复杂，一般叶片最薄处为13mm，叶片的型线与下环相交处形成铸造热节，叶片型线长导致叶片的型线与下环相交处形成曲线狭长热节，冒口无法全部覆盖补缩；并且叶片型线复杂、壁薄，使得浇注过程易集渣，导致浇注系统设计难度大。
2)针对复杂的叶片曲面，无法采用实体模具制作，必须设计组芯方案，现有技术中组芯方案芯盒叶片之间砂芯单薄，且由于叶片型线为不规则曲面，易导致芯盒曲面活料数量较多，不易控制叶片型线，同时需要设计多数量砂芯，砂芯与砂芯间尺寸配合不准确易导致叶片尺寸存在偏差。
因此，根据分瓣转轮的结构特点采用整体铸造工艺，尺寸不易控制，生产难度大，如何设计出合理的铸造方案，生产出符合标注精度要求的分瓣转轮是目前丞待解决的问题。
发明内容
基于此，有必要提出一种分瓣转轮的铸造方法，解决目前采用整体铸造工艺铸造分瓣转轮尺寸不易控制、生产难度大的问题，且防止在铸造过程中产生铸造缺陷，提高环类铸钢件的铸造质量。
一种分瓣转轮的铸造方法，所述分瓣转轮包括叶片组和下环两部分，铸造方法包括：
采用叶片组朝下放置的铸造方案，将叶片组和下环进行整体铸造。
将所述分瓣转轮的热节自上向下分布为第一层热节、第二层热节，在所述第一层热节处设置若干明冒口，在所述第二层热节处设置若干暗冒口。
在所述明冒口的下方设置补贴；在相邻所述冒口之间设置分区冷铁。
在每个叶片底部设置内浇口，且在叶片末端设置集渣槽。
作为本发明进一步的方案，所述铸造方法还包括，设计整体砂芯成型各叶片和下环内部结构，设计外模成型下环外部结构。由于叶片型线结构复杂，若采用实样模具无法实现叶片成型，因此采用整体砂芯成型各叶片和下环内部结构，采用外模成型下环外部结构，然后将所述整体砂芯与所述外模模具组装形成整体的分瓣转轮结构。
作为本发明进一步的方案，将所述整体砂芯划分为上层砂芯和下层砂芯。
作为本发明进一步的方案，将所述上层砂芯采用3D打印为整体砂芯，将所述下层砂芯划分为若干砂芯模块。采用3D打印制造各所述砂芯模块。
作为本发明进一步的方案，所述明冒口的模数大于或者等于所述第一层热节的模数的1.2倍。
作为本发明进一步的方案，所述暗冒口的模数大于或者等于所述第二层热节的模数的1.4倍。
作为本发明进一步的方案，所述浇注系统设计为钢液从叶片底部进流，且所述内浇口的进流速度小于＜0.5m/s，这样可保证整体型腔内的钢液进流平稳及凝固温度场的均匀性。
作为本发明进一步的方案，根据分瓣转轮的结构特点浇注系统设计时必须是钢液从叶片底部进流，这样可防止钢水倒流导致钢液冲刷叶片型线变形。
作为本发明进一步的方案，在所述内浇口末端设置缓流装置。所述缓流装置可以缓冲进流至浇注系统的钢水，也可以收集进入型腔的第一股脏的钢水。
作为本发明进一步的方案，所述集渣槽为条形结构。由于分瓣转轮铸件的尖角或者封闭拐角部位的钢渣不易上浮，为了保证该部位的铸造质量，需要在该部位设置条形结构的集渣槽进行收集钢渣。
采用上述分瓣转轮的铸造方法，通过合理的设置冒口、冷铁、补贴等措施解决叶片与下环形成的曲线热节补缩问题，采用实体外模模具形成下环外轮廓，叶片组及下环内部轮廓结构采用3D打印成型技术打印为整体砂芯，以保证叶片型线成型困难问题；最终保证生产出符合标准精度要求的分瓣转轮铸件，显著提高分瓣转轮铸件的铸造质量。
附图说明
图1为实施例中的分瓣转轮结构示意图；
图2为实施例中的分瓣转轮热节分布示意图；
图3为实施例中的造型设计示意图；
图4为实施例中的浇注系统设计示意图；
图5为实施例中的整体砂芯示意图；
图6为实施例中的外模模具示意图；
图7为实施例中的上层砂芯示意图；
图8为实施例中的下层砂芯示意图；
10-第一层热节；20-第二层热节；30-明冒口；40-补贴；50-暗冒口；60-分区冷铁；70-集渣槽；80-内浇口；90-缓流装置；100-横浇道；110-直浇道；120-整体砂芯；130-外模模具；121-上层砂芯；122-下层砂芯；1221-砂芯模块一；1222-砂芯模块二；1223-砂芯模块三；1224-砂芯模块四；1225-砂芯模块五。
具体实施方式
为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳实施方式。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施方式。相反地，提供这些实施方式的目的是使对本发明的公开内容理解的更加透彻全面。
本实施例以某分瓣转轮铸件为例，请参见附图1所示，轮廓尺寸为Φ3074mm×668mm，净重5354kg，叶片最薄处为13mm，叶片型线长且复杂；其铸造方法包括以下步骤：
造型设计，采用叶片组朝下放置的铸造方案，将叶片组和下环进行整体铸造；请参见附图2所示，将分瓣转轮的热节自上向下分布为第一层热节10、第二层热节20；请参见附图3所示，在第一层热节10处设置若干明冒口30，在第二层热节20处设置若干暗冒口50；在明冒口30的下方设置补贴40；在相邻冒口之间设置分区冷铁60。明冒口30的模数大于或者等于第一层热节10的模数的1.2倍。暗冒口50的模数大于或者等于第二层热节20的模数的1.4倍。具体地，第一层热节10的模数为M1，第二层热节20的模数为M2，模数的计算式为：M＝S/C，其中M为模数，S为散热面表面积，C为周长。
具体砂芯设计步骤为：请参见附图5至8所示，设计整体砂芯120成型各叶片和下环内部结构，设计外模模具130成型下环外部结构，将整体砂芯120划分为上层砂芯121和下层砂芯122，将上层砂芯120采用3D打印为整体砂芯，将下层砂芯122划分为若干砂芯模块。采用3D打印制造各砂芯模块。进一步地，根据3D打印机可加工尺寸，将下层砂芯划122分为5个砂芯模块，包括砂芯模块一1221、砂芯模块二1222、砂芯模块三1223、砂芯模块四1224、砂芯模块五1225，各相邻砂芯模块设置匹配的定位结构，定位结构的组配间隙为0.5mm，设置定位以防止砂芯模块装配造成偏差，提高叶片型线的准确度。
需要说明的是，由于叶片型线结构复杂，若采用实样模具无法实现叶片成型，因此采用整体砂芯120成型各叶片和下环内部结构，采用外模模具130成型下环外部结构，然后将整体砂芯120与外模模具130组装形成整体的分瓣转轮结构；并且由于砂芯结构必须保证叶片型线，若采用现有技术木质芯盒成型，需要设计9件单独砂芯，且砂芯曲线复杂，最薄处只有163mm，叶片弧线长度达3000mm，单独砂芯下芯配合存在较大风险，而采用3D打印整体砂芯以成型叶片结构，这样可保证9个叶片在一个砂芯内成型，叶片型线可有效保证，同时较少合箱时间等过程操作难度。
浇注系统设计：请参见附图4所示，根据分瓣转轮的结构特点浇注系统设计时必须是钢液从叶片底部进流，这样可防止钢水倒流导致钢液冲刷叶片型线变形，且在每个叶片底部设置内浇口80，且内浇口80的进流速度小于＜0.5m/s，这样可保证整体型腔内的钢液进流平稳及凝固温度场的均匀性。进一步地，在内浇口80末端设计缓流装置90，缓流装置90可以缓冲进流至浇注系统的钢水，也可以收集进入型腔的第一股脏的钢水；且在叶片末端设置条形结构的集渣槽70，由于分瓣转轮铸件的尖角或者封闭拐角部位的钢渣不易上浮，为了保证该部位的铸造质量，需要在该部位设置条形结构的集渣槽70进行收集钢渣，显著提高叶片铸造质量。
具体地，浇注系统设计还包括，内浇口80连接采用二分法原则，即直浇道110分流为两个横浇道100，横浇道100分流为两个内浇口80，这样可保证钢液流速均匀、平稳。
以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (9)

1.一种分瓣转轮的铸造方法，所述分瓣转轮包括叶片组和下环两部分，其特征在于，所述铸造方法包括：
采用叶片组朝下放置的铸造方案，将叶片组和下环进行整体铸造；
将所述分瓣转轮的热节自上向下分布为第一层热节、第二层热节，在所述第一层热节处设置若干明冒口，在所述第二层热节处设置若干暗冒口；
在所述明冒口的下方设置补贴；在相邻所述冒口之间设置分区冷铁；
在每个叶片底部设置内浇口，且在叶片末端设置集渣槽。
2.根据权利要求1所述的分瓣转轮的铸造方法，其特征在于，所述铸造方法还包括，设计整体砂芯成型各叶片结构和下环内部结构，设计外模成型下环外部结构。
3.根据权利要求2所述的分瓣转轮的铸造方法，其特征在于，将所述整体砂芯划分为上层砂芯和下层砂芯。
4.根据权利要求3所述的分瓣转轮的铸造方法，其特征在于，将所述上层砂芯采用3D打印为整体砂芯，将所述下层砂芯划分为若干砂芯模块。
5.根据权利要求1所述的分瓣转轮的铸造方法，其特征在于，所述明冒口的模数大于或者等于所述第一层热节的模数的1.2倍。
6.根据权利要求1所述的分瓣转轮的铸造方法，其特征在于，所述暗冒口的模数大于或者等于所述第二层热节的模数的1.4倍。
7.根据权利要求1所述的分瓣转轮的铸造方法，其特征在于，所述内浇口的进流速度小于0.5m/s。
8.根据权利要求1所述的分瓣转轮的铸造方法，其特征在于，在所述内浇口末端设置缓流装置。
9.根据权利要求1所述的分瓣转轮的铸造方法，其特征在于，所述集渣槽为条形结构。
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