水輪機葉片的砂型造型方法與流程
2023-06-21 04:57:11
本發明涉及鑄造技術領域，特別涉及一種水輪機葉片的砂型造型方法。
背景技術：
隨著水輪機向高效率、大型化方向發展，我國相繼開發和建設一些大、中型水電站。在全球鑄造市場經濟形勢不好、競爭激烈，鑄件利潤空間日益被壓縮的的環境下，顧客對要求的交付周期越來越短。這就要求鑄造廠在降低生產成本的同時，提升鑄件質量，減少尺寸、質量問題導致的返工處理時間，縮短鑄件生產周期。
大型水輪機葉片型線複雜、高低差大，砂型鑄造通常採用組芯造型的方法，以葉片正、負壓面為準製作兩個芯盒。生產流程為「制芯——組芯——立芯——造型」，具體的講：首先製作正、負面的砂芯，然後將兩個砂芯組合到一起，同時使用通長螺栓進行把合，再立芯，最後放置砂箱鋪設澆注系統，並流砂造型。此方法針對輪廓尺寸超過1500×1500×800mm，鑄件重量超過5t的水輪機葉片的造型存在如下不足：首先，要針對葉片正、負壓面製作芯盒，由於芯盒尺寸及結構難度大，製作費用較高；其次，組芯造型法用砂量大，鑄件壓箱降溫時間長；再次，組芯過程複雜，精度難以控制，澆注後砂芯之間易產生披縫，鑄件尺寸偏差大。另外，上述現有技術的造型方法生產流程複雜，生產周期長。
技術實現要素：
有鑑於此，有必要提供一種降低用砂量及生產成本和縮短造型生產周期的水輪機葉片的砂型造型方法。
一種水輪機葉片的砂型造型方法，包括如下步驟：
模型製作：製作與水輪機葉片相對應的葉片實體模型，以在造型時利用葉片實體模型形成葉片鑄件的輪廓面；按照水輪機葉片的輪廓線，製作框架胎板，以利用框架胎板支撐和定位葉片實體模型；根據框架胎板的形狀，在框架胎板四周製作隨形芯頭，以利用隨形芯頭形成砂型的芯頭；根據隨形芯頭的形狀，製作相同形狀、厚度為1~1.5mm的間隙板，且間隙板與隨形芯頭側面及上端面的形狀相對應，以通過間隙板給相互配合的砂型之間形成一定的間隙，進而保證合箱的順利；
利用模型造型：將框架胎板和隨形芯頭放置在造型平臺上，在框架胎板與葉片實體模型所接觸的區域安裝定位銷，以通過定位銷定位放置的葉片實體模型；放置第一砂箱後，鋪設澆注系統並進行第一砂箱的流砂造型；待第一砂箱的第一砂型硬化後，翻轉第一砂箱以使框架胎板、隨形芯頭、葉片實體模型、砂型的外露面位於造型平臺上方，去掉框架胎板和隨形芯頭，並在第一砂型上與隨形芯頭相對應的間隙上設置間隙板；在第一砂型上與框架胎板相對應的間隙中設置芯骨及在第一砂型的外露面上刷塗隔離粉後，再在第一砂型上進行流砂造型，以獲得第二砂型；待第二砂型硬化後，取走第二砂型及第一砂型上的間隙板和葉片實體模型形。
合箱及立箱：對第一砂型及第二砂型進行刷塗料，以防止鑄件表面粘砂，待合格後合箱操作及立箱。
通過使用本發明的造型方法，達到了以下效果：
1．葉片造型生產前只需以葉片的負壓面為分型面製作實樣葉片模型和起支撐作用的框架式胎板，木料的使用量減少，同時模具製作難度顯著降低。模具製作費用與製作芯盒的方案相對比降低了25%左右。
2．葉片造型生產時砂箱體積較組芯造型時減小很多，同時澆注系統造型時一同鋪設，不需額外增大砂箱，用砂量減少明顯，同時造型時還可以添加添砂塊等，可進一步減少用砂量；葉片鑄件用砂量較採用常規方法造型時的用砂量下降45%；同時，有效縮短了鑄件壓箱時間，縮短鑄件生產周期。實際生產中，壓箱周期平均減少6天。
3．有效控制葉片鑄件的尺寸質量，經現場測算，存在的尺寸超差類問題，較常規造型方法減少了28%左右，處理周期下降了20%左右。
具體實施方式
本發明提供一種水輪機葉片的砂型造型方法，通過製作與水輪機葉片相對應的葉片實體模型，然後將葉片實體模型放置在砂箱內進行流沙造型，最後將葉片實體模型取出後，葉片實體模型在砂型中留下的間隙作為澆鑄水輪機葉片的砂型腔體。該水輪機葉片的砂型造型方法，包括如下步驟：
步驟S300，模型製作：製作與水輪機葉片相對應的葉片實體模型，以在造型時利用葉片實體模型形成葉片鑄件的輪廓面；按照水輪機葉片的輪廓線，製作框架胎板，以利用框架胎板支撐和定位葉片實體模型；根據框架胎板的形狀，在框架胎板四周製作隨形芯頭，以利用隨形芯頭形成砂型的芯頭，其中，要保證隨形芯頭平整，並減少弧面，同時要有足夠的斜度，保證開箱起型的順利；根據隨形芯頭的形狀，製作相同形狀、厚度為1~1.5mm的間隙板，且間隙板與隨形芯頭側面及上端面的形狀相對應，以通過間隙板給相互配合的砂型之間形成一定的間隙，進而保證合箱的順利。
步驟S301，利用模型造型：將框架胎板和隨形芯頭放置在造型平臺上，在框架胎板與葉片實體模型所接觸的區域安裝定位銷，以通過定位銷定位放置的葉片實體模型；放置第一砂箱後，鋪設澆注系統並進行第一砂箱的流砂造型；待第一砂箱的第一砂型硬化後，翻轉第一砂箱以使框架胎板、隨形芯頭、葉片實體模型、砂型的外露面位於造型平臺上方，去掉框架胎板和隨形芯頭，並在第一砂型上與隨形芯頭相對應的間隙上設置間隙板；在第一砂型上與框架胎板相對應的間隙中設置芯骨及在第一砂型的外露面上刷塗隔離粉後，再在第一砂型上進行流砂造型，以獲得第二砂型；待第二砂型硬化後，取走第二砂型及第一砂型上的間隙板和葉片實體模型形。
步驟S302，合箱及立箱：對第一砂型及第二砂型進行刷塗料，防止鑄件表面粘砂，待合格後合箱操作及立箱。步驟S302具體為：在第一砂型、第二砂型上刷塗料；將第二砂型放置在第一砂型上後，在第二砂型的背面流一層厚度為40~60mm的樹脂砂，保證第二砂型的背面與砂箱上端面平齊，同時能與底板緊密接觸，然後，在刮平整後的樹脂砂上放置底板，底板必須覆蓋第二砂型的背面，底板的長、寬度保證與砂箱的外輪廓長、寬度接近或相等，再使用「U」型卡將底板與砂箱連接起來，最後立箱。在本發明中，所提到的第一砂箱，根據實際的生產中的需要，第一砂箱可以為下箱或者上箱。
通過使用本發明的造型方法，達到了以下效果：
1．葉片造型生產前只需以葉片的負壓面為分型面製作實樣葉片模型和起支撐作用的框架式胎板，木料的使用量減少，同時模具製作難度顯著降低。模具製作費用與製作芯盒的方案相對比降低了25%左右。
2．葉片造型生產時砂箱體積較組芯造型時減小很多，同時澆注系統造型時一同鋪設，不需額外增大砂箱，用砂量減少明顯，同時造型時還可以添加添砂塊等，可進一步減少用砂量；葉片鑄件用砂量較採用常規方法造型時的用砂量下降45%；同時，有效縮短了鑄件壓箱時間，縮短鑄件生產周期。實際生產中，壓箱周期平均減少6天。
3．有效控制葉片鑄件的尺寸質量，經現場測算，存在的尺寸超差類問題，較常規造型方法減少了28%左右，處理周期下降了20%左右。