專利名稱：大型多葉片鑄件的鑄造方法及調(diào)平工裝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種鑄件的鑄造方法及裝置，特別適合于有多個(gè)傾斜片狀結(jié)構(gòu)的大型 多葉片鑄件的鑄造。
背景技術(shù)：
大型多葉片鑄件，如水力測功器轉(zhuǎn)子，直徑0 3730mm，質(zhì)量24500kg，上下對稱傾 斜葉片共38片。現(xiàn)有技術(shù)條件下，上砂型與鑄件上半葉片19個(gè)砂芯采用吊芯并整體翻轉(zhuǎn) 質(zhì)量不能保證，一般采用上下兩半分體鑄造，如圖5所示，這樣兩半轉(zhuǎn)子材料化學(xué)成分、機(jī) 械性能的均勻性不能保證，并增加了鑄件分體鑄造所需加工、裝配等工序，增加了生產(chǎn)成本 與周期。轉(zhuǎn)子葉片傾斜45°，葉片由砂芯組出，砂芯芯頭之間留有間隙，而葉片砂芯在制作 過程中，砂芯起吊吊環(huán)很難放置于葉片砂芯重心位置，起吊后芯頭平面不水平，組芯時(shí)葉片 壁厚尺寸受到影響?，F(xiàn)有技術(shù)是采用人力配重找平葉片砂芯芯頭，用芯撐高度控制葉片壁 厚尺寸，因人力配重，砂芯重心容易變動(dòng)，生產(chǎn)效率低，而使用芯撐則破壞了鑄件的整體性， 降低了鑄件質(zhì)量，增加了清除芯撐所需碳刨、焊補(bǔ)、打磨工作量。轉(zhuǎn)子鑄件壁厚相差較大，最大壁厚450mm，最小壁厚僅36mm，鑄件在凝固過程中產(chǎn) 生較大的收縮應(yīng)力，容易在葉片與外緣連接的熱節(jié)處產(chǎn)生熱裂紋?，F(xiàn)有技術(shù)是在上半葉片 與外緣連接處設(shè)置冒口，冒口數(shù)量較多，而鑄件下半葉片與外緣連接處產(chǎn)生的熱裂紋，只有 待鑄件粗加工后，通過磁粉探傷確認(rèn)清除，用焊補(bǔ)的方法消除裂紋。轉(zhuǎn)子材料牌號(hào)Z⑶410-620，為普通碳素鋼，一般采用普通的正火+回火熱處理，現(xiàn) 有技術(shù)條件下機(jī)械性能不能完全滿足技術(shù)要求。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種大型多葉片鑄件的鑄造方法及調(diào)平工裝， 可以對復(fù)雜形狀的多葉片鑄件采用整體澆注，并確保傾斜葉片砂芯的水平下芯，從而獲得 質(zhì)量符合要求的鑄件。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是一種大型多葉片鑄件的鑄造 方法，包括以下步驟
1)木制實(shí)樣，外模制成整體，葉片芯盒圓弧面放樣制作，葉片砂芯芯頭按不同高度制 作，高低交錯(cuò)布置，外模做出一個(gè)葉片砂芯的下芯填砂板；
2)制作葉片砂芯調(diào)平工裝，所述的調(diào)平工裝為一杠桿機(jī)構(gòu)，一端設(shè)有一快接接頭，另一 端設(shè)有移動(dòng)砝碼；
3)混砂；
4)在鑄件頂面分型，下半葉片與外緣連接處設(shè)置冷鐵，上半葉片與外緣連接處交叉設(shè) 置冒口和冷鐵；在葉片砂芯芯頭部位的下砂型和上砂型預(yù)留拉緊葉片砂芯的通孔；中間軸 轂設(shè)補(bǔ)貼與大冒口 ；采用階梯開放式澆注系統(tǒng)；5)為防止發(fā)生粘砂，在砂芯的圓角熱節(jié)部位采用10mm士2mm厚的耐高溫鉻鐵礦砂，在 葉片砂芯中預(yù)埋芯骨；
6)采用調(diào)平工裝，將快接接頭與葉片砂芯的芯骨連接，通過調(diào)整調(diào)平工裝的周向位置 和調(diào)整調(diào)平工裝上移動(dòng)砝碼的位置，使葉片砂芯水平下芯，下芯后將葉片砂芯2固定于下 砂型或上砂型，刷涂料，上砂型連同上半葉片砂芯整體翻轉(zhuǎn)，合箱；
7)冶煉、澆注;
8)整形、熱處理；
通過上述步驟得到整體鑄造的大型多葉片鑄件。所述的木制實(shí)樣徑向縮尺1. 6%，軸向縮尺2. 0%。所述的混砂步驟中，原砂為石英砂和鉻鐵礦砂，粘結(jié)劑為新型水玻璃，固化劑為 有機(jī)酯，新型水玻璃加入量占砂量的2. 5 2. 8%，有機(jī)酯加入量占新型水玻璃加入量的 10. 0 14. 0%。所述的合箱步驟中，要對型腔吹熱風(fēng)烘烤4 6小時(shí)，鑄型在熱態(tài)下澆注。所述的冶煉、澆注步驟中，采用電弧爐冶煉結(jié)合包內(nèi)吹氬+喂絲工藝精煉鋼水，澆 注溫度為1520 1560°C，澆注時(shí)間為200 300秒。所述的整形、熱處理步驟中，鑄件在砂箱中保溫144小時(shí)以上后落砂清理，用氧丙 烷氣氣割澆冒口，然后采用正火+回火熱處理方式。正火溫度880 900°C，保溫時(shí)間8小時(shí)，鑄件正火處理出爐空冷時(shí)，吹冷風(fēng)和噴水 霧加快冷卻，細(xì)化晶粒。一種調(diào)平工裝，杠桿上設(shè)有吊環(huán)，杠桿一端設(shè)有快接接頭，另一端設(shè)有移動(dòng)砝碼。本發(fā)明提供的一種大型多葉片鑄件的鑄造方法及調(diào)平工裝，通過采用整體鑄造方 法，避免了分體鑄造材料化學(xué)成分、機(jī)械性能的不均勻性，減少了鑄件變形和分體鑄造所需 加工、裝配等工序，降低了成本。為確保整體鑄造的質(zhì)量，采用專用的調(diào)平工裝，調(diào)平工裝通過快接接頭與芯骨連 接后，具有一定的固定連接的特點(diǎn)，即可以承受一定的徑向力和軸向力。同時(shí)快接接頭可以 旋轉(zhuǎn)，在下芯時(shí)，調(diào)平工裝可以通過圍繞吊環(huán)的旋轉(zhuǎn)，同時(shí)調(diào)節(jié)移動(dòng)砝碼在杠桿上的位置， 來調(diào)整葉片砂芯的重心，從而確保葉片砂芯水平下芯。葉片砂芯用拉桿、壓板和螺桿固定于 上下砂型內(nèi)，不使用芯撐，鑄件質(zhì)量得到了保證，減少了去除芯撐所需碳刨、焊補(bǔ)、打磨工作 量，縮短了生產(chǎn)周期。葉片砂芯芯頭按兩種高度制作，每一個(gè)葉片砂芯均對應(yīng)一個(gè)砂芯芯頭，芯頭采用 高低交錯(cuò)布置的方式，如圖3所示，葉片砂芯下芯后不能移動(dòng)，避免了葉片位置與壁厚尺寸 產(chǎn)生累積誤差；采用冷鐵、冒口相結(jié)合的方式，實(shí)現(xiàn)鑄件順序凝固，節(jié)約了鋼水，防止了葉片 與外緣連接處裂紋缺陷的產(chǎn)生；采用冷卻速率較快的正火+回火熱處理方式，出爐空冷時(shí) 風(fēng)冷結(jié)合噴水霧冷卻，提高了材料的機(jī)械性能。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明 圖1是本發(fā)明方法的工藝簡圖。圖2是圖1的B-B剖視圖。
圖3是圖1的A-A剖視圖。圖4是本發(fā)明中調(diào)平工裝的結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是采用現(xiàn)有技術(shù)生產(chǎn)大型多葉片鑄件的結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實(shí)施例方式大型多葉片鑄件的鑄造方法及調(diào)平工裝，以18. 0水力測功器轉(zhuǎn)子為例，包括以下 步驟
1)按18. 0水力測功器轉(zhuǎn)子圖紙編制鑄造工藝，工藝簡圖如圖1、圖2、圖3所示。木制實(shí)樣，外模制成整體，徑向縮尺1. 6%，軸向縮尺2. 0%，起模斜度1° ；葉片芯盒 圓弧面放樣制作，葉片砂芯2芯頭按不同高度制作，高低交錯(cuò)布置，防止葉片位置與壁厚尺 寸產(chǎn)生累積誤差；外模做出一個(gè)葉片砂芯2的下芯填砂板7，為最后一個(gè)葉片砂芯2下芯留 出空間。2)制作葉片砂芯2調(diào)平工裝，所述的調(diào)平工裝為一杠桿機(jī)構(gòu)，一端設(shè)有一快接接 頭15，中間設(shè)有吊環(huán)18，另一端設(shè)有移動(dòng)砝碼16。按圖3、圖4所示制作砂芯芯骨10和調(diào) 平工裝。砂芯芯骨由芯骨10、拉環(huán)11和快接接頭15焊接組成，芯骨10、拉環(huán)11用？ 20圓 鋼，快接接頭15采購。調(diào)平工裝先用三段？ 30圓鋼焊接成杠桿17，再焊上吊環(huán)18，一端焊 接快接接頭15，另一端配適當(dāng)移動(dòng)砝碼16。本例中的葉片砂芯2重量為300-500公斤，連 接后的快接接頭15可以旋轉(zhuǎn)，即杠桿17可以圍繞吊環(huán)18旋轉(zhuǎn)，配合移動(dòng)砝碼16使葉片砂 芯2芯頭處于水平位置，符合設(shè)計(jì)要求。3)混砂，用連續(xù)混砂機(jī)混砂，原砂為石英砂和鉻鐵礦砂，新型水玻璃作粘結(jié)劑，有 機(jī)酯作固化劑。新型水玻璃加入量占砂加入量的2. 5 2. 8%，有機(jī)酯加入量占新型水玻璃 加入量的10. 0 14. 0%。4)在鑄件頂面分型，采用新型水玻璃有機(jī)酯自硬砂造型，在下半葉片與外緣連接 處設(shè)置防熱裂紋冷鐵5，上半葉片與外緣連接處交叉設(shè)置冒口 3和冷鐵5 ；在葉片砂芯2芯 頭部位的下砂型8和上砂型9預(yù)留拉緊葉片砂芯2的通孔；中間軸轂設(shè)補(bǔ)貼4與大冒口；用 耐高溫陶管做澆道，采用階梯式開放澆注系統(tǒng)6。5)制芯，采用新型水玻璃有機(jī)酯自硬砂制芯，為防止發(fā)生粘砂，在砂芯的圓角熱節(jié) 部位采用IOmm士2mm厚的耐高溫鉻鐵礦砂，葉片砂芯2中預(yù)埋芯骨10、拉環(huán)11和快接接頭 15，并焊接連成一體，清砂后可回收使用。6)配箱，采用如圖4調(diào)平工裝，將快接接頭15與葉片砂芯2的芯骨10連接，通過 調(diào)整調(diào)平工裝的周向位置和調(diào)整調(diào)平工裝上移動(dòng)砝碼16的位置，保證葉片砂芯2水平下 芯，下芯后用拉桿12、壓板13、螺桿14將葉片砂芯2固定于下砂型8和上砂型9，型腔與砂 芯表面涂刷醇基涂料燒干，上砂型9連同上半葉片砂芯2整體翻轉(zhuǎn)，合箱后型腔吹熱風(fēng)烘烤 4 6小時(shí)，使鑄型在熱態(tài)下澆注。7)冶煉澆注，采用電弧爐冶煉結(jié)合包內(nèi)吹氬+喂絲工藝精煉鋼水，兩爐鋼水合爐 澆注，澆注溫度1520 1560°C，澆注時(shí)間200 300秒。8)整形、熱處理；鑄件在砂箱中保溫144小時(shí)以上后落砂清理，用氧丙烷氣氣割澆 冒口，采用正火+回火熱處理方式，正火溫度880 900°C，保溫時(shí)間8小時(shí)，出爐空冷時(shí)吹 風(fēng)結(jié)合噴水霧加快冷卻，細(xì)化晶粒組織，提高材料的力學(xué)性能。
通過上述步驟得到整體鑄造的大型多葉片鑄件，即鑄件1。采用大型多葉片鑄件鑄造方法，所有鑄件傾斜葉片砂芯下芯平穩(wěn)，葉片壁厚尺寸 準(zhǔn)確，材料的機(jī)械性能滿足技術(shù)要求，在葉片與外緣連接處磁粉探傷很少發(fā)現(xiàn)裂紋，提高 了鑄件質(zhì)量。本發(fā)明的鑄造方法和調(diào)平工裝應(yīng)用于大型水力測功器轉(zhuǎn)子的鑄造，和現(xiàn)有技術(shù)分 體鑄造相比，具有下列優(yōu)點(diǎn)
1)設(shè)計(jì)的砂芯調(diào)平工裝和高低交錯(cuò)布置定位芯頭，保證了傾斜葉片砂芯水平下芯，避 免了葉片位置與壁厚尺寸產(chǎn)生累積誤差，鑄造的鑄件1的尺寸誤差小。2)葉片砂芯用拉桿、壓板、螺桿固定于上下砂型，不使用芯撐，鑄件質(zhì)量得到了保 證，減少了去除芯撐所需碳刨、焊補(bǔ)、打磨工作量。3)采用冷鐵與冒口相結(jié)合的方式，在下半葉片與外緣連接處設(shè)置冷鐵。冷鐵一般 用在壁厚較大的熱節(jié)部位，作用是提高鑄件熱節(jié)部位在凝固過程中的冷卻速率，避免鑄件 產(chǎn)生縮孔、裂紋等缺陷。上半葉片與外緣連接處交叉設(shè)置冒口和冷鐵，冒口的作用是補(bǔ)縮鑄 件，防止鑄件產(chǎn)生縮孔和縮松缺陷，并有排氣、集渣作用。設(shè)置冷鐵的部位，鋼水由于激冷先 凝固并形成強(qiáng)度，設(shè)置冒口的部位將鑄件熱節(jié)引入冒口內(nèi)，實(shí)現(xiàn)順序凝固，消除了上下葉片 與外緣連接處產(chǎn)生的應(yīng)力集中，避免了熱裂紋缺陷的產(chǎn)生。冒口和冷鐵結(jié)合使用，減少了冒 口數(shù)量，節(jié)約了鋼水。4)采用正火+回火熱處理工藝，在出爐空冷時(shí)吹風(fēng)結(jié)合噴水霧冷卻，提高了鑄件 冷卻速率，細(xì)化了晶粒組織，改善并提高了材料的機(jī)械性能。5)鑄件采用整體鑄造方法，避免了分體鑄造中材料化學(xué)成分、機(jī)械性能的不均勻 性，減少了鑄件變形和分體鑄造所需加工、裝配等工序，降低了成本，縮短了生產(chǎn)周期。
權(quán)利要求
一種大型多葉片鑄件的鑄造方法，其特征在于包括以下步驟1)木制實(shí)樣，外模制成整體，葉片芯盒圓弧面放樣制作，葉片砂芯(2)芯頭按不同高度制作，高低交錯(cuò)布置，外模做出一個(gè)葉片砂芯(2)的下芯填砂板(7)；2)制作葉片砂芯(2)調(diào)平工裝，所述的調(diào)平工裝為一杠桿機(jī)構(gòu)，一端設(shè)有一快接接頭(15)，另一端設(shè)有移動(dòng)砝碼(16)；3)混砂；4)在鑄件頂面分型，下半葉片與外緣連接處設(shè)置冷鐵(5)，上半葉片與外緣連接處交叉設(shè)置冒口(3)和冷鐵(5)；在葉片砂芯(2)芯頭部位的下砂型(8)和上砂型(9)預(yù)留拉緊葉片砂芯(2)的通孔；中間軸轂設(shè)補(bǔ)貼(4)與大冒口；采用階梯開放式澆注系統(tǒng)(6)；5)為防止發(fā)生粘砂，在砂芯的圓角熱節(jié)部位采用10mm±2mm厚的耐高溫鉻鐵礦砂，在葉片砂芯2中預(yù)埋芯骨(10)；6)采用調(diào)平工裝，將快接接頭(15)與葉片砂芯(2)的芯骨(10)連接，通過調(diào)整調(diào)平工裝的周向位置和調(diào)整調(diào)平工裝上移動(dòng)砝碼(16)的位置，使葉片砂芯(2)水平下芯，下芯后將葉片砂芯(2)固定于下砂型(8)或上砂型(9)，刷涂料，上砂型(9)連同上半葉片砂芯(2)整體翻轉(zhuǎn)，合箱；7)冶煉、澆注；8)整形、熱處理；通過上述步驟得到整體鑄造的大型多葉片鑄件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型多葉片鑄件的鑄造方法，其特征在于所述的木制 實(shí)樣徑向縮尺1. 6%，軸向縮尺2. 0%。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型多葉片鑄件的鑄造方法，其特征在于所述的混砂 步驟中，原砂為石英砂和鉻鐵礦砂，粘結(jié)劑為新型水玻璃，固化劑為有機(jī)酯，新型水玻璃加 入量占砂量的2. 5 2. 8%，有機(jī)酯加入量占新型水玻璃加入量的10. 0 14. 0%。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型多葉片鑄件的鑄造方法，其特征在于在合箱后對 型腔吹熱風(fēng)烘烤4 6小時(shí)，鑄型在熱態(tài)下澆注。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型多葉片鑄件的鑄造方法，其特征在于所述的冶 煉、澆注步驟中，采用電弧爐冶煉結(jié)合包內(nèi)吹氬+喂絲工藝精煉鋼水，澆注溫度為1520 1560°C，澆注時(shí)間為200 300秒。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大型多葉片鑄件的鑄造方法，其特征在于所述的整形、 熱處理步驟中，鑄件在砂箱中保溫144小時(shí)以上后落砂清理，用氧丙烷氣氣割澆冒口，然后 采用正火+回火熱處理方式。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種大型多葉片鑄件的鑄造方法，其特征在于正火溫度 880 900°C，保溫時(shí)間8小時(shí)，鑄件正火處理出爐空冷時(shí)，吹冷風(fēng)和噴水霧加快冷卻，細(xì)化 晶粒。
8.一種調(diào)平工裝，其特征在于杠桿(17)上設(shè)有吊環(huán)(18)，杠桿(17) 一端設(shè)有快接接 頭(15 )，另一端設(shè)有移動(dòng)砝碼(16 )。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大型多葉片鑄件的鑄造方法及調(diào)平工裝，包括以下步驟制模；制作葉片砂芯調(diào)平工裝；混砂；造型；制芯；配箱；冶煉澆注；整形、熱處理。通過上述步驟得到整體鑄造的大型多葉片鑄件。本發(fā)明的鑄造方法傾斜葉片砂芯下芯平穩(wěn)，鑄件葉片壁厚尺寸準(zhǔn)確，葉片與外緣連接處很少發(fā)現(xiàn)裂紋，材料的機(jī)械性能滿足技術(shù)要求，避免了分體鑄造中材料化學(xué)成分、機(jī)械性能的不均勻性，減少了鑄件變形和分體鑄造所需加工、裝配等工序，提高了質(zhì)量，降低了成本，縮短了生產(chǎn)周期。
文檔編號(hào)B22C9/22GK101920312SQ20101025902
公開日2010年12月22日 申請日期2010年8月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月21日
發(fā)明者劉為作, 黃浩, 龔漢彬 申請人:宜昌船舶柴油機(jī)有限公司