蒸汽輪機瓦口鑄件鑄造工藝研究

徐鵬波

（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川 750021）

蒸汽輪機瓦口鑄件外部形狀簡單，但其內(nèi)部均分布有形狀及數(shù)量不一的油槽，每個油槽正對一個油孔，尺寸較小且分布密集。傳統(tǒng)的鑄造方法為單件造型，每個油槽單獨制作一個砂芯。由于砂芯分布密集，澆注時油孔部位熱節(jié)較大，極易粘砂。且由于每個單砂芯單獨定位，澆注時在鋼液沖刷下較易產(chǎn)生偏移，單件造型成本超支。本次工藝設(shè)計，旨在尋求一種能夠縮短生產(chǎn)周期、降低生產(chǎn)成本、操作簡便、尺寸易于控制、且降低鑄件粘砂風(fēng)險的成型方法。

1 現(xiàn)有方案分析

1.1 鑄件幾何尺寸及技術(shù)要求

如圖1所示的蒸汽輪機瓦口鑄件，鑄件尺寸為625 mm×460 mm×1 025 mm，平均壁厚45 mm，鑄件瓦口面有三個油槽，寬度40 mm，長度300 mm，最大深度200mm，與油槽對應(yīng)的正下方位置分別各有一個油孔，其中中間油孔直徑為66mm，深度100mm，極其容易粘砂。

圖1 蒸汽輪機瓦口鑄件示意圖

鑄件內(nèi)腔被筋板分成三個獨立型腔，每個型腔對應(yīng)一個油槽和油孔，其中兩側(cè)型腔互為鏡像關(guān)系，鑄件剖視圖如圖2所示。

圖2 鑄件剖視圖

1.2 工藝方案分析

現(xiàn)有技術(shù)中，該鑄件的鑄造工藝方法是在瓦口面設(shè)置明冒口進行補縮，，通過計算豎直截面的模數(shù)分布情況，確定冒口及冒口頸規(guī)格，通過三維建模顯示，如圖3所示。

圖3 常規(guī)的鑄造工藝方法

鑄件內(nèi)腔的三個獨立型腔分別通過制作三個芯盒造型出砂芯1、砂芯2、砂芯3，砂芯結(jié)構(gòu)如圖4所示。

圖4 常規(guī)的砂芯結(jié)構(gòu)示意圖

該工藝存在以下問題：

1）由于明冒口補縮，瓦口面往往過熱，熱量不能及時散發(fā)，導(dǎo)致油槽粘砂；

2）鑄件內(nèi)腔的三個型腔依據(jù)其形狀尺寸分別獨立制作芯盒，造型出砂芯，每個砂芯只有一個芯頭，導(dǎo)致砂芯定位尺寸無法控制，澆注過程中極易偏移。實際生產(chǎn)中，鑄件的油孔也容易粘砂；

3）單件造型成本過高。

2 改進工藝方案

新工藝旨在通過改進鑄件砂芯結(jié)構(gòu)和澆注工藝，克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，防止鑄件粘砂，保證鑄件尺寸滿足技術(shù)要求且實現(xiàn)成本降低的目的。

2.1 鑄件補縮工藝設(shè)計

為了減小冒口對瓦口面油槽的熱影響，防止油槽粘砂，取消瓦口面頂冒口設(shè)計，改為側(cè)冒口。由于鑄件噸位較小，通過在2個鑄件側(cè)面增加一字型補貼，和側(cè)冒口連接兩個鑄件進行補縮，使鑄件出品率從原來40%提高到60%，并方便冒口切割，如圖5所示。

圖5 本發(fā)明瓦口補縮工藝方案

2.2 砂芯設(shè)計

將鑄件兩側(cè)砂芯及中間砂芯（芯子包括芯子主體部分+芯頭部分），通過半圓形芯頭連接起來做成一個整芯，將中間油孔直接鑄死，變成盲孔，后序加工成型，盲孔里放入直徑為φ50 mm的圓鋼棒，鋼棒一端與型腔連接，另一端與兩側(cè)油孔芯頭相水平，鋼棒起到充當(dāng)內(nèi)冷鐵對盲孔激冷又對芯頭定位的作用，在一個整芯有油孔下面三個芯頭，油槽上一個芯頭，總共四個芯頭，實現(xiàn)四點定位，使整芯尺寸定位準(zhǔn)確、穩(wěn)定，操作更為簡便，下芯效率提高了3倍，如圖6所示。

圖6 芯子設(shè)計方案示意圖

2.3 芯骨設(shè)計

芯骨設(shè)計方案如圖7所示。

圓鋼1直徑φ40 mm，用來穩(wěn)固兩側(cè)芯子主體，每側(cè)芯子主體上用兩根圓鋼1，總共4根，圓鋼2直徑φ30 mm，用來穩(wěn)固中間芯子主體，總共3根，圓鋼1與圓鋼2同時還做為隔砂冷鐵，對油槽進行激冷，降低油槽處型砂的熱量，防止油槽粘砂，圓鋼4與圓鋼5直徑φ50mm，用來穩(wěn)固兩側(cè)圓芯頭，圓鋼4通過圓鋼5與圓鋼1進行連接，圓鋼6直徑φ50mm，用來充當(dāng)中間砂芯芯頭，并對盲孔進行激冷，防止縮松產(chǎn)生，圓鋼6通過圓鋼3與圓鋼2進行連接，圓鋼7直徑φ40 mm，為梯形結(jié)構(gòu)，對半圓芯頭起穩(wěn)固作用，同時與圓鋼1、圓鋼2進行連接，將整個芯骨連接成一個整體。

圖7 芯骨設(shè)計方案示意圖

2.4 澆注系統(tǒng)設(shè)計

根據(jù)鑄件的尺寸及澆注重量的特點，使用底注式澆注，選擇從鑄件的中部即一字型補貼處進流，設(shè)計兩個直徑φ100 mm的圓形內(nèi)澆口，一個直徑φ100 mm的橫澆道，一個直徑φ100 mm的直澆道，采用一套澆注系統(tǒng)從一字型補貼進流，能同時澆注兩件，如圖8所示。

圖8 澆注系統(tǒng)示意圖

3 方案實施

1）使用圓鋼按設(shè)計尺寸焊接得到芯骨。

2）在芯盒內(nèi)流砂制作砂芯，對砂芯進行刷涂。

3）造型，先造下箱；24 h后翻箱；造上箱；在24 h后開箱；取出模型，對型腔進行刷涂；下芯、合箱、澆注，合箱裝配示意圖如圖9所示。

圖9 合箱裝配示意圖

4 結(jié) 論

1）改進工藝將頂冒口改為側(cè)冒口，減小冒口對瓦口面油槽的熱影響，防止油槽粘砂，冒口下一字型補貼連接兩個鑄件，進行補縮，實現(xiàn)了一個冒口同時補縮兩個鑄件的效果，使鑄件出品率從原來的40%提高到60%，并方便冒口切割；

2）將原工藝方案的三個獨立芯子，通過半圓形芯頭連接起來做成一個整芯，由一點定位變成了四點定位，使尺寸定位更加準(zhǔn)確，操作更為簡便，下芯效率提高了3倍；

3）在中間盲孔里放置φ50 mm的圓鋼棒，充當(dāng)內(nèi)冷鐵又起芯頭定位的作用，解決了油孔粘砂的問題；

4）用圓鋼制作芯骨并充當(dāng)隔砂冷鐵，對油槽進行激冷，降低油槽處型砂的熱量，防止油槽粘砂；

5）采用一套澆注系統(tǒng)從一字型補貼進流，實現(xiàn)了一個直澆道同時澆注兩件的效果。