大型汽輪機(jī)外缸鑄造用消失模的起型方法

王文寶，馬 瑞，趙健東

（共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川 750021）

0 前言

大型鑄鋼件鑄造過程中為了節(jié)約模具成型成本縮短生產(chǎn)周期，消失模模具使用日益廣泛，但鑄鋼件模具形狀復(fù)雜，輪廓尺寸大，尤其是汽輪機(jī)外缸類模具，屬于空心薄壁結(jié)構(gòu)，模具成型難度大?，F(xiàn)有消失模鑄造技術(shù)是通過機(jī)床加工出與鑄件形狀、尺寸相同的模具負(fù)壓造型，造型后消失模模具不需取出,而是在澆入液態(tài)金屬后聚苯乙烯在高溫下分子裂解而讓出空間充滿金屬液,凝固后形成鑄件。這種鑄造方式存在以下缺陷：模具只能使用一次，壽命短，浪費(fèi)成本，且消失模在澆注時(shí)高溫分解產(chǎn)生大量的煙氣污染環(huán)境。這種方法不適合大型鑄鋼件的生產(chǎn)，因此大型汽輪機(jī)外缸消失模模型制作方法與木模相似，通過制作實(shí)樣模型造型，先造型下箱，翻箱后造型上箱，需要開箱取模，但消失模模型本身較脆弱，薄壁結(jié)構(gòu)起模導(dǎo)致?lián)p壞。

本文對汽輪機(jī)外缸消失模模型結(jié)構(gòu)研究，提供一種薄壁類鑄件鑄造用消失模的起模方法，通過在不同結(jié)構(gòu)消失模模型上設(shè)計(jì)起型裝置，使消失模模型能夠從砂型里取出，并減少起模損壞使消失模模型能夠多次使用，降低模具制作成本[1]及維護(hù)量。

1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)分析

以公司生產(chǎn)的某種大型高中壓汽輪機(jī)鑄鋼件為例進(jìn)行介紹，該模型的輪廓尺為寸3835mm×2550mm×1387mm，模型壁厚60mm～80mm 之間，整體結(jié)構(gòu)按實(shí)樣模型設(shè)計(jì)，屬于一種大型薄壁結(jié)構(gòu)，造型時(shí)先造外皮，需要加工內(nèi)腔支頂胎，用于組裝模型和支頂模型，防止外皮造型時(shí)消失模下塌變形[2]，翻箱后取出支頂胎，再造內(nèi)腔，需要開箱取模，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 薄壁模型結(jié)構(gòu)示意圖

對于此類大型薄壁結(jié)構(gòu)汽輪機(jī)外缸消失模模型來說，造型過程受樹脂砂的擠壓和吸附，起模阻力相對較大，起型部位受力最大，消失模容易拉透或變形，另外其模型跨度大、薄壁結(jié)構(gòu)，起模受力不均衡，導(dǎo)致消失模模型起模損壞甚至報(bào)廢。

2 起型設(shè)計(jì)

為了便于加工和起模，將模型進(jìn)行分段處理后加工，分段原則一方面考慮機(jī)床加工行程，另一方面模型長度過長時(shí)起模難度增大。一般消失模起模長度控制在1800mm 以內(nèi)，按模型結(jié)構(gòu)可分a、b 兩段，a 段截面為圓筒型，平均壁厚60mm，b段截面為錐形，平均壁厚80mm，兩種結(jié)構(gòu)造型時(shí)吃砂量不同，起模難度不同，需分段設(shè)計(jì)起型裝置。同時(shí)支頂胎也需分為兩段，便于開箱取模時(shí)回填到模型內(nèi)分段取模。

2.1 a 段模型起型設(shè)計(jì)

如圖2 所示，選擇結(jié)合面法蘭設(shè)計(jì)起型，由于法蘭截面厚度只有130mm，消失模強(qiáng)度低，在此面直接安裝起型裝置會導(dǎo)致起模過程消失模拉透或損壞，不能到達(dá)起模要求。通過在法蘭上設(shè)計(jì)四處起型臺，目的是增加起型部位的截面厚度，提高消失模起型部位強(qiáng)度，加工時(shí)起型臺與消失模一起加工，模型組裝時(shí)在起型臺上安裝起型裝置，待起模后用樹脂砂填埋起型臺即可。根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)，起型部位截面厚度至少控制在220mm～230mm 才能保證起型部位消失模的強(qiáng)度，起型臺設(shè)計(jì)時(shí)尺寸也不能過大，尺寸過大不便于起模后填砂操作，一般起型臺尺寸控制在150mm～250mm，起型臺設(shè)計(jì)時(shí)需要增加3°～5°起模斜度便于起模。

圖2 a 段模型示意圖

2.2 b 段模型起型設(shè)計(jì)

如圖3 所示，選擇結(jié)合面法蘭設(shè)計(jì)起型，此處結(jié)法蘭截面厚度在250mm，不需增加起型臺，可在組裝時(shí)直接安裝起型裝置，如圖5 所示，起型裝置可以用10～12mm 厚鋼板與M14～M16 全扣絲桿焊接成型，起型裝置下端用8mm～10mm 墊片和M14～M16 的螺母固定。

圖3 b 段模型示意圖

圖4 起型繃帶安裝示意圖

圖5 起型裝置示意圖

2.3 安裝起型繃帶

由于消失模模型本身強(qiáng)度低，以及造型過程緊實(shí)樹脂砂對消失模模型的擠壓力，每段起模時(shí)起型裝置部位受力遠(yuǎn)大于薄壁部位，導(dǎo)致模型拉斷。安裝起型裝置時(shí)增加起型繃帶，如圖4 所示，a段模型和b 段模型處各增加兩條起型繃帶，a 段模型為圓弧截面，可以將起型繃帶交叉鋪設(shè)，防止繃帶滑脫。要求所有繃帶緊貼模型外壁，通過30mm～50mm 木螺絲固定，木螺絲間距每隔200mm～250mm 一個(gè)，起型繃帶兩頭與起型裝置把合，增加起模強(qiáng)度，使消失模能夠整體起模?？噹нx擇厚度1mm～2mm 的打包帶，打包帶彈力要小，一般受力1t 時(shí)拉伸長度不超過10mm 即可使用，繃帶寬度不能過窄，以免受力時(shí)將消失模拉變形，繃帶寬度控制30mm～50mm 即可。

3 起模操作

開箱起模需要天車起吊取模，必須分段取模，每段模型使用四個(gè)吊點(diǎn)起吊，并制作調(diào)平撐桿在吊具上支撐，使起吊夾角變?yōu)榇怪逼鸬?。由于模型結(jié)構(gòu)為空心薄壁，直接起模模型必然會向內(nèi)收縮，導(dǎo)致模型拉裂或變形，在起模前將支持胎放入消失模模型里，防止起模時(shí)模型向內(nèi)收縮變形，分段起模受力均衡降低取模難度減少損壞。

4 結(jié)論

（1）消失模模型增加起型裝置，設(shè)計(jì)起型臺增加起型部位厚度，提高消失模起型強(qiáng)度，使消失模模型可以起模。

（2）薄壁空心結(jié)構(gòu)的消失模模具增加起型繃帶，使消失模模型整體起模，防止起模損壞，實(shí)現(xiàn)消失模模型可多次使用。

（3）起模操作將消失模支頂胎放入模型，并使用調(diào)平撐桿，使吊點(diǎn)受力夾角變?yōu)榇怪逼鸬?，解決空心模型起模時(shí)向內(nèi)收縮或變形，降低模型起模損壞率。

（4）降低模型損壞，減少模型維護(hù)量，降低模具成型成本，提高生產(chǎn)效率。

5 總結(jié)

薄壁類鑄件鑄造用消失模的起模方法，通過在不同結(jié)構(gòu)消失模模型上設(shè)計(jì)起型裝置，在薄壁部位增加起型繃帶，使消失模模型能夠從砂型里取出，并減少起模損壞使消失模模型能夠多次使用，降低模具制作成本及維護(hù)量。相比消失模負(fù)壓造型，模具制作成本控制更經(jīng)濟(jì)實(shí)用，同時(shí)降低消失模在澆注時(shí)高溫分解產(chǎn)生大量的煙氣污染環(huán)境。