水輪機(jī)上冠下環(huán)鑄件同步造型方法研究

馬 瑞，徐鵬波

(共享鑄鋼有限公司，寧夏銀川750021）

0 前言

混流式水輪機(jī)是當(dāng)今應(yīng)用最普遍的水輪機(jī)機(jī)型，具有尺寸小、維護(hù)方便、效率高等特點(diǎn)[1]。轉(zhuǎn)輪制造方式將轉(zhuǎn)輪的上冠、下環(huán)、葉片作為一個(gè)整體進(jìn)行鑄造、加工成型。這種鑄造成本包括樹脂砂使用量、金屬材料（金屬方管、冷鐵、加強(qiáng)筋）、砂箱場地以及大量的原輔材料，原材料消耗極多；且鑄造整體出品率（鑄件凈重/鑄件澆注重量）在30%～50%，冶煉出的鋼水得到有效利用，人力資源調(diào)配和生產(chǎn)周期周轉(zhuǎn)壓力將增大。因此，研制新型水輪機(jī)造型方法已迫在眉睫。本文研究水輪機(jī)上冠下環(huán)鑄件同步造型方法，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、能有效提高鋼液出品率的鑄造工藝方法。

1 現(xiàn)有方案介紹及分析

1.1 現(xiàn)有鑄件生產(chǎn)技術(shù)要求及存在問題

如圖1 所示的上冠鑄件，上冠單獨(dú)進(jìn)行鑄造生產(chǎn)時(shí)，其鑄件輪廓尺寸約?3000mm×1250mm，需配備相應(yīng)匹配高度的砂箱，準(zhǔn)備各口徑澆注瓷管十余米，金屬方管1t 以上，以及若干樹脂砂。下環(huán)鑄件單獨(dú)造型時(shí)，鑄件如圖2 所示，輪廓尺寸約?3400mm×650mm，所有輔助材料比上冠更高，且兩種鑄造工藝均需單獨(dú)制作芯盒。

圖1 上冠鑄件圖

圖2 下環(huán)鑄件圖

現(xiàn)有的鑄造工藝方案存在以下問題：

（1）同一水輪機(jī)組件交期相同，并行鑄造占用生產(chǎn)資源過多，串行生產(chǎn)又拖慢生產(chǎn)周期，降低企業(yè)生競爭力。

（2）單獨(dú)生產(chǎn)所需輔材及原材料消耗量大，成本超支嚴(yán)重。

（3）單件造型鋼液出品率過低，而煉鋼成本往往在鑄造成本占主導(dǎo)地位。

2 新型工藝方案實(shí)施

2.1 方案設(shè)計(jì)思想

旨在研究一種水電產(chǎn)品上冠、下環(huán)鑄件的同步造型方法，目的在于降低同類鑄件鑄造成本，縮短造型周期，提高鑄件出品率，即鋼液利用率，進(jìn)一步提高同類鑄件利潤率。

2.2 鑄件補(bǔ)縮工藝設(shè)計(jì)

2.2.1 新型造型澆注方法

同一水輪機(jī)類鑄件上冠和下環(huán)屬于一套設(shè)備的配套鑄件，一般輪廓均為回轉(zhuǎn)體類鑄件，上冠輪廓尺寸略小于下環(huán)。新型澆注工藝如圖3 所示，將上冠置于下環(huán)內(nèi)部，兩件鑄件同步澆注，使用同一冒口分別補(bǔ)縮上冠和下環(huán)鑄件，規(guī)格數(shù)量由鑄件模數(shù)計(jì)算確定。鑄件澆注時(shí)，鋼液由共用直澆道分別進(jìn)入上冠和下環(huán)鑄件型腔，達(dá)到兩件鑄件同步澆注的目的[2]。

圖3 上冠下環(huán)鑄造鑄件圖

2.2.2 砂芯設(shè)計(jì)

依據(jù)鑄件內(nèi)部工藝信息分別設(shè)計(jì)1 號芯盒（如圖4 所示），內(nèi)部按澆注工藝設(shè)計(jì)的放置補(bǔ)貼、吊把、活料等工藝信息，流砂制作1 號砂芯（如圖5 所示），共制作8 件，每次流砂時(shí)芯盒結(jié)構(gòu)主體不變，根據(jù)鑄造工藝要求更換工藝信息[3]。

圖4 1 號芯盒

圖5 1 號砂芯

依據(jù)鑄件內(nèi)部工藝信息分別設(shè)計(jì)2 號芯盒（如圖6 所示），內(nèi)部按澆注工藝設(shè)計(jì)放置試塊、澆口定位臺、冷鐵等工藝信息，流砂制作2 號砂芯（如圖7 所示），共制作4 件，每次流砂芯盒結(jié)構(gòu)主體不變，根據(jù)鑄造工藝要求更換工藝信息。

圖6 2 號芯盒

圖7 2 號砂芯

依據(jù)鑄件內(nèi)部工藝信息分別設(shè)計(jì)3 號芯盒（如圖8 所示），內(nèi)部按澆注工藝設(shè)計(jì)放置工藝信息，流砂制作3 號砂芯（如圖9 所示），共制作1件。

圖8 3 號芯盒

圖9 3 號砂芯

依據(jù)鑄件內(nèi)部工藝信息分別設(shè)計(jì)4 號芯盒（如圖10 所示），內(nèi)部按澆注工藝設(shè)計(jì)的上冠冒口、上冠下環(huán)共用冒口、冷鐵等工藝信息，流砂制作4 號砂芯（如圖11 所示），共制作1 件。

圖10 4 號芯盒

圖11 4 號砂芯

2.3 方案現(xiàn)場實(shí)施

以上述上冠下環(huán)鑄件為例，如圖12 所示，放置下箱砂箱，在下箱砂箱按設(shè)計(jì)位置尺寸，放置下箱砂箱和下箱活料，鋪設(shè)直澆道，流砂，下箱造型。

圖12 下箱造型圖

翻箱180°（如圖13 所示），取出下箱活料，放置上箱砂箱，按照下箱活料形成的定位凹槽放置1 號砂芯，用于澆注時(shí)成型下環(huán)鑄件外表面，放置3 號砂芯，用于澆注時(shí)成型上冠鑄件內(nèi)表面。

圖13 上箱造型圖

如圖14 所示，按照下箱活料形成的定位凹槽放置2 號砂芯，用澆注時(shí)于成型下環(huán)鑄件內(nèi)表面和上冠鑄件外表面，注意澆口位置對接。

圖14 上箱造型圖

如圖15 所示，依據(jù)設(shè)計(jì)尺寸放置4 號砂芯，按照設(shè)計(jì)冒口高度在冒口部位鋪設(shè)保溫磚，鋪設(shè)上箱直澆道，流砂，上箱造型完畢。

圖15 上箱造型圖

3 結(jié)論

水輪機(jī)上冠、下環(huán)同步造型方法相比傳統(tǒng)單獨(dú)造型方法，具有以下優(yōu)勢：

（1）節(jié)約成本：單獨(dú)造型過程合并為同時(shí)造型，一次性原輔材料如瓷管、金屬材料、樹脂砂等節(jié)約近50%，且模具只需制作4 個(gè)芯盒及部分活料即可，無需制作實(shí)體模具。

（2）縮短生產(chǎn)周期：上冠鑄件和下環(huán)鑄件同步造型可壓縮生產(chǎn)周期50%。

（3) 提高鋼液出品率，頂部共用冒口同時(shí)補(bǔ)縮兩個(gè)鑄件鋼液，鋼液利用率大于單件造型。