蒸汽轮机瓦口铸件铸造工艺研究

2018-11-01徐鹏波

铸造设备与工艺 2018年4期

徐鹏波

（共享铸钢有限公司，宁夏银川 750021）

蒸汽轮机瓦口铸件外部形状简单，但其内部均分布有形状及数量不一的油槽，每个油槽正对一个油孔，尺寸较小且分布密集。传统的铸造方法为单件造型，每个油槽单独制作一个砂芯。由于砂芯分布密集，浇注时油孔部位热节较大，极易粘砂。且由于每个单砂芯单独定位，浇注时在钢液冲刷下较易产生偏移，单件造型成本超支。本次工艺设计，旨在寻求一种能够缩短生产周期、降低生产成本、操作简便、尺寸易于控制、且降低铸件粘砂风险的成型方法。

1 现有方案分析

1.1 铸件几何尺寸及技术要求

如图1所示的蒸汽轮机瓦口铸件，铸件尺寸为625 mm×460 mm×1 025 mm，平均壁厚45 mm，铸件瓦口面有三个油槽，宽度40 mm，长度300 mm，最大深度200mm，与油槽对应的正下方位置分别各有一个油孔，其中中间油孔直径为66mm，深度100mm，极其容易粘砂。

图1 蒸汽轮机瓦口铸件示意图

铸件内腔被筋板分成三个独立型腔，每个型腔对应一个油槽和油孔，其中两侧型腔互为镜像关系，铸件剖视图如图2所示。

图2 铸件剖视图

1.2 工艺方案分析

现有技术中，该铸件的铸造工艺方法是在瓦口面设置明冒口进行补缩，，通过计算竖直截面的模数分布情况，确定冒口及冒口颈规格，通过三维建模显示，如图3所示。

图3 常规的铸造工艺方法

铸件内腔的三个独立型腔分别通过制作三个芯盒造型出砂芯1、砂芯2、砂芯3，砂芯结构如图4所示。

图4 常规的砂芯结构示意图

该工艺存在以下问题：

1）由于明冒口补缩，瓦口面往往过热，热量不能及时散发，导致油槽粘砂；

2）铸件内腔的三个型腔依据其形状尺寸分别独立制作芯盒，造型出砂芯，每个砂芯只有一个芯头，导致砂芯定位尺寸无法控制，浇注过程中极易偏移。实际生产中，铸件的油孔也容易粘砂；

3）单件造型成本过高。

2 改进工艺方案

新工艺旨在通过改进铸件砂芯结构和浇注工艺，克服现有技术的不足，防止铸件粘砂，保证铸件尺寸满足技术要求且实现成本降低的目的。

2.1 铸件补缩工艺设计

为了减小冒口对瓦口面油槽的热影响，防止油槽粘砂，取消瓦口面顶冒口设计，改为侧冒口。由于铸件吨位较小，通过在2个铸件侧面增加一字型补贴，和侧冒口连接两个铸件进行补缩，使铸件出品率从原来40%提高到60%，并方便冒口切割，如图5所示。

图5 本发明瓦口补缩工艺方案

2.2 砂芯设计

将铸件两侧砂芯及中间砂芯（芯子包括芯子主体部分+芯头部分），通过半圆形芯头连接起来做成一个整芯，将中间油孔直接铸死，变成盲孔，后序加工成型，盲孔里放入直径为φ50 mm的圆钢棒，钢棒一端与型腔连接，另一端与两侧油孔芯头相水平，钢棒起到充当内冷铁对盲孔激冷又对芯头定位的作用，在一个整芯有油孔下面三个芯头，油槽上一个芯头，总共四个芯头，实现四点定位，使整芯尺寸定位准确、稳定，操作更为简便，下芯效率提高了3倍，如图6所示。

图6 芯子设计方案示意图

2.3 芯骨设计

芯骨设计方案如图7所示。

圆钢1直径φ40 mm，用来稳固两侧芯子主体，每侧芯子主体上用两根圆钢1，总共4根，圆钢2直径φ30 mm，用来稳固中间芯子主体，总共3根，圆钢1与圆钢2同时还做为隔砂冷铁，对油槽进行激冷，降低油槽处型砂的热量，防止油槽粘砂，圆钢4与圆钢5直径φ50mm，用来稳固两侧圆芯头，圆钢4通过圆钢5与圆钢1进行连接，圆钢6直径φ50mm，用来充当中间砂芯芯头，并对盲孔进行激冷，防止缩松产生，圆钢6通过圆钢3与圆钢2进行连接，圆钢7直径φ40 mm，为梯形结构，对半圆芯头起稳固作用，同时与圆钢1、圆钢2进行连接，将整个芯骨连接成一个整体。