本发明涉及铸造技术领域，特别涉及一种水轮机叶片的砂型造型方法。
背景技术：
随着水轮机向高效率、大型化方向发展，我国相继开发和建设一些大、中型水电站。在全球铸造市场经济形势不好、竞争激烈，铸件利润空间日益被压缩的的环境下，顾客对要求的交付周期越来越短。这就要求铸造厂在降低生产成本的同时，提升铸件质量，减少尺寸、质量问题导致的返工处理时间，缩短铸件生产周期。
大型水轮机叶片型线复杂、高低差大，砂型铸造通常采用组芯造型的方法，以叶片正、负压面为准制作两个芯盒。生产流程为“制芯——组芯——立芯——造型”，具体的讲：首先制作正、负面的砂芯，然后将两个砂芯组合到一起，同时使用通长螺栓进行把合，再立芯，最后放置砂箱铺设浇注系统，并流砂造型。此方法针对轮廓尺寸超过1500×1500×800mm，铸件重量超过5t的水轮机叶片的造型存在如下不足：首先，要针对叶片正、负压面制作芯盒，由于芯盒尺寸及结构难度大，制作费用较高；其次，组芯造型法用砂量大，铸件压箱降温时间长；再次，组芯过程复杂，精度难以控制，浇注后砂芯之间易产生披缝，铸件尺寸偏差大。另外，上述现有技术的造型方法生产流程复杂，生产周期长。
技术实现要素：
有鉴于此，有必要提供一种降低用砂量及生产成本和缩短造型生产周期的水轮机叶片的砂型造型方法。
一种水轮机叶片的砂型造型方法，包括如下步骤：
模型制作：制作与水轮机叶片相对应的叶片实体模型，以在造型时利用叶片实体模型形成叶片铸件的轮廓面；按照水轮机叶片的轮廓线，制作框架胎板，以利用框架胎板支撑和定位叶片实体模型；根据框架胎板的形状，在框架胎板四周制作随形芯头，以利用随形芯头形成砂型的芯头；根据随形芯头的形状，制作相同形状、厚度为1~1.5mm的间隙板，且间隙板与随形芯头侧面及上端面的形状相对应，以通过间隙板给相互配合的砂型之间形成一定的间隙，进而保证合箱的顺利；
利用模型造型：将框架胎板和随形芯头放置在造型平台上，在框架胎板与叶片实体模型所接触的区域安装定位销，以通过定位销定位放置的叶片实体模型；放置第一砂箱后，铺设浇注系统并进行第一砂箱的流砂造型；待第一砂箱的第一砂型硬化后，翻转第一砂箱以使框架胎板、随形芯头、叶片实体模型、砂型的外露面位于造型平台上方，去掉框架胎板和随形芯头，并在第一砂型上与随形芯头相对应的间隙上设置间隙板；在第一砂型上与框架胎板相对应的间隙中设置芯骨及在第一砂型的外露面上刷涂隔离粉后，再在第一砂型上进行流砂造型，以获得第二砂型；待第二砂型硬化后，取走第二砂型及第一砂型上的间隙板和叶片实体模型形。
合箱及立箱：对第一砂型及第二砂型进行刷涂料，以防止铸件表面粘砂，待合格后合箱操作及立箱。
通过使用本发明的造型方法，达到了以下效果：
1．叶片造型生产前只需以叶片的负压面为分型面制作实样叶片模型和起支撑作用的框架式胎板，木料的使用量减少，同时模具制作难度显著降低。模具制作费用与制作芯盒的方案相对比降低了25%左右。
2．叶片造型生产时砂箱体积较组芯造型时减小很多，同时浇注系统造型时一同铺设，不需额外增大砂箱，用砂量减少明显，同时造型时还可以添加添砂块等，可进一步减少用砂量；叶片铸件用砂量较采用常规方法造型时的用砂量下降45%；同时，有效缩短了铸件压箱时间，缩短铸件生产周期。实际生产中，压箱周期平均减少6天。
3．有效控制叶片铸件的尺寸质量，经现场测算，存在的尺寸超差类问题，较常规造型方法减少了28%左右，处理周期下降了20%左右。
具体实施方式
本发明提供一种水轮机叶片的砂型造型方法，通过制作与水轮机叶片相对应的叶片实体模型，然后将叶片实体模型放置在砂箱内进行流沙造型，最后将叶片实体模型取出后，叶片实体模型在砂型中留下的间隙作为浇铸水轮机叶片的砂型腔体。该水轮机叶片的砂型造型方法，包括如下步骤：
步骤S300，模型制作：制作与水轮机叶片相对应的叶片实体模型，以在造型时利用叶片实体模型形成叶片铸件的轮廓面；按照水轮机叶片的轮廓线，制作框架胎板，以利用框架胎板支撑和定位叶片实体模型；根据框架胎板的形状，在框架胎板四周制作随形芯头，以利用随形芯头形成砂型的芯头，其中，要保证随形芯头平整，并减少弧面，同时要有足够的斜度，保证开箱起型的顺利；根据随形芯头的形状，制作相同形状、厚度为1~1.5mm的间隙板，且间隙板与随形芯头侧面及上端面的形状相对应，以通过间隙板给相互配合的砂型之间形成一定的间隙，进而保证合箱的顺利。
步骤S301，利用模型造型：将框架胎板和随形芯头放置在造型平台上，在框架胎板与叶片实体模型所接触的区域安装定位销，以通过定位销定位放置的叶片实体模型；放置第一砂箱后，铺设浇注系统并进行第一砂箱的流砂造型；待第一砂箱的第一砂型硬化后，翻转第一砂箱以使框架胎板、随形芯头、叶片实体模型、砂型的外露面位于造型平台上方，去掉框架胎板和随形芯头，并在第一砂型上与随形芯头相对应的间隙上设置间隙板；在第一砂型上与框架胎板相对应的间隙中设置芯骨及在第一砂型的外露面上刷涂隔离粉后，再在第一砂型上进行流砂造型，以获得第二砂型；待第二砂型硬化后，取走第二砂型及第一砂型上的间隙板和叶片实体模型形。
步骤S302，合箱及立箱：对第一砂型及第二砂型进行刷涂料，防止铸件表面粘砂，待合格后合箱操作及立箱。步骤S302具体为：在第一砂型、第二砂型上刷涂料；将第二砂型放置在第一砂型上后，在第二砂型的背面流一层厚度为40~60mm的树脂砂，保证第二砂型的背面与砂箱上端面平齐，同时能与底板紧密接触，然后，在刮平整后的树脂砂上放置底板，底板必须覆盖第二砂型的背面，底板的长、宽度保证与砂箱的外轮廓长、宽度接近或相等，再使用“U”型卡将底板与砂箱连接起来，最后立箱。在本发明中，所提到的第一砂箱，根据实际的生产中的需要，第一砂箱可以为下箱或者上箱。
通过使用本发明的造型方法，达到了以下效果：
1．叶片造型生产前只需以叶片的负压面为分型面制作实样叶片模型和起支撑作用的框架式胎板，木料的使用量减少，同时模具制作难度显著降低。模具制作费用与制作芯盒的方案相对比降低了25%左右。
2．叶片造型生产时砂箱体积较组芯造型时减小很多，同时浇注系统造型时一同铺设，不需额外增大砂箱，用砂量减少明显，同时造型时还可以添加添砂块等，可进一步减少用砂量；叶片铸件用砂量较采用常规方法造型时的用砂量下降45%；同时，有效缩短了铸件压箱时间，缩短铸件生产周期。实际生产中，压箱周期平均减少6天。
3．有效控制叶片铸件的尺寸质量，经现场测算，存在的尺寸超差类问题，较常规造型方法减少了28%左右，处理周期下降了20%左右。