一种水轮机叶片铸钢件的砂芯结构的制作方法

本发明涉及铸造技术领域内一种铸钢件的砂型铸造工艺，特别涉及一种水轮机叶片铸钢件的砂芯结构。

背景技术：

水轮机叶片是水轮机机组中关键零部件，具有曲率变化大、壁薄、翘度大等特点。传统的铸造方案一般为实样造型（也称为平撞立浇造型法）如图1所示，或组芯造型（也称为立撞立浇造型法）方案，如图2所示。

其中平撞立浇方案如图1所示，包括砂型a和砂芯b，分别造型后合箱组装，存在的缺陷为：

1）需要加工实样模样及支撑胎板；

2）在组完砂芯之后需要将组装有砂型/芯的砂箱翻立，操作难度大；

3)生产效率较低，砂铁比（型砂与铸件重量的比值）大。

立撞立浇造型法如图2所示，型腔由带有叶片两个面的两个砂芯组芯而成，组芯后再埋箱造型，存在的缺陷为：

1）每个产品都要分型制作两个砂芯，组芯后埋箱，模型费用高，埋砂量大；

2）由于此类产品芯盒设计的局限性，造型过程中需要翻芯；

3）生产效率低，砂铁比大。

技术实现要素：

本发明针对现有技术中水轮机叶片砂型的造型工艺的不足，提供一种砂铁比小，生产效率高的水轮机叶片铸钢件的砂芯结构，以优化造型结构，降低造型成本。

本发明的目的是这样实现的，一种水轮机叶片铸钢件的砂芯结构，包括若干依次拼装组合的砂芯，各相邻砂芯合型后形成一个铸件型腔，各砂芯依次拼装组合后分别形成多个铸件的型腔，各相邻砂芯型腔轮廓的周部设有配合拼装的芯头，所述芯头上设有定位结构，各砂芯共用一套浇注系统，砂芯的顶部分别设有冒口补缩结构。

本发明的水轮机叶片的砂芯结构，利用水轮机叶片平面尺寸大，厚度薄的特点，采用一个组合砂芯结构，形成多个铸件型腔，一次埋箱造型和一次浇注成型多个铸件，大大减小砂铁比，减小单个砂芯的厚度，提高整体铸造工艺效率。

作为本发明的砂芯结构的一种优选方案，各砂芯沿直线方向依次拼装，形成一个直线阵列排布的砂型结构，除位于首、尾位置的砂芯，中间位置的各砂芯的两侧分别形成铸件叶片的正面轮廓和反面轮廓，所述正面轮廓和反面轮廓的周部对应形成叶片对应的外周部的轮廓，首、尾位置的砂芯的轮廓分别与配合的相邻砂芯形成一个完整的铸件腔型。本结构的直线阵列排布的造型方案，通过依次配合拼装的n+1个砂芯，可以形成n个铸件的型腔，一次埋箱浇注完成。

作为本发明的砂芯结构的另一种优方案，各砂芯沿圆周方向依次拼装，形成一个圆形阵列排布的砂型结构，每个砂芯的两侧分别形成铸件叶片的正面轮廓和反正轮廓，所述正面轮廓和反面轮廓的周部对应形成叶片对应的外周部的轮廓。本结构的圆形旋转阵列的砂芯结构，通过n个有正反两面的砂芯拼装而成的组合砂芯结构，可以形成n个铸件型腔，各砂芯的正反面形状配合组装后一次埋箱浇注完成。

作为上述砂芯结构中定位结构的优选方案，各相邻砂芯的定位结构包括相邻砂芯的芯头部位对应设置的若干凸块和凹坑。

作为本发明的浇注系统的改进，所述浇注系统采用底注式浇注系统，包括直浇道、分别延伸入各铸件型腔对应的砂芯底部的横浇道，每个横浇道分别分支设有若干与对应的型腔连接的内浇道。

作为本发明的补缩系统的改进，各腔型外周对应的砂芯部位分别设有冷铁，各型腔对应的砂芯顶部分别设有补贴和冒口。

附图说明

图1为现有技术中平撞立浇造型水轮机叶片的示意图。

图2为现有技术中立撞立浇造型水轮机叶片的示意图。

图3为本发明的采用直线阵列方式组芯的水轮机叶片铸钢件的铸造工艺图。

图4为直线式阵列方式组芯后的砂芯结构示意图。

图5为图4的剖视图。

图6为单个砂芯正面的示意图。

图7为单个砂芯反面的示意图。

图8本发明的采用圆周旋转阵列方式组芯的水轮机叶片铸钢件的砂芯结构的示意图。

其中，1铸件；2冒口；3补贴；4冷铁；5横浇道；6内浇道；7直浇道；8砂芯；9芯头；10正面轮廓；11凸块；12凹坑；13反面轮廓。

具体实施方式

实施例1

如图3—图7所示，为本发明的水轮机叶片铸钢件的砂芯结构的一种实施方式，包括若干依次沿直线方向依次拼装组合的砂芯8，如图4和图5所示，各相邻砂芯8合型后形成一个铸件型腔，各砂芯8依次拼装组合后分别形成多个铸件的型腔，各相邻砂芯8型腔轮廓的周部设有配合拼装的芯头9，芯头9上设有定位结构，各砂芯共用一套浇注系统，砂芯8的顶部分别设有冒口补缩结构。

本实施例的直线阵列排布的砂型结构，除位于首、尾位置的砂芯，中间位置的各砂芯8的两侧分别形成铸件叶片的正面轮廓10和反面轮廓13，如图6和图7所示，正面轮廓10和反面轮廓13的周部对应形成叶片对应的外周部的轮廓，首、尾位置的砂芯的轮廓分别与配合的相邻砂芯形成一个完整的铸件腔型。本实施例上述直线阵列排布的造型方案，通过依次配合拼装的n+1个砂芯，可以形成n个铸件的型腔，一次埋箱浇注完成。

如图6和图7所示，各相邻的砂芯8的定位结构包括相邻砂芯的芯头部位对应设置的若干凸块11和凹坑12。组芯时，各相邻砂芯的芯头配合部位的凸块与凹坑凸凹配合，形成稳定的组芯配合结构，全部组芯配合好后通过若干贯穿各芯头的长拉杆整体固定。

本实施例的铸造工艺如图3所示，其浇注系统采用底注式浇注系统，包括直浇道7、分别延伸入各铸件1的型腔对应的砂芯底部的横浇道5，每个横浇道5分别分支设有若干与对应的型腔连接的内浇道6。本实施例的各腔型外周对应的砂芯的相关部位分别设有若干冷铁4，各型腔对应的砂芯顶部分别设有补贴3和冒口2。

本实施例的水轮机叶片的砂芯结构，利用水轮机叶片平面尺寸大，厚度薄的特点，采用一个组合砂芯结构，形成多个铸件型腔，一次埋箱造型和一次浇注成型多个铸件，减少单个砂芯的厚度，砂铁比单独的立撞立浇造型方案减小40%—60%，提高整体铸造工艺效率，降低生产成本。

实施例2

如图8所示为本实施例的采用圆周旋转阵列方式组芯的水轮机叶片铸钢件的砂芯结构，与实施例不同之处在于，本实施例的各砂芯沿圆周方向依次拼装，形成一个圆形阵列排布的砂型结构，每个砂芯8的两侧也分别形成铸件叶片的正面轮廓和反正轮廓，正面轮廓和反面轮廓的周部对应形成叶片对应的外周部的轮廓。砂芯与砂芯之间的头芯配合及定位结构与上实施例1相同，浇注系统和冒口补缩系统的设置方式也与实施例1相似。本结构的圆形旋转阵列的砂芯结构，通过n个有正反两面的砂芯拼装而成的组合砂芯结构，可以形成n个铸件型腔，各砂芯的正反面形状配合组装后一次埋箱浇注完成。

技术特征：

技术总结
本发明涉及铸造技术领域内一种水轮机叶片铸钢件的砂芯结构，包括若干依次拼装组合的砂芯，各相邻砂芯合型后形成一个铸件型腔，各砂芯依次拼装组合后分别形成多个铸件的型腔，各相邻砂芯型腔轮廓的周部设有配合拼装的芯头，所述芯头上设有定位结构，各砂芯共用一套浇注系统，砂芯的顶部分别设有冒口补缩结构。本发明的水轮机叶片的砂芯结构，利用水轮机叶片平面尺寸大，厚度薄的特点，采用一个组合砂芯结构，形成多个铸件型腔，一次埋箱造型和一次浇注成型多个铸件，大大减小砂铁比，减小单个砂芯的厚度，提高整体铸造工艺效率。

技术研发人员：苏志东;唐钟雪
受保护的技术使用者：共享铸钢有限公司
技术研发日：2017.06.26
技术公布日：2017.09.08