抽水蓄能导叶铸造工艺设计

抽水蓄能导叶铸造工艺设计

与混合泵主导叶片相比，泵的结构独特，叶片短而薄，轴短而大，所有铸造材料都应进行损伤试验。ut采用astr609h，mt采用cch70-3h。我公司以往生产的抽水蓄能导叶(例如:白莲河机组等),均采用暗冒口或瓣体水平浇注等工艺方法来保证内部质量,效果不稳定,常出现缩松或轴偏等质量缺陷。为确保铸件的质量,我们进行了铸造工艺攻关。一、瓣体最大厚度该导叶材质为ZG06Cr13Ni4Mo,总高为2840mm,其中瓣体高度为732.6mm,长短轴直径为330mm,瓣体最大厚度为166mm。由于抽水蓄能导叶瓣体的厚度和长度较小,在结构上不利于补缩,特别易在短轴与瓣体相交处产生超标的缩松、缩孔缺陷。传统工艺无法稳定地保证铸件尺寸和内部质量。瓣体厚度相对较薄,型腔内的浮砂、砂型在高温钢液的作用下产生的气体,以及浇注过程卷入钢液中的气体,很难顺利地上升到冒口,而在铸件内部或表面形成砂眼、气孔、夹渣等缺陷。二、工艺准备1.砂型设计及定位在工艺设计中,模样制作结构和造型方法的选择直接影响铸件的质量。为获得尺寸准确、同一性和质量完好的砂型,模样结构采用实样+底板的造型方式(对开箱),利用定位销保证合箱尺寸的准确性;由于木模强度低、易吸潮变形和损坏,为提高模样的强度,降低表面粗糙度,木模模样制作时需在其表面贴一定厚度的玻璃钢。2.凝固时间的优化设计铸件在液态、凝固态和固态的冷却过程中会发生体积减小现象,称为收缩。由于合金的液态收缩和凝固收缩,如果铸件中最后凝固的部位得不到来自其他部位足够的钢液补充,就会出现缩孔缺陷,而铸件的凝固时间取决于其体积与传热表面积的比值,工程上称为凝固系数(模数)。响水涧抽水蓄能导叶整体结构是两侧厚、中间薄,长短轴的凝固时间大大长于瓣体的凝固时间,先凝固的瓣体阻断了长短轴之间的补缩通道,如果不在工艺上采取特殊的手段,必然在轴与瓣体的相贯处,也是导叶工作中承受最大应力处产生严重的缩孔缺陷。我们先利用计算机对产品进行实体造型,之后在计算机中对未采取任何工艺措施的铸造方法进行试生产,得到的结果与理论完全吻合(见图1)。为消除这一缺陷,以往的生产大多是采取在短轴上增加一个暗冒口或水平浇注两种方案。(1)增加暗冒口由于暗冒口(见图2)的补缩效率受其顶部大气压力的影响很大,补缩效果不稳定,不能保证所有铸件内部的致密度。(2)水平浇注虽然可以保证铸件内部的质量,但由于冒口和铸件在凝固过程中冷却速度不一致,常发生挠曲变形(见图3)。结合以往的经验,攻关小组一致认为,只有人为在长短轴之间增设足够的补缩通道,并在短轴端放置外冷铁,才能实现铸件整体的顺序凝固,消除铸件内部的缩孔缺陷,最终获得组织致密的产品。经过多次计算和计算机模拟,最终确定了冒口、本体补贴工艺及外冷铁工艺设计(见图4)。3.面砂和检砂的选择足够的砂型强度和耐火度是避免产生砂眼、气孔缺陷的主要手段,因此采用了强度和耐火度符合要求的有机酯铬铁矿砂作面砂,石英砂作背砂的型砂工艺。4.阶梯浇注系统浇注系统是砂型中引导液态金属进入型腔的通道,其设计与铸件质量有密切的关系。根据所确定的工艺方法,我们采用开放式阶梯浇注系统。这种浇注系统既能保证钢液平稳充型、排气,又能实现自下而上直至冒口的顺序凝固,使冒口充分补缩铸件,保证铸件组织致密。5.凝固过程的优化通过计算机数值模拟技术实现虚拟浇注,研究从浇注到凝固过程中,铸件内部温度场和流场的变化,判断缺陷产生的可能性,以及缺陷性质和大小等,进而对工艺进行优化。6.引桥件的砂眼缺陷清除严格控制造型和合箱过程,保证砂型的强度,减少或杜绝型腔内的浮砂,减少铸件的砂眼缺陷。合箱后抽除型腔和浇道内的浮砂,导叶瓣体厚端预留集渣槽,厚薄端各留ue78820mm出气孔通到铸件轴径。由于砂箱的吃砂量较小,而铸件本身压头高,因此合箱后必须用型砂封箱。7.精细混凝土浇筑利用25tLF+VOD精练炉,采用双脱硫操作技术,两次真空脱气操作工艺,以及炉后喂丝深脱氧等方法,获得了纯净的精练钢液。采用单包单注口浇注,一浇到底。浇注温度控制在1555～1565℃。三、外冷铁工艺措施进行的工艺改进采用上述工艺措施现已成功地浇注了80件导叶,化学成分、力学性能、探伤结果均满足设计要求。(1)在导叶长轴采用阶梯形处理,不仅可满足质量要求,同时大大减小了铸件和冒口尺寸,降低了生产成本。(2)采用瓣体补贴和外冷铁工艺措施,在铸件内部形成一定的温度梯度,