[发明专利]大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法。

背景技术

叶片是水轮机发电设备的主要部件之一，对于几十万千瓦级的水轮机，其叶片轮廓达数米范围，重量在几吨到十几吨不等，采用不锈钢材质，对产品质量要求很高。大型水轮机叶片为三维扭曲变断面结构产品，采用传统铸造造型工艺有以下不足：传统造型需要制作叶片木模，而模具费用高达数十万元，制模周期在一个月以上，往往耗费大量资金和延长铸造生产周期。再者传统手工造型精度不高，定位不易控制，组芯间隙大以及变形等问题而最终影响了铸件尺寸。另外传统造型砂芯尺寸大、重量大，不但人工劳动强度大，还经常需动用大型的翻箱、吊运设备等，对车间设备要求较高。

发明内容

本发明的目的是提供一种能显著降低铸造成本，缩短生产周期，提高造型精度并且降低劳动强度，减少对大型设备依赖的大型叶片3D打印砂芯造型方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法，其特征在于，包括如下步骤：

1：将大型水轮机叶片的砂型型腔分割成若干部分的砂芯单元，对应于各所述砂型单元，用制图软件设计出各块砂芯单元的三维模型；

2：将各所述砂芯单元的模型文件导入到3D打印机中，并在打印工作箱中根据模型文件打印成砂芯；

3：对各所述砂芯的钢水接触面进行刷涂料处理；

4：在砂箱或地坑内打底，做出与砂芯定位连接的打底平台；

5：在做好的打底平台上组合第一层砂芯，而后在组合好的该层砂芯外围填覆背砂和铺设直浇道；

6：重复前述步骤5，逐层组芯和填覆背砂，直至所有砂芯组合完成。

所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法中，步骤1中，所述各块砂芯单元的设计采用带加强筋的框架结构，所述框架壁上有定位孔。

所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法中，各块砂芯单元的壁厚为50-100mm。

所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法中，步骤2中，打印材料为铬铁矿砂，打印精度为0.3mm。

所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法中，每块砂芯的重量为100-200公斤。

所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法中，步骤3中，各所述砂芯的内壁为钢水接触面。

所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法中，步骤5与步骤6中，在组芯时，砂芯之间的接触面上涂抹粘接剂，并采用螺栓或钢棒穿过相邻砂芯的壁板上的定位孔，通过预紧或点焊方法对砂芯进行定位固定。

所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法中，各层砂芯组合完成后，在外围填覆背砂并进行直浇道的铺砌操作，最后使背砂填覆高度与该层砂芯等高。

所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法中，所述填覆背砂是常规自硬树脂砂或钢丸。

所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法中：

步骤4中，在所述打底平台内铺设有底反式浇注系统；

步骤5与步骤6中，在组合后的砂芯的高度方向装砌出直浇道。

与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：本发明改变了传统的叶片造型工艺方法限制，可有效降本增效，提高产品质量，同时降低劳动强度，绿色环保，尤其适合多品种、小批量的大型叶片铸造生产，具有很好的应用前景。

附图说明

图1为本发明砂芯组芯造型立体图；

图2为叶片轮廓示意图。

附图标记说明：1-打底平台；2-砂芯；3-螺栓或钢棒。

具体实施方式

本发明提供一种大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法，结合图1所示，包括如下步骤：

1：根据叶片铸造工艺，将大型水轮机叶片的砂型型腔分割成若干部分的砂芯单元，对应于各部分的砂芯单元，用制图软件设计出各块砂芯单元的三维模型。所述各块砂芯单元的设计采用带加强筋的框架结构，所述框架壁上有定位孔，所述各块砂芯单元的壁厚根据生产需要一般厚度在50-100mm。

2：将各所述砂芯单元的模型文件导入到3D砂芯打印机中，并在打印工作箱中将所述砂芯单元打印成型为砂芯2。打印材料为铬铁矿砂，打印精度为0.3mm，每块砂芯2的重量为100-200公斤为宜。

3：各所述砂芯2的内壁为钢水接触面，对各所述钢水接触面进行刷涂料等处理，备用。

4：在砂箱或地坑内打底，铺设底反式浇注系统，做出与砂芯2定位连接的打底平台1。