[发明专利]一种大型水轮机叶片砂芯的高强度随形芯骨结构

说明书

本发明涉及铸造技术领域，特别涉及用于组芯造型结构的一种大型水轮机叶片砂芯的高强度随形芯骨结构，包括砂芯内部距铸件型腔表面的吃砂距离为300—500mm的随形钢板，随形钢板对应铸件型腔的一侧固定设有若干用于挂砂和加强的芯骨骨架。本发明的大型水轮机叶片砂芯的高强度随形芯骨工装，采用随形钢板和芯骨骨架组合结构的芯骨工装，可显著提高芯骨工装的强度，防止因高压头生产的涨箱；随形钢板相比全钢管结构的芯骨，落砂打箱后，变形小，芯骨工装部件的重复利用率高；并且，随形钢板结构，明显减少芯骨结构中单位零件的用量，减少芯骨制作的工作量；另外，本发明的随形芯骨工装结构，可以缩小各组合砂芯的尺寸，减少型砂用量。

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，特别涉及用于组芯造型结构的一种大型水轮机叶片砂芯的高强度随形芯骨结构，特别适用于大曲率、浇注压头为10t以上的大型水轮机叶片造型。

背景技术

水轮机叶片是水利发电机组中的核心部件，如图1所示为一种混流式水轮机叶片1的结构，由于其特殊的结构及弧线要求，具有弧面曲率大、壁厚薄、浇注压头高、浇注温度高等特点。传统造型方法采用如图2所示的组芯造型结构，其组合砂芯分上层砂芯2，中层砂芯3和下层砂芯4三层，其中每层砂芯分为前后两个砂芯，该组合砂芯的主要工艺过程包括制作芯盒、流砂制芯、砂芯对接把合、流砂造型、浇注。以本公司生产的某水轮机叶片产品为例，叶片总高6000mm，分三层砂芯造型，每层砂芯使用φ60mm螺杆从把合方向内部贯穿，两端用垫片及螺母紧固，对砂芯的强度要求非常高，而砂芯的强度一方面取决于型砂强度，另一方面就由内部的支撑芯骨决定。现有技术中的支撑芯骨的结构如图3所示，该支撑芯骨采用若干交错的方钢管5焊接而成，为图2中的上层砂芯其中之一的支撑芯骨的结构，图4为其砂芯6的结构示意图。采用上述结构的芯骨的砂芯主要存在以下弊端：

1）芯骨使用量大，结构复杂，人工焊接制作难度高，尺寸不易控制，造型制芯操作不方便；

2）支撑芯骨打箱落砂后变化大，重复使用率低，维护难度大，造成芯骨成本高；

3）方钢在高温下强度降低，重复使用时易变形，造成分芯面披缝大，跑火风险增大；

4）砂芯因强度问题，防涨箱能力低，叶片壁厚较设计值大，熔炼钢水成本增加；芯骨的随形度低，型砂用量大，造型效率、成本浪费大。

发明内容

本发明针对现有技术中大型水轮机叶片各组合砂芯的芯骨支架结构存在的问题，提供一种大型水轮机叶片砂芯的高强度随形芯骨结构，以提高单个支撑芯骨的强度，缩小砂芯尺寸，并且降低铸件浇注披缝和跑火风险，提高铸件尺寸精度，减少浇注液浪费。

本发明的目的是这样实现的， 一种大型水轮机叶片砂芯的高强度随形芯骨结构，包括砂芯内部距铸件型腔表面的吃砂距离为300—500mm的随形钢板，所述随形钢板对应铸件型腔的一侧固定设有若干用于挂砂和加强的芯骨骨架。本发明的大型水轮机叶片砂芯的高强度随形芯骨，采用随形钢板和芯骨骨架组合结构的芯骨，可显著提高芯骨工装的强度，防止因高压头生产的涨箱，提高铸件的尺寸精度；随形钢板相比全钢管结构的芯骨，落砂打箱后，变形小，芯骨工装部件的重复利用率高；并且，随形钢板结构，明显减少芯骨结构中零部件的用量，减少芯骨制作的工作量；另外，本发明的随形芯骨工装结构，可以缩小各组合砂芯的尺寸，减少型砂用量。

为进一步保证芯骨工装的强度，所述随形钢板为厚度40—60mm的碳钢板，所述钢板主骨的表面设有若干流砂孔。

为进一步优化本发明的芯骨工装结构，所述芯骨骨架包括若干紧贴随形钢板表面的平行或相交设置的横向钢管芯骨和与横向钢管芯骨垂直或斜交的纵向钢管芯骨，所述横向钢管芯骨和纵向钢管芯骨之间间隔设有加强拉筋，同一排的纵向钢管芯骨之间也设有加强拉筋。

为进一步优化控制各钢管芯骨的结构，所述芯骨骨架各部件距型腔表面的最小吃砂量为50~100mm。