EquipmentManufacturingTechnologyNo.10，2014
泵涡轮熔模铸造的工艺改善
顾维扬，金正力
（上海电力修造总厂有限公司，上海
摘
２０１３１６）
要：泵、涡轮因结构复杂、生产过程中易出现模壳断裂现象的特点。通过对泵涡轮熔模铸造流程进行改进，能够有效
解决模壳断裂的问题，使泵、涡轮产品合格率显著提升，从而满足产品在设备中的运行要求。关键词：熔模铸造；泵轮；涡轮；工艺；断裂中图分类号：ＴＧ２４９．５
文献标识码：Ｂ
文章编号：１６７２－５４５Ｘ（２０１４）１０－００５２－０２
泵、涡轮是电站锅炉给水泵组、液力耦合器等电
站关键设备中的主要部件，其质量对设备安全运行有较大影响，因此对泵、涡轮生产控制的技术要求较高。但是泵、涡轮产品结构复杂，在采用熔模铸造工艺浇铸过程中，易产生叶槽近轴端模壳断裂的现象，导致铸件废品率高达４０％以上，难以满足生产与技术上的要求。针对上述问题，充分考虑泵、涡轮铸件的结构特点，通过改进泵、涡轮熔模铸造的生产工艺后，该系列产品合格率得到显著提高，铸件质量达到各项要求标准。
２模具设计
叶槽近轴端模壳出现断裂，是模壳受到的应力大于其强度造成的，为解决这一问题，应从降低模壳的受力和提高模壳强度两方面着手。因此，对模具进行重新修改，将圆角（图２中箭头所示位置，其它叶片也是同样位置）由Ｒ２提高至Ｒ３，可以有效防止在铸造时由于圆角过小，造成此处应力集中的问题，从而减少断裂现象的出现，图２为增大圆角后压制的蜡模。
１泵、涡轮结构分析及熔模铸造问题分析
由于泵轮、涡轮结构的在采用熔模铸造过程中，特殊性，以ＹＯＴ４６－５５０涡轮（ＹＯＴ４６－５５０泵轮与其他型号泵、涡轮的形状类似）为例，其最大外径Φ４７２ｍｍ，总高度为８３ｍｍ，净重７０ｋｇ，叶片数目达４８，叶片厚度为６ｍｍ，其叶槽（叶片之间的间隙）数目为４８片，叶槽厚度从近轴端向外逐渐变大，由１０ｍｍ增大至２０ｍｍ。因此，叶槽近轴端涂料制壳时模壳厚度较薄或涂层结合不好，使模壳强度较低，在脱蜡、焙烧和浇注的时候，易出现因应力大于强度而断裂的现象。在生产过程中发现，模壳断裂８７．６％均出现在叶槽近轴端（如图１所示）。
图２
涡轮蜡模
３制壳工艺改进
３．１配涂料
在熔模铸造制壳工序中，模壳是由浆料和砂子组成的，浆料是模壳与耐火砂之间的粘结剂，由水玻璃和粉料按照一定的比例配制而成，水玻璃中胶体ＳｉＯ２的相对含量大，在模壳硬化时析出的硅凝胶数量就越多，型壳的湿态强度和高温强度随之上升，因此适当的增加水玻璃的模数，能够有效的提高模壳
在原水玻璃模数为３．２￣３．５的基础的强度［１］。为此，
上，采用了模数为３．４￣３．６５的水玻璃（过度提高水玻
璃的模数不利于铸件成型后清砂时的溃散性），可有效保证凝胶，提高水玻璃的模数，提高了叶槽近轴端模壳的强度。
图１涡轮三维示意图
收稿日期：２０１４－０７－１１
作者简介：顾维扬（１９６１—），男，工程师，主要从事熔模铸造工艺和现场管理方面的研究
。
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《装备制造技术》２０１４年第１０期
３．２上浆
在上浆过程中，叶槽近轴端随着涂料层数的增加，间距也变得更小，在涂料表面张力的作用下，容易出现堆浆现象，导致此处撒砂困难和每一层之间的结合不牢固等问题产生；另外，过多的浆液堆积，易造成后续工序硬化不透和干燥不透的问题，从而大大降低近轴端模壳强度，使近轴端在模壳涂制过程中就成为一个簿弱点。因此，在工序过程中加强刷浆，采用人工甩浆与刷浆相结合的方法，可有效防止此处堆浆，保证叶槽近轴端模壳的强度。３．３干燥
模壳干燥时，其上的残留硬化剂继续进行均匀扩散和渗透硬化［１］，进一步建立强度，因此，干燥对于模壳的强度有着重要的意义。
由于叶片间距小，叶槽处模壳干燥不易，可通过在热风干燥之间，适当增加自然风干时间的方法，加强干燥。如原来一层涂料工序结束后，经热风干燥约４５分钟左右，再进入下一道工序，现改为热风先干燥２０分钟后，然后关掉热风，让其自然干燥１０分钟，等水分渗出后再继续热风干燥２５分钟左右，以确保模壳达到不干不湿的效果，确保层与层之间的结合牢固，从而提高和保证模壳的强度要求。３．４焙烧
由于泵、涡轮尺寸较大，浇注前需装箱填砂，以保证浇注后液态钢液冷却收缩变形。因此，模壳在砂箱和装箱砂的包裹下，为保证浇注时模壳的干燥度和强度，对模壳焙烧时间和焙烧温度提出了要求。若是温度较低，保温时间较短，则模壳干燥不够，热强度较低［２］。为让模壳焙烧后满足要求，经多次试验与实践，确定将浇注前的高温焙烧保温时间适当的延长２小时，在原工艺规定范围内将焙烧温度提高４０度，以保证模壳内部各个部分得到均匀的焙烧，使模
由于泵、涡轮的特殊性，叶片数目多，叶片薄的特点，为保证能够在浇注过程中浇足，需快速浇注钢水，因此对铸件模壳的冲击力较大。
为了防止叶槽模壳受钢水冲击而导致断裂，采用以下两项措施：
（１）在浇注的时候，应避免钢水直接冲入模壳叶片空腔处，减小钢水对叶槽模壳壁的冲击，可在操作时使钢水沿模壳冒口壁流入底部，钢液在模壳中平稳的上升，能有效防止叶槽处模壳受高温钢液软化后，在钢水冲击力的作用下导致叶槽模壳的断裂。
（２）浇注后增加铸件的静态凝固时间（一般在３０－４０分钟），待液态钢水基本凝固后起吊至清砂场地。可有效避免起吊后，液态钢水晃动造成高温状态下软化叶槽模壳处折断的问题。壳各部分均能得到最佳的强度。
４浇注过程改进
５结束语
通过上述几项工艺措施的改进，能够有效避免因模具设计不合理、制壳工艺不合理和浇注操作不当等造成叶槽近轴端模壳断裂的问题。采取上述措施后，模壳断裂问题下降到５％以下，产品合格率显著提升，取得了良好的效果。
参考文献：
［１］姜不居主编．熔模铸造手册［Ｍ］．北京：机械工业出版社，２０００．［２］《熔模精密铸造》编写组．熔模精密铸造［Ｍ］．北京：国防工业
出版社，１９７８．
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（ＳｈａｎｇｈａｉＰｏｗｅｒＥｑｕｉｐｍｅｎｔＭａｎｕｆａｃｔｕｒｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ２０１３１６，Ｃｈｉｎａ）
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