水輪機葉片類鑄件造型模具制作工藝的改進

董兆鵬

(寧夏共享模具有限公司，寧夏銀川 750021)

水輪機葉片類鑄件造型模具制作工藝的改進

董兆鵬

(寧夏共享模具有限公司，寧夏銀川 750021)

為解決水輪機葉片類鑄件造型模具制作周期長、模型手工處理難度大和后期變形的問題，通過對水輪機葉片類鑄件鑄造模具的改進設(shè)計，采用多層板U型咬合法，有效縮短了制作周期，解決了模型手工處理難度大和后期變形問題。經(jīng)過批量設(shè)計和生產(chǎn)結(jié)果表明，改進后的模具設(shè)計工藝合理可行。

節(jié)約材料；縮短周期；吊點；U型咬合法

水輪機葉片類鑄件尺寸變化大，毛坯質(zhì)量不一，其共同的特點是有進水口和出水口、形狀變化大、壁厚由厚逐級變薄。造型方法有兩箱型板造型、新工藝組芯造型等。小葉片可用兩箱型板造型，大葉片分成大小不同，高度不同的砂芯組成。由于形狀、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，新工藝技術(shù)要求高，對模具設(shè)計、制作和檢驗方法的要求更高。

目前，水輪機葉片類鑄件鑄造造型模具的制作工藝能夠滿足生產(chǎn)要求，也能適應(yīng)產(chǎn)品的特殊生產(chǎn)方式和批次要求。此次改進是期望通過對葉片模具結(jié)構(gòu)制作方式的研究，探索出適合大批量生產(chǎn)各個類型造型現(xiàn)場造型條件的模具結(jié)構(gòu)，力爭能夠使鑄造模具的強度提高，縮短制作周期，解決模型手工處理難度大和后期變形問題。

1 存在問題和改進方案

1.1 存在問題

(1)模型易變形，強度不足。

(2)吊點設(shè)計不合理，存在吊運安全的風(fēng)險。

(3)制作、加工周期長。

1.2 原模具制作工藝

原模具制作方法。根據(jù)三維圖設(shè)計工藝，然后再根據(jù)三維工藝出二維圖。沿坐標(biāo)軸X方向每隔400～500 mm出一張截面圖，再沿坐標(biāo)軸Y方向，每隔400～500 mm出一張截面圖。每張截面圖按1∶3或1∶4打印，這樣制作者可以在圖紙上測量模型尺寸后，放量制作。

圖1 葉片三維圖

為了保證模型的模樣曲線度的正確性和加工過程中加工余量充足，原模型工藝手工制作放樣時加工余量大，給后序加工帶來風(fēng)險和周期的延長。具體設(shè)計圖如圖2。

1.3 模具制作工藝改進

結(jié)構(gòu)改進制作方法。根據(jù)立體圖設(shè)計出可以單獨撤型的模塊，將模型分成塊狀，使用多層板U型咬合法，將咬合部位使用條料固定，確保模型的強度。設(shè)計出模型隨形骨架，同時準(zhǔn)確設(shè)計出臥料擋距和撐料。臥料使用機床下料，加工余量隨型留出10 mm，即節(jié)約材料成本、又降低加工風(fēng)險和縮短加工周期、便于制作且能夠保證準(zhǔn)確性。具體見圖3。

多層板咬合固定做支撐強度好，穩(wěn)定性高；使用UG找出模型的重心，并利用力學(xué)原理分布模型的吊點。吊點采用U型托在模型底部連接，且吊點上臥在模型造型面，能夠更好的起到防變形的作用。通過CAE分析，對水輪機類葉片的模型進行了完整的3D模具工藝的設(shè)計，使得模型制作、模型專項作業(yè)指導(dǎo)、生產(chǎn)BOM準(zhǔn)備均在共同的基礎(chǔ)上進行設(shè)計，數(shù)據(jù)完整無差錯。

圖2 模具工藝設(shè)計圖

圖3 模型結(jié)構(gòu)設(shè)計改進

對模具制作工藝進行改進后，經(jīng)過批量生產(chǎn)結(jié)果表明，未發(fā)生因模具設(shè)計改進導(dǎo)致鑄件不合格的問題，且模具使用壽命長、尺寸精度穩(wěn)定，改進后的模具設(shè)計工藝合理可行。

2 結(jié)論

通過對水輪機葉片類鑄件模型制作周期長、模型手工處理難度大和后期變形的問題原因的深入分析，找出原模具制作工藝的缺點，通過改進結(jié)構(gòu)形式以及CAE分析等措施，消除了原工藝的缺陷。新的模型制作工藝周期縮短且容易制作，材料縮減20%。模型結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，制作簡單實用。同時簡化了后期模型的設(shè)計問題，確保了模型制作過程的快速、優(yōu)質(zhì)、高效。

[1] 劉則杰.船用側(cè)推槳葉片的活砂造型[J].中國鑄造裝備與技術(shù),2009(3).

[2] 閆靜.幾種托架的組芯造型工藝[J].中國鑄造裝備與技術(shù),2008(5).

Modelling of a turbine blade type casting mould process improvements

DONG ZhaoPeng
(KOCEL Pattern Co.,Ltd.,Yinchuan 750021,Ningxia,China)

In order to solve the turbine blade casting molding mold production cycle is long, model manual processing diffi culty and the late deformation problem, analysis is the main reason for the design is not rational, through improvement in turbine blade casting mould design and production, production cycle is long, model manual processing diffi culty and the late deformation problems. After batch design and production results show that the improved mould design is reasonable and practical.

save material ；shorten the cycle；lifting point；U bite legal.

TG231.6；

A；

1006-9658（2016）05-0040-02

10.3969/j.issn.1006-9658.2016.05.011

2016-03-17

稿件編號:1603-1299

董兆鵬（1985—），男，助理工程師，主要從事鑄件建模及模具工藝虛擬設(shè)計等方面工作.