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x型叶片铸造工艺实践 叶片是机器最重要的零件之一，对其性能和型线有严格的要求。x片（图1）是20世纪90年代末国外设计的新型混合叶片。与传统的混合曲线叶片（图2）在型线和性能上存在较大差异，且空间扭曲较大。目前X型叶已在国内得到了普遍应用,X型叶片的铸造难度较大,主要是叶片变形。近年来我单位接到很多X型叶片的订单,相对于常规形状叶片而言,针对X型叶片的铸造工艺进行实践的研究十分必要,对X型叶片的生产有很大的指导意义。 图3为SF叶片的轮廓尺寸,SF为典型的X型叶片,本文以SF叶片的工艺生产实践为例,进行X型叶片的工艺探讨。 1 技术要求 1.1 u3000jb/t13-2002标准 SF叶片的化学成分如表1所示,(执行JB/T10384-2002标准)。 SF叶片的力学性能如表2所示,(执行JB/T10384-2002标准)。 1.2 区域执行情况 无损探伤按照A609标准执行,UT检查区域为全部,如图4,其中Ⅰ、Ⅲ区域按1级执行;区域Ⅱ检查要求如下,在100mm×100mm方格内连续检查,从理论加工表面下30mm或1/3厚度(取最小值)为1级,其余内部为4级。 2 维实体细度 正背面各放8mm加工余量,四周18mm加工余量,制作叶片三维实体,叶片毛重为660kg。造型方式采用平卧造型,垂直浇注方式,这样有利于冒口的集中补缩,叶片的顺序凝固可有效地减少叶片变形、氧化、缩孔和缩松等铸造缺陷的产生,铸件内部质量好。 2.1 冒口补缩能力验算 根据叶片壁厚及冒口的补缩距离确定冒口数量为1个,长为500mm,宽为180mm,高度按照比例为500mm,冒口重量为500kg。 利用模数法验证: 式中:f为扩大系数(明冒口f≥1.2),MR为冒口模数,Mc为被补缩部分铸件模数。 说明冒口尺寸比较合适; 冒口最大补缩能力验算: 式中:GCmax为被冒口补缩的铸件最大重量,GR为冒口重量,η为冒口补缩效率,ε为金属液的体收缩率(%)。 明冒口η取14%,ZG06Cr13Ni4Mo材质ε取5.3,经计算得出GCmax=820kg,叶片毛坯重量GC为660kg,冒口补缩能力足够,说明选择冒口尺寸合适。 2.2 底注式浇注系统 包孔选取尴50mm,直水口选取尴60mm,横水口选取50/60×50(mm),内水口为六道70/80×20(mm),采用底注式浇注系统,如图5,即从叶片的出水边(薄边)进水,保证金属液平稳进入型腔,开放式浇注系统有助于型腔内气体排出;同时采用缓冲式浇注系统,在保证钢液在铸型内具有一定的上升速度的同时,使钢液能够平稳上升,防止产生紊流,消除局部过热,改善补缩条件。 2.3 模拟叶片应力分析 由于叶片铸件在凝固过程和热处理过程中,其边角区域容易发生翘曲变形行为,特别是X型叶片翘曲变形更为严重,因此我们利用模拟软件对叶片进行应力分析和预判(图6)。 从图6可以看出A点为负量在7mm左右,B点为正量在5mm,C点为负量在7mm左右,D点为正量在5mm左右,考虑热处理会使变形量增大,所以A、C两点正面增加反变形量12mm,B、D两点背面增加反变形量10mm,反变形面积根据模拟所示。 3 叶片的凝固与凝固 对叶片最终工艺进行温度场模拟,凝固完毕的模拟结果显示如图7,图7a为SF叶片整体的温度场分布,可以看出整个叶片基本为顺序凝固,冒口部位为最后凝固。图7b为叶片内部凝固过程中的疏松分布,可以看出疏松都集中分布在冒口区域内和浇道部位,铸件本体内无疏松出现,铸件内在质量良好,表明此工艺可行。 4 叶片木模测量 根据工艺数据进行木模制作,缩尺采用2%,木模制作完毕后,利用SOLO型光学三坐标测量仪对叶片的木模进行三维测量,以保证木模尺寸精度。木模型线测量结果如图8,从图8a、8b结果看叶片正背面型线合格,个别尖点余量偏大,但考虑造型等因素,可以接受。 5 u2004钢液c含量对c含量的要求 采用电弧炉和AOD氩氧精炼炉双联熔炼法熔炼,为了保证铸件的耐蚀性和耐磨性,钢液中的C含量要求控制到0.06%以下,并对杂质含量P、S等也要严格控制,结果见表3。 6 清整磨削、热处理 为防止叶片变形,叶片在300℃以下打箱;为了防止铸件产生裂纹,在铸件温度不低于200℃时趁热切割冒口。 落砂后对铸件进行清整打磨、热处理。由于该叶片较小,为减小叶片在热处理中的变形,热处理前将3件叶片组焊到一起。装炉时叶片的进水边(厚边)向下摆放,热处理工艺如图9所示。装炉时铸件底部不要直接和炉底板接触,升温速度不能大于70℃/h,炉内各部位温差不能大于5℃,不能叠压铸件,严防人为造成叶片变形。 7 叶片无损探伤检测 (1)叶片型线的三维测量 利用三坐标测量仪对热处理后的SF叶片进行型线测量,结果如图10,叶片冒口部位余量偏大,其余能够满足加工要求。 (2)叶片的无损检测 叶