上冠最大尺寸為6550mm，淨重110t。設計分為兩半，即大半和小半。兩半形狀基本相同(大半重57 t，小半重52 t)。從零件結構分析，鑄造方法可分兩種，即平撞平澆和立撞立澆。平撞平澆造型比較方便，立撞立澆造型難度較大。
基本介紹
- 中文名：上冠
- 外文名：The champions league
- 學科：電力工程
- 領域：能源
- 範圍：電力系統
- 最大尺寸：為6550mm
簡介,工藝方案的確定,套用新工藝的製造難點,預防措施及改進辦法,總結,
簡介
世界各國的水電機組都向大機組、高容量發展，為保證機組安全、可靠、穩定運行，對各種部件的製造質量提出了更高要求，水輪機上冠是其中之一。以往生產這種類型的工件，尺寸相對較小，所以，常規的平撞平澆的生產方法基本可以滿足要求。但生產大尺寸、厚壁並全部要求超音波探傷檢查的這種工件，常規方法就很難保證質量要求，只能在現有條件下，用部分新工藝、新方法來解決。具體工藝措施如下所述。
工藝方案的確定
上冠最大尺寸為6550mm，淨重110t。設計分為兩半，即大半和小半。兩半形狀基本相同(大半重57 t，小半重52 t)。從零件結構分析，鑄造方法可分兩種，即平撞平澆和立撞立澆。平撞平澆造型比較方便，立撞立澆造型難度較大。
但從質量要求分析，立撞立澆比較合理，這種方法不僅可以控制鋼水澆注時的溫度梯度，易於實現順序凝固，同時可以增加壓頭，利於浮渣而提高鑄件的緻密度和純淨度。這些都是保證超音波探傷的先決條件，而平撞平澆在這些方面就相對較差。為此，我們制定鑄造方案時選擇了立撞立澆，也就是把分半面朝上，圓弧面朝下生產，上冠模型採用木質實樣，因澆注系統在芯側面臥出，所以造型時芯頭側面先不能撞砂，只撞主型部位，具體生產方法是用鋼板或芯板把A面擋住。待主型部位撞平後，模型吊走，鑄型進行修整、乾燥。側面內腔由四塊大芯子組成，下芯後在芯頭側面、A面邊撞砂邊臥澆注系統，直至撞平為止。
套用新工藝的製造難點
裝配側面4塊大芯子相對難度較大，特別是裝配底側兩塊芯子。因這4 塊芯子大小差不多，重達13 ～14 t，找中心線和控制尺寸有一定的困難。芯子懸胎太大，重心偏移，下芯時一二次很難放準，生產第一件時就曾因反覆調整芯子而把主型接觸面壓壞，增加修補難度。
上冠採用立撞立澆側壓力是非常大的，制定工藝方案時如不考慮這方面的因素很危險，不僅難保證產品質量，也極易造成人身事故。因此，對大平面立式澆注的工件計算側壓力來驗證這種生產方法是否可行，是重要的、必不可少的步驟。產品技術要求十分嚴格，需要做100%超音波探傷，此件屬厚大件，平均厚度400 mm左右，局部熱節大，加上ZG20SiMn鋼的特點，鑄造時非常容易產生粘砂、包砂和裂紋。
預防措施及改進辦法
鑄件的側壓力非常大，為保證生產時安全、可靠及在不增加專用附具的前提下，我們選用了水泥地坑，造型前在地坑4個角及側壁空間放鋼錠模和墊鐵，減少背砂的撞入量，嚴格控制型砂的緊實度，每撞一層放一部分壓鉤，以增加鑄型的強度，實踐證明這種方法是可行的。不僅滿足了生產要求，同時減少了專用冶金附具設計製造，為工廠節約了大量的資金費用。
造型材料選取的正確與否直接關係到產品的質量。造型材料只有人造石英砂、石灰石砂、鈦礦砂和鉻鐵礦砂，如過高要求是不可能的，只能在現有條件下選取。根據此件的結構特點，工藝規定在易散熱面用石英砂上鎂砂膏，鎂砂膏厚度不小於3 mm，對熱節、轉角處及散熱條件不好的部位面砂用鉻鐵礦砂，主要是在芯子上使用，這種砂子耐火度高，而且有一定的激冷能力。轉角用這種砂子厚度不能小於100 mm，太薄作用不明顯，易粘砂和產生裂紋，其它部位40～50 mm基本就可以。通過生產套用，證明上述造型材料選定是可行的。
此件全部超音波探傷檢查，內冷鐵是絕對不能放的，為實現集中補縮，按此件的結構和最大熱節部位，冒口設定在內法蘭上平面是比較合理的。在法蘭上平面對稱放2個陶粒保溫冒口，冒口大小是根據鑄件的模數確定的，尺寸為1500mm×1000 mm×1500 mm 為保證鑄件內部的緻密度，冒口實際上已增大了10%～20%。此外在鑄件的局部位置放增肉和外冷鐵，利於實現順序凝固，以增強冒口的作用效果。
澆注系統的設定重點考慮鋼水在型腔內的上升速度、澆注時的溫度梯度，然後再確定澆口位置和布置形式。此件從分型面到下圓弧面高3550mm，毛重達72t。理想的澆注狀態是低溫快速，根據工藝指導資料的要求，類似上冠這樣的件上升速度≥10 mm/s基本就可以了，不過按此件的用鋼及結構特點，適當提高上升速度是必要的，以減少鋼水對鑄型表面的烘烤時間和增加浮渣效果，為此把上升速度增大40%，即≥14 mm/s。
總結
按此造型方案連續生產了8件，整個工序過程還是比較順利的。套用新工藝、新方法是生產高質量鑄鋼件的有效手段，此件生產的成功，為今後同類產品再生產提供了寶貴的經驗。我廠在這方面做了一些研究，並用這種方法生產了幾種同類型的鑄件，包括上冠，均取得了滿意的結果。
