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知识篇：叶轮体铸件的铸造工艺设计

一、铸件结构分析

叶轮体铸件尺寸ø660×202 mm，铸件重量为105 kg，铸件中心壁厚202 mm，叶片壁厚21 mm，铸件中心存在大热节，铸件有6片叶片是扭曲曲面（图1）。采用传统的组芯工艺，每片叶片至少需要两个砂芯拼装，整个铸件需要至少12个砂芯，而且组装砂芯浇注后缝隙铸件产生大量飞边，打磨困难，而且极易打磨过量造成叶片曲面形状过渡不光滑，从而影响叶轮部件性能。铸件材质暂定为QT500-7,铸件壁厚差较大需要快速浇注，内部容易产生缩孔、缩松铸造缺陷。

图1 叶轮体铸件

二、浇冒系统设计

综合考虑叶轮体铸件结构特点、材料特性、需要快速浇注、对厚大热节补缩等，为此设计两个顶冒口进行浇注和补缩，中心热节底面设置冷铁激冷，以实现顺序凝固的工艺方案。如图1所示，铸件中心有厚度180 mm的厚大圆柱结构，用单个顶冒口补缩设计方案进行模拟验证发现，冒口体很大，冒口颈直径几乎接近中心圆柱才可以把缩孔、缩松引入冒口，这样大的冒口直接设置的大热节上，造成更大的人为热节，中心局部过热，还有大冒口造成冒口根部金相组织粗大，冒口后续去除困难。考虑到快速浇注要求，如果在每个叶片设计内浇口，首先设置内浇口造成叶片形状不规则，其次铁液进入型腔紊流严重，而且后续清理会造成叶片打磨问题。

基于这些不利因素，在中心圆柱顶面设计两个小冒口，即作为补缩冒口，两个冒口不在圆柱正中心，可以减小人为热节，后续去除变的较为容易，同时在中心圆柱底面设置冷铁用于激冷，实现厚大部位顺序凝固；其次这两个小冒口上部设置泡沫陶瓷过滤块作为浇道，利用泡沫陶瓷过滤块可以过滤和梳流缓流作用，考虑到一个冒口中浇注铁液过滤块可能会被冲坏，在两个顶冒口中设置过滤块，在一个冒口浇注一段时间后改用另一个冒口浇注。图2为叶轮体浇注方案。图3为铸造方案凝固模拟，模拟验证缩孔、缩松转移进冒口中，虽然冒口颈根部有部分缩松和缩孔，根据以往经验由于从冒口直接浇注，冒口是过热的，这些缩孔和缩松完全可以引入冒口中。