上冠

电力工程术语

上冠最大尺寸为6550mm，净重110t。设计分为两半，即大半和小半。两半形状基本相同(大半重57 t，小半重52 t)。从零件结构分析，铸造方法可分两种，即平撞平浇和立撞立浇。平撞平浇造型比较方便，立撞立浇造型难度较大。

简介

世界各国的水电机组都向大机组、高容量发展，为保证机组安全、可靠、稳定运行，对各种部件的制造质量提出了更高要求，水轮机上冠是其中之一。以往生产这种类型的工件，尺寸相对较小，所以，常规的平撞平浇的生产方法基本可以满足要求。但生产大尺寸、厚壁并全部要求超声波探伤检查的这种工件，常规方法就很难保证质量要求，只能在现有条件下，用部分新工艺、新方法来解决。具体工艺措施如下所述。

工艺方案的确定

但从质量要求分析，立撞立浇比较合理，这种方法不仅可以控制钢水浇注时的温度梯度，易于实现顺序凝固，同时可以增加压头，利于浮渣而提高铸件的致密度和纯净度。这些都是保证超声波探伤的先决条件，而平撞平浇在这些方面就相对较差。为此，我们制定铸造方案时选择了立撞立浇，也就是把分半面朝上，圆弧面朝下生产，上冠模型采用木质实样，因浇注系统在芯侧面卧出，所以造型时芯头侧面先不能撞砂，只撞主型部位，具体生产方法是用钢板或芯板把A面挡住。待主型部位撞平后，模型吊走，铸型进行修整、干燥。侧面内腔由四块大芯子组成，下芯后在芯头侧面、A面边撞砂边卧浇注系统，直至撞平为止。

应用新工艺的制造难点

装配侧面4块大芯子相对难度较大，特别是装配底侧两块芯子。因这4 块芯子大小差不多，重达13 ～14 t，找中心线和控制尺寸有一定的困难。芯子悬胎太大，重心偏移，下芯时一二次很难放准，生产第一件时就曾因反复调整芯子而把主型接触面压坏，增加修补难度。

上冠采用立撞立浇侧压力是非常大的，制定工艺方案时如不考虑这方面的因素很危险，不仅难保证产品质量，也极易造成人身事故。因此，对大平面立式浇注的工件计算侧压力来验证这种生产方法是否可行，是重要的、必不可少的步骤。产品技术要求十分严格，需要做100%超声波探伤，此件属厚大件，平均厚度400 mm左右，局部热节大，加上ZG20SiMn钢的特点，铸造时非常容易产生粘砂、包砂和裂纹。

预防措施及改进办法

铸件的侧压力非常大，为保证生产时安全、可靠及在不增加专用附具的前提下，我们选用了水泥地坑，造型前在地坑4个角及侧壁空间放钢锭模和垫铁，减少背砂的撞入量，严格控制型砂的紧实度，每撞一层放一部分压钩，以增加铸型的强度，实践证明这种方法是可行的。不仅满足了生产要求，同时减少了专用冶金附具设计制造，为工厂节约了大量的资金费用。

造型材料选取的正确与否直接关系到产品的质量。造型材料只有人造石英砂、石灰石砂、钛矿砂和铬铁矿砂，如过高要求是不可能的，只能在现有条件下选取。根据此件的结构特点，工艺规定在易散热面用石英砂上镁砂膏，镁砂膏厚度不小于3 mm，对热节、转角处及散热条件不好的部位面砂用铬铁矿砂，主要是在芯子上使用，这种砂子耐火度高，而且有一定的激冷能力。转角用这种砂子厚度不能小于100 mm，太薄作用不明显，易粘砂和产生裂纹，其它部位40～50 mm基本就可以。通过生产应用，证明上述造型材料选定是可行的。

此件全部超声波探伤检查，内冷铁是绝对不能放的，为实现集中补缩，按此件的结构和最大热节部位，冒口设置在内法兰上平面是比较合理的。在法兰上平面对称放2个陶粒保温冒口，冒口大小是根据铸件的模数确定的，尺寸为1500mm×1000 mm×1500 mm 为保证铸件内部的致密度，冒口实际上已增大了10%～20%。此外在铸件的局部位置放增肉和外冷铁，利于实现顺序凝固，以增强冒口的作用效果。

浇注系统的设置重点考虑钢水在型腔内的上升速度、浇注时的温度梯度，然后再确定浇口位置和布置形式。此件从分型面到下圆弧面高3550mm，毛重达72t。理想的浇注状态是低温快速，根据工艺指导资料的要求，类似上冠这样的件上升速度≥10 mm/s基本就可以了，不过按此件的用钢及结构特点，适当提高上升速度是必要的，以减少钢水对铸型表面的烘烤时间和增加浮渣效果，为此把上升速度增大40%，即≥14 mm/s。

总结

按此造型方案连续生产了8件，整个工序过程还是比较顺利的。应用新工艺、新方法是生产高质量铸钢件的有效手段，此件生产的成功，为今后同类产品再生产提供了宝贵的经验。我厂在这方面做了一些研究，并用这种方法生产了几种同类型的铸件，包括上冠，均取得了满意的结果。

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