Изготовление отливки лопасти

Лопасть колеса (рис. 5.9) представляет собой массивную деталь сложной пространственной кривизны, состоящую из пера переменного сечения и фланца. Поверхность пера лопасти определяется системой закоординированных точек, находящихся на пересечении осевых (или радиальных) и плоских (или цилиндрических) сечений. Задание формы лопасти в плоских сечениях предпочтительнее, так как при этом значительно упрощается конструкция мерительной оснастки.

Рис. 5.9. Лопасть рабочего колеса.

В энергетическом отношении лопасть является наиболее ответственным элементом рабочего колеса. От точности ее формы зависит устойчивая работа агрегата на всех режимах с обеспечением расчетного уровня к. п. д. Вместе с тем в процессе эксплуатации лопасти подвержены значительному силовому и кавитационному воздействию потока. Указанные обстоятельства определяют основные требования к изготовлению лопастей: 1) материал их должен обладать высокой прочностью и кавитационной стойкостью;
2) геометрическая форма пера должна как можно точнее соответствовать расчетной; 3) возможность проведения ремонтных работ должна быть обеспечена хорошей свариваемостью.

В настоящее время в качестве материала для лопастей используют нержавеющие стали марок 0Х12НДЛ и 00Х12НЗДЛ, которые пришли на смену широко применявшейся стали марки 20Х13НЛ. Необходимость получения готовых лопастей с требуемой точностью предопределяет высокие требования к качеству заготовок, форма которых во избежание большого объема дополнительных работ не должна значительно отличаться от заданной. Преимущественным способом формообразования заготовок лопастей в настоящее время является отливка их в земляную форму. Оценка точности изготовления профиля осуществляется контролем соответствия выпуклой поверхности теоретическому профилю, а толщин — их номинальным значениям в контрольных точках сетки сечений. Форма поверхности пера проверяется пространственным шаблоном, криволинейная поверхность листов которого соответствует теоретической. При современном уровне развития литейной технологии отклонения профиля пера, примерно в два раза превышающие допустимые для готовых лопастей, считаются приемлемыми. Причем во избежание образования черновин весь допуск на толщину пера дается только в плюс.

Жесткие требования, предъявляемые к отливкам лопастей как в части их формы и толщин, так и в части качества литья, могут быть обеспечены только при условии применения специальной технологии и оснастки.

Формовка лопасти производится в опоках по металлической пустотелой модели, изготавливаемой из чугуна марки СЧ 15-32. Толщина стенки выбирается в пределах 40—50 мм. Форма и толщина профиля модели назначаются с учетом усадки отливки и припуска на механическую обработку, выбираемого в зависимости от размеров лопастей. Контроль формы модели при ее изготовлении осуществляется пространственным шаблоном, устанавливаемым на вогнутую или выпуклую поверхность лопасти. Этим Же шаблоном производится периодический контроль модели на за-воде-изготовителе отливок лопастей. Для проверки толщины пера модели в последнем просверливаются отверстия диаметром 10—12 мм, заделываемые после проверки пробками. В случае обнаружения немерностей на опытных отливках профиль модели может быть скорректирован подрубкой или выполнением наделок на величину отклонений.

• Стендовая формовка

Горизонтальная формовка. При изготовлении лопастей малых и средних размеров применяют технологию горизонтальной формовки (рис. 5.13). Модель 1 лопасти врезают в подмодельную доску 2, рабочая поверхность которой образует разъем формы. На подмодельную доску устанавливают опоку 3 и заформовывают одну из поверхностей отливки. При применении быстротвердеющих смесей (песок с жидким стеклом) на всю глубину полуформы, до поверхности модели, делают наколы диаметром 8—10 мм с шагом 150—200 мм для продувки ее углекислым газом. После затвердевания смеси полуформу снимают с подмодельной доски и кантуют.

Модель также снимают с подмодельной доски и заформованной стороной укладывают в отпечаток полуформы, на разъем которой устанавливают вторую опоку. Производят формовку и сушку второй полуформы. После разъема опок и удаления модели отделывают рабочие поверхности формы. Половины собранных опок стягивают болтами, весь блок кантуют в вертикальное положение (фланцем кверху) и транспортируют в заливочный кессон. Дальнейшая подготовка формы к заливке (установка прибыльных опор и пр.) аналогична описанной выше.

Рис. 5.13. Схема горизонтальной формовки лопастей. а — модель лопасти, заделанная в подмодельную доску; б — установка первой полуформы и набивка формовочной смесью

Указанная технология позволяет более гибко использовать производственные площади цеха и проводить одновременно формовку двух-трех лопастей. Однако необходимость сложных кантовок исключает возможность применения такой технологии для изготовления лопастей рабочих колес крупных гидротурбин.

Блочная формовка. Кроме изложенных известна также блочная формовка лопастей, при которой полость формы лопасти образуется несколькими стержнями, имеющими внутренний металлический каркас, часть которых предназначена для формирования вогнутой поверхности лопасти и часть — выпуклой. Стержни собирают в опоке, пространство между стенками которой и тыльной поверхностью стержней набивают наполнительной смесью. Однако такая технология формовки в настоящее время не получила широкого распространения.