一種可保障大型水輪機鑄造葉片尺寸精度的模具制造新工藝方法技術

本發明專利技術涉及一種可保障大型水輪機鑄造葉片尺寸精度的模具制造新工藝方法，尤其是涉及一種可保障大型水輪機鑄造葉片尺寸精度的模具制造新工藝方法，其特征是：它包括如下步驟：選材、制作模具工藝方案設計、建立制作模具的三維模型、模具毛坯的制作、加工模具、模具檢測；本發明專利技術工藝方法獨特、解決了扭曲表面葉片鑄造模具制作效率低及傳統手工方法制作此類鑄造模具所無法達到設計尺寸精度的問題。通過新材料、新方法在模具制作過程中的研究應用，解決模具本身的變形問題、保證葉片類模具的尺寸精度。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術涉及，尤其是涉及。
技術介紹
大型(> 400MW)水輪機葉片鑄造模具，完全屬于三維空間模型的實物制作。模具 沿周無任何可供測量的基準點或基準面，且由于葉片本身的結構設計，模具制作過程及模 具在使用過程中，非常容易變形，影響尺寸精度。依靠傳統模具制作工藝、方法及材料，制作 成本高，質量難于保證。本專利申請的這種類型的模具制作工藝方法，在國內尚處于空白。 目前，國內的葉片鑄模具的主要制作方式，仍然依靠手工方式來實現。這類方式存在以下缺 陷外觀過度不光滑，壁厚尺寸不容易保證，易存在模具缺量或者局部壁厚過大，制作效率 極低等缺陷，對大型鑄鍛件國產化進程造成極大的制約。
技術實現思路
本專利技術的目的是克服現有技術的不足，提供一種工藝方法獨特、制作效率高及設計精度滿足鑄件標準的葉片類鑄造模具、通過新材料、新方法在模具制作過程中的研究應用，解決模具本身的變形問題、保證葉片類模具的尺寸精度的一種可保障大型水輪機鑄造葉片尺寸精度的模具制造新工藝方法。本專利技術通過如下方法實現 —種可保障大型水輪機鑄造葉片尺寸精度的模具制造新工藝方法，其特征是它 包括如下步驟 a.選材模具采用含水率低的木材、模具表面覆蓋一層固化后可切削加工的環保 型新型環氧樹脂； b.制作模具工藝方案設計成形的木料交錯搭接制作模具骨架和模具工作表面 基底，在模具表面基底粘附樹脂層，固化后，通過大型數控加工中心設備，加工形成模具的 工作表面； c.建立制作模具的三維模型按照葉片鑄件的鑄造工藝標準文件，采用UG軟件建 立模具的三維模型，為模具骨架和后序加工制作模具，選定兩個基準輔助平面及雙向的扭 面上設置若干個矩陣排列的輔助加工測量定位點點的小凸臺面； d.模具毛坯的制作根據UG三維模型，縱橫各建立X個等距交叉網格矩陣截面， 在這2X個網格界面上，100X釋放、制作隨形支撐樣板，在此網格上面，用多層木方料，縱橫 交錯疊加搭接、粘釘，制作隨形的模具骨架，在隨形的模具骨架外圍的頂面，用標準厚度的 寬立板料，隨形錯位圈、粘、釘，制作與葉片本體表面輪廓完全吻合的模具工作表面底基； e.加工模具根據UG三維模型，通過計算機編程，形成標準的模具加工程序，先用 五坐標加工CNC設備，將模具毛坯工作表面，加工掉一層厚度均勻的木料，然后在加工后的模具表面，覆蓋一層新型環氧樹脂材料，環氧樹脂完全固化后，用五坐標加工CNC設備，對表面覆層進行了 CNC加工，最終形成模具工作表面； f.模具檢測對模具表面劃分網格矩陣，形成一定數量的檢測點，然后針對相應的檢測點，用激光跟蹤儀，依靠步驟C中所明確建立的基準平面與基準凸臺進行擬合，檢測形成空間點陣，與UG三維模型進行比對，確定模具尺寸偏差，按照偏差修理、校正模具，保證模具的尺寸、形狀精度；所述環氧樹脂層的厚度為2-15mm ; 所述環氧樹脂內加入了 815B固化劑，加入的固化劑的重量含量為40-90%。 本專利技術有如下效果 1)模具選材獨特、實施容易、制作簡便、成本較低、延長模具壽命、防止吸收空氣水分變形本專利技術采用木材制作葉片本體，在最外側包覆2-15mm樹脂層，這種樹脂覆蓋層包覆木材本體的應用結構屬于木模制作基礎上的創新結構，具有實施容易、制作簡便、成本較低、延長模具壽命、防止吸收空氣水分變形等諸多優點。 2)制作方法獨特水輪機葉片三維模型的結構特性上，具有三維空間性，所有沿周沒有基準平面可供測量、定位，在初期的樣板繪制、毛坯制作、模具結構分塊及后期的機床加工、測量等方面均沒有基準可用，不利于模具制作的展開，為此，需要在UG建模過程中為后序模具生產確定可以參考、測量的基準平面，同時還要為生產出來的模具、鑄件提供檢測基準，以保證基準與數模能夠保持一致，并為將來可能的工藝調整保留修改基準面；在本專利技術中通過引入兩個輔助基準平面，主要解決葉片模具在三維模型建立、反變形量加入、結構分塊、平面圖轉換、圖板繪制、模具毛坯制作、后期CNC加工以及模具制作完成后三維測量臂檢測的基準面問題；另外，通過自主引入兩個基準輔助平面及雙向在扭面上設置若干個矩陣排列的輔助加工測量定位點凸臺，主要解決模具制作過程中葉片被分割制作、加工、測量后由于數據分散無法重新組合成整體葉片的問題。各分塊數據之間通過整體定位凸臺的相對位置關系重新融合為整體，為整體數據的分割測量提供便利條件。同時還有一個主要作用，在葉片后期鑄造完成后，各工序均需要對工序中的葉片變形量進行測量，通過這些定位凸臺作為反變形量的檢測依據，為后期工藝調整打下良好的基礎。 3)模具的強度高由于葉片本身的結構設計屬于超大超薄件，厚度最大300mm，最小60mm，本體設計差異大，輪廓6000mm左右，此類超薄超大產品在起吊時候，模具本體結構設計剛度無法抵御模具本體自重造成的變形，剛度無法滿足要求，如果投入鑄造生產，加上單面需要承重幾十噸的砂子，抗變形性能更加脆弱，為此，本專利技術采用在底部增加高強度輔助胎板的辦法來解決這一問題，通過采用多層木方料縱橫交錯疊加搭接的方案，頂面隨形制作，與葉片本體完全吻合，輔助支撐模具自重及砂子重量，不僅起到了造型時候抵抗變形的作用，而且在日常的吊運、存放上也對葉片本體起到了保護作用。 4)毛坯制作過程的尺寸形狀精度高水輪機葉片模具為三維空間形狀，空間扭曲度大，最大扭曲度達到近2000mm，在模具毛坯制作過程中很難控制葉片形狀。為此，在UG三維建模過程中，通過對縱橫各建立多個等距交叉網格矩陣截面的方法，在這多個網格界面上建立隨形支撐樣板。，在此網格上面進行輞料的圈制，不僅減少了葉片模具制作過程中的形狀偏差問題，而且主要截面的尺寸穩定性在此交叉網格矩陣基礎上得以保證。 5)制作出的模具尺寸、形狀穩定性采用UG建立的三維空間計算機模型作為CNC加工的依據，并通過計算機編程形成標準加工程序，在五坐標加工CNC上實現產品制作，以 保證模具尺寸形狀精度符合要求；為了防止木模表面直接接觸空氣，吸收空氣中的水分，由 于空氣濕度的變化造成模具變形，影響最終的尺寸精度，葉片模具采用了表面樹脂涂層保 護的方法。樹脂采用環保型新型環氧樹脂，同時為了降低樹脂的脆硬性，新增加了新型815B 固化劑，增強模具表面韌性和抗沖擊性；為了控制表面環氧樹脂覆層的厚度均勻性，先期采 用CNC加工掉一層均勻的厚度，在表面覆蓋環氧樹脂覆層以后，二次對表面覆層進行了 CNC 加工。 6)檢測可靠為了保證葉片模具的三維空間扭曲度符合設計要求，專門采購了先 進的激光跟蹤儀，通過對模具表面劃分網格矩陣，形成一定數量的檢測點，然后針對相應的 檢測點，依靠前期建立的基準平面與基準凸臺進行擬合，檢測形成空間點陣，與三維空間計 算機模型進行比對檢測，保證模具本身尺寸、形狀精度。 7)模具變形小本專利技術通過底部的網格矩陣建立大型縱橫木方輔助胎板，通過輔 助胎板的高強度來解決吊運時候的變形問題；通過整體模具的合理分塊和對接，抵消大型 單片類模具本身的變形程度；通過葉片模具本身周圍外表面覆蓋一定厚度的環氧樹脂材 料，隔絕空氣水分的進入，防止空氣濕度變化造成模具變形問題；通過模具本身與輔助胎板 的多點合理輔助連接，增強模具與輔助胎板的貼合程度，防止后期造型過程中由于緊實度 不均勻造成模具變形；同時通過專用裝卡工具的設計和超長螺本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種可保障大型水輪機鑄造葉片尺寸精度的模具制造新工藝方法，其特征是：它包括如下步驟：ａ．選材：模具采用含水率低的木材、模具表面覆蓋一層固化后可切削加工的環保型新型環氧樹脂；ｂ．制作模具工藝方案設計：成形的木料交錯搭接制作模具骨架和模具工作表面基底，在模具表面基底粘附樹脂層，固化后，通過大型數控加工中心設備，加工形成模具的工作表面；ｃ．建立制作模具的三維模型：按照葉片鑄件的鑄造工藝標準文件，采用ＵＧ軟件建立模具的三維模型，為模具骨架和后序加工制作模具，選定兩個基準輔助平面及雙向的扭面上設置若干個矩陣排列的輔助加工測量定位點點的小凸臺面；ｄ．模具毛坯的制作：根據ＵＧ三維模型，縱橫各建立Ｘ個等距交叉網格矩陣截面，在這２Ｘ個網格界面上，１００％釋放、制作隨形支撐樣板，在此網格上面，用多層木方料，縱橫交錯疊加搭接、粘釘，制作隨形的模具骨架，在隨形的模具骨架外圍的頂面，用標準厚度的寬立板料，隨形錯位圈、粘、釘，制作與葉片本體表面輪廓完全吻合的模具工作表面底基；ｅ．加工模具：根據ＵＧ三維模型，通過計算機編程，形成標準的模具加工程序，先用五坐標加工ＣＮＣ設備，將模具毛坯工作表面，加工掉一層厚度均勻的木料，然后在加工后的模具表面，覆蓋一層新型環氧樹脂材料，環氧樹脂完全固化后，用五坐標加工ＣＮＣ設備，對表面覆層進行了ＣＮＣ加工，最終形成模具工作表面；ｆ．模具檢測：對模具表面劃分網格矩陣，形成一定數量的檢測點，然后針對相應的檢測點，用激光跟蹤儀，依靠步驟ｃ中所明確建立的基準平面與基準凸臺進行擬合，檢測形成空間點陣，與ＵＧ三維模型進行比對，確定模具尺寸偏差，按照偏差修理、校正模具，保證模具的尺寸、形狀精度。...

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發人員：彭凡，原曉雷，納建紅，撖俊虎，王向陽，徐國強，閆小龍，
申請(專利權)人：寧夏長城須崎鑄造有限公司，寧夏共享集團有限責任公司，
類型：發明
國別省市：64[中國|寧夏]