《大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法.pdf（7页珍藏版）》请在专利查询网上搜索。
1、(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201310365081.0(22)申请日 2013.08.20B22C 9/10(2006.01)B22C 9/02(2006.01)(71)申请人于彦奇地址 100007 北京东城区北剪子巷39号(72)发明人于彦奇(74)专利代理机构北京瑞成兴业知识产权代理事务所(普通合伙) 11288代理人王大光(54) 发明名称大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法(57) 摘要本发明涉及一种大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法，其无需传统铸造生产的木模制作工序，而是在三维制图软件中设计出多块砂芯模型，采用3D打印机直接将各砂芯打印成型，最后逐层。
2、组芯完成造型。本发明造型方法省去传统制模过程，可显著缩短生产周期、降低生产成本，同时具有造型精度高、劳动强度低、环境污染小等特点，尤其适合多品种、小批量的大型水轮机叶片生产。(51)Int.Cl.(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请权利要求书1页 说明书3页 附图2页(10)申请公布号 CN 104416120 A(43)申请公布日 2015.03.18CN 104416120 A1/1页21.一种大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法，其特征在于，包括如下步骤：1)：将大型水轮机叶片的砂型型腔分割成若干部分的砂芯单元，对应于各所述砂型单元，用制图软件设计出各块砂芯单元的三维。
3、模型；2)：将各所述砂芯单元的模型文件导入到3D打印机中，并在打印工作箱中根据模型文件打印成砂芯；3)：对各所述砂芯的钢水接触面进行刷涂料处理；4)：在砂箱或地坑内打底，做出与砂芯定位连接的打底平台；5)：在做好的打底平台上组合第一层砂芯，而后在组合好的该层砂芯外围填覆背砂和铺设直浇道；6)：重复前述步骤5，逐层组芯和填覆背砂，直至所有砂芯组合完成。2.根据权利要求1所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法，其特征在于，步骤1中，所述各块砂芯单元的设计采用带加强筋的框架结构，所述框架壁上有定位孔。3.根据权利要求1所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法，其特征在于，各块砂芯单元的壁厚为5。
4、0-100mm。4.根据权利要求1所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法，其特征在于，步骤2中，打印材料为铬铁矿砂，打印精度为0.3mm。5.根据权利要求1所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法，其特征在于，每块砂芯的重量为100-200公斤。6.根据权利要求1所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法，其特征在于，步骤3中，各所述砂芯的内壁为钢水接触面。7.根据权利要求1所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法，其特征在于，步骤5与步骤6中，在组芯时，砂芯之间的接触面上涂抹粘接剂，并采用螺栓或钢棒穿过相邻砂芯的壁板上的定位孔，通过预紧或点焊方法对砂芯进行定位固定。8.根据权利要求7。
5、所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法，其特征在于，各层砂芯组合完成后，在外围填覆背砂并进行直浇道的铺砌操作，最后使背砂填覆高度与该层砂芯等高。9.根据权利要求8所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法，其特征在于，所述填覆背砂是常规自硬树脂砂或钢丸。10.根据权利要求1所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法，其特征在于：步骤4中，在所述打底平台内铺设有底反式浇注系统；步骤5与步骤6中，在组合后的砂芯的高度方向装砌出直浇道。权 利 要 求 书CN 104416120 A1/3页3大型水轮机叶片的 3D 打印砂芯造型方法技术领域0001 本发明涉及一种大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方。
6、法。背景技术0002 叶片是水轮机发电设备的主要部件之一，对于几十万千瓦级的水轮机，其叶片轮廓达数米范围，重量在几吨到十几吨不等，采用不锈钢材质，对产品质量要求很高。大型水轮机叶片为三维扭曲变断面结构产品，采用传统铸造造型工艺有以下不足：传统造型需要制作叶片木模，而模具费用高达数十万元，制模周期在一个月以上，往往耗费大量资金和延长铸造生产周期。再者传统手工造型精度不高，定位不易控制，组芯间隙大以及变形等问题而最终影响了铸件尺寸。另外传统造型砂芯尺寸大、重量大，不但人工劳动强度大，还经常需动用大型的翻箱、吊运设备等，对车间设备要求较高。发明内容0003 本发明的目的是提供一种能显著降低铸造成本，。
7、缩短生产周期，提高造型精度并且降低劳动强度，减少对大型设备依赖的大型叶片3D打印砂芯造型方法。0004 为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：0005 一种大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法，其特征在于，包括如下步骤：0006 1：将大型水轮机叶片的砂型型腔分割成若干部分的砂芯单元，对应于各所述砂型单元，用制图软件设计出各块砂芯单元的三维模型；0007 2：将各所述砂芯单元的模型文件导入到3D打印机中，并在打印工作箱中根据模型文件打印成砂芯；0008 3：对各所述砂芯的钢水接触面进行刷涂料处理；0009 4：在砂箱或地坑内打底，做出与砂芯定位连接的打底平台；0010 5：在做好的打底平台上。
8、组合第一层砂芯，而后在组合好的该层砂芯外围填覆背砂和铺设直浇道；0011 6：重复前述步骤5，逐层组芯和填覆背砂，直至所有砂芯组合完成。0012 所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法中，步骤1中，所述各块砂芯单元的设计采用带加强筋的框架结构，所述框架壁上有定位孔。0013 所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法中，各块砂芯单元的壁厚为50-100mm。0014 所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法中，步骤2中，打印材料为铬铁矿砂，打印精度为0.3mm。0015 所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法中，每块砂芯的重量为100-200公斤。0016 所述的大型水轮机叶片的3D。
9、打印砂芯造型方法中，步骤3中，各所述砂芯的内壁为钢水接触面。说 明 书CN 104416120 A2/3页40017 所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法中，步骤5与步骤6中，在组芯时，砂芯之间的接触面上涂抹粘接剂，并采用螺栓或钢棒穿过相邻砂芯的壁板上的定位孔，通过预紧或点焊方法对砂芯进行定位固定。0018 所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法中，各层砂芯组合完成后，在外围填覆背砂并进行直浇道的铺砌操作，最后使背砂填覆高度与该层砂芯等高。0019 所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法中，所述填覆背砂是常规自硬树脂砂或钢丸。0020 所述的大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法中。
10、：0021 步骤4中，在所述打底平台内铺设有底反式浇注系统；0022 步骤5与步骤6中，在组合后的砂芯的高度方向装砌出直浇道。0023 与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：本发明改变了传统的叶片造型工艺方法限制，可有效降本增效，提高产品质量，同时降低劳动强度，绿色环保，尤其适合多品种、小批量的大型叶片铸造生产，具有很好的应用前景。附图说明0024 图1为本发明砂芯组芯造型立体图；0025 图2为叶片轮廓示意图。0026 附图标记说明：1-打底平台；2-砂芯；3-螺栓或钢棒。具体实施方式0027 本发明提供一种大型水轮机叶片的3D打印砂芯造型方法，结合图1所示，包括如下步骤：0028 1：。
11、根据叶片铸造工艺，将大型水轮机叶片的砂型型腔分割成若干部分的砂芯单元，对应于各部分的砂芯单元，用制图软件设计出各块砂芯单元的三维模型。所述各块砂芯单元的设计采用带加强筋的框架结构，所述框架壁上有定位孔，所述各块砂芯单元的壁厚根据生产需要一般厚度在50-100mm。0029 2：将各所述砂芯单元的模型文件导入到3D砂芯打印机中，并在打印工作箱中将所述砂芯单元打印成型为砂芯2。打印材料为铬铁矿砂，打印精度为0.3mm，每块砂芯2的重量为100-200公斤为宜。0030 3：各所述砂芯2的内壁为钢水接触面，对各所述钢水接触面进行刷涂料等处理，备用。0031 4：在砂箱或地坑内打底，铺设底反式浇注系统。
12、，做出与砂芯2定位连接的打底平台1。0032 5：在做好的打底平台上组合第一层砂芯2，在组芯时，砂芯2之间的壁板上涂抹粘接剂，并采用螺栓或钢棒3穿过相邻砂芯2的壁板上的定位孔，通过预紧或点焊等方法对砂芯2进行定位固定。各层砂芯2组合完成后，在外围填覆背砂并进行直浇道的铺砌操作，最后使背砂填覆高度基本与该层砂芯2等高。填覆背砂可以是常规自硬树脂砂，也可以采用钢丸，提高冷却能力。0033 6：重复前述步骤5，逐层组芯和填覆背砂，并在高度方向装砌出直浇道，直至所有说 明 书CN 104416120 A3/3页5砂芯2组合完成。0034 7：合箱、压铁等操作，等待浇注。0035 本发明使用的时候，将钢。
13、水从所述直浇道注入型腔内，待叶片铸件凝固冷却后，拆掉各砂芯2，即得到如图2所示的大型水轮机叶片。0036 本发明与传统叶片造型工艺相比，有如下优势：0037 （1）实现无模化造型，可节约制模费用几十万元，同时明显缩短生产周期。0038 (2)采用3D打印机打印砂芯，尺寸精度高，可达0.3mm，组芯时间隙小、定位准确保证型腔质量。0039 (3)砂芯设计采用框架结构，降低用砂量，同时保证砂芯强度。砂芯框壁上预留打印定位孔，组芯时相互接触面用粘接剂密封，同时用螺栓或钢棒穿过相邻壁的定位孔固定砂芯，保证整体造型的强度和造型精度。0040 (4)每块砂芯重量小，在一两百公斤范围，便于操作，无需大型吊运。
14、设备，对装备能力要求低，造型劳动强度小。0041 (5)组芯外围背砂可用常规自硬树脂砂，也可用钢丸增加冷却能力，且回收利用率高。0042 本发明改变了传统的叶片造型工艺方法限制，可有效降本增效，提高产品质量，同时降低劳动强度，绿色环保，尤其适合多品种、小批量的大型叶片铸造生产，具有很好的应用前景。0043 以上实施条例仅仅是对本发明进行说明，而非作限制性的概括，本领域普通技术人员在本发明的发明构思的指导下，还可以作出很多常规结构上的修改与替换，这些修改与替换也应当被认为属于本发明的保护范围之中。说 明 书CN 104416120 A1/2页6图1说 明 书 附 图CN 104416120 A2/2页7图2说 明 书 附 图CN 104416120 A。