CN103624218A - 一种泥浆泵用空心曲轴的铸造方法 - Google Patents

一种泥浆泵用空心曲轴的铸造方法 Download PDF

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马崇峰
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Abstract

本发明公开了一种泥浆泵用空心曲轴的铸造方法,利用铸造模型,步骤包括:制作空心曲轴的实样和芯盒,安装好下砂箱、大明冒口、集渣包和浇注通道,在砂型中设置明、暗气眼,在一拐和三拐处分别设置防裂筋;制作砂芯及芯头型体,制作芯骨主杆,在芯骨主杆上开设两组过孔,在每个过孔中焊接一个钢质圆形定位环;在芯骨主杆上采用钢筋焊接多处加强支架,在芯骨主杆上缠绕草绳和排气绳,将做好的芯骨放置芯盒内填砂硬化;喷刷涂料;合箱;浇注;开箱喷砂;打磨和修复;正火处理;二次喷砂;加工空心曲轴两端头轴孔,即成。本发明方法能有效地防止局部出现缩孔或缩松的组织缺陷。

Description

—种泥浆泵用空心曲轴的铸造方法
技术领域
[0001 ] 本发明属于机械设备铸造技术领域,涉及一种泥浆泵用空心曲轴的铸造方法。
背景技术
[0002] 石油钻采设备中的泥浆泵用量很大,空心曲轴又是泥浆泵中的最为重要的传动零件,材质为ZG35CrMoA,其结构复杂、尺寸较大,结构上设置有3个拐如图1所示,互成120度如图2所示,中间设计为空心且形状复杂如图1所示。
[0003] 由于该空心曲轴的铸造工艺设计和生产制造都十分困难,长期以来采用过多种铸造工艺方案,但铸造出来的空心曲轴毛坯经常会由于偏芯、漂芯出现壁厚不均的现象,或由于冒口设置不合理出现局部缩孔、缩松的缺陷,废损率极高,迫切需要创新出新的铸造方法,提闻广品的合格率。
发明内容
[0004] 本发明的目的是提供一种泥浆泵用空心曲轴的铸造方法,解决了现有技术中曲轴由于偏芯、漂芯出现壁厚不均,或冒口设置不合理出现的局部缩孔或缩松缺陷的问题。
[0005] 本发明所采用的技术方案是,一种泥浆泵用空心曲轴的铸造方法,利用铸造模型,按照以下步骤实施:
[0006] 2.1)按照铸造工艺图纸,制作空心曲轴的实样和芯盒,无法正常起模的地方制作成活块;
[0007] 2.2)按照铸造工艺图纸,安装好下砂箱、大明冒口、集渣包和浇注通道,造型时型砂常温强度应大于1.5MPa,在砂型中设置明、暗气眼,对造好的砂型按工艺要求在一拐和三拐处分别设置防裂筋;
[0008] 2.3)按照铸造工艺图纸,制作砂芯及芯头型体,先制作芯骨主杆,在芯骨主杆上开设两组过孔,在每个过孔中焊接一个钢质圆形定位环;再根据芯盒的形状在芯骨主杆上采用钢筋焊接多处加强支架,然后在芯骨主杆上缠绕草绳和排气绳,最后将做好的芯骨放置芯盒内填砂硬化;
[0009] 2.4)喷刷涂料,将造好的砂型和砂芯及芯头型体涂刷多遍;
[0010] 2.5)合箱,按照铸造工艺图纸,先制作好两根碳钢拉杆,将制作好的砂芯及芯头型体放置在砂型的腔内,调好位置后利用拉杆将砂芯及芯头型体与下砂箱底板固定,清理干净型腔残砂,最后扣合好上砂箱并固定可靠;
[0011] 2.6)浇注;
[0012] 2.7)开箱,浇注后50〜60小时开箱,清除空心曲轴表面的粘砂,趁热切割冒口、集渣包、拉杆和浇注通道,切割温度为200°C〜250°C ;
[0013] 2.8) 一次喷砂,对空心曲轴进行喷砂;
[0014] 2.9)打磨和修复;
[0015] 2.10)正火处理;[0016] 2.11) 二次喷砂,对空心曲轴再次进行喷砂;
[0017] 2.12)加工空心曲轴两端头轴孔,即成。
[0018] 本发明的有益效果是,采用两根Φ30_的拉杆使芯骨主杆与下砂箱固定,有效防止由于钢液对砂芯产生的巨大浮力造成砂芯断裂或变形,解决了偏芯或漂芯壁厚不均的难题;将原工艺中设置大小两个冒口或3个冒口的工艺改为一个大明冒口补缩的工艺方案,有效地实现了顺序凝固,防止由于大冒口补缩小冒口造成的小冒口下局部缩孔或缩松的缺陷,从而提高空心曲轴的探伤合格率,增加了毛坯的工艺出品率,提升了铸件质量。
附图说明
[0019] 图1是本发明方法所要铸造的空心曲轴的剖面示意图;
[0020] 图2是图1的左视图;
[0021] 图3是本发明的空心曲轴铸造方法的工作原理示意图;
[0022] 图4是图3中定位环7的放大图。
[0023] 图中,1.空心曲轴,2.内部空腔,3.砂芯及芯头型体,4.大明冒口,5.芯骨主杆,
6.拉杆,7.定位环,8.砂型,9.下砂箱,10.螺栓,11.浇注通道,12.分型面,13.集渣包,14.防裂筋,
[0024] 另外,I处为一拐,II处为二拐,III处为三拐。
具体实施方式
[0025] 参照图1、图2,是本发明的泥浆泵用空心曲轴的铸造方法,所要铸造的空心曲轴的剖面后的型腔结构图,空心曲轴I的内腔中设置有一处内部空腔2,以及三处拐(I处为一拐,II处为二拐,III处为三拐)。
[0026] 参照图3,本发明的空心曲轴铸造方法的砂箱安装结构是,包括上砂箱和下砂箱9(图3中未显不上砂箱),上砂箱和下砂箱9中分别设直有空心曲轴I的砂型8,在上砂箱上的二拐处大盘最高处设置有一个大明冒口 4,在上砂箱上的一拐处设置有一个集渣包13 ;
[0027] 下砂箱9中设置有浇注通道11和防裂筋14 ;
[0028] 浇注通道11采用双层阶梯浇注通道,浇注初期钢液从下层内浇口注入,有利于钢液平稳充型,使气体和渣子方便排出。由于上层内浇道设置有一定倾角,因此,等临注满时上层内浇道才起作用,这样能使上层钢液温度长时间过热,有利于补缩。
[0029] 采用防裂筋14主要是考虑这些部位壁厚变化较大,容易出现裂纹缺陷,因此,采用三角形的加强防裂筋能有效地防止铸造裂纹的产生,该放裂筋在后续的加工环节需要处理掉。
[0030] 上砂箱与下砂箱9的对接面称为分型面12,沿分型面12的平面纵向设置有芯骨主杆5,芯骨主杆5上套装有砂芯及芯头型体3 ;芯骨主杆5与下砂箱9底板之间连接有拉杆6,拉杆6与下砂箱9底板下表面通过螺栓10固定,拉杆6与芯骨主杆5过孔之间设置有定位环7,参照图4。
[0031] 拉杆6的设置,在毛坯清理时要用碳弧气刨将拉杆处刨掉,深度约50mm,清理干净后用J077焊条堆焊,最后打磨光滑。
[0032] 定位环7的作用一是固定拉杆和芯骨,二是该处砂芯所受浮力最大,最容易发生变形或转动。
[0033] 本发明的空心曲轴铸造方法的原理是,采用轴向水平分型,水平造型(采用呋喃树脂砂造型),水平浇注,在二拐处的大盘最高处设置有一个大明冒口 4,在远端一拐处设置有一个集渣包13,在砂芯及芯头型体3轴心设置一根Φ40、壁厚8_与砂芯等长的芯骨主杆5,另外制作两根Φ30 (长度根据砂箱厚度确定)的钢质拉杆6,在合箱时固定芯骨主杆5与下砂箱9底板。
[0034] 本发明的空心曲轴铸造方法,预先工艺设置,按照以下步骤具体实施:
[0035] a)考虑造型和模型制作方便,同时考虑冒口补缩效果,空心曲轴I采用轴向水平中间分型,将二拐处于最高点,以便设置大明冒口 4 ;
[0036] b)根据中国国标的相关规定,在需要加工的表面上添加相应的加工余量,利用铸造圆角尽量使其外表面圆滑过渡;
[0037] c)对应空心曲轴I的内部空腔2制作砂芯及芯头型体3,芯头要考虑定位,芯头长度和间隙根据水平芯头标准确定;在砂芯及芯头型体3中心套装一根外径Φ40壁厚8_与砂芯等长的芯骨主杆5 ;为防止浮力过大造成漂芯,采用2根Φ30钢质拉杆6,一头为标准螺纹,一头为Φ45的圆螺帽头,长度根据砂箱厚度确定。
[0038] d)根据模数法或其它计算方法,在空心曲轴I 二拐最高处设置一个大明冒口 4,形状为楔形,采用发热冒口或保温冒口结构;
[0039] e)在空心曲轴I远端一拐处设置一个集渣包13,位置处在最高处;
[0040] f)制作砂芯及芯头型体3时要考虑冒口补缩通道,使钢液凝固能实现顺序凝固,因此,要对砂芯形状进行适当修正;
[0041] g)采用两层阶梯式浇注通道11,下层位于下砂箱9两道内浇道,内浇道采用Φ60耐火管子砖制作,一道内浇道通向大盘最低处,另一道内浇道通向一拐最低处;上层为于上砂箱两道内浇道(图3中未显示),要有一定倾角,内浇道采用Φ60耐火管子砖制作,一道内浇道通向三拐最高处,另一道内浇道通向一拐最高处;直浇道、横浇道和内浇道截面积均应符合相关工艺标准;
[0042] h)为防止有些部位壁厚差别较大,易形成裂纹,因此,在一拐和三拐处分别设置三道防裂筋14 ;
[0043] i)绘制铸造工艺图纸。
[0044] 本发明的空心曲轴铸造方法,利用上述的铸造模型,具体铸造按照以下步骤具体实施:
[0045] I)按照铸造工艺图纸,制作空心曲轴I的实样和芯盒,无法正常起模的地方制作成活块;
[0046] 2)按照铸造工艺图纸,安装好下砂箱9、大明冒口 4、集渣包13和浇注通道11,采用呋喃树脂砂造型,造型时型砂常温强度应大于1.5MPa,在砂型中设置明、暗气眼用于加强排气,对造好的砂型8按工艺要求制作防裂筋14,即在一拐和三拐处分别设置三道防裂筋14;
[0047] 3)按照铸造工艺图纸,制作砂芯及芯头型体3,先制作芯骨主杆5,按照铸造工艺图纸,位置要求在芯骨主杆5上开设两组过孔,在每个过孔中焊接一个Φ40的钢质圆形定位环7 ;再根据芯盒的形状在芯骨主杆上采用Φ8的钢筋焊接多处加强支架以增加砂芯的强度,然后在芯骨主杆5上缠绕草绳和排气绳以便排气通畅,最后将做好的芯骨放置芯盒内填砂硬化,注意要保证两个Φ40的定位环7上下通透,以便拉杆6顺利穿过;
[0048] 4)喷刷涂料,采用手工涂刷,使用铸钢用呋喃树脂砂常用的锆英粉酒精快干涂料,将造好的砂型8和砂芯及芯头型体3涂刷多遍(4〜5遍);
[0049] 5)合箱,按照铸造工艺图纸,预先制作好两根Φ30的碳钢拉杆6备用,将制作好的砂芯及芯头型体3放置在造好的砂型8的腔内,调好位置后利用拉杆6将砂芯及芯头型体3与下砂箱9底板通过螺栓10固定,因为拉杆是从定位环的正上方砂芯预留的孔位穿过,因此,要修补这孔位残缺的砂芯,清理干净型腔残砂,最后扣合好上砂箱并固定可靠;
[0050] 6)浇注,浇注温度为1550°C〜1570°C,浇注时间2分钟以内,先通过浇口杯、直浇道到浇注通道11进行浇注,浇注时先快后慢,等浇至大明冒口 4约1/3〜1/2高处时,停止浇注;然后在大明冒口 4中加入保温剂,改为从大明冒口 4浇注,浇满后点浇多次(2〜3次);
[0051] 7)开箱,浇注后50〜60小时开箱,采用振动清砂,对空心曲轴I表面的粘砂用机械清除干净,内部空腔的砂子和芯骨尽量清除干净,两端头200mm以内的孔内一定要清理干净,紧接着趁热切割冒口 4、集渣包13、拉杆6和浇注通道11,切割时温度要控制在200。。〜250。。;
[0052] 8) 一次喷砂,对空心曲轴I进行喷砂;
[0053] 9)打磨和修复;
[0054] 10)正火处理,对空心曲轴I进行高温正火处理,正火温度为900°C〜930°C,时间为5〜7小时;
[0055] 11) 二次喷砂,对空心曲轴I再次进行喷砂;
[0056] 12)加工空心曲轴I两端头轴孔,即成。然后用堵头将空心曲轴I两端头封堵可靠,以免没清除干净的砂子掉落,将空心曲轴I的毛坯检验入库。
[0057] 实施例
[0058] 制作F-1300泥浆泵曲轴,图号AH130101-02080001,生产一批顺序号12463,12579,12473,12520, 12492 共 5 件,探伤报告编号:B0MC0J69-MT-NA055_1301,探伤
结果:合格。
[0059] 同样生产顺序号为12384,12476共2件,探伤报告编号:B0MC0J69-MT-NA025-1302,探伤结果:合格;
[0060] 生产顺序号为12557,12537共2件,探伤报告编号:B0MC0J69-MT-NA030_1302,探
伤结果:合格;
[0061] 生产顺序号为12531,12555共2件,探伤报告编号:B0MC0J69-MT-NA031_1302,探
伤结果:合格。
[0062] 在试产过程中,曲轴的合格率达98%以上,保证了泥浆泵关键主承载件的质量。
[0063] 本发明方法所制作的空心曲轴,尺寸和重量大,结构复杂,中间空心,材料属于低合金铸钢件,铸造时采用一个自制的大明冒口、通过修正砂型结构、增加防裂筋和设置集渣包,彻底解决曲轴的内部组织缺陷问题;通过管状芯骨和特制两根拉杆,在合箱时用于固定中间砂芯,有效防止中间砂芯断裂或漂芯问题;生产时应严格控制制芯、合箱、浇注和打磨清理等工序环节。

Claims (5)

1.一种泥浆泵用空心曲轴的铸造方法,其特征在于,利用铸造模型,按照以下步骤实施: 1)按照铸造工艺图纸,制作空心曲轴(I)的实样和芯盒,无法正常起模的地方制作成活块; 2)按照铸造工艺图纸,安装好下砂箱(9)、大明冒口(4)、集渣包(13)和浇注通道(11),造型时型砂常温强度应大于1.5MPa,在砂型中设置明、暗气眼,对造好的砂型(8)按工艺要求在一拐和三拐处分别设置防裂筋(14); 3)按照铸造工艺图纸,制作砂芯及芯头型体(3),先制作芯骨主杆(5),在芯骨主杆(5)上开设两组过孔,在每个过孔中焊接一个钢质圆形定位环(7);再根据芯盒的形状在芯骨主杆上采用钢筋焊接多处加强支架,然后在芯骨主杆(5)上缠绕草绳和排气绳,最后将做好的芯骨放置芯盒内填砂硬化; 4)喷刷涂料,将造好的砂型(8)和砂芯及芯头型体(3)涂刷多遍; 5)合箱,按照铸造工艺图纸,先制作好两根碳钢拉杆(6),将制作好的砂芯及芯头型体(3)放置在砂型(8)的腔内,调好位置后利用拉杆(6)将砂芯及芯头型体(3)与下砂箱(9)底板固定,清理干净型腔残砂,最后扣合好上砂箱并固定可靠; 6)浇注; 7)开箱,浇注后50~60小时开箱,清除空心曲轴(I)表面的粘砂,趁热切割冒口(4)、集渣包(13)、拉杆(6)和浇注通道(11),切割温度为200°C~250°C ; 8) 一次喷砂,对空心曲轴(I)进行喷砂; 9)打磨和修复; 10)正火处理; 11) 二次喷砂,对空心曲轴(I)再次进行喷砂; 12)加工空心曲轴(I)两端头轴孔,即成。
2.根据权利要求1所述的泥浆泵用空心曲轴的铸造方法,其特征在于,所述的步骤6中,具体过程是:浇注温度为1550°C~1570°C,浇注时间2分钟以内,先通过浇口杯、直浇道到浇注装置(11)进行浇注,浇注时先快后慢,等浇至大明冒口(4) 1/3~1/2高处时,停止浇注;然后在大明冒口(4)中加入保温剂,改为从大明冒口(4)浇注,浇满后点浇多次。
3.根据权利要求1所述的泥浆泵用空心曲轴的铸造方法,其特征在于,所述的步骤10中,正火温度为900°C~930°C,时间为5~7小时。
4.根据权利要求1所述的泥浆泵用空心曲轴的铸造方法,其特征在于:该方法所依赖的铸造模型结构是,包括上砂箱和下砂箱(9),上砂箱和下砂箱(9)中分别设置有空心曲轴(I)的砂型(8),在上砂箱上的二拐处大盘最高处设置有一个大明冒口(4),在上砂箱上的一拐处设置有一个集渣包(13); 下砂箱(9 )中设置有浇注通道(11)和防裂筋(14 ); 上砂箱与下砂箱(9)的对接面称为分型面(12),沿分型面(12)的平面纵向设置有芯骨主杆(5 ),芯骨主杆(5 )上套装有砂芯及芯头型体(3 );芯骨主杆(5 )与下砂箱(9 )底板之间连接有拉杆(6)。
5.根据权利要求4所述的泥浆泵用空心曲轴的铸造方法,其特征在于:所述的拉杆(6)与下砂箱(9)底板下表面通过螺栓(10)固定,拉杆(6)与芯骨主杆(5)过孔之间设置有定位环(7)
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