CN111069539A - 大型挖泥泵叶轮铸造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种大型挖泥泵叶轮铸造工艺,属于铸造冶金技术领域,包括以下步骤:制定铸造工艺参数和浇注参数,CAE模拟,制作模型、砂型,浇注,压箱,打箱,清理,热处理及振动时效。本发明提供的大型挖泥泵叶轮铸造工艺,通过制定铸造工艺参数和浇注参数,进行CAE模拟,制作模型、砂型,并通过浇注,压箱,打箱,清理,热处理及振动时效后,生产出质量合格的大型挖泥泵叶轮,降低了废品率,节约了生产制造的成本。

Description

大型挖泥泵叶轮铸造工艺
技术领域
本发明属于铸造冶金技术领域,更具体地说,是涉及一种大型挖泥泵叶轮铸造工艺。
背景技术
随着我们疏浚行业的发展,如我国南海项目和曹妃甸项目的围海造田,黄河和长江巷道的疏通都离不开挖泥船。
挖泥泵是挖泥船的核心设备,而挖泥泵叶轮是挖泥泵的核心部件,挖泥泵受到工况的影响,要求叶轮具备高度耐磨性,因此,挖泥泵一般采用高铬铸铁的材质。为保证工作效率,挖泥泵的口径不断增大,挖泥泵叶轮的直径也在随之不断增大,但由于高铬铸铁材质的特殊性,强度高,韧性差,在制造大型挖泥泵叶轮时,废品率居高不下,大幅提高了制造成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种大型挖泥泵叶轮铸造工艺,旨在解决在制造大型挖泥泵叶轮时,废品率居高不下,大幅提高了制造成本的问题。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案是:提供一种大型挖泥泵叶轮铸造工艺,包括以下步骤:
S1:根据叶轮形状和加工面位置,确定铸造工艺参数,分型面、浇道、冒口、收缩量及加工量等,选取高铬铸铁为金属浇注材料,确定浇注参数,设计浇注温度及浇注速度等;
S2:将叶轮模型尺寸及其相关参数输入到CAE软件进行模拟,并适当调整相关参数,至模拟成型的叶轮质量合格;
S3:根据最终参数制作叶轮模型和芯盒,调配树脂砂并制造砂型和砂芯;
S4:先从浇道向砂型内浇注金属液,待浇注至金属液超过冒口颈后,再从冒口处补浇金属液,直至金属液达到冒口顶部;
S5:自压箱8-10天后,开始打箱,将砂箱连同产品吊运到震砂机上,震落树脂砂后,将叶轮铸坯运转至清理工序;
S6:去除飞边,浇道及冒口,冒口颈预留15-20mm的高度,进行整体抛丸处理;
S7:进行退火,退火温度630-650℃,保温24小时后,关闭热处理炉电源,炉门关闭,直至叶轮铸坯降至250℃,将叶轮铸坯转运至炉外,降温到室温;
S8:经粗加工后,进行高温淬火处理,淬火温度920-950℃,保温24小时后,关闭热处理炉电源,炉门开启,采用风冷的方式使叶轮降至250℃;
S9:将叶轮做好防护,转运至振动机上,进行振动时效,振动时间持续18-24小时,最终转运至加工工序完成精加工。
作为本申请另一实施例,在步骤S1中,确定铸造工艺参数时,叶轮轴头朝下布置冒口和浇道,横浇道为双层,并通过陶瓷管连通,横浇道分别围设在叶轮前盖板和后盖板的周向,围设范围不小于前盖板或后盖板圆周的1/2,冒口选用陶瓷冒口座加保温冒口圈的形式。
作为本申请另一实施例,浇注系统采用开放式,陶瓷冒口座的下端预埋陶瓷易割片。
作为本申请另一实施例,在步骤S3中,叶轮外部砂型为整体结构,叶轮叶片砂芯为分体结构,叶轮叶片通过芯盒造型后,拼接成整体型芯。
作为本申请另一实施例,在步骤S4中,浇注前,在砂箱上方搭设浇注架体,将漏包调整好位置放置于架体上,使包眼正对浇口;浇注时,使用两个摇包先后向漏包内不断注入金属液,并对冒口进行补浇。
作为本申请另一实施例,在步骤S5中,自压箱24小时后去除压铁,6天后在上箱钻孔至叶轮毛坯面,使用测温设备检测叶轮温度,叶轮温度降至250℃以下时开始打箱。
作为本申请另一实施例,在步骤S7中,升温速度每小时升温40℃,直至升温到630-650℃。
作为本申请另一实施例,在步骤S8中,升温速度每小时升温40℃,直至升温到600℃;之后,升温速度调整为每小时升温30℃,直至升温到800℃;之后,升温速度调整为每小时升温20℃,直至达到预定温度,开始保温。
本发明提供的大型挖泥泵叶轮铸造工艺的有益效果在于:与现有技术相比,本发明大型挖泥泵叶轮铸造工艺,通过制定铸造工艺参数和浇注参数,进行CAE模拟出合格产品,制作模型、砂型,并通过浇注、压箱、打箱、清理。热处理及振动时效后,生产出质量合格的大型挖泥泵叶轮,降低了废品率,节约了生产制造的成本。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的大型挖泥泵叶轮铸造工艺的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白,以下结合附图及实施例,对本发明进行进一步详细说明。应当理解,此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明,并不用于限定本发明。
请参阅图1,现对本发明提供的大型挖泥泵叶轮铸造工艺进行说明。所述大型挖泥泵叶轮铸造工艺,包括以下步骤:
S1:根据叶轮形状和加工面位置,确定铸造工艺参数,分型面、浇道、冒口、收缩量及加工量等,选取高铬铸铁为金属浇注材料,确定浇注参数,设计浇注温度及浇注速度等;
本工艺针对叶轮直径超过3m,轴头至出水口轴向高度超过1m,以口径1000以上的挖泥泵叶轮。
以叶轮的轴头端向下布置浇注系统,分型面开设在前盖板的中部,即便出现飞边的缺陷,也能使其不出现在改变的边缘,避免修磨飞边时,出现裂纹;浇道采用陶瓷中空砖铺设,冒口采用陶瓷冒口,提高浇道和冒口的耐热性,避免树脂砂由于高温脱落,进入金属液;轴向收缩量1.5%,径向收缩量2,5%;上部加工面的加工量15-18mm,下部加工面的加工量8-10mm,周向加工面的加工量为12mm;选取Cr26为金属浇注材料,其主要化学成分标准范围为C=2.8-3.0%,Cr=25-27%,Si=0.6-0.8%,Mn=0.6-0.8%,Mo=0.4-0.6%,Ni=0.8-1.0%,Cu=0.8-1.0%,RE=0.6-0.8%,浇注温度1360-1380℃。
S2:将叶轮模型尺寸及其相关参数输入到CAE软件进行模拟,并适当调整相关参数,至模拟成型的叶轮质量合格;
使用华铸CAE模拟叶轮成型分析叶轮内部组织缺陷,并针对缺陷的部位和内部组织形态,调整相关工艺参数,如在缺陷集中部位增设明冒口或暗冒口,核算预留收缩量,调整浇注温度等。
S3:根据最终参数制作叶轮模型和芯盒,调配树脂砂并制造砂型和砂芯;
制作玻璃钢模型和芯盒,调配树脂砂,树脂砂中原砂采用石英砂,SiO2含量大于90%,角形系数小于1.2,目数选取40/60;树脂选用低氮呋喃树脂,含氮量小于3%,PH值6-7;固化剂选用磺酸固化剂,冬天采用3#、4#,夏天采用8#、9#;采用地坑造型,地坑深度大于整个所用砂箱的整体高度。
S4:先从浇道向砂型内浇注金属液,待浇注至金属液超过冒口颈后,再从冒口处补浇金属液,直至金属液达到冒口顶部;
浇口采用陶瓷浇口,浇口直径大于漏包包眼直径,在直浇道底部放置耐火砖,放置大量高温金属液直冲时间过长,导致浇道损毁。
S5:自压箱8-10天后,开始打箱,将砂箱连同产品吊运到震砂机上,震落树脂砂后,将叶轮铸坯运转至清理工序;
S6:去除飞边,浇道及冒口,冒口颈预留15-20mm的高度,进行整体抛丸处理;
冒口颈预留一定高度的残根,避免叶轮在热处理过程中,冒口根部的细微裂纹扩散至叶轮本体上。
S7:进行退火,退火温度630-650℃,保温24小时后,关闭热处理炉电源,炉门关闭,直至叶轮铸坯降至250℃,将叶轮铸坯转运至炉外,降温到室温;
S8:经粗加工后,进行高温淬火处理,淬火温度920-950℃,保温24小时后,关闭热处理炉电源,炉门开启,采用风冷的方式使叶轮降至250℃;
使用至少两台风机,对叶轮进行直吹,使其快速降温,不能使用油淬和水淬,因叶轮材质为高铬铸铁,油淬和水淬降温过于剧烈,会导致叶轮出现开裂的风险。
S9:将叶轮做好防护,转运至振动机上,进行振动时效,振动时间持续18-24小时,最终转运至加工工序完成精加工。
本发明提供的大型挖泥泵叶轮铸造工艺,与现有技术相比,通过制定铸造工艺参数和浇注参数,进行CAE模拟出合格产品,制作模型、砂型,并通过浇注、压箱、打箱、清理。热处理及振动时效后,生产出质量合格的大型挖泥泵叶轮,降低了废品率,节约了生产制造的成本。
作为本发明提供的大型挖泥泵叶轮铸造工艺的一种具体实施方式,在步骤S1中,确定铸造工艺参数时,叶轮轴头朝下布置冒口和浇道,横浇道为双层,并通过陶瓷管连通,横浇道分别围设在叶轮前盖板和后盖板的周向,围设范围不小于前盖板或后盖板圆周的1/2,冒口选用陶瓷冒口座加保温冒口圈的形式。本实施例中,顶冒口数量与叶轮叶片数量一致,均匀防止在叶轮前盖板上,对准叶片根部,加强补缩。横浇道的长度不小于前盖板或后盖板圆周的1/2,可全部环绕前盖板或后盖板,可使金属液进入叶轮砂型的时候,更加均匀,确保成型后叶轮内部组织的一致性。
作为本发明提供的大型挖泥泵叶轮铸造工艺的一种具体实施方式,浇注系统采用开放式,陶瓷冒口座的下端预埋陶瓷易割片。本实施例中,开放式的浇注系统为直浇道过流面积之和小于横浇道过流面积之和,横浇道过流面积之和小于内浇道过流面积之和,且三者之间的差值梯度小于5%,这种浇注系统适用于漏包浇注的方式,浇注过程顺畅,很少出现金属液紊流翻腾的情况。但这种浇注系统挡渣效果较差,依据这个缺陷,在每个内浇口和横浇道的结合处预埋陶瓷过滤片,进行挡渣处理。陶瓷易隔片所缩颈的陶瓷片,放置在冒口的下方,叶轮毛坯成型后,冒口根部会形成缩颈的结构,直接横向撞击冒口,即可使冒口脱离叶轮毛坯,去除冒口方便。避免因冒口去除困难,而采用气割的方式,不但易改变叶轮局部组织形态,影响使用寿命,同时会存在冒口根部冷热变化剧烈,而出现开裂的情况。
作为本发明提供的大型挖泥泵叶轮铸造工艺的一种具体实施方式,在步骤S3中,叶轮外部砂型为整体结构,叶轮叶片砂芯为分体结构,叶轮叶片通过芯盒造型后,拼接成整体型芯。本实施例中,制作砂型和砂芯,在灌砂之前,在模型内放置芯铁,并在芯铁上缠绕草绳,草绳需要完全包裹住芯铁。砂芯的数量和叶轮叶片数量一致,每一块砂芯包含一个叶片的形状,拼接整芯应在砂型内进行,同时测量各个叶片型腔内多处尺寸,确保成型后叶片的厚度和旋转角度合格。
作为本发明提供的大型挖泥泵叶轮铸造工艺的一种具体实施方式,在步骤S4中,浇注前,在砂箱上方搭设浇注架体,将漏包调整好位置放置于架体上,使包眼正对浇口;浇注时,使用两个摇包先后向漏包内不断注入金属液,并对冒口进行补浇。本实施例中,架体通过压铁压紧在地坑的上沿,架体在浇道及冒口处预留浇注及补交位置通道,漏包容量为计算的金属液浇注重量的1.2倍,确保计算偏差导致金属液不足,影响产品质量,将漏包放置在架体上,漏包的包眼正对浇口。使用火焰喷枪预热两个摇包和漏包,采用柴油为火焰喷枪的原料,将火焰喷枪的喷嘴朝下,架设在漏包和摇包内,在金属液出炉前4-5小时开始对漏包和摇包加热,直至金属液出炉,将金属液倒进漏包和摇包,高温的漏包和摇包能够减少金属液进入后的二次氧化现象,减少金属液内的氧化物残渣。两个摇包一大一小,其中的大的摇包容量至少为漏包容量的2/3,另一个小的摇包的容量应为漏包容量的1/2,确保计算的浇注重量出现大幅偏差时,能够有足够的金属液。先使用大摇包向漏包内倾注金属液,再使用小摇包向漏包内倾注金属液,不能完全将摇包内的金属液全部倒入漏包,需要剩余5%-10%,剩余量根据摇包内的炉渣多少而定,炉渣较多,多剩余金属液,炉渣较少,少剩余金属液。进行冒口补交时,可采用大摇包和小摇包内的残余金属液进行补交,采用一定的挡渣措施,虽有少部分炉渣进入冒口,但冒口主要是补缩作用,并不会影响产品质量,同时不必将剩余的金属液凝固后重新熔化,降低了成本。
作为本发明提供的大型挖泥泵叶轮铸造工艺的一种具体实施方式,在步骤S5中,自压箱24小时后去除压铁,6天后在上箱钻孔至叶轮毛坯面,使用测温设备检测叶轮温度,叶轮温度降至250℃以下时开始打箱。本实施例中,浇注完3小时后,使用风镐松动各个冒口周围的树脂砂,此时冒口处的金属液已经凝固,6小时去除砂箱上的夹子,进行松箱处理,减少型腔内的金属液在凝固时受到外力的影响。6天后在上箱的砂型上打孔,钻通至毛坯面,钻孔位置在造型时预留,应对准叶轮的毛坯面,避免直冲加工面打孔。当叶轮温度高于400℃时,测温间距6小时;当叶轮温度300-400℃时,测温间距4小时,当叶轮温度低于300℃时,测温间距2小时,确保叶轮达到250℃时开始打箱,不能早也不能迟,使叶轮在树脂砂覆盖的情况下冷却到250℃,能够细化其内部的晶粒,同时打箱时,处于该温度的树脂砂也便于脱落。
作为本发明提供的大型挖泥泵叶轮铸造工艺的一种具体实施方式,在步骤S7中,升温速度每小时升温40℃,直至升温到630-650℃。本实施例中,缓慢升温,不能升温过快,避免叶轮在升温过程中开裂。
作为本发明提供的大型挖泥泵叶轮铸造工艺的一种具体实施方式,在步骤S8中,升温速度每小时升温40℃,直至升温到600℃;之后,升温速度调整为每小时升温30℃,直至升温到800℃;之后,升温速度调整为每小时升温20℃,直至达到预定温度,开始保温。本实施例中,采用梯度升温的方式,随温度的上升,升温梯度放缓,能够避免叶轮在升温过程中开裂。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.大型挖泥泵叶轮铸造工艺,其特征在于,包括以下步骤:
S1:根据叶轮形状和加工面位置,确定铸造工艺参数,分型面、浇道、冒口、收缩量及加工量等,选取高铬铸铁为金属浇注材料,确定浇注参数,设计浇注温度及浇注速度等;
S2:将叶轮模型尺寸及其相关参数输入到CAE软件进行模拟,并适当调整相关参数,至模拟成型的叶轮质量合格;
S3:根据最终参数制作叶轮模型和芯盒,调配树脂砂并制造砂型和砂芯;
S4:先从浇道向砂型内浇注金属液,待浇注至金属液超过冒口颈后,再从冒口处补浇金属液,直至金属液达到冒口顶部;
S5:自压箱8-10天后,开始打箱,将砂箱连同产品吊运到震砂机上,震落树脂砂后,将叶轮铸坯运转至清理工序;
S6:去除飞边,浇道及冒口,冒口颈预留15-20mm的高度,进行整体抛丸处理;
S7:进行退火,退火温度630-650℃,保温24小时后,关闭热处理炉电源,炉门关闭,直至叶轮铸坯降至250℃,将叶轮铸坯转运至炉外,降温到室温;
S8:经粗加工后,进行高温淬火处理,淬火温度920-950℃,保温24小时后,关闭热处理炉电源,炉门开启,采用风冷的方式使叶轮降至250℃;
S9:将叶轮做好防护,转运至振动机上,进行振动时效,振动时间持续18-24小时,最终转运至加工工序完成精加工。
2.如权利要求1所述的大型挖泥泵叶轮铸造工艺,其特征在于,在步骤S1中,确定铸造工艺参数时,叶轮轴头朝下布置冒口和浇道,横浇道为双层,并通过陶瓷管连通,横浇道分别围设在叶轮前盖板和后盖板的周向,围设范围不小于前盖板或后盖板圆周的1/2,冒口选用陶瓷冒口座加保温冒口圈的形式。
3.如权利要求2所述的大型挖泥泵叶轮铸造工艺,其特征在于,浇注系统采用开放式,陶瓷冒口座的下端预埋陶瓷易割片。
4.如权利要求1所述的大型挖泥泵叶轮铸造工艺,其特征在于,在步骤S3中,叶轮外部砂型为整体结构,叶轮叶片砂芯为分体结构,叶轮叶片通过芯盒造型后,拼接成整体型芯。
5.如权利要求1所述的大型挖泥泵叶轮铸造工艺,其特征在于,在步骤S4中,浇注前,在砂箱上方搭设浇注架体,将漏包调整好位置放置于架体上,使包眼正对浇口;浇注时,使用两个摇包先后向漏包内不断注入金属液,并对冒口进行补浇。
6.如权利要求1所述的大型挖泥泵叶轮铸造工艺,其特征在于,在步骤S5中,自压箱24小时后去除压铁,6天后在上箱钻孔至叶轮毛坯面,使用测温设备检测叶轮温度,叶轮温度降至250℃以下时开始打箱。
7.如权利要求1所述的大型挖泥泵叶轮铸造工艺,其特征在于,在步骤S7中,升温速度每小时升温40℃,直至升温到630-650℃。
8.如权利要求1所述的大型挖泥泵叶轮铸造工艺,其特征在于,在步骤S8中,升温速度每小时升温40℃,直至升温到600℃;之后,升温速度调整为每小时升温30℃,直至升温到800℃;之后,升温速度调整为每小时升温20℃,直至达到预定温度,开始保温。
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