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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