蝸輪泵殼鑄造工藝改進

王孝國 楊光印 張孝元 王嘉偉 馬艷娥

（1. 山西農(nóng)業(yè)大學 信息學院 山西太谷 030800；2. 福斯流體控制有限公司 江蘇蘇州 215000）

蝸輪泵殼鑄造工藝改進

王孝國1楊光印2張孝元1王嘉偉1馬艷娥1

（1. 山西農(nóng)業(yè)大學 信息學院 山西太谷 030800；2. 福斯流體控制有限公司 江蘇蘇州 215000）

摘 要蝸輪泵殼生產(chǎn)批量較大，目前采用的鑄造工藝缺陷造成報廢率較高，通過澆注四組鑄件并分成參照組和改進組，改進鑄造工藝相關(guān)環(huán)節(jié)，包括制芯工藝、澆注系統(tǒng)、澆注工藝等。采用新工藝生產(chǎn)的鑄件檢驗后，鑄件質(zhì)量滿足各項指標要求，尤其解決了氣孔問題。對原工藝進行優(yōu)化，不僅提高了生產(chǎn)效率和質(zhì)量，而且降低了生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵詞蝸輪泵殼 制芯工藝 澆注系統(tǒng) 澆注工藝

鑄造工藝設(shè)計涉及零件本身工藝設(shè)計、澆注系統(tǒng)設(shè)計、補縮系統(tǒng)設(shè)計、出氣孔設(shè)計、激冷系統(tǒng)設(shè)計、特種鑄造工藝設(shè)計等內(nèi)容。零件本身工藝設(shè)計涉及到零件的加工余量、澆注位置、分型面的選擇，鑄造工藝參數(shù)的選擇、尺寸公差、收縮率、起模斜度、補正量、分型負數(shù)等的設(shè)計。

蝸輪泵殼體是大批量生產(chǎn)的鑄件，目前鑄造工藝不夠完善，得到的鑄件質(zhì)量較差， 故結(jié)合鑄造工藝設(shè)計內(nèi)容，對蝸輪泵殼體鑄造工藝進行調(diào)整和改進，以期得到質(zhì)量優(yōu)異的鑄件，并確定成熟的鑄造工藝方案，為后期鑄件鑄造工藝提供參考。

1 蝸輪泵殼技術(shù)要求

1.1 化學成分要求

蝸輪泵殼體材料按ASTM A890 UNS J92205材料標準執(zhí)行，化學成分見表1。

表1 材料化學成分

1.2 力學性能

對蝸輪泵殼的力學性能要求見表2。

表2 材料力學性能

1.3 外觀質(zhì)量及形狀尺寸

外觀質(zhì)量不低于MSS SP-55標準中的B級要求。鑄件形狀和尺寸應(yīng)符合圖紙規(guī)定，尺寸偏差應(yīng)符合GB/T 6414-CT12的規(guī)定。

2 鑄造工藝設(shè)計

蝸輪泵殼爐號為01、02、03選擇常規(guī)鑄造流程，整體鑄造常規(guī)流程如圖1所示。選取爐號為04蝸殼試驗冷割、冷刨工藝方案，具體流程如圖2所示。

圖1 鑄造常規(guī)流程圖

圖2 冷割、冷刨工藝流程圖

2.1 芯骨準備

由于蝸殼的流道變徑彎曲，芯骨根據(jù)芯盒形狀采用Φ30mm圓鋼焊接隨型芯骨，雙層結(jié)構(gòu)芯骨，如圖3所示。

圖3 雙層結(jié)構(gòu)芯骨

2.2 制芯

蝸殼坭芯流道隨型芯骨上纏繞通氣繩，三出氣方向，出水口、中腔上、下芯頭各引出通氣繩。纏繞方式如圖4所示。

圖4 纏繞方式

(1)爐號01、02組蝸殼坭芯按原規(guī)定，采用100%鉻鐵礦砂制作，形狀如圖5所示。

圖5 鉻鐵礦砂坭芯

(2)選取爐號為03、04蝸殼做實驗，實驗蝸殼坭芯采用新砂制作，硬化起模時間控制在2～3h。降低坭芯制作成本，提高生產(chǎn)效率。如圖6所示蝸殼制作后的坭芯，須對順型打磨掉制芯殘留的砂披縫，保證坭芯表面光滑平整。

圖6 新砂坭芯

2.3 澆注系統(tǒng)

直澆道試驗，爐號為 02組蝸殼砂型采用 Φ60陶瓷管直澆道，其他組按Φ50陶瓷管直澆道制作。

2.4 澆注

1)常規(guī)流程

蝸殼爐號02、03及蝸殼小配件合箱后的砂箱進熱處理爐烘烤，烘烤溫度150～180℃，保溫3～4h時，澆注前出爐。開澆前將氬氣管從澆口往型腔內(nèi)朝下充氬氣2～3min，澆注時停止充氣。

2)試驗方案

蝸殼爐號 01、04合箱后的砂箱開始進行熱風機烘烤，直至開始澆注前。開始澆時將氬氣管從澆口往型腔內(nèi)朝下充氬氣2～3min，澆注時停止充氣。

2.5 氣割、碳刨

1)常規(guī)方案

蝸殼爐號 01、02、03及配件固溶后氣割澆冒口，常溫下切割，冒口與補貼殘留高度不高于10mm，碳刨殘留高度2mm，殘余部分用磨削方式去除。

2)試驗方案

選取蝸殼爐號 04件做冷割冷刨試驗。開箱溫度降至室溫后切割冒口，切割的冒口與補貼殘留高度不大于10mm。氣割后鑄件降至室溫后開始碳刨，碳刨殘留高度2mm，殘余部分用磨削方式去除。

2.6 熱處理

同爐澆注的鑄件和試棒實施同爐熱處理，放置蝸殼鑄件冒口朝下，保證鑄件水平放置。

冷割冷刨蝸殼上箱朝下，墊平鑄件放置。熱處理方式為固溶，淬火溫度為1 150±10℃。

3 試制結(jié)果

(1)爐號 01、 04蝸殼坭芯制芯采用新砂制作，取代原制定的鉻鐵礦砂制作，最終產(chǎn)品表面質(zhì)量和尺寸與常規(guī)工藝無差異，新砂制作型芯不僅提高了制作效率還降低了生產(chǎn)成本。

(2)爐號 01、 04蝸殼合箱后采用熱風機烘型直至澆注前，爐號 02、 03蝸殼合箱后進爐烘型（烘箱時間約3.5h）。在澆注前采用測溫槍對4件蝸殼砂型進行測溫。驗證的結(jié)果說明，合箱后進爐烘型，內(nèi)腔溫度不及熱風機烘型效果，也說明熱風機烘型滿足蝸殼4A材質(zhì)的生產(chǎn)要求，或砂型、坭芯進爐烘型后再合箱，才能滿足鑄件內(nèi)腔的溫度需要。

(3)原工藝方案為防止4A材質(zhì)鑄件在氣割碳刨過程產(chǎn)生裂紋，采用熱處理后氣割氣刨的工藝方案。用爐號 04蝸殼進行冷割冷刨試驗，從試驗的結(jié)果來看，蝸殼冷割冷刨滿足蝸殼生產(chǎn)的技術(shù)要求，冷割冷刨防止蝸殼帶澆冒口熱處理時可能存在的變形，并降低熱處理費用，提高蝸殼生產(chǎn)效率。

4 結(jié)語

從試制結(jié)果看，鑄件的質(zhì)量滿足各項指標要求，尤其解決了氣孔問題并對原工藝進行了優(yōu)化，提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，降低了生產(chǎn)成本。說明所制定的4A材質(zhì)蝸輪泵生產(chǎn)工藝流程完全可行，能滿足蝸輪泵殼類產(chǎn)品的質(zhì)量要求。