大型曲面殼體鑄件鑄造工藝探討

張洪浩，胡愛國，崔占廷，劉吉利

（濟(jì)南二機(jī)床集團(tuán)鑄造有限公司，山東濟(jì)南 250400）

1 循環(huán)水泵殼體鑄件結(jié)構(gòu)及質(zhì)量要求

循環(huán)水泵殼體（泵體、泵蓋）作為發(fā)電廠水循環(huán)系統(tǒng)的關(guān)鍵零部件，材質(zhì)要求為QT400-15A。特殊的結(jié)構(gòu)及作業(yè)環(huán)境決定了其鑄造生產(chǎn)的難度較大，具體難點(diǎn)包括：（1）該鑄件（主體尺寸4000mm×2250mm×2920mm，重22t）結(jié)構(gòu)屬大型曲面殼體類鑄件，模型制作及生產(chǎn)過程尺寸控制都較為困難。（2）進(jìn)、出水口內(nèi)腔均為“L”形結(jié)構(gòu)，內(nèi)腔砂芯重心偏一側(cè)，易因漂芯而導(dǎo)致鑄件報廢。（3）要求泵體、泵蓋加工后整體做高壓強(qiáng)度試驗(yàn)5min 無滲漏、冒汗等缺陷，而鑄件結(jié)構(gòu)決定必須使用芯撐來固定內(nèi)腔砂芯，這對鑄件生產(chǎn)的工藝保證性及各工序操作質(zhì)量都提出了較高的要求。

1.1 泵體造型工藝

模型如圖示，采用中心對稱分型，進(jìn)出水口環(huán)形澆注工藝方案，通過調(diào)整芯頭形狀尺寸及砂芯固定方式、設(shè)計專用芯撐，成功解決了內(nèi)腔芯固定困難易漂芯的問題，同時又保證了鑄件壁滿足壓強(qiáng)試驗(yàn)要求。

創(chuàng)新采用“Z”型砂芯結(jié)構(gòu)，配合使用泵體專用芯撐，解決了泵體內(nèi)腔砂芯固定困難易漂芯的難題；如圖3 所示，較原L 形砂芯，現(xiàn)受力點(diǎn)與浮力點(diǎn)在一條直線上，芯頭支撐更牢固。

圖1 循環(huán)水泵結(jié)構(gòu)

圖2 泵體工藝木模型

圖3 “Z”型砂芯結(jié)構(gòu)示意圖

圖4 專用芯撐

圖5 泵體造型現(xiàn)場

表1 QT400-15A 的國家標(biāo)準(zhǔn)

為滿足壓力測試要求，通過綜合比對，最終選定芯撐結(jié)構(gòu)，如圖4 所示，經(jīng)做耐壓模擬試驗(yàn)，試驗(yàn)件模擬泵體壁厚設(shè)計并放置該芯撐后能滿足1MPa 油壓強(qiáng)度下保壓超6h 無滲油，證明該芯撐完全能滿足客戶要求的0.75MPa 水壓強(qiáng)度試驗(yàn)5min 無滲漏要求。

1.2 泵體熔煉及澆鑄工藝

該鑄件凈重13t，工藝毛重17t，出鐵21t，后跟熱鐵水沖點(diǎn)澆口。具體工藝嚴(yán)要求見表2、3。

表2 成份控制 w/%

該項(xiàng)工藝攻關(guān)成功實(shí)施后，鑄件按生產(chǎn)計劃成功產(chǎn)出并順利通過客戶驗(yàn)收。

2 壓縮機(jī)機(jī)殼鑄件結(jié)構(gòu)及技術(shù)要求

圖6 壓縮機(jī)機(jī)殼結(jié)構(gòu)

機(jī)殼是我公司承接的壓縮機(jī)組設(shè)備的關(guān)鍵零件。分為上殼體與下殼體：鑄件流道內(nèi)循環(huán)高溫氣體，下殼體（主體尺寸5200mm×3500mm×2200mm）兩端軸承箱,油腔致密性要求高：流道內(nèi)氣體壓力1.2MPa,溫度420℃，鑄件不允許有氣孔、夾雜、縮孔缺陷。要求油腔4h 煤油滲漏試驗(yàn)無漏油。流道內(nèi)80%要求表面粗糙度Ra25，其余位置Ra50，上、下殼體法蘭面要求對齊，偏差小于5mm。上、下殼體流道、內(nèi)腔要求對齊，偏差小于5mm。

圖7 定位線劃線示意

圖8 外圍芯下芯示意

2.1 壓縮機(jī)機(jī)殼造型工藝

鑄件過大須采取組芯造型工藝。殼體組芯底面內(nèi)腔芯頭做出模型，在內(nèi)腔芯頭模型上設(shè)計外圍芯下芯參照定位線，造型翻箱后，將定位線引至外圍芯頭底部平面。外圍芯按定位線配模。

新定位基準(zhǔn)工藝：外圍芯按內(nèi)腔芯頭模型引出的定位線為基準(zhǔn)配模。曲面殼體組芯，創(chuàng)新“二次外圍芯組合工藝”：外圍芯第一次組合，驗(yàn)證鑄件輪廓尺寸、調(diào)整外圍芯間誤差，形成合格外形。然后在坭芯相互之間、坭芯與鑄型底平面間定位；編制二次配合順序號后撤除。

表3 工藝參數(shù)

圖9 外圍芯定位示意

圖10 下內(nèi)腔芯示意圖

撤除外圍芯后，空出操作空間。內(nèi)腔芯在充足空間組合，完成坭芯出氣、固定、尺寸測量操作，形成合格內(nèi)腔。組合合格內(nèi)腔芯后，二次組合外圍芯。組合時，按一次組合時編制的配合順序號、坭芯間定位進(jìn)行組合，保證了鑄型內(nèi)外型腔的合格。

圖11 二次組合外圍芯

表4 成份控制 w/%

“二次組芯工藝”有效提高了曲面組芯工藝。外圍芯第一次配模，不配內(nèi)腔芯。留出調(diào)整空間，進(jìn)行配模操作，保證鑄件外表面光潔、尺寸符合要求。撤除外圍芯后，按順序僅下內(nèi)腔芯。留出內(nèi)腔芯操作空間，進(jìn)行配模操作，保證鑄件內(nèi)腔表面光潔、尺寸符合要求。

2.2 壓縮機(jī)殼體熔煉及澆注工藝

材質(zhì)HT250，鑄件硬度要求HB170,水壓試驗(yàn)0.4MPa。鑄件凈重25.495t，出鐵重量42t。后跟熱鐵水沖點(diǎn)冒口。實(shí)際澆注35.5t。

圖12 上、下殼體法蘭、內(nèi)腔配合控制方案

熔煉溫度：1520℃；出爐溫度：1460℃；澆注溫度：1360～1370℃；隨流孕育：0.5%（75Fe-Si）；瞬時孕育：0.1%（龍釔硅鐵粉烘干）。

兩包同時澆注，前期快澆后期收流慢澆。澆滿后冒口木炭保溫，熱鐵水沖點(diǎn)冒口，直到點(diǎn)不進(jìn)為止。

此鑄件生產(chǎn)工藝復(fù)雜、風(fēng)險大，在國內(nèi)僅少數(shù)鑄造企業(yè)能生產(chǎn)。本公司攻克曲面工藝設(shè)計、工藝參數(shù)、配?？刂频认嚓P(guān)技術(shù)難題，完成鑄件生產(chǎn)。

3 結(jié)束語

循環(huán)水泵泵體和壓縮機(jī)殼體鑄件的順利產(chǎn)出證明了我廠已經(jīng)掌握了大型曲面殼體類鑄件的鑄造工藝，為我廠承接此類鑄件打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。