離心泵葉輪砂型鑄造工藝的分析和改進(jìn)

□ 朱達(dá)新

江蘇省江陰中等專業(yè)學(xué)校 機(jī)電系 江蘇江陰 214400

1 改進(jìn)背景

葉輪是泵類設(shè)備中的關(guān)鍵零部件,葉輪的鑄造質(zhì)量將直接影響泵類設(shè)備的工作性能。成套水泵的葉輪通常都是由專業(yè)鑄造廠家采用精密鑄造方法生產(chǎn)的,對承接單件、小批量葉輪鑄造的加工廠而言,在遇到各種需要修配、定制鑄造葉輪的任務(wù)時(shí),需加工的葉輪規(guī)格從小到大非常多,小的外徑只有幾十毫米,流道高度僅為5～6 mm,大的外徑達(dá)到400～500 mm,流道高度為100 mm以上。為了適應(yīng)生產(chǎn)的需要,筆者通過對離心泵葉輪傳統(tǒng)鑄造生產(chǎn)基本工藝不斷改進(jìn),探尋采用砂型生產(chǎn)合格葉輪的鑄造工藝,由此總結(jié)出一套采用砂型生產(chǎn)葉輪的較成功的鑄造工藝。

2 改進(jìn)前鑄造工藝

在改進(jìn)前的葉輪鑄造工藝中,為了保證鑄件在冷卻過程中補(bǔ)縮良好,一直采用將進(jìn)水口向下的鑄造工藝,工藝簡圖如圖1所示。圖1中,*號表示型芯為油砂芯,雙點(diǎn)劃線為鑄造工藝線。

圖1 改進(jìn)前葉輪鑄造工藝

由于鐵水在凝固過程中存在鑄件內(nèi)部比外部凝固緩慢的節(jié)點(diǎn)及局部區(qū)域,因此一般在最后冷卻凝固區(qū)域的上部設(shè)置冒口,這樣葉輪在冷卻過程中能得到很好的補(bǔ)縮,同時(shí)造型、合箱方便。但在生產(chǎn)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn),采用這一工藝鑄造的葉輪對型芯采用油砂配制,油砂型芯烘干,造型中排氣通道暢通等要求均非常高,稍有控制不到位,鑄造出的葉輪就會出現(xiàn)氣孔缺陷。

由于氣孔缺陷,30%的葉輪不合格。分析葉輪出現(xiàn)氣孔缺陷的主要原因如下:在澆鑄過程中,油砂型芯由于受到鐵水的高溫輻射,釋放出大量氣體,這些氣體必須通暢地排出鑄型;改進(jìn)前的工藝中,這些氣體大部分要從砂型底部排出,即下排氣;在生產(chǎn)中,很容易出現(xiàn)排氣不暢通的情況;一旦排氣不暢通,葉輪就會出現(xiàn)氣孔缺陷,無法達(dá)到修理、定制加工葉輪的質(zhì)量要求。

3 改進(jìn)后鑄造工藝

3.1 一般葉輪

針對以往鑄造工藝的不足,在改進(jìn)后的鑄造工藝中,首先要解決排氣通道問題。根據(jù)鑄造工藝?yán)碚?上排氣是最好的排氣方法。為此,在改進(jìn)后的鑄造工藝中,改變?nèi)~輪的鑄造位置,將葉輪的進(jìn)水口向上進(jìn)行鑄造,這樣將以往的下排氣改為上排氣。澆鑄時(shí),油砂產(chǎn)生的大量氣體可以從上部砂型中順利排出,大大減少了葉輪鑄件的氣孔缺陷。在改進(jìn)后的鑄造工藝中,關(guān)鍵是要保證油砂型芯向上排氣通道暢通。要求造型時(shí)在出水口處的上部砂型上設(shè)置數(shù)個(gè)出氣孔,配箱時(shí)在出水口處的油砂型芯和上部砂型之間壓一圈石棉繩,這樣澆鑄時(shí)油砂型芯產(chǎn)生的大量氣體可以被石棉繩圍成的間隙吸收,通過上部砂型的出氣孔排出。改進(jìn)后一般葉輪鑄造工藝如圖2所示,圖2中#號表示型芯為黏土砂芯。

圖2 改進(jìn)后一般葉輪鑄造工藝

在改進(jìn)后的鑄造工藝中,為使葉輪孔下部A處較厚壁處能夠在葉輪冷卻過程中得到足夠補(bǔ)縮,得到組織致密的葉輪,將葉輪中間的軸孔外壁向上延長,并在上方B處設(shè)置冒口。采用改進(jìn)后的鑄造工藝鑄造的一般葉輪,合格率達(dá)到98%以上,能夠較好地滿足修理、定制葉輪的生產(chǎn)需要。

3.2 小型葉輪

在鑄造小型葉輪時(shí),遇到的難題是出水口的寬度太小,合箱時(shí)無法保證壓石棉繩后出水口的寬度大于13 mm,也無法保證排氣通暢,出現(xiàn)的廢品很多。為解決這一問題,在生產(chǎn)中改進(jìn)小型葉輪鑄造工藝,如圖3所示。

圖3 改進(jìn)后小型葉輪鑄造工藝

將阻水圈上平面的機(jī)加工余量加大10 mm,由于葉輪很小,阻水圈處加置兩個(gè)腰圓冒口能夠滿足整個(gè)葉輪在冷卻過程中補(bǔ)縮的要求,這樣油砂型芯就能在出水口處連成一體,有效增大壓石棉繩的面積,從而解決合箱時(shí)無法壓石棉繩導(dǎo)致的排氣不通暢問題。生產(chǎn)中采用改進(jìn)后的鑄造工藝鑄造的小型葉輪,合格率接近100%。

3.3 大型葉輪

對于大型葉輪,如船塢用某壓載泵葉輪,直徑為472 mm,高度為320 mm,鑄造生產(chǎn)中遇到的難題是葉片在長度方向上為圓弧形狀,在高度方向上彎曲,造型取模非常困難,采用油砂做型芯時(shí),油砂潮濕時(shí)的強(qiáng)度很低,取模時(shí)會造成型芯坍塌。通過分析,在葉輪鑄造中,流道采用油砂型芯的目的是油砂具有良好的潰散性,利于清砂。大型葉輪由于流道載面積較大,清砂一般不會困難,因此在生產(chǎn)中采用黏土砂做流道型芯。采用改進(jìn)后的鑄造工藝,成功地鑄造了大型葉輪。

4 結(jié)束語

筆者通過改進(jìn)葉輪的鑄造工藝,將下排氣改為上排氣,解決了排氣不通暢的問題。通過增加補(bǔ)縮冒口,解決了葉輪軸孔下部較厚部分在鑄造冷卻過程中的補(bǔ)縮問題。對于小型葉輪,將阻水圈上平面的機(jī)加工余量加大10 mm,解決了無法鋪設(shè)排氣通道的問題。對于大型葉輪,采用黏土砂芯,解決了葉片取模時(shí)型芯坍塌的問題。

筆者提出的離心泵葉輪改進(jìn)鑄造工藝取得了良好的鑄造效果。