水泵叶轮消失模铸造工艺分析

目前，国内水泵叶轮的铸件生产，主要采用传统的树脂砂造型工艺进行铸件产品的生产制造。该工艺方法在生产制造过程中，均存在造型劳动强度大工序复杂、模型难脱模易损坏、稍不注意就会造成铸件结构及尺寸不稳定、表面质量差、铸件加工余量大、生产制造辅料成本高等诸多不足。 水泵叶轮材料的铸造工艺性 水泵叶轮材料选用为高铬1号材料，为特种高抗耐磨蚀材料，其中含有大量的铬元素，如表1。 表1 高铬1号化学成分 高铬1号材料热处理后具有高的抗磨损性能，较好的韧性，可以获得较高的硬度。如表2。 表2 高铬1号机械性能 水泵叶轮消失模白区 预发泡机 蒸汽式发泡机是利用蒸汽温度使发泡剂受热气化产生压力，树脂颗粒随之膨胀形成蜂窝状结构的泡沫颗粒，通过增加或减少发泡剂的用量来控制预发泡颗粒得密度。当采用蒸汽式预发机发泡时，发泡系统预热温度调节至80～85℃，调节蒸汽管道压力稳定在0.05-0.1MPa（稳定后），加料前膨胀室温度保持在85-95℃，加热时间调整为20-30s，保温时间5s左右，参数设置完成牛，向膨胀室加入预发泡原料并密闭加热，预发密度22-24g/L。 叶轮EPS成型工艺 EPS成型是将发泡，熟化的EPS颗粒填充到金属模具腔体内，经加热使颗粒再次膨胀，填满颗粒间的空隙，使颗粒间相互融合，形成模样得工艺。经过预发泡的颗粒先进行稳定化处理然后送到成型机的中，通过加料，模具型腔充满预发的颗粒后，开始通入蒸汽，使颗粒软化、膨胀、挤满所有空隙形成一体，这样就完成了泡沫模型得制作过程。 白模粘接工艺 由于叶轮模型复杂，很难整体发泡成型，须将其分成若干部分分别发泡成型，再粘接成型。模样的粘接工艺是消失模铸造的一项关键技术，粘接质量的好坏直接影响铸件的质量好坏。白模粘接需要用到热胶棒、热胶枪、冷胶、修补膏及涂胶刷、细砂纸等。粘接时将白模放到组装平台上，白模平台干净，平整。按生产进度要求，准备好需要粘接得白模，按图纸尺寸校对每件白模的主要尺寸，保证每件白模尺寸质量合格。白模粘接前，需要检查白模的质量，对于表面有较小缺陷的白模，可用修补膏进行修缮使用。修补膏涂抹要过渡光洁。冷胶粘接适用于大面积的白模，使用时必须双面涂胶，刷胶要均匀，晾置半小时，再合拢，按压片刻后，移至空占位置晾干，晾干10分钟以上具有一定粘接强度时，放置烘干房进行烘干。 白模烘干过程 消失模铸造工艺应用中，白模烘干技术应用广泛的主要有热电阻加热烘干、高温蒸汽加热烘干等。另外还有太阳能加热、地热能加热、空气能热泵加热、冷冻干燥、微波烘干等多种新技术，但这类新技术应用大多处于理论研究和实验阶段未见有批量化生产应用的案例。 水泵叶轮消失模白模烘干结合公司实际情况，经过多种烘干技术的研究实验，考虑到运行成本和稳定性等因素，最终确定了循环型热风烘干机组与蒸汽锅炉组合式的高温蒸汽加热烘干。 循环型热风烘干机装置主要由散热器、风机、电机、温度感应器、湿度感应器、换气除湿机、余热吸收系统组成。 应用热风烘干技术进行白模烘干，烘干房内温度均匀，烘干效率高，效果稳定，白模在烘干过程中结构变形小，该技术的广泛应用。 白模刷涂料工艺 涂料是消失模铸造工艺中最重要的一环，是消失模铸造工艺成败得早素之一，可以说涂料成功了，消失模工艺就成功了一半。 消失模铸造涂料的主要作用是： 1）形成一个外壳来提高白模的强度和刚度，防止加砂过程中模型表面破损及振动造型及负压定型白模的变形。 2）提高白模表面抗冲刷能力，在浇注时起到隔离作用，将金属液与铸型分开。 3）起到排气作用，防止铸件产生气孔，渗碳缺陷等。 为了保证涂料能达到以上作用，消失模专用涂料应该具有强度，透气性，耐火度，绝热性，涂挂性，悬浮性等。 水泵叶轮消失模涂料的混制按配制的干粉涂料的重量称取70%左右重量的自来水，并加入到涂料搅拌桶内，再将所需干粉涂料也加入到搅拌桶内，进行搅拌。搅拌速度按照400r/min的速度先快速搅拌一小时，再按照200r/min的速度进行慢速搅拌20分钟，搅拌完成后将涂料接至涂料槽内使用。每次搅拌完成的涂料，要用波美度进行测量，测量刻度控制在1.7-1.8Be范围内，如不符合，根据其数值大小进行加水或者加涂料，重新搅拌，直至合格。涂刷时先检查白模是否完好无损。如有裂纹，开裂，等缺陷，不得使用。制作涂层前，需要检查涂料液质量是否合格，如有沉淀，需对其进行搅拌均匀，如液面气泡较多，须进行搅拌消泡沫处理，对于腐败，变质的涂料不得使用。主要采用浸泡涂刷法制作涂层，人工将白模压入涂料槽中，涂料淹没模型后，提出白模并空干多于涂料，涂料流平及涂层均匀后，将其置于烘干架上并送至烘干房进行烘干处理。白模一般需要刷2-3次涂料，涂料厚度控制在1.2-1.5mm范围内，浇冒口系统至少刷三次涂料，厚度控制在2-3mm范围内。白模上的涂料厚度均匀，不得露白，裂纹，气泡或者局部堆积现象。放置预埋件的孔内不得有涂料。意外粘上涂料时，必须打磨干净。 水泵叶轮黑区消失模方案制定原则 叶轮是水泵上的重要零件，其铸造工艺的设计原则按照顺序凝固的设计理念进行。高铬合金材料结晶温度范围宽，在凝固过程中易形成晶粒粗大，趋于糊状凝固，收缩量大，热导率低，脆性大，铸造工艺性很差，在铸造生产过程中易出现热烈和冷裂倾向及缩孔，缩松等铸造缺陷问题。除了工艺特点影响外，由于材料自身属性引起的铸造缺陷倾向就较为严重，主要体现在缩孔，缩松，热裂，变形，打压件渗漏等。 为保证叶轮铸造质量，方案应该首先保证铸件成型，并最大限度的减少各种铸造缺陷的发生。考虑经济效益，提高工艺出品率，白模如何组型，实现合理的群铸，提高生产效率的同时降低生产成本。考虑便于人工操作，降低劳动强度和环境保护。 铸件的浇注位置是指在浇注时铸件在铸型中所在的位置，浇注位置需要根据零件的结构特点，重量，尺寸，技术要求，铸造材料特性，铸造方法以及生产车间的条件决定的。消失模的浇注位置还应该有利于铸件的排列，方便白模的支撑和搬运，在白模某些部位还可以加固以防止白模变形。 正确的选择分型面和浇注位置能够保证获得健全的铸件，并使造型，清理等更为方便高效，在编制铸造工艺时，往往顾此失彼，分型面和浇注位置不能解决所有的铸造矛盾，这就需要编制人员根据具体的实际情况找出主要的矛盾所在，在解决主要矛盾的同时兼顾其他矛盾。 根据水泵叶轮的结构特点，选取水泵叶轮的水路边缘为分型面，这样保证模型制作简单及造型的操作较为方便。 浇注系统是浇注铁水时引导液态金属进去型腔的通道，浇注系统又称为浇口。一般浇注系统有外浇口，直浇口，横浇口，内浇道四部分组成。 1）顶浇注  内浇道设在铸件的顶部，使金属液有铸件顶面流入型腔，易于充满，有利于铸件形成自下而上的凝固顺序，补缩效果好，同时浇注速度快，有利于防止塌箱，浇不足和冷隔缺陷。但是难于控制金属液的流动，容易使EPS热节残留物卷入铸件中，使铸件增碳。 2）侧浇注  内浇道开设在铸件中部的某一高度上，一般从铸件的最大投影面积部位注入，可缩短内浇道的距离。同时兼有顶浇注和底浇注的优缺点，在生产中应用较为广泛，适用于壁厚较均匀高度不太大的各类中，小型铸件。但是测浇注铸件内部的碳缺陷常有。 3）底浇注  内浇道位于铸件底部，金属液进去型腔较为平稳，充型速度慢，金属氧化小，有利于型腔内气体的排出，但是不利于补缩。铸件上表面容易出现碳缺陷，尤其是厚大件严重。底浇注工艺最有利于金属充型，一般厚大铸件都应采用底浇注方式。 冒口是铸型内用作储存金属液并对铸件形成时给予补缩的金属液。冒口作用防止铸件产生缩孔缩松，并且有排气和集渣效果。 根据水泵叶轮的特点和我公司的高铬材料的特性，以及实际情况，初步设计的水泵叶轮的浇注系统为侧浇注，封闭式结构。