水泵葉輪消失模鑄造工藝分析

目前，國內(nèi)水泵葉輪的鑄件生產(chǎn)，主要采用傳統(tǒng)的樹脂砂造型工藝進(jìn)行鑄件產(chǎn)品的生產(chǎn)制造。該工藝方法在生產(chǎn)制造過程當(dāng)中，均存在造型勞動強(qiáng)度大工序復(fù)雜、模型難脫模易損壞、稍不注意就會造成鑄件結(jié)構(gòu)及尺寸不穩(wěn)定、表層質(zhì)量差、鑄件加工余量大、生產(chǎn)制造輔料成本高等諸多不足。 水泵葉輪材料的鑄造工藝性 水泵葉輪材料選用為高鉻1號材料，為特種高抗耐磨蝕材料，其中含有大量的鉻元素，如表1。 表1 高鉻1號化學(xué)成分 高鉻1號材料熱處理后具有高的耐磨損性能，不錯(cuò)的韌性，可以獲得較高的硬度。如表2。 表2 高鉻1號機(jī)械性能 水泵葉輪消失模白區(qū) 預(yù)發(fā)泡機(jī) 蒸汽式發(fā)泡機(jī)是利用蒸汽溫度使發(fā)泡劑受熱氣化產(chǎn)生壓力，樹脂顆粒隨之膨脹形成蜂窩狀結(jié)構(gòu)的泡沫顆粒，通過增加或減少發(fā)泡劑的用量來控制預(yù)發(fā)泡顆粒得密度。當(dāng)采用蒸汽式預(yù)發(fā)機(jī)發(fā)泡時(shí)，發(fā)泡系統(tǒng)提前提前提前預(yù)熱溫度調(diào)節(jié)至80～85℃，調(diào)節(jié)蒸汽管道壓力穩(wěn)定在0.05-0.1MPa（穩(wěn)定后），加料前膨脹室溫度保持在85-95℃，加熱時(shí)間調(diào)整為20-30s，保溫時(shí)間5s左右，參數(shù)設(shè)置完成牛，向膨脹室加入預(yù)發(fā)泡原料并密閉加熱，預(yù)發(fā)密度22-24g/L。 葉輪EPS成型工藝 EPS成型是將發(fā)泡，熟化的EPS顆粒填充到金屬模具腔體內(nèi)，經(jīng)加熱使顆粒再次膨脹，填滿顆粒間的空隙，使顆粒間相互融合，形成模樣得工藝。經(jīng)過預(yù)發(fā)泡的顆粒先進(jìn)行穩(wěn)定化處理然后送到成型機(jī)的中，通過加料，模具型腔充滿預(yù)發(fā)的顆粒后，開始通入蒸汽，使顆粒軟化、膨脹、擠滿所有空隙形成一體，這樣就完成了泡沫模型得制作過程。 白模粘接工藝 由于葉輪模型復(fù)雜，很難整體發(fā)泡成型，須將其分成若干部分分別發(fā)泡成型，再粘接成型。模樣的粘接工藝是消失模鑄造的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，粘接質(zhì)量的好壞直接影響鑄件的質(zhì)量好壞。白模粘接需要用到熱膠棒、熱膠槍、冷膠、修復(fù)膏及涂膠刷、細(xì)砂紙等。粘接時(shí)將白模放到組裝平臺上，白模平臺干凈，平整。按生產(chǎn)進(jìn)度要求，準(zhǔn)備好需要粘接得白模，按圖紙尺寸校對每件白模的主要尺寸，保證每件白模尺寸質(zhì)量合格。白模粘接前，需要檢驗(yàn)白模的質(zhì)量，對于表層有較小缺點(diǎn)的白模，可用修復(fù)膏進(jìn)行修繕使用。修復(fù)膏涂抹要過渡光潔。冷膠粘接適用于大面積的白模，運(yùn)行時(shí)必須雙面涂膠，刷膠要均勻，晾置半小時(shí)，再合攏，按壓片刻后，移至空占位置晾干，晾干10分鐘以上具有一定粘接強(qiáng)度時(shí)，放置烘干房進(jìn)行烘干。 白模烘干過程 消失模鑄造工藝應(yīng)用中，白模烘干技術(shù)應(yīng)用廣泛的主要有熱電阻加熱烘干、高溫蒸汽加熱烘干等。另外還有太陽能加熱、地?zé)崮芗訜?、空氣能熱泵加熱、冷凍干燥、微波烘干等多種新技術(shù)，但這類新技術(shù)應(yīng)用大多處于理論研究和實(shí)驗(yàn)階段未見有批量化生產(chǎn)應(yīng)用的案例。 水泵葉輪消失模白模烘干結(jié)合公司實(shí)際情況，經(jīng)過多種烘干技術(shù)的研究實(shí)驗(yàn)，考慮到運(yùn)行成本和穩(wěn)定性等因素，最終確定了循環(huán)型熱風(fēng)烘干機(jī)組與蒸汽鍋爐組合式的高溫蒸汽加熱烘干。 循環(huán)型熱風(fēng)烘干機(jī)裝置主要由散熱器、風(fēng)機(jī)、電機(jī)、溫度感應(yīng)器、濕度感應(yīng)器、換氣除濕機(jī)、余熱吸收系統(tǒng)組成。 應(yīng)用熱風(fēng)烘干技術(shù)進(jìn)行白模烘干，烘干房內(nèi)溫度均勻，烘干效率高，效果穩(wěn)定，白模在烘干過程當(dāng)中結(jié)構(gòu)變形小，該技術(shù)的廣泛應(yīng)用。 白模刷涂料工藝 涂料是消失模鑄造工藝中最重要的一環(huán)，是消失模鑄造工藝成敗得早素之一，可以說涂料成功了，消失模工藝就成功了一半。 消失模鑄造涂料的主要作用是： 1）形成一個(gè)外殼來提高白模的強(qiáng)度和剛度，避免加砂過程當(dāng)中模型表層破損及振動造型及負(fù)壓定型白模的變形。 2）提高白模表層抗沖刷能力，在澆注時(shí)起到隔離作用，將金屬液與鑄型分開。 3）起到排氣作用，避免鑄件產(chǎn)生氣孔，滲碳缺點(diǎn)等。 為了保證涂料能達(dá)到以上作用，消失模專用涂料應(yīng)該具有強(qiáng)度，透氣性，耐火度，絕熱性，涂掛性，懸浮性等。 水泵葉輪消失模涂料的混制按配制的干粉涂料的重量稱取70%左右重量的自來水，并加入到涂料攪拌桶內(nèi)，再將所需干粉涂料也加入到攪拌桶內(nèi)，進(jìn)行攪拌。攪拌速度按照400r/min的速度先快速攪拌一小時(shí)，再按照200r/min的速度進(jìn)行慢速攪拌20分鐘，攪拌結(jié)束后將涂料接至涂料槽內(nèi)使用。每次攪拌完成的涂料，要用波美度進(jìn)行測量，測量刻度控制在1.7-1.8Be范圍內(nèi)，如不符合，根據(jù)其數(shù)值大小進(jìn)行加水或者加涂料，重新攪拌，直至合格。涂刷時(shí)先檢驗(yàn)白模是否完好無損。如有裂紋，開裂，等缺點(diǎn)，不得使用。制作涂層前，需要檢驗(yàn)涂料液質(zhì)量是否合格，如有沉淀，需對其進(jìn)行攪拌均勻，如液面氣泡較多，須進(jìn)行攪拌消泡沫處理，對于腐敗，變質(zhì)的涂料不得使用。主要采用浸泡涂刷法制作涂層，人工將白模壓入涂料槽中，涂料淹沒模型后，提出白模并空干多于涂料，涂料流平及涂層均勻后，將其置于烘干架上并送至烘干房進(jìn)行烘干處理。白模一般需要刷2-3次涂料，涂料厚度控制在1.2-1.5mm范圍內(nèi)，澆冒口系統(tǒng)至少刷三次涂料，厚度控制在2-3mm范圍內(nèi)。白模上的涂料厚度均勻，不得露白，裂紋，氣泡或者局部堆積現(xiàn)象。放置預(yù)埋件的孔內(nèi)不得有涂料。意外粘上涂料時(shí)，必須打磨干凈。 水泵葉輪黑區(qū)消失模方案制定原則 葉輪是水泵上的重要零件，其鑄造工藝的設(shè)計(jì)原則按照順序凝固的設(shè)計(jì)理念進(jìn)行。高鉻合金材料結(jié)晶溫度范圍寬，在凝固過程當(dāng)中易形成晶粒粗大，趨于糊狀凝固，收縮量大，熱導(dǎo)率低，脆性大，鑄造工藝性很差，在鑄造生產(chǎn)過程當(dāng)中易出現(xiàn)熱烈和冷裂傾向及縮孔，縮松等鑄造缺點(diǎn)問題。除了工藝特色影響外，由于材料自身屬性引起的鑄造缺點(diǎn)傾向就較為嚴(yán)重，主要體現(xiàn)在縮孔，縮松，熱裂，變形，打壓件滲漏等。 為保證葉輪鑄造質(zhì)量，方案應(yīng)該首先保證鑄件成型，并最大限度的減少各種鑄造缺點(diǎn)的發(fā)生。考慮經(jīng)濟(jì)效益，提高工藝出品率，白模如何組型，實(shí)現(xiàn)合理的群鑄，提高生產(chǎn)效率的同時(shí)下降生產(chǎn)成本?？紤]便于人工操作，下降勞動強(qiáng)度和環(huán)境保護(hù)。 鑄件的澆注位置是指在澆注時(shí)鑄件在鑄型中所在的位置，澆注位置需要根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特色，重量，尺寸，技術(shù)要求，鑄造材料特性，鑄造方法以及生產(chǎn)車間的條件決定的。消失模的澆注位置還應(yīng)該有利于鑄件的排列，方便白模的支撐和搬運(yùn)，在白模某些部位還可以加固以避免白模變形。 準(zhǔn)確的挑選分型面和澆注位置可以保證獲得健全的鑄件，并使造型，清理等更為方便高效，在編制鑄造工藝時(shí)，往往顧此失彼，分型面和澆注位置不可解決所有的鑄造矛盾，這就需要編制人員根據(jù)具體的實(shí)際情況找出主要的矛盾所在，在解決主要矛盾的同時(shí)兼顧其他矛盾。 根據(jù)水泵葉輪的結(jié)構(gòu)特色，選取水泵葉輪的水路邊緣為分型面，這樣保證模型制作簡單及造型的操作較為方便。 澆注系統(tǒng)是澆注鐵水時(shí)引導(dǎo)液態(tài)金屬進(jìn)去型腔的通道，澆注系統(tǒng)又稱為澆口。一般澆注系統(tǒng)有外澆口，直澆口，橫澆口，內(nèi)澆道四部分組成。 1）頂澆注? 內(nèi)澆道設(shè)在鑄件的頂部，使金屬液有鑄件頂面流入型腔，易于充滿，有利于鑄件形成自下而上的凝固順序，補(bǔ)縮效果好，同時(shí)澆注速度快，有利于避免塌箱，澆不足和冷隔缺點(diǎn)。但是難于控制金屬液的流動，容易使EPS熱節(jié)殘留物卷入鑄件中，使鑄件增碳。 2）側(cè)澆注? 內(nèi)澆道開設(shè)在鑄件中部的某一高度上，一般從鑄件的最大投影面積部位注入，可縮短內(nèi)澆道的距離。同時(shí)兼有頂澆注和底澆注的優(yōu)缺點(diǎn)，在生產(chǎn)中應(yīng)用較為廣泛，適用于壁厚較均勻高度不太大的各類中，小型鑄件。但是測澆注鑄件內(nèi)部的碳缺點(diǎn)常有。 3）底澆注? 內(nèi)澆道位于鑄件底部，金屬液進(jìn)去型腔較為平穩(wěn)，充型速度慢，金屬氧化小，有利于型腔內(nèi)氣體的排出，但是不利于補(bǔ)縮。鑄件上表層容易出現(xiàn)碳缺點(diǎn)，尤其是厚大件嚴(yán)重。底澆注工藝最有利于金屬充型，一般厚大鑄件都應(yīng)采用底澆注方式。 冒口是鑄型內(nèi)用作儲存金屬液并對鑄件形成時(shí)給予補(bǔ)縮的金屬液。冒口作用避免鑄件產(chǎn)生縮孔縮松，并且有排氣和集渣效果。 根據(jù)水泵葉輪的特色和我公司的高鉻材料的特性，以及實(shí)際情況，初步設(shè)計(jì)的水泵葉輪的澆注系統(tǒng)為側(cè)澆注，封閉式結(jié)構(gòu)。