CN105834376A - 一种离心泵叶轮铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种离心泵叶轮铸造工艺，其核心为根据模壳进行浇注的过程，所述模壳具有与待铸造叶轮轴孔对应的中心孔，以使叶轮轴孔不铸出；其特征在于：所述模壳中心孔内壁沿圆周均匀设有2‑4道轴向的筋条，以使浇注时形成中心柱状直浇道和与中心柱状直浇道连为一体的2‑4道分流内浇道，所述分流内浇道由相邻两筋条之间的区域在浇注时形成。本工艺能够保证精密铸造过程中壳型形状尺寸稳定，进而减少浇铸时叶轮变形收缩，提高叶轮成品合格率，提高离心泵效率与使用寿命。

Description

一种离心泵叶轮铸造工艺

技术领域

本发明涉及多级离心泵，具体涉及一种离心泵叶轮精密铸造工艺，属于离心泵叶轮铸造技术领域。

背景技术

离心泵结构复杂、精度要求高，故对铸造工艺要求十分严格。特别是高速离心泵叶轮，作为影响多级离心泵工作效率的关键部件之一，对铸造工艺要求更高，叶轮形线的正确性直接影响离心泵使用效率，产品精度与设计尺寸的契合度高度统一，是保证离心泵效率的最主要因素。目前，泵行业厂家均采用精密铸造方法来降低叶轮变形量，其精密铸造方案为，中心孔不铸出，并加补贴至上口环部位内浇的上端面，并将横浇冒口模型焊至相应处，如图1、图2和图3所示。图1所示为浇注形成的原始产品，其中网格剖面线为需要加工或者切割掉的部分，剩下部分即斜剖面线才是实际需要的叶轮产品。由于中心孔封闭，精铸模壳中空无加强，在焙烧过程中，中心孔位为空，强度较低，口环腔沿轴向膨胀，造成叶片型线整体上移，进而影响产品水力性能。同时，浇铸过程中，模壳中心孔下表面直接受到钢水冲击，极易造成下口环变形或漏水，造成较高的废品率。

不铸出中心孔的工艺方案其变形原因具体分析如下：

1）蜡型的变形分为以下三个阶段：

1.1）压制模型后，高温蜡液收缩，由于仍然在金属模型中保压，不发生变形。

1.2）取出后，室温保压过程中在蜡模中存在的应力逐步释放，发生膨胀，或非均匀变形，而蜡致密度并不高，应力不大，因此变形程度仍然很小。

1.3）抽芯过程是蜡变形的主要阶段之一，尿素芯溶解后，流道内部形线变化区间增大，且整体失去支撑，发生变形。

2）制壳变形分为以下两个阶段：

2.1）脱蜡过程变形：制壳脱蜡时，在中温脱蜡釜中加热，壳型发生变形，虽然莫来石与硅溶胶高温强度好，仍会有细微形变。

2.2）焙烧过程变形：是包括蜡模变形内的变形量最大的阶段，整体壳型在1050℃下焙烧，无支撑部位发生翘起、弯曲。

3）浇铸过程变形

3.1）冲击形变，高温钢水在短时间内直接冲击模型，造成冲击变形。

3.2）凝固过程变形，是变形量最大的过程之一，凝固收缩过程中，叶片盖板收缩受到叶片阻碍，变形量较小，但中心部位为无阻力收缩，变形沿轴线方向进行，进而导致叶轮整体变形。

总之，采用传统的中心不铸孔工艺很难控制毛坯的收缩变形，造成叶轮局部收缩变形，叶片形线发生变化，增大了产品与设计计算流量、扬程等参数的差异，是造成叶轮难以达到验收级别的根本原因之一。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的是提供一种离心泵叶轮精密铸造工艺，本工艺能够保证精密铸造过程中壳型形状尺寸稳定，进而减少浇铸时叶轮变形收缩，提高叶轮成品合格率，提高离心泵效率与使用寿命。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：

一种离心泵叶轮铸造工艺，其核心为根据模壳进行浇注的过程，所述模壳具有与待铸造叶轮轴孔对应的中心孔，以使叶轮轴孔不铸出；其特征在于：所述模壳中心孔内壁沿圆周均匀设有2-4道轴向的筋条，以使浇注时形成中心柱状直浇道和与中心柱状直浇道连为一体的2-4道分流内浇道，所述分流内浇道由相邻两筋条之间的区域在浇注时形成。

中心柱状直浇道直径g小于叶轮轴孔直径。

分流内浇道高度尺寸为内口环高度。

模壳中心孔具有向上的弧形突起，以使叶轮轴孔底端浇铸形成弧形凹槽，凹槽弧度为内口环直径的1.1-2倍。

浇注时，直浇尺寸a为外口环厚度D的1.05-1.2倍，横浇尺寸b为直浇尺寸a的1.05-1.2倍，冒口径c为横浇尺寸b的1. 5-3倍，冒口尺寸e为冒口径c的1. 2-2倍，分流内浇宽度f为内口环厚度d的1.05-1.2倍，中心柱状直浇直径g为内口环高度h的1.1-1.3倍；弧形凹槽的顶部到叶轮最底端的高度j为内口环高度h的0.2-0.5倍。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1、本工艺在叶轮中心孔位放置柱状直浇道，并均匀分流四道内浇，建立了有效的变形阻力，内浇同时起到加强筋的作用，连接到壳型实体，无论在脱蜡、模壳焙烧，或在凝固过程中，对阻碍收缩变形都起到积极作用。

2、本发明模壳中心孔内壁设置2-4道筋条，有利于抑制模壳焙烧过程变形，有效的提高了模壳的强度，保证了模壳外形尺寸与设计尺寸的一致性，进而减少了由于模壳变形引起的叶轮形线变形。

3、本工艺浇铸得到的叶轮轴孔位置形成有与模壳筋条对应的通孔，由于通孔结构，便于后续加工将叶轮轴孔切割出来。

4、本发明中心柱状底部采用弧形凹槽分流方式可以有效减小模壳受到的冲击力，减小模壳漏水的风险，提高成本合格率。

总之，本发明制模过程变形小，精密铸造过程中充型平稳，压力头均一，收缩应力均一，通过改造浇铸***，铸件收缩受阻，保证叶轮叶片的形线，提高叶轮的等级。本发明在传统工艺基础上改善了传统工艺对尺寸变形难以控制的弊端，提高了叶轮成品率，进一步提高了离心泵叶轮的工作效率，实现了较高的经济价值。

附图说明

图1-现有浇铸***构型图。

图2-图1俯视图。

图3-现有叶轮轴孔不铸出示意图。

图4-本发明改良后浇铸***构型图。

图5-图4A向视图。

图6-对比实验中传统工艺叶轮测量数据点示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

参见图4-图5，从图上可以看出，本发明离心泵叶轮铸造工艺，其核心为根据模壳进行浇注的过程，所述模壳具有与待铸造叶轮轴孔对应的中心孔，以使叶轮轴孔不铸出，浇铸后再通过切削等工艺加工出叶轮轴孔。所述模壳中心孔内壁沿圆周均匀设有2-4道轴向的筋条，以使浇注时形成中心柱状直浇道和与中心柱状直浇道连为一体的2-4道分流内浇道，所述分流内浇道由相邻两筋条之间的区域在浇注时形成。实际设计时，筋条为4道并呈90°扇环形，这样浇铸出来的叶轮轴孔部位横截面为十字结构，十字相交部分构成中心柱状直浇道，其余部分构成4道分流内浇道。

中心柱状直浇道直径g小于叶轮轴孔直径，在保证补缩能力情况下，增加模壳中局部填砂厚度，增加壳型强度。

模壳中心孔具有向上的弧形突起，以使叶轮轴孔底端浇铸形成弧形凹槽，凹槽弧度为内口环直径的1.1-2倍。

本发明采用中心柱状分流浇铸***，将以往中心孔封闭的方法改良为中心柱状直浇与分流內浇协同应用的方案。实际浇铸时，浇铸***各部分尺寸见表1。各符号所表示的尺寸见图4和图5。

表1

名称

直浇

横浇

冒口径

冒口

环形分流内浇宽度X4

中心柱状直浇直径

弧形凹槽

代号

a

b

c

e

f

g

j

尺寸

（1.05-1.2）D

（1.05-1.2）a

（1.5-3）b

(1.2-2)c

（1.05-1.2）d

(1.1-1.3)h

(0.2-0.5)h

其中，D为外口环厚度，d为内口环厚度，h为内口环高度；J指弧形凹槽的顶部到叶轮最底端的高度；

本发明与原浇铸***基本数据对比如下，其中实收率=零件毛坯重量/（零件毛坯重量+浇冒***重量）。

铸造工艺	实收率	变形量
			原浇铸***	47.1%	内外口环同心度偏差平均大于2mm
中心柱状分流浇铸	49.9%	同心度偏差平均为20-50丝

焙烧过程中，模壳变形是影响叶轮形线变化的主要原因之一，中心柱状分流***在补缩性能上等同于原工艺，但分流内浇同时起到加强筋的作用，叶轮结构尺寸变化极小，对提高离心泵效率极为有力。

本发明采用中心柱状分流浇铸***进行浇铸，在中心孔位置放置柱状直浇道，代替原工艺不铸出孔。中心柱状直浇道采用2-4道分流内浇，分流内浇道宽度尺寸为内口环厚度的1.05-2倍，高度尺寸为内口环高度。

为了验证本发明改进后的效果，以下采用实验进行对比说明。

实验方法

1）采用15Cr12作为铸造材料，铸造某型号次级叶轮，新老工艺各两个叶轮作为样件。

2）采用硅溶胶与莫来石为精密铸造辅料，中温蜡作为蜡型原料。

3）分别对新老工艺浇铸的叶轮进行解剖，分三点检查叶片根部形线并比较工艺优劣。

4）详细工艺参数见表2；

表2 精密铸造实验参数

编号	材质	方法	工艺参数
				1	15Cr12	传统工艺	模壳1050℃x30min焙烧；1580℃浇铸
2	15Cr12	本发明工艺	模壳1050℃x30min焙烧；1580℃浇铸

5）传统工艺采用的轴线中心孔不铸出，沿中心热节方向厚度不断增大。

6）本工艺采取中心直浇分流***，替代传统工艺铸造半孔的方法。

实验结果

加工后发现传统工艺所采用的中心孔不铸出方法，叶轮中心沿轴线方向变形，变形量约为+5-7mm，无加工余量，叶片形线发生严重变化，如图6（其中粗实线为变形后形线，细实线为设计形线）。

而本发明中心直浇分流***在同种工艺参数下同位置变形量仅为+0.2-0.5mm，尺寸精度达到A-B级叶轮检验标准，如表3、4所示。

表3 传统工艺叶轮变形检测数据

测量位置	1	2	3
				1-1#变形量(mm)	+0.1	+2.13	+5
1-2#变形量(mm)	+0.08	+2.4	+6.7

表4 新工艺叶轮变形检测数据

测量位置	1	2	3
				2-1#变形量(mm)	+0.02	+0.1	0.3
2-2#变形量(mm)	+0.02	+0.14	0.4

与传统工艺相比，改进后的新工艺采用中心直浇分流***，保证热节沿轴线方向逐渐增大的基础上，改良传统工艺中的浇铸***，在中心孔位放置柱状直浇道，并均匀分流四道内浇。建立了有效的变形阻力，内浇同时起到加强筋的作用，连接到壳型实体，无论在脱蜡、焙烧，或在凝固过程中，对阻碍收缩变形都起到积极作用，产品较传统工艺更具有质量优势。本发明在传统工艺基础上改善了传统工艺对尺寸变形难以控制的弊端，提高了叶轮成品率，进一步提高了离心泵叶轮的工作效率，实现了较高的经济价值。

最后说明的是，上述实施例仅用于说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种离心泵叶轮铸造工艺，其核心为根据模壳进行浇注的过程，所述模壳具有与待铸造叶轮轴孔对应的中心孔，以使叶轮轴孔不铸出；其特征在于：所述模壳中心孔内壁沿圆周均匀设有2-4道轴向的筋条，以使浇注时形成中心柱状直浇道和与中心柱状直浇道连为一体的2-4道分流内浇道，所述分流内浇道由相邻两筋条之间的区域在浇注时形成。

2.根据权利要求1所述的离心泵叶轮铸造工艺，其特征在于：分流内浇道高度尺寸为内口环高度。

3.根据权利要求1所述的离心泵叶轮铸造工艺，其特征在于：模壳中心孔具有向上的弧形突起，以使叶轮轴孔底端浇铸形成弧形凹槽，凹槽弧度为内口环直径的1.1-2倍。

4.根据权利要求1所述的离心泵叶轮铸造工艺，其特征在于：浇注时，直浇尺寸a为外口环厚度D的1.05-1.2倍，横浇尺寸b为直浇尺寸a的1.05-1.2倍，冒口径c为横浇尺寸b的1.5-3倍，冒口尺寸e为冒口径c的1. 2-2倍，分流内浇宽度f为内口环厚度d的1.05-1.2倍，中心柱状直浇直径g为内口环高度h的1.1-1.3倍；弧形凹槽的顶部到叶轮最底端的高度j为内口环高度h的0.2-0.5倍。