泵涡轮熔模铸造的工艺改善

Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｎｏ．１０，２０１４　泵涡轮熔模铸造的工艺改善　顾维扬，金正力　（上海电力修造总厂有限公司，上海摘２０１３１６）　要：泵、涡轮因结构复杂、生产过程中易出现模壳断裂现象的特点。通过对泵涡轮熔模铸造流程进行改进，能够有效　解决模壳断裂的问题，使泵、涡轮产品合格率显著提升，从而满足产品在设备中的运行要求，　关键词：熔模铸造；泵轮；涡轮；工艺；断裂　中图分类号：ＴＧ２４９．５　文献标识码：Ｂ　文章编号：１６７２—５４５Ｘ（２０１４）１０—００５２—０２　泵、涡轮是电站锅炉给水泵组、液力耦合器等电　２模具设计　叶槽近轴端模壳出现断裂，是模壳受到的应力　大于其强度造成的，为解决这一问题，应从降低模壳　的受力和提高模壳强度两方面着手。因此，对模具进　站关键设备中的主要部件，其质量对设备安全运行　有较大影响，因此对泵、涡轮生产控制的技术要求较　高。但是泵、涡轮产品结构复杂，在采用熔模铸造工　艺浇铸过程中，易产生叶槽近轴端模壳断裂的现象，　导致铸件废品率高达４０％以上，难以满足生产与技　术上的要求。针对上述问题，充分考虑泵、涡轮铸件　的结构特点，通过改进泵、涡轮熔模铸造的生产工艺　后，该系列产品合格率得到显著提高，铸件质量达到　各项要求标准。　行重新修改，将圆角（图２中箭头所示位置，其它叶　片也是同样位置）由Ｒ２提高至Ｒ３，可以有效防止在　铸造时由于圆角过小，造成此处应力集中的问题，从　而减少断裂现象的ｍ现，图２为增大圆角后压制的　蜡模　１　泵、涡轮结构分析及熔模铸造问题分析　在采用熔模铸造过程中，由于泵轮、涡轮结构的　特殊性，以ＹＯＴ４６—５５０涡轮（ＹＯＴ４６—５５０泵轮与其他　型号泵、涡轮的形状类似）为例，其最大外径￣４７２ｍｍ，　总高度为８３　ｍｍ。净重７０　ｋｇ，叶片数目达４８，叶片厚　度为６　ｍｍ，其叶槽（叶片之间的间隙）数目为４８片，　叶槽厚度从近轴端向外逐渐变大，由１０　ｌｎｍ增大至　图２涡轮蜡模　３制壳工艺改进　３．１配涂料　在熔模铸造制壳Ｔ序中，模壳是由浆料和砂子　组成的，浆料是模壳与耐火砂之间的粘结剂，由水玻　璃和粉料按照一定的比例配制而成，水玻璃中胶体　ＳｉＯ　的相对含量大，在模壳硬化时析出的硅凝胶数　２０　ｍｍ。困此，叶槽近轴端涂料制壳时模壳厚度较薄　或涂层结合不好，使模壳强度较低，在脱蜡、焙烧和　浇注的时候，易出现【大Ｊ应力大于强度而断裂的现象。　在生产过程中发现，模壳断裂８７．６％均出现在叶槽　近轴端（如图１所示）。　量就越多，型壳的湿态强度和高温强度随之上升，因　此适当的增加水玻璃的模数，能够有效的提高模壳　的强度ｆ１Ｉ。为此，在原水玻璃模数为３．２～３．５的基础　上，采用了模数为３．４　３．６５的水玻璃（过度提高水玻　图１　涡轮三维示意图　璃的模数不利于铸件成型后清砂时的溃散性），－ｎＩ有　效保证凝胶，提高水玻璃的模数，提高了叶槽近轴端　模壳的强度。　收稿日期：２０１４—０７—１１　作者简介：顾维扬（１９６１一），男，　程师，主要从事熔模铸造工艺和现场管理方面的研究。　５２　《装备制造技术１２０１４年第ｌ０期　３．２上浆　壳各部分均能得到最佳的强度。　在上浆过程中，叶槽近轴端随着涂料层数的增　加，间距也变得更小，在涂料表面张力的作用下，容　４浇注过程改进　易出现堆浆现象，导致此处撒砂困难和每一层之间　的结合不牢固等问题产生；另外，过多的浆液堆积，　由于泵、涡轮的特殊性，叶片数目多，叶片薄的　易造成后续工序硬化不透和干燥不透的问题，从而　特点，为保证能够在浇注过程中浇足，需快速浇注钢　大大降低近轴端模壳强度，使近轴端在模壳涂制过　水，因此对铸件模壳的冲击力较大。　程中就成为一个簿弱点。因此，在工序过程中加强刷　为了防止叶槽模壳受钢水冲击而导致断裂，采　浆，采用人工甩浆与刷浆相结合的方法，可有效防止　用以下两项措施：　此处堆浆，保证叶槽近轴端模壳的强度。　（１）在浇注的时候，应避免钢水直接冲人模壳叶　３．３干燥　片空腔处，减小钢水对叶槽模壳壁的冲击，可在操作　模壳干燥时，其上的残留硬化剂继续进行均匀　时使钢水沿模壳冒口壁流人底部，钢液在模壳中平　扩散和渗透硬化【”，进一步建立强度，因此，干燥对于　稳的上升，能有效防止叶槽处模壳受高温钢液软化　模壳的强度有着重要的意义。　后，在钢水冲击力的作用下导致叶槽模壳的断裂。　由于叶片间距小，叶槽处模壳干燥不易，可通过　（２）浇注后增加铸件的静态凝固时间（一般在　在热风干燥之间，适当增加自然风干时间的方法，加　３０—４０分钟），待液态钢水基本凝固后起吊至清砂场　强干燥。如原来一层涂料工序结束后，经热风干燥约　地。可有效避免起吊后，液态钢水晃动造成高温状态　４５分钟左右，再进入下一道工序，现改为热风先干燥　下软化叶槽模壳处折断的问题。　２Ｏ分钟后，然后关掉热风，让其自然干燥１Ｏ分钟，等　水分渗出后再继续热风干燥２５分钟左右，以确保模　５结束语　壳达到不干不湿的效果，确保层与层之间的结合牢　固，从而提高和保证模壳的强度要求。　３．４焙烧　由于泵、涡轮尺寸较大，浇注前需装箱填砂，以　通过上述几项工艺措施的改进，能够有效避免　因模具设计不合理、制壳工艺不合理和浇注操作不　当等造成叶槽近轴端模壳断裂的问题。采取上述措　保证浇注后液态钢液冷却收缩变形。因此，模壳在砂　施后，模壳断裂问题下降到５％以下，产品合格率显　箱和装箱砂的包裹下，为保证浇注时模壳的干燥度　著提升，取得了良好的效果。　和强度，对模壳焙烧时间和焙烧温度提出了要求。若　是温度较低，保温时间较短，则模壳干燥不够，热强　参考文献：　度较低［２１。为让模壳焙烧后满足要求，经多次试验与　［１】姜不居主编．熔模铸造手册［Ｍ３．北京：机械工业出版社，２０００．　２】《熔模精密铸造》编写组．熔模精密铸造【Ｍ］．北京：国防工业　实践，确定将浇注前的高温焙烧保温时间适当的延　【出版社，１９７８．　长２小时，在原工艺规定范围内将焙烧温度提高４０　度，以保证模壳内部各个部分得到均匀的焙烧，使模　Ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｐｒａｃｔｉｃｅ　ｏｆ　Ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　Ｃａｓｔｉｎｇ　ｏｆ　Ｐｕｍｐ　Ｉｍｐｅｌｌｅｒ　ａｎｄ　Ｔｕｒｂｉｎｅ　Ｗｈｅｅｌ　ＧＵ　Ｗｅｉ－ｙａｎｇ，ＪＩＮ　Ｚｈｅｎｇ－ｌｉ　（Ｓｈａｎｇｈａｉ　Ｐｏｗｅｒ　Ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ　Ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｅ　Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｓｈａｎｇｈａｉ　２０１３１６，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｕｍｐ　ｉｍｐｅｌｌｅｒ　ａｎｄ　ｔｕｒｂｉｎｅ　ｗｈｅｅｌ　ｗｉｔｈ　ｃｏｍｐｌｅｘ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｗｅｒｅ　ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｓｈｅｌｌ　ｗａｓ　ｆｏｕｎｄ　ｒｅｑｕｅｎｔｆｌｙ．Ｔｈｅ　ｐｒｏｃｅｓｓ　ｏｆ　ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　ｃａｓｔｉｎｇ　ｗａｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ，ａｓ　ａ　ｒｅｓｕｌｔ，ｔｈｅ　ｆｒａｃｔｕｒｅ　ｗｅｒｅ　ｅｆｆｅｃｔｉｖｅｌｙ　ｅｌｉｍｉｎａｔｅｄ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｑｕａｌｉｔｙ　ｃａｓｔｉｎｇｓ　ｒａｔｅ　ｗａｓ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ　ｓｉｇｎｉｉｆｃａｎｔｌｙ，ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ　ｔｈｅ　ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ　ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔ　ｆｏｒ　ｕｎｎｉｒｎｇ　ｗａｓ　ｓａｔｉｓｆｉｅｄ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｎｖｅｓｔｍｅｎｔ　ｃａｓｔｉｎｇ；ｐｕｍｐ　ｉｍｐｅｌｌｅｒ；ｔｕｒｂｉｎｅ　ｗｈｅｅｌ；ｐｒｏｃｅｓｓ；ｆｒａｃｔｕｒｅ　５３