常压消失模铸造工艺在大扭曲叶轮生产中的应用

刘腊勤

（陕西法士特汽车传动集团有限公司，陕西 西安 710000）

常压消失模铸造工艺在大扭曲叶轮生产中的应用

刘腊勤

（陕西法士特汽车传动集团有限公司，陕西 西安 710000）

本文首先对大扭曲叶轮的结构特点和铸造要点进行了分析，论述了常压消失模铸造叶轮工艺，就铸造过程中应该注意的问题进行了讨论。

消失模铸造；大扭曲叶轮；技术

0 引言

泵中最为关键的部件就是叶轮，泵的稳定性及各项性能与叶轮的质量和铸造技术有着直接关系。叶轮具有壁厚小、形状复杂的特点，因此，传统的铸造技术不能满足叶轮生产的形状需要，因此其性能也就无法保证。如果想要保证叶轮的叶片形状，在实际生产过程中，就不能对叶片进行起模处理。从现阶段来看，大部分厂商选择熔模精密铸造生产叶轮，该叶片生产成本较高且效率较低，因此在实际生产过程中，并不是理想选择。

我公司在生产大扭曲叶轮时，采用的是常压消失模铸造工艺与传统砂型生产工艺相结合的方式，能够有效解决生产难题。

与传统铸造相比，在浇注环节，常压消失模铸造采用的是泡沫填充型腔的方法，金属液的充型过程实际上就是将泡沫模样置换成金属液的过程，而在常压消失模工艺下，不需要采用金属液消失模进行消熔处理，在铸造过程中不需要增碳，而且有效解决了发气的问题。

1 大扭曲叶轮特点及铸造要点

从前文的分析中我们不难看出，叶轮质量对于泵能否有效运行有着直接关系，而水力性能则是衡量叶轮质量的重要指标。对于叶轮水力性能影响最大的就是叶片形状，如果叶片的形状及扭曲度通过水力性能模拟设计，那么在铸造过程中，其形状是不允许发生任何改变的。大扭曲叶轮较普通叶轮相比，扭曲度较大，叶片形状也更加复杂，而且叶片的厚度不均匀。

从技术方面来说，在铸造过程中，扭曲度和形状必须满足图纸设计要求，只有这样，叶轮的水力性能才能得到保证。采用传统的铸造工艺，在铸造过程中面临的最大问题就是无法起模，如果采取强制性起模，则其叶片形状与图纸设计相比，将会产生较大出入，不能满足水力性能要求。

铸造叶轮采用材质为304不锈钢，具体化学成分为：其化学成分为：C≤0.08%，Si≤2.0%，Mn≤ 1.5%，Cr18.0%～ 21.0%，Mo≤ 0.5%，Ni8.0%～11.0%，P≤0.04% ，S≤0.04%。

2 常压消失模铸造工艺的优势分析

（1）在造型制芯工艺方面，传统消失模铸造与常压消失模铸造大致相同。

（2）传统消失模铸造工艺需要负压，因此在铸造过程中，需要一些庞大的设备，成本较高，而常压消失模铸造工艺，不需要负压。因此在铸造过程中，也不需要庞大的负压设备，大大节省了铸造成本。

（3）常压消失模铸造适用于单件小批量生产。

（4）与传统消失模铸造的工艺相比，常压消失模在技术层面上要更胜一筹，在铸造过程中实现了无余量精确成形，在进行浇注之前，并不需要用金属液代替泡沫塑料模，而是通过氧焰，直接烧掉泡沫塑料模，整个消失模过程不需要金属液的参与，也不需要进行增碳处理。

（5）在常压消失模铸造工艺条件下，不仅没有型芯，而且也不存在分型面，模样没有起模斜度，因此在对叶轮铸件进行设计时，自由度得以提升。在此工艺下，铸造出来的大扭曲叶轮不仅没有毛刺和飞边情况的出现，而且由于实模模样的起模而造成的尺寸误差也得以减小，铸件尺寸的精度高达CT5-CT7，表面粗糙度为6.3～12.5 μm。与熔模精密铸造水平接近。

（6）由于填充砂采用的是常规树脂砂造型，与一般造型并无区别，因此，并不需要对操作人员进行特殊培训。采用常压消失模铸造工艺，大大降低了工人的劳动强度，而且有效地改善了铸造环境。

以铸钢叶轮为例，将传统的消失模铸造工艺改为常压消失模铸造工艺之后，铸钢叶轮的重量明显减轻，而且节省了铸造时间，加工、装配费用也得以降低。常压消失模铸造工艺铸造出来的铸件其重量较传统消失模铸造工艺减轻了15%左右，整体效率得到提升。

3 常压消失模铸造工艺在大扭曲叶轮生产中的应用

首先将经过预发泡处理的泡沫塑料EPS珠粒置于模具当中，连同模具一同放置于蒸汽中，此时，珠粒出现进一步发泡现象，发泡达到一定程度后，将会把整个型腔充满，然后经过脱模吹之后，将其置于温室之中，继续对发泡珠粒进行熟化处理，最后，对其尺寸进行检验，检验合格之后，将定型固化涂料挂涂于铸件表面，并将其烘干，在埋入砂型之前，确保叶片的刚度和强度。

经过烘干处理的叶片直接按照常规造型方法将其放入型砂中即可。

在进行浇注前，需要采用氧焰，将泡沫塑料模样清除。以下是具体的参数设计：

（1）可铸最小壁厚。对于不锈钢叶片来说，可铸最小壁厚控制在4～5 mm。

（2）铸造收缩率。在对模具进行设计时，应该保证模具型腔的尺寸为双重收缩，双重收缩指的是模样和金属收缩。如果采用EPS，此时模样材料的收缩率在0.6%～0.8%，合金的收缩率为1.8%～2.15%。

（3）浇注。为了使钢液能够平稳上升，建议采用底注式浇注系统。该系统能够实现快速充型，因此避免叶片出现浮砂及冷隔现象。

（4）内浇道尺寸。从理论上来讲，对于内浇道的尺寸设计并没有具体的参考值，需要根据实际浇注实验进行调整。

（5）浇注温度。模样消失的过程体现的吸热反应，因此，在进行浇注时，应当将温度调高一些，通常情况下，浇注温度在1 580～1 620 ℃之间 。

（6）冒口设计。通常情况下，冒口的位置设置在热节部位，这样设计的原因在于不受到造型起模的影响，如果冒口用于撇渣作用，那么通常将冒口设置在铸件顶部。在消失模工艺下，全部采用球形暗冒口。

4 结语

我公司引进常压消失模铸造工艺用于大扭曲叶铸件多年，取得了良好的效果，彻底解决了之前存在的质量问题，生产工期也得到了保证，同时叶片的功率以及扭曲形状得到也得到了保证。

为了检验常压消失模铸造工艺下大扭曲叶轮的质量，通过激光划线对叶片进行了检测，检测结果证明，叶片进行了激光划线检测，与水力曲线完全符合。同时还进行了性能试验，结果满足设计要求。

［1］ 何立明. 常压消失模铸造工艺在大扭曲叶轮生产中的应用［J］. 铸造，2011（12）.

［2］ 张冬梅. 数值模拟在消失模铸造工艺中的应用 ［J］. 铸造技术，2015（01）.

Atmospheric EPC technology in the production of large distortion impeller

TG249.5

1009-797X （2015） 20-0097-02

A DOI：10.13520/j.cnki.rpte.2015.20.027

刘腊勤，男，本科，研究方向为消失模铸造及复杂件的精密铸造、铝合金箱体类铸件的重力及低压铸造。

2015-09-16