蜗轮泵壳铸造工艺改进

王孝国 杨光印 张孝元 王嘉伟 马艳娥

（1. 山西农业大学 信息学院 山西太谷 030800；2. 福斯流体控制有限公司 江苏苏州 215000）

蜗轮泵壳铸造工艺改进

王孝国1杨光印2张孝元1王嘉伟1马艳娥1

（1. 山西农业大学 信息学院 山西太谷 030800；2. 福斯流体控制有限公司 江苏苏州 215000）

摘 要蜗轮泵壳生产批量较大，目前采用的铸造工艺缺陷造成报废率较高，通过浇注四组铸件并分成参照组和改进组，改进铸造工艺相关环节，包括制芯工艺、浇注系统、浇注工艺等。采用新工艺生产的铸件检验后，铸件质量满足各项指标要求，尤其解决了气孔问题。对原工艺进行优化，不仅提高了生产效率和质量，而且降低了生产成本。

关键词蜗轮泵壳 制芯工艺 浇注系统 浇注工艺

铸造工艺设计涉及零件本身工艺设计、浇注系统设计、补缩系统设计、出气孔设计、激冷系统设计、特种铸造工艺设计等内容。零件本身工艺设计涉及到零件的加工余量、浇注位置、分型面的选择，铸造工艺参数的选择、尺寸公差、收缩率、起模斜度、补正量、分型负数等的设计。

蜗轮泵壳体是大批量生产的铸件，目前铸造工艺不够完善，得到的铸件质量较差， 故结合铸造工艺设计内容，对蜗轮泵壳体铸造工艺进行调整和改进，以期得到质量优异的铸件，并确定成熟的铸造工艺方案，为后期铸件铸造工艺提供参考。

1 蜗轮泵壳技术要求

1.1 化学成分要求

蜗轮泵壳体材料按ASTM A890 UNS J92205材料标准执行，化学成分见表1。

表1 材料化学成分

1.2 力学性能

对蜗轮泵壳的力学性能要求见表2。

表2 材料力学性能

1.3 外观质量及形状尺寸

外观质量不低于MSS SP-55标准中的B级要求。铸件形状和尺寸应符合图纸规定，尺寸偏差应符合GB/T 6414-CT12的规定。

2 铸造工艺设计

蜗轮泵壳炉号为01、02、03选择常规铸造流程，整体铸造常规流程如图1所示。选取炉号为04蜗壳试验冷割、冷刨工艺方案，具体流程如图2所示。

图1 铸造常规流程图

图2 冷割、冷刨工艺流程图

2.1 芯骨准备

由于蜗壳的流道变径弯曲，芯骨根据芯盒形状采用Φ30mm圆钢焊接随型芯骨，双层结构芯骨，如图3所示。

图3 双层结构芯骨

2.2 制芯

蜗壳坭芯流道随型芯骨上缠绕通气绳，三出气方向，出水口、中腔上、下芯头各引出通气绳。缠绕方式如图4所示。

图4 缠绕方式

(1)炉号01、02组蜗壳坭芯按原规定，采用100%铬铁矿砂制作，形状如图5所示。

图5 铬铁矿砂坭芯

(2)选取炉号为03、04蜗壳做实验，实验蜗壳坭芯采用新砂制作，硬化起模时间控制在2～3h。降低坭芯制作成本，提高生产效率。如图6所示蜗壳制作后的坭芯，须对顺型打磨掉制芯残留的砂披缝，保证坭芯表面光滑平整。

图6 新砂坭芯

2.3 浇注系统

直浇道试验，炉号为 02组蜗壳砂型采用 Φ60陶瓷管直浇道，其他组按Φ50陶瓷管直浇道制作。

2.4 浇注

1)常规流程

蜗壳炉号02、03及蜗壳小配件合箱后的砂箱进热处理炉烘烤，烘烤温度150～180℃，保温3～4h时，浇注前出炉。开浇前将氩气管从浇口往型腔内朝下充氩气2～3min，浇注时停止充气。

2)试验方案

蜗壳炉号 01、04合箱后的砂箱开始进行热风机烘烤，直至开始浇注前。开始浇时将氩气管从浇口往型腔内朝下充氩气2～3min，浇注时停止充气。

2.5 气割、碳刨

1)常规方案

蜗壳炉号 01、02、03及配件固溶后气割浇冒口，常温下切割，冒口与补贴残留高度不高于10mm，碳刨残留高度2mm，残余部分用磨削方式去除。

2)试验方案

选取蜗壳炉号 04件做冷割冷刨试验。开箱温度降至室温后切割冒口，切割的冒口与补贴残留高度不大于10mm。气割后铸件降至室温后开始碳刨，碳刨残留高度2mm，残余部分用磨削方式去除。

2.6 热处理

同炉浇注的铸件和试棒实施同炉热处理，放置蜗壳铸件冒口朝下，保证铸件水平放置。

冷割冷刨蜗壳上箱朝下，垫平铸件放置。热处理方式为固溶，淬火温度为1 150±10℃。

3 试制结果

(1)炉号 01、 04蜗壳坭芯制芯采用新砂制作，取代原制定的铬铁矿砂制作，最终产品表面质量和尺寸与常规工艺无差异，新砂制作型芯不仅提高了制作效率还降低了生产成本。

(2)炉号 01、 04蜗壳合箱后采用热风机烘型直至浇注前，炉号 02、 03蜗壳合箱后进炉烘型（烘箱时间约3.5h）。在浇注前采用测温枪对4件蜗壳砂型进行测温。验证的结果说明，合箱后进炉烘型，内腔温度不及热风机烘型效果，也说明热风机烘型满足蜗壳4A材质的生产要求，或砂型、坭芯进炉烘型后再合箱，才能满足铸件内腔的温度需要。

(3)原工艺方案为防止4A材质铸件在气割碳刨过程产生裂纹，采用热处理后气割气刨的工艺方案。用炉号 04蜗壳进行冷割冷刨试验，从试验的结果来看，蜗壳冷割冷刨满足蜗壳生产的技术要求，冷割冷刨防止蜗壳带浇冒口热处理时可能存在的变形，并降低热处理费用，提高蜗壳生产效率。

4 结语

从试制结果看，铸件的质量满足各项指标要求，尤其解决了气孔问题并对原工艺进行了优化，提高生产效率和质量，降低了生产成本。说明所制定的4A材质蜗轮泵生产工艺流程完全可行，能满足蜗轮泵壳类产品的质量要求。