大型高铬铸铁挖泥泵叶轮铸造工艺研究

2011-01-24张建宝

铸造设备与工艺 2011年4期

张建宝

（石家庄强大泵业集团有限责任公司，河北石家庄 050035）

挖泥船的叶轮是水泵过流部分的核心部件，是铸造生产的难点。铬系白口铸铁目前是国内外耐磨铸铁的主流[1]，疏浚泵叶轮的选用材质为抗磨白口铸铁Cr26。它是一种典型的具有良好耐磨性的高铬铸铁，但由于它脆性比较强，通常只用于生产形状比较简单、体积较小的铸件。它的铸造性能要比普通的灰铸铁、球墨铸铁差很多，尤其是用于生产复杂的大型铸件，会造成组织内部产生较多的铸造应力而使铸件易于形成缺陷甚至开裂。所以如何合理制定铸造工艺，生产出质量合格的大型高铬材质的叶轮是值得研究的问题。

1 产品简介

本次生产的产品为天津航道局TK1200叶轮，是目前亚洲最大的挖泥泵叶轮，它的主要特点：毛坯重量12 t，叶轮外径φ2710mm，叶片5枚，叶片厚度70mm，盖板厚度63mm，流道宽度587 mm，轴头外径φ735mm，轴头高度245mm，材质Cr26，，其主要化学成分要求见表1。技术上要求叶片流道内表面应光滑平整，不得有曲折、凹坑和拱起，不得有砂眼、裂纹、缩孔等铸造缺陷，静平衡质量允差 4425 g，硬度要求 HRC48～55。

表1 Cr26的主要化学成分（质量分数，%）

2 铸造工艺

2.1 工艺参数的确定

本叶轮属于大型铸件，采用木质模型，手工树脂砂造型。铸造工艺设计时，首先考虑要保证尺寸精度，减少铸件非加工面的尺寸误差，避免将来运转时的不平衡量太大。参考《铸件尺寸公差和机械加工余量》（GB/T6414—1999）标准，并结合本公司实际生产经验：最大外圆加工量为15mm，分型面以上加工量为15mm，分型面以下加工量为10mm。考虑到木质模型的易变形性和分型面的不平整度，留分型负数4mm。由于白口铸铁的凝固特性介于灰铸铁和铸钢之间，所以冒口设计兼顾了二者的特点，根据冒口设计原理和以往的生产经验我们将铸件的工艺出品率定在65%～70%，在上箱叶轮的盖板上放置5个冒口，为了进一步加强补缩效果，5个冒口均采用保温冒口圈，冒口圈内口直径350mm，高度650mm，在轴头上设置三个腰形冒口高度为800mm，增强补缩效果。铸件体积较大，如果单从一个盖板上设置浇注系统会使铁液因流经的路程比较长，而导致铁液温度降低很多，容易造成浇不足等缺陷，而且由于铁液在铸型中温度分布不够均匀，凝固过程中容易造成应力集中，使铸件易于开裂，所以开设两个直浇道双浇，并在上、下盖板上各开设一层浇注系统，每一层开设6～8个内浇口，均匀分布在整圈或者多半圈盖板上。浇注系统的模型可以木制，要求涂料要涂刷到位，避免冲砂造成砂眼缺陷。我公司采用铺设陶瓷浇道砖的办法开设浇注系统，使铁液流动更加顺畅，同时减少夹砂缺陷的产生。两侧浇道用浇道砖联通。另外，选用开放式浇注系统，流道截面积足够大，从而避免浇注时间过长。各组元截面积的比例，大体可采用下面比例：

根据上述分析，综合确定详细的工艺参数，例如模型的拔模斜度1.5°，铸造收缩率2%，砂箱尺寸4500×4500×800（mm），铸造工艺图见图 1，由于此次生产的铸件质量较大，工艺繁琐，为避免不必要的损失，采用计算机数值模拟的方法对铸件在浇注、凝固过程中可能产生的缺陷进行有效地预测[3]，在工艺制定完毕之后，生产之前，进行CAE模拟，以核实工艺的准确性，铸件缺陷模拟见图2。