本發(fā)明涉及一種鑄造工藝，特別是涉及一種泥泵葉輪的鑄造加工工藝。
背景技術(shù)：
葉輪作為泵產(chǎn)品的核心零件，對(duì)泵的性能及整機(jī)的可靠性和壽命都起著重要的作用。我國從研制泵產(chǎn)品以來，葉輪的鑄造加工工藝均采用木模刻線的砂型鑄造工藝生產(chǎn)。近年來有了水玻璃工藝鑄造技術(shù)、熔模鑄造工藝，鑄造技術(shù)已發(fā)展得越來越成熟。但是葉輪的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，特別是葉片為空間立體結(jié)構(gòu)，使得葉輪的鑄造工藝發(fā)展緩慢，精密鑄造技術(shù)難于在葉輪的鑄造工藝上使用。
泥泵是挖泥船的關(guān)鍵部件，挖泥船施工時(shí)，泥泵將海底泥沙吸上來，再排到幾公里外的納泥區(qū)。因?yàn)檩斔徒橘|(zhì)的不同、工作條件的惡劣，泥泵葉輪的磨損十分嚴(yán)重。因此船舶在泥泵的維護(hù)上頻繁更換泥泵葉輪等過流部件，導(dǎo)致船舶運(yùn)營中“兩增兩降”，即增加了船舶成本和船員的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低了船舶運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間和創(chuàng)效能力。因此，作為泥泵的核心部件，從選材上應(yīng)嚴(yán)格把關(guān)，從鑄造生產(chǎn)上管控，才能滿足在惡劣工況下具備良好的性能。
泥泵葉輪的磨損機(jī)理主要分為三大類：沖蝕性磨損、氣蝕磨損、腐蝕。沖蝕性磨損：泥泵在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，液體中攜帶的固體物質(zhì)以一定的速度對(duì)葉輪表面進(jìn)行沖擊，造成材料的磨損，沖蝕性磨損機(jī)理可以分為切削磨損、變形疲勞磨損和切削+變形復(fù)合磨損。氣蝕磨損：在泥泵運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，泥泵葉輪特別是葉輪進(jìn)口處，由于輸送介質(zhì)的絕對(duì)壓力下降到當(dāng)時(shí)溫度下的汽化壓力時(shí)，液體便在該處開始汽化，形成氣泡；氣泡隨輸送介質(zhì)流動(dòng)，至某高壓處時(shí)，氣泡急劇縮小至潰滅，在氣泡凝結(jié)同時(shí)，液體質(zhì)點(diǎn)以高速充填孔隙，并對(duì)葉輪表面產(chǎn)生強(qiáng)烈的沖擊，葉輪表面因此造成磨損，嚴(yán)重時(shí)表面會(huì)呈現(xiàn)小凹坑狀。腐蝕：作為大型挖泥船主要為海上疏浚工程，輸送介質(zhì)具有一定的鹽分，泥泵葉輪會(huì)發(fā)生腐蝕磨損現(xiàn)象。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種步驟簡(jiǎn)單、工件耐腐蝕耐磨損的泥泵葉輪的鑄造加工工藝。
本發(fā)明泥泵葉輪的鑄造加工工藝，包括以下步驟：
a)確定鑄造工藝參數(shù)，按照加工尺寸確定非加工面的尺寸誤差和加工余量，確定澆注系統(tǒng)，澆注系統(tǒng)設(shè)為兩個(gè)，以及確定冒口的數(shù)量和位置；
b)根據(jù)上述參數(shù)加工模具和樹脂砂造型；
c)向模具內(nèi)澆注，兩個(gè)澆注系統(tǒng)配設(shè)有兩個(gè)澆包和一個(gè)補(bǔ)償澆包，澆注溫度控制在1380℃-1400℃，澆注時(shí)間控制在1-3分鐘；
d)打箱，澆注完畢保溫3-5小時(shí)，解除壓箱，9-10小時(shí)將冒口周圍的砂型松動(dòng)，4天后松動(dòng)葉輪道內(nèi)的砂型，再保溫7-10天，即鑄件溫度降至250℃后打箱；
e)清理，去除澆注系統(tǒng)和澆注飛邊，冒口的頸保留20-30mm，再進(jìn)行噴丸處理；
f)退火，退火溫度控制在880℃-890℃，時(shí)間9-11小時(shí)；
g)二次清理，退火溫度降至280℃后，取出工件進(jìn)行空冷，冷卻后清理；
h)粗加工和熱處理，工件粗加工后淬火、回火，淬火和回火時(shí)間均為2小時(shí)，淬火溫度860℃，淬火完成后風(fēng)冷，回火溫度230℃，回火完成后風(fēng)冷。
本發(fā)明泥泵葉輪的鑄造加工工藝，其中澆注金屬材料選用高鉻鑄鐵，高鉻鑄鐵的金相組織包括奧氏體和馬氏體。
本發(fā)明泥泵葉輪的鑄造加工工藝，其中所述加工模具設(shè)為木質(zhì)材料,、手工樹脂砂造型。
本發(fā)明泥泵葉輪的鑄造加工工藝，其中所述冒口設(shè)有5個(gè)，每個(gè)冒口上均設(shè)有保溫冒口圈。
本發(fā)明泥泵葉輪的鑄造加工工藝，其中所述澆注系統(tǒng)的鋪設(shè)采用陶瓷澆道磚法，且設(shè)為開放式澆注系統(tǒng)。
本發(fā)明泥泵葉輪的鑄造加工工藝，其中鑄造加工過程中設(shè)有過程驗(yàn)收，即在澆注前對(duì)材料進(jìn)行爐前化驗(yàn)，在澆注完成后對(duì)澆注樣塊進(jìn)行光譜分析，對(duì)照兩次檢驗(yàn)的材質(zhì)。
本發(fā)明泥泵葉輪的鑄造加工工藝，其中工件鑄造完成后對(duì)工件尺寸進(jìn)行驗(yàn)收，逐項(xiàng)檢測(cè)裝配尺寸、配合公差。
本發(fā)明泥泵葉輪的鑄造加工工藝，其中工件加工完成后進(jìn)行硬度檢測(cè)和超聲波探傷。
本發(fā)明泥泵葉輪的鑄造加工工藝，其中鑄造過程中同時(shí)鑄造的樣塊，進(jìn)行沖壓、拉伸、延伸率試驗(yàn)，且對(duì)兩個(gè)澆注均進(jìn)行試驗(yàn)。
本發(fā)明泥泵葉輪的鑄造加工工藝，其中葉輪交付前進(jìn)行靜平衡試驗(yàn)。
本發(fā)明泥泵葉輪的鑄造加工工藝與現(xiàn)有技術(shù)不同之處在于本發(fā)明泥泵葉輪的鑄造加工工藝包括確定鑄造參數(shù)，計(jì)算加工尺寸，并且設(shè)置有兩個(gè)澆注系統(tǒng)，保證澆注材料快速均勻分布，減小應(yīng)力集中；加工模具和造型，采用木質(zhì)模具、手工樹脂砂造型；澆注，澆注過程設(shè)有兩個(gè)澆注系統(tǒng)，同時(shí)澆注，并且兩個(gè)澆注系統(tǒng)相互連通；打箱，鑄造工件溫度降至250℃時(shí)打箱，防止溫度過高而影響鑄造工件的熱量分布，保證鑄造工件受熱均勻；清理時(shí)冒口保留20-30mm；退火溫度控制在880℃-890℃；退火冷卻后進(jìn)行二次清理，粗加工和熱處理，鑄造工件粗加工后進(jìn)行淬火和回火；經(jīng)過上述澆注工藝和熱處理工藝加工得到的泥泵葉輪，其性能具有高強(qiáng)度、高硬度、耐沖擊性好、延展性好，強(qiáng)度≥700MPa，硬度≥55HRC，延伸率0.5-1.5％，沖擊韌度≥8J/cm2。其中退火溫度和時(shí)間、二次清理后的退火溫度、粗加工后淬火、回火溫度和時(shí)間，是影響上述強(qiáng)度、硬度、延展性、耐沖壓性能等的重要條件，使硬度保持在≥55HRC，是保證泥泵葉輪強(qiáng)度和壽命的重要條件，否則，泥泵葉輪容易開裂或耐磨性降低。
具體實(shí)施方式
本發(fā)明泥泵葉輪的鑄造加工工藝，包括以下步驟：
a)確定鑄造工藝參數(shù)，按照加工尺寸確定非加工面的尺寸誤差和加工余量，確定澆注系統(tǒng)，澆注系統(tǒng)設(shè)為兩個(gè)，以及確定冒口的數(shù)量和位置；鑄造參考《鑄件尺寸公差和機(jī)械加工余量》(GBT6414—1999)標(biāo)準(zhǔn)，最大外圓加工量為10mm，分型面以上加工量為10mm，分型面以下加工量為6mm；由于鑄件體積較大，只設(shè)置一個(gè)澆注系統(tǒng)會(huì)使?jié)沧⒉牧弦蛄鹘?jīng)的路程比較長(zhǎng)，而導(dǎo)致溫度降低很多，容易造成澆不足等缺陷，而且在鑄型中溫度分布不夠均勻，凝固過程中容易造成應(yīng)力集中，使鑄造工件易于開裂；
b)根據(jù)上述參數(shù)加工模具和樹脂砂造型；加工模具設(shè)為木質(zhì)材料、手工樹脂砂造型；木質(zhì)模具用涂料進(jìn)行涂刷，避免沖砂造成砂眼缺陷；考慮到木質(zhì)模型的易變形性和分型面的不平整度，留分型負(fù)數(shù)4mm；
c)向模具內(nèi)澆注，兩個(gè)澆注系統(tǒng)配設(shè)有兩個(gè)澆包和一個(gè)補(bǔ)償澆包，補(bǔ)償澆包用于補(bǔ)充和應(yīng)急，澆注溫度控制在1380℃-1400℃，澆注時(shí)間控制在1-3分鐘；澆注時(shí)間過長(zhǎng)會(huì)影響澆注材料的性能，容易出現(xiàn)溫差而導(dǎo)致應(yīng)力集中；
d)打箱，澆注完畢保溫3-5小時(shí)，解除壓箱，9-10小時(shí)將冒口周圍的砂型松動(dòng)，4天后松動(dòng)葉輪流道內(nèi)的砂型，再保溫7-10天，即鑄件溫度降至250℃后打箱；
e)清理，去除澆注系統(tǒng)和澆注飛邊，冒口的頸保留20-30mm，再進(jìn)行噴丸處理；
f)退火，退火溫度控制在880℃-890℃，時(shí)間9-11小時(shí)；
g)二次清理，退火溫度降至280℃后，取出工件進(jìn)行空冷，冷卻后清理；
h)粗加工和熱處理，工件粗加工后淬火、回火，淬火和回火時(shí)間均為2小時(shí)，淬火溫度860℃，淬火完成后風(fēng)冷，回火溫度230℃，回火完成后風(fēng)冷。
澆注金屬材料選用高鉻鑄鐵，高鉻鑄鐵的金相組織包括奧氏體和馬氏體，經(jīng)過上述澆注工藝和熱處理工藝加工得到的泥泵葉輪，其性能具有高強(qiáng)度、高硬度、高耐沖擊性、延展性好，強(qiáng)度≥700MPa，硬度≥55HRC，延伸率0.5-1.5％，沖擊韌度≥8J/cm2。其中退火溫度和時(shí)間、二次清理后的退火溫度、粗加工后淬火、回火溫度和時(shí)間，是影響上述強(qiáng)度、硬度、延展性、耐沖壓性能等參數(shù)的重要條件，使硬度保持在≥55HRC，是保證泥泵葉輪強(qiáng)度和壽命的重要條件，否則，泥泵葉輪容易開裂或耐磨性降低。
目前，主要采用Cr26合金高鉻鑄鐵，屬于高合金鋼，金相組織呈現(xiàn)以奧氏體為主，馬氏體為輔的多相組織，高鉻鑄鐵具有較好的綜合性能。高鉻鑄鐵的主要成分：碳2.5-3.2％，硅0.6-0.9％，硫≤0.06％，磷≤0.06％，錳1.1-1.3％，鎳0.5-1％，鉻24-28％，鉬1-2.2％，其余為鐵。
冒口設(shè)有5個(gè)，每個(gè)冒口上均設(shè)有保溫冒口圈。白口鑄鐵的凝固特性介于灰口鑄鐵和鑄鋼之間，所以冒口設(shè)計(jì)要兼顧二者的特點(diǎn)，根據(jù)冒口設(shè)計(jì)原理在上箱葉輪的蓋板上設(shè)置5個(gè)冒口，為了進(jìn)一步加強(qiáng)補(bǔ)縮效果，5個(gè)冒口均采用保溫冒口圈，冒口圈內(nèi)口直徑300mm，高度600mm，在軸頭三個(gè)腰形冒口高度為700mm，增強(qiáng)補(bǔ)縮效果。
澆注系統(tǒng)的鋪設(shè)采用陶瓷澆道磚法，使?jié)沧⒉牧狭鲃?dòng)更加順暢，同時(shí)減少夾砂缺陷的產(chǎn)生；兩個(gè)澆注系統(tǒng)用澆道磚聯(lián)通；且設(shè)為開放式澆注系統(tǒng)，流道截面積足夠大，從而避免澆注時(shí)間過長(zhǎng)。兩個(gè)澆注系統(tǒng)對(duì)應(yīng)設(shè)置兩個(gè)澆包，兩個(gè)澆包分別坐在水口上，保證同時(shí)澆注，澆注溫度保持在1380℃～1400℃。
鑄造工件的驗(yàn)收包括過程驗(yàn)收和交付驗(yàn)收。鑄造加工過程中過程驗(yàn)收，即在澆注前對(duì)材料進(jìn)行爐前化驗(yàn)，在澆注完成后對(duì)澆注樣塊進(jìn)行光譜分析，對(duì)照兩次檢驗(yàn)的材質(zhì)。過程驗(yàn)收作為材質(zhì)控制的重要環(huán)節(jié)，爐前化驗(yàn)要由雙方人員共同見證完成，并與產(chǎn)品交付時(shí)對(duì)樣塊的光譜分析進(jìn)行比對(duì)，進(jìn)而驗(yàn)證材質(zhì)成分是否符合要求，出具化驗(yàn)報(bào)告。
鑄造工件加工完成時(shí)進(jìn)行交付驗(yàn)收，主要對(duì)工件外觀、尺寸、硬度、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、樣塊、靜平衡等進(jìn)行驗(yàn)收。
外觀驗(yàn)收：葉輪表面型砂、毛刺、飛邊、多肉等必須清除干凈，且不得有裂紋和影響使用性能的夾渣、包砂、冷隔、氣孔、縮松、突起、缺肉等鑄造缺陷。Cr26材質(zhì)在清整和處理鑄造缺陷過程中，不允許使用火焰切割、電弧氣刨切割。鑄造缺陷不嚴(yán)重的鑄件非工作面表面可采用工藝可靠的樹脂修補(bǔ)或采用噴涂、釬焊等方法修補(bǔ)，做防護(hù)前應(yīng)清除表面的銹跡、污痕，鑄造砂采用噴丸或人工除砂處理干凈。
尺寸驗(yàn)收：結(jié)合加工圖紙，特別是裝配尺寸要逐項(xiàng)測(cè)量，配合公差要在圖紙標(biāo)注的公差范圍內(nèi)。葉輪螺紋公差按螺紋中徑進(jìn)行驗(yàn)收，其公差值為(其中G為葉輪大徑)；或使用螺紋塞規(guī)進(jìn)行驗(yàn)收，其單頭螺紋配合間隙一般＜0.3mm、雙頭螺紋配合間隙一般＜0.6mm、三頭螺紋配合間隙一般＜0.9mm。尺寸檢測(cè)要形成檢測(cè)記錄，并由雙方人員簽字確認(rèn)，作為驗(yàn)收資料存檔。
硬度驗(yàn)收：制作方需提供葉輪材質(zhì)硬度檢測(cè)報(bào)告。交貨驗(yàn)收現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收人員要進(jìn)行備件硬度實(shí)地檢測(cè)，每件至少測(cè)量5點(diǎn)取均值，均值合格才可，測(cè)試記錄由雙方驗(yàn)收人員審核后簽字。Cr26泥泵葉輪的材質(zhì)硬度指標(biāo)必須滿足≥55RHC，硬度指標(biāo)數(shù)值增大，脆性增大；硬度指標(biāo)數(shù)值降低，葉輪的耐磨性變差；葉輪的硬度指標(biāo)通過控制熱處理溫度和時(shí)間，使硬度保持在≥55RHC，既能保證強(qiáng)度，減小脆性，又能提高耐磨性能。
超聲波內(nèi)部探傷：為了檢測(cè)葉輪內(nèi)部的細(xì)小鑄造裂紋，產(chǎn)品交付前要進(jìn)行超聲波探傷，探傷標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)按照超聲波探傷及質(zhì)量分級(jí)方法ZBK54010－88中不低于二級(jí)。
樣塊檢測(cè)：作為鑄件的性能檢測(cè)，制作廠家應(yīng)在澆鑄的同時(shí)留取同爐鋼水樣塊2件，并標(biāo)注爐號(hào)，隨同備件做熱處理。驗(yàn)收人員要對(duì)樣塊在試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行抗拉強(qiáng)度、沖擊韌性、延伸率的實(shí)驗(yàn)，并出具實(shí)驗(yàn)報(bào)告；同時(shí)要對(duì)樣塊進(jìn)行光譜分析，確定葉輪交付時(shí)材質(zhì)成分符合要求。
靜平衡試驗(yàn)：葉輪交付前必須做靜平衡試驗(yàn)，Cr26材質(zhì)因加工性能差，平衡試驗(yàn)的配重不得采取在較輕側(cè)直接焊接配重的辦法處理，應(yīng)采取去重法平衡力矩，即要求在葉輪軸端葉墻非加工面去重。在較重的一側(cè)用銑床銑削或用砂輪磨削的辦法處理，但銑削或磨削的厚度不得超過葉輪蓋板厚度的30％。葉輪靜平衡試驗(yàn)應(yīng)是雙方驗(yàn)收人員共同見證進(jìn)行，并出具檢驗(yàn)報(bào)告，雙方驗(yàn)收人員簽字確認(rèn)，作為驗(yàn)收資料存檔。
以上所述的實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對(duì)本發(fā)明的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本發(fā)明設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本發(fā)明權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。