Технология ЛГМ рабочего колеса промышленного насоса

Анализ технологии литья по газифицируемым моделям рабочего колеса насоса

В настоящее время для производства отливок рабочих колёс насосов в Китае главным образом применяется традиционная технология формовки в смоляно-песчаные формы. В процессе производства и изготовления эта технология имеет множество недостатков, таких как высокая трудоёмкость, сложный технологический процесс, трудность извлечения из формы и лёгкое повреждение модели, нестабильность структуры и размеров отливки, низкое качество поверхности, большой припуск на механическую обработку отливок и высокая стоимость вспомогательных производственных материалов.

Технологический процесс литья рабочего колеса из данного материала

Материал рабочего колеса насоса — высокохромистый материал № 1, представляющий собой специальный материал с высокой износостойкостью и содержащий большое количество хрома, как показано в таблице 1.

Таблица 1. Химический состав высокохромистого материала 1

После термической обработки высокохромистый материал № 1 обладает высокой износостойкостью, хорошей вязкостью и высокой твёрдостью, см. таблицу 2.

Таблица 2. Механические свойства высокохромистого материала № 1

Участок пенополистироловой модели рабочего колеса насоса

Машина предварительного вспенивания

0.05-0.1MPa

Паровая машина вспенивания использует температуру пара для нагрева газифицируемого вспенивающего агента под давлением, после чего частицы смолы расширяются и образуют ячеистую структуру вспененных частиц; плотность предварительно вспененных частиц регулируется увеличением или уменьшением количества вспенивающего агента. При вспенивании с использованием машины предварительного вспенивания паром температура предварительного нагрева системы вспенивания регулируется на уровне 80 ~ 85℃, давление паропровода стабилизируется на уровне 0.05-0.1mpa (после стабилизации), температура камеры расширения перед загрузкой поддерживается на уровне 85-95℃, время нагрева регулируется в пределах 20-30s, время выдержки составляет около 5s, после чего настройка параметров завершена. Предварительно вспененный материал загружается в камеру расширения и нагревается в герметичном состоянии, плотность составляет 22-24g/L.

EPS

Процесс формования рабочего колеса из EPS

EPS

Формование EPS заключается в заполнении металлической полости формы вспененными и выдержанными частицами EPS и их нагреве для повторного расширения, заполнения зазоров между частицами и сплавления частиц между собой с образованием заданной формы. После стабилизации предварительно вспененных частиц их подают в формовочную машину; посредством загрузки полость формы заполняется предварительно расширенными частицами, после чего начинает поступать пар, размягчая и расширяя частицы и заполняя все зазоры для формирования единого целого, что завершает процесс изготовления пенополистироловой модели.

Процесс склеивания пенополистироловой модели

Поскольку модель рабочего колеса имеет сложную форму и её трудно вспенить целиком, её необходимо разделить на несколько частей, вспенить их, а затем склеить. Склеивание формы является ключевой технологией EPC, и качество склеивания непосредственно влияет на качество отливки. Для склеивания пенополистироловой модели необходимы термоклеевой стержень, термоклеевой пистолет, холодный клей, ремонтная паста и кисть для клея, мелкозернистая наждачная бумага и другие материалы. При склеивании пенополистироловую модель размещают на сборочной платформе. Платформа для пенополистироловой модели должна быть чистой и гладкой. В соответствии с производственным графиком подготавливают пенополистироловые модели, подлежащие склеиванию, и проверяют основные размеры каждой модели по размерам чертежа, обеспечивая соответствие размеров каждой пенополистироловой модели требованиям. Перед склеиванием необходимо проверить качество пенополистироловой модели. Модели с небольшими поверхностными дефектами можно ремонтировать ремонтной пастой.

Процесс сушки пенополистироловой модели

При применении технологии литья по газифицируемым моделям широко используются главным образом технологии сушки пенополистироловой модели с нагревом термостойким нагревателем, сушки с нагревом высокотемпературным паром и другие. Кроме того, существуют новые технологии сушки с использованием солнечного нагрева, геотермального нагрева, нагрева тепловым насосом на энергии воздуха, сублимационной сушки, микроволновой сушки и другие, однако большинство этих новых технологий находятся на стадии теоретических исследований и экспериментов, и случаев их применения в серийном производстве нет.

Сушка пенополистироловой модели рабочего колеса насоса с газифицируемой моделью была определена с учётом фактической ситуации на предприятии: после исследования и испытания различных технологий сушки, а также рассмотрения эксплуатационных затрат, стабильности и других факторов, в итоге была выбрана высокотемпературная паровая сушка в сочетании с установкой циркуляционной сушки горячим воздухом и паровым котлом.

Установка циркуляционной сушки горячим воздухом в основном состоит из радиатора, вентилятора, двигателя, датчика температуры, датчика влажности, вентиляционного осушителя и системы поглощения избыточного тепла.

Применение технологии сушки горячим воздухом для сушки пенополистироловой модели обеспечивает равномерность температуры в сушильной камере, высокую эффективность сушки и стабильный результат; при сушке пенополистироловая модель имеет небольшую структурную деформацию, поэтому эта технология широко применяется.

Процесс нанесения покрытия кистью на пенополистироловую модель

Покрытие является наиболее важной частью процесса EPC и одним из ранних факторов успеха технологии EPC. Можно сказать, что при успешном нанесении покрытия процесс EPC наполовину выполнен успешно.

Основные функции покрытия EPC:

Образовать оболочку для повышения прочности и жёсткости пенополистироловой модели, предотвращать повреждение поверхности модели при засыпке песка и вибрационной формовке, а также предотвращать деформацию пенополистироловой модели при создании отрицательного давления.

Повысить стойкость поверхности пенополистироловой модели к эрозии, выполнять изолирующую функцию при заливке и отделять металлическую жидкость от отливки.

Выполнять функцию отвода газов и предотвращать пористость отливки и дефекты науглероживания.

Чтобы покрытие обеспечивало вышеуказанные эффекты, специальное покрытие для литья по газифицируемым моделям должно обладать прочностью, газопроницаемостью, огнеупорностью, теплоизоляционными свойствами, способностью удерживаться на покрытии и суспендироваться и другими свойствами.

400r/min

Для приготовления покрытия для литья по газифицируемым моделям рабочего колеса насоса взвешивают около 70% водопроводной воды от массы подготовленного сухого порошкового покрытия и добавляют её в смесительный бак, затем добавляют необходимое количество сухого порошкового покрытия и перемешивают. Сначала перемешивают на высокой скорости 400r/min в течение часа, затем медленно перемешивают на скорости 200r/min в течение 20 минут; после завершения перемешивания покрытие подключают к баку для покрытия и используют. После каждого перемешивания покрытия необходимо измерять его плотность по шкале Боме; измеренное значение должно находиться в диапазоне 1.7-1.8BE. Если значение не соответствует требованиям, добавляют воду или покрытие в зависимости от его величины и снова перемешивают до получения соответствующего результата. Перед нанесением покрытия необходимо проверить целостность пенополистироловой модели. Модели с трещинами, расколами и другими дефектами использовать нельзя. Перед приготовлением покрытия необходимо проверить качество жидкости покрытия; при наличии осадка её следует равномерно перемешать, а при большом количестве пузырьков на поверхности жидкости необходимо перемешать её для удаления пены; испорченное или изменившееся покрытие использовать нельзя.

Принцип проектирования схемы литья по газифицируемым моделям для чёрного участка рабочего колеса насоса

Рабочее колесо является важной деталью водяного насоса. Принцип проектирования литейного процесса основан на концепции направленной кристаллизации. Диапазон температур кристаллизации высокохромистого сплава широк; в процессе затвердевания легко образуются крупные зёрна, сплав имеет тенденцию к пастообразному затвердеванию и усадке, низкую теплопроводность и хрупкость, а его литейные свойства очень низкие. В процессе производства отливок легко возникают склонность к образованию горячих и холодных трещин, усадочная раковина, усадочная пористость и другие литейные дефекты. Помимо особенностей технологического процесса, тенденция к образованию литейных дефектов, обусловленная собственными свойствами материала, является более серьёзной и главным образом проявляется в виде усадочной раковины, усадочной пористости, горячих трещин, деформации, утечки деталей, работающих под давлением, и других дефектов.

Чтобы обеспечить качество отливки рабочего колеса, схема прежде всего должна гарантировать формирование отливки и минимизировать возникновение различных литейных дефектов. С учётом экономической эффективности необходимо повысить выход годного литья, определить способ группировки пенополистироловых моделей, обеспечить рациональную групповую отливку, повысить эффективность производства и снизить производственные затраты. Также необходимо учитывать удобство ручных операций, снижение трудоёмкости и защиту окружающей среды.

Положение отливки означает положение отливки в модели во время заливки. Положение отливки должно определяться с учётом конструктивных особенностей, массы, размеров, технических требований, характеристик литейного материала, способа литья и условий производственного цеха. Положение отливки при литье по газифицируемым моделям также должно способствовать размещению отливок и облегчать опору и транспортирование пенополистироловой модели. Некоторые части пенополистироловой модели также могут быть усилены для предотвращения деформации пенополистироловой модели.

Правильный выбор поверхности разъёма и обеспечение рационального положения отливки при заливке делают формование, очистку и другие операции более удобными и эффективными. При разработке литейного процесса часто невозможно учесть всё комплексно: поверхность разъёма и положение отливки не могут разрешить все противоречия литейного процесса. Поэтому разработчик должен определить основное противоречие в соответствии с конкретной фактической ситуацией и одновременно с решением основного противоречия учитывать другие противоречия.

В соответствии с конструктивными особенностями рабочего колеса насоса в качестве поверхности разъёма выбрана водяная кромка рабочего колеса насоса, что обеспечивает простоту изготовления модели и удобство эксплуатации.

Литниковая система представляет собой канал, направляющий жидкий металл в полость формы при заливке расплава чугуна. Литниковую систему также называют литником. Обычная литниковая система состоит из четырёх частей: внешнего литника, прямого литникового стояка, шлакоуловителя и питателя.

Верхняя заливка

EPS

Питатель расположен в верхней части отливки, благодаря чему металлическая жидкость поступает в полость через верхнюю поверхность отливки; это облегчает заполнение, способствует формированию направленной последовательности затвердевания от нижней части к верхней, обеспечивает хороший эффект питания и высокую скорость заливки, а также помогает предотвратить разрушение опоки, недолив и неспай. Однако расход металлической жидкости трудно контролировать, и остатки горячего соединения EPS легко вовлекаются в отливку, вызывая науглероживание отливки.

Боковая заливка

Питатель открывается на определённой высоте в средней части отливки и обычно подводится со стороны максимальной площади проекции отливки, что позволяет сократить длину питателя. Одновременно этот способ имеет преимущества и недостатки верхней и нижней заливки. Он широко применяется в производстве и подходит для различных средних и малых отливок с равномерной толщиной стенок и не слишком большой высотой. Однако в отливках часто обнаруживаются углеродные дефекты.

Нижняя заливка

Питатель расположен в нижней части отливки; металлическая жидкость поступает в полость относительно стабильно, скорость заполнения низкая, окисление металла незначительное, что способствует удалению газа из полости, но не способствует питанию. На верхней поверхности отливок часто возникают углеродные дефекты, особенно у толстых и крупных деталей. Процесс нижней заливки наиболее благоприятен для заполнения металлом; как правило, для толстых отливок следует применять нижнюю заливку.

Прибыли используются для хранения жидкого металла в модели и питания металла при формировании отливки. Прибыль предотвращает образование усадочных раковин и пористости в отливке, а также выполняет функции отвода газов и сбора шлака.

С учётом характеристик рабочего колеса насоса и высокохромистого материала нашей компании, а также фактической ситуации предварительно разработана литниковая система рабочего колеса насоса с боковой заливкой и закрытой конструкцией.