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全硅溶胶精铸钢窄流道叶轮涂料工艺改进

2015-08-06 18:21阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1840920151

1 铸件的基本要求及生产现状
1.1 铸件的基本要求
铸造叶轮是造船、电力、制药、泵阀、交通运输等行 业大型设备上的关键部件，用于输送水、油等液体，其尺寸精度、表面光洁度、组织致密性、材质的抗磨、耐蚀 等性能参数决定了叶轮的设计功效、安全、寿命和正常 运转。 流道部位要求平整光滑、无结疤毛刺等缺陷，确保叶轮在输送过程中不渗漏、压力正常。
1.2 生产现状
目前生产中对于复杂整体叶轮铸造工艺还存在着 一定的难度
，因此，对于叶轮铸造工艺的研究特别是涂 料工艺研究历来就是铸造行业的热门话题。 由于形状 结 构 复 杂 、壁 薄 ，叶 片 扭 曲 度 大 ，因 此,铸 造 难 度 相 当 大。 长期以来，针对不锈钢叶轮,一般均采用熔模铸造 的方式进行生产，此种生产方式铸件成本较高、生产周 期较长。
2 铸件结构及原涂料工艺方案
2.1 铸件结构及通用制造方法
叶轮由轮毂、叶片、前后盖板、密封环组成，如图1。
全硅溶胶精铸钢窄流道叶轮涂料工艺改进
典型叶轮材质为CF-8， 力学性能要求： 抗拉强度485MPa以上，屈服强度205 MPa以上，伸长率35%以上。窄流道叶轮直径200 mm以上，流道出口尺寸8 mm以下， 叶片6~8片，这样的叶轮流道狭长，在熔模铸造过程中 前道工序涂料和后道工序清理都很困难。 最初采用全焊接到分半铸造再到目前的整体铸造， 通过用户几年使用对比，目前采用的整体铸造的叶轮运行更可靠，效率更高，完全消除了焊接应力。但整体熔模铸造叶轮在涂料工序上存在很大的技术难度。
2.2 全硅溶胶涂料工艺的优缺点及原涂料工艺
2.2.1 全硅溶胶涂料工艺的优缺点
硅溶胶使用方便，易配成高粉液比的优质涂料，涂料稳定性好。 型壳制造时不需化学硬化，工序简单，所制型壳高温性能好， 有高的型壳高温强度及高温抗变 能力。但硅溶胶涂料对蜡模润湿性差，需加表面活性剂 改善涂料涂挂性。 另外，硅溶胶型壳干燥速度慢，型壳 湿强度较低，制壳周期长。因为硅溶胶型壳在存放期间 不长毛，很适用于面层加表面孕育剂的涂料，它能使表 面孕育剂很好地发挥作用，得到表面晶粒细化的铸件。 全硅溶胶型壳， 以及硅溶胶做面层硅酸乙酯做背层的 复合型壳已广泛用于生产中。硅溶胶是水基粘结剂，制壳时无空气污染，在环保要求越来越严格的今天，该类粘结剂应用有上升的趋势。
2.2.2 硅溶胶型壳干燥原理 硅溶胶型壳干燥主要是通过硅溶胶脱水形成网状的胶体。 干燥初期，型壳表面的水分首先蒸发，型壳内 部的水分借毛细作用向表面迁移，随着干燥继续进行， 涂料层中水分不断蒸发，粘结剂中硅溶胶浓度增大，最终在胶粒的接触表面上发生硅醇缩聚反应， 形成牢固 的硅氧键而导致胶凝。影响硅溶胶型壳干燥的主要因素有环境温度、环境湿度、风速。根据实际经验：面层涂料应无风干燥，干燥时间5~8 h，湿度控制在60%~70%之间，时间太短型 壳未充分干燥，时间太长面层型壳易开裂。过渡层涂料及背层涂料应通风干燥， 风速控制在5~8 m/s，风应为旋转风，不能对着模组一处吹。 湿度应 控制在50%~60%之间， 湿度太低易造成型壳开裂，湿度太大造成型壳干燥缓慢，干燥时间通常应大于8 h。
2.2.3 原涂料工艺 原涂料工艺如表1。
全硅溶胶精铸钢窄流道叶轮涂料工艺改进
上述工艺在涂料过程中，由于流道狭长，流道内无 法撒上粗砂，强度不够且硅溶胶浆料干燥时间比较长， 很不容易完全干燥。就算保证流道浆料干透，漫长的涂 料工序结束后，经过脱蜡、焙烧得到整个叶轮的熔模型 壳，在浇注时由于流道比较窄涂料层薄，强度不够，流道易跑火穿钢，夹铁。没有跑火穿钢的叶轮在清理时由 于流道呈螺旋形且狭长，流道内模壳无法清理。有时生 产10件叶轮，1件合格，有时甚至“全军覆没”。叶轮在整 个铸造过程中，由于流道的螺旋形状、狭长，从涂料到 清理，环环相扣，给熔模铸造带来很大的困难，合格率 极低，生产周期比较长，为满足客户需要，更快，更好的 生产窄流道叶轮，我们对涂料工艺进行了改进。
3 涂料工艺的改进
改进的涂料工艺如表2。
全硅溶胶精铸钢窄流道叶轮涂料工艺改进
针对窄流道叶轮，我公司在熔模整体铸造过程中： 涂料工序采取流道内填干砂，以6~8 m/s风速对着流道 吹风， 解决了涂料工序窄流道难以干燥及模壳强度低 的问题，也解决了后道工序清理困难问题。 通过配料， 感应电炉熔炼、浇注、震动清砂、碳爆得到叶轮铸件。通过外观检验、尺寸测量、叶轮尺寸精度达到了CT6、粗糙度达到了Ra3.2，通过关键部位着色渗透探伤，该叶 轮无超出技术要求的裂纹、缩孔、疏松、夹杂等铸造缺陷。通过成分检验、力学性能测试证明该叶轮的化学成 分、力学性能满足技术要求。
4 生产验证
该铸件铸造涂料工艺经过优化改进后，投产48件，经目视、渗透探伤后合格了45件，产品冶金质量完全达到技术要求，合格率达到了94%，产品合格率得到极大提高。针对类似产品我们也采用同样的工艺方法制作，产品合格率都提升了50%以上。结果表明；在涂料工序，采用对流道内填干砂，吹循环风加快干燥时间，提高模壳强度，成功避免了浇注时穿钢、夹铁，清理困难等难题，提高了窄流道叶轮的 生产效率。 按目前改进后的涂料工艺生产的窄流道叶 轮的质量不仅达到了技术要求，满足了生产需要，缩短 了生产周期，减少了后道工序的清理时间，而且工艺稳 定，生产成本较低，显著地节约了能源的消耗。
作者：贵州航天新力铸锻有限责任公司 刘丽霞

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全硅溶胶精铸钢窄流道叶轮涂料工艺改进



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