大型曲面殼體鑄件鑄造工藝探討

張洪浩，胡愛國，崔占廷，劉吉利

（濟南二機床集團鑄造有限公司，山東濟南 250400）

1 循環水泵殼體鑄件結構及質量要求

循環水泵殼體（泵體、泵蓋）作為發電廠水循環系統的關鍵零部件，材質要求為QT400-15A。特殊的結構及作業環境決定了其鑄造生產的難度較大，具體難點包括：（1）該鑄件（主體尺寸4000mm×2250mm×2920mm，重22t）結構屬大型曲面殼體類鑄件，模型制作及生產過程尺寸控制都較為困難。（2）進、出水口內腔均為“L”形結構，內腔砂芯重心偏一側，易因漂芯而導致鑄件報廢。（3）要求泵體、泵蓋加工后整體做高壓強度試驗5min 無滲漏、冒汗等缺陷，而鑄件結構決定必須使用芯撐來固定內腔砂芯，這對鑄件生產的工藝保證性及各工序操作質量都提出了較高的要求。

1.1 泵體造型工藝

模型如圖示，采用中心對稱分型，進出水口環形澆注工藝方案，通過調整芯頭形狀尺寸及砂芯固定方式、設計專用芯撐，成功解決了內腔芯固定困難易漂芯的問題，同時又保證了鑄件壁滿足壓強試驗要求。

創新采用“Z”型砂芯結構，配合使用泵體專用芯撐，解決了泵體內腔砂芯固定困難易漂芯的難題；如圖3 所示，較原L 形砂芯，現受力點與浮力點在一條直線上，芯頭支撐更牢固。

圖1 循環水泵結構

圖2 泵體工藝木模型

圖3 “Z”型砂芯結構示意圖

圖4 專用芯撐

圖5 泵體造型現場

表1 QT400-15A 的國家標準

為滿足壓力測試要求，通過綜合比對，最終選定芯撐結構，如圖4 所示，經做耐壓模擬試驗，試驗件模擬泵體壁厚設計并放置該芯撐后能滿足1MPa 油壓強度下保壓超6h 無滲油，證明該芯撐完全能滿足客戶要求的0.75MPa 水壓強度試驗5min 無滲漏要求。

1.2 泵體熔煉及澆鑄工藝

該鑄件凈重13t，工藝毛重17t，出鐵21t，后跟熱鐵水沖點澆口。具體工藝嚴要求見表2、3。

表2 成份控制 w/%

該項工藝攻關成功實施后，鑄件按生產計劃成功產出并順利通過客戶驗收。

2 壓縮機機殼鑄件結構及技術要求

圖6 壓縮機機殼結構

機殼是我公司承接的壓縮機組設備的關鍵零件。分為上殼體與下殼體：鑄件流道內循環高溫氣體，下殼體（主體尺寸5200mm×3500mm×2200mm）兩端軸承箱,油腔致密性要求高：流道內氣體壓力1.2MPa,溫度420℃，鑄件不允許有氣孔、夾雜、縮孔缺陷。要求油腔4h 煤油滲漏試驗無漏油。流道內80%要求表面粗糙度Ra25，其余位置Ra50，上、下殼體法蘭面要求對齊，偏差小于5mm。上、下殼體流道、內腔要求對齊，偏差小于5mm。

圖7 定位線劃線示意

圖8 外圍芯下芯示意

2.1 壓縮機機殼造型工藝

鑄件過大須采取組芯造型工藝。殼體組芯底面內腔芯頭做出模型，在內腔芯頭模型上設計外圍芯下芯參照定位線，造型翻箱后，將定位線引至外圍芯頭底部平面。外圍芯按定位線配模。

新定位基準工藝：外圍芯按內腔芯頭模型引出的定位線為基準配模。曲面殼體組芯，創新“二次外圍芯組合工藝”：外圍芯第一次組合，驗證鑄件輪廓尺寸、調整外圍芯間誤差，形成合格外形。然后在坭芯相互之間、坭芯與鑄型底平面間定位；編制二次配合順序號后撤除。

表3 工藝參數

圖9 外圍芯定位示意

圖10 下內腔芯示意圖

撤除外圍芯后，空出操作空間。內腔芯在充足空間組合，完成坭芯出氣、固定、尺寸測量操作，形成合格內腔。組合合格內腔芯后，二次組合外圍芯。組合時，按一次組合時編制的配合順序號、坭芯間定位進行組合，保證了鑄型內外型腔的合格。

圖11 二次組合外圍芯

表4 成份控制 w/%

“二次組芯工藝”有效提高了曲面組芯工藝。外圍芯第一次配模，不配內腔芯。留出調整空間，進行配模操作，保證鑄件外表面光潔、尺寸符合要求。撤除外圍芯后，按順序僅下內腔芯。留出內腔芯操作空間，進行配模操作，保證鑄件內腔表面光潔、尺寸符合要求。

2.2 壓縮機殼體熔煉及澆注工藝

材質HT250，鑄件硬度要求HB170,水壓試驗0.4MPa。鑄件凈重25.495t，出鐵重量42t。后跟熱鐵水沖點冒口。實際澆注35.5t。

圖12 上、下殼體法蘭、內腔配合控制方案

熔煉溫度：1520℃；出爐溫度：1460℃；澆注溫度：1360～1370℃；隨流孕育：0.5%（75Fe-Si）；瞬時孕育：0.1%（龍釔硅鐵粉烘干）。

兩包同時澆注，前期快澆后期收流慢澆。澆滿后冒口木炭保溫，熱鐵水沖點冒口，直到點不進為止。

此鑄件生產工藝復雜、風險大，在國內僅少數鑄造企業能生產。本公司攻克曲面工藝設計、工藝參數、配模控制等相關技術難題，完成鑄件生產。

3 結束語

循環水泵泵體和壓縮機殼體鑄件的順利產出證明了我廠已經掌握了大型曲面殼體類鑄件的鑄造工藝，為我廠承接此類鑄件打下堅實基礎。