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不銹鋼葉輪鑄造工藝設計論文
1葉輪樹脂砂造型工藝設計
本文擬生產(chǎn)的馬氏體不銹鋼葉輪材質(zhì)為ZG1Cr13Ni。該材質(zhì)澆注溫度高，砂型鑄造易產(chǎn)生表面粘砂；由于縮性大，極易產(chǎn)生縮松、裂紋和晶粒粗大等鑄造缺陷；此外，其冷裂傾向也較嚴重。圖1和圖2分別是馬氏體不銹鋼葉輪毛坯尺寸和三維實體。由圖可見，該鑄件屬于結(jié)構復雜件，一方面是壁厚不均勻，厚壁和薄壁之間尺寸相差較大，補縮、收縮應力等問題需在工藝設計時特別關注；另一方面是存在各種曲面，而且曲面處壁厚極不均勻且相對較薄，因此，工藝設計時要充分考慮保證充型的完整性。根據(jù)葉輪鑄件的結(jié)構特點，本文選擇了兩箱造型法，并將鑄造分型面設置在葉輪中間部位
2、，分型面位置見圖3。鑄件頂端壁厚較厚，應考慮在該位置添加冒口。鑄件的凝固時間取決于它的體積V和傳熱表面積A的比值，其比值稱為凝固模數(shù)。
2葉輪鑄造工藝設計與優(yōu)化
2.1馬氏體不銹鋼葉輪鑄造工藝模擬分析
采用有限元分析軟件對鑄造工藝進行模擬，鑄件模型選擇的材料為馬氏體不銹鋼，砂箱模型選擇的材料為樹脂砂，鑄件與砂箱之間的換熱系數(shù)為500W/（m2?K），澆注溫度為1560℃，充型速度為42kg/s，澆注時間為27s，熱傳遞方式為空氣冷卻，設置重力加速度為9.8kg/s2，初始條件為金屬液溫度1560℃、砂箱溫度25℃，運行參數(shù)采用默認設置。葉輪充型過程模擬結(jié)果見圖5。
3、可以看出，金屬液充滿澆道，整體充型平穩(wěn)，見圖5a。當澆注完成后，鑄型內(nèi)腔全部被充滿，不存在澆不足現(xiàn)象，見圖5b。模擬結(jié)果表明，該鑄件的鑄造工藝設計方案保證了澆注過程的平穩(wěn)性，也保證了鑄件形狀的完整性，說明澆注系統(tǒng)設計合理。圖6為鑄件澆注265s后透視狀態(tài)圖，可以發(fā)現(xiàn)，葉輪下端圓環(huán)、分型面中心部位交界處存在縮孔，且個別葉輪側(cè)冒口底端存在封閉的高溫區(qū)間，該位置也可能出現(xiàn)縮孔。由此可見，該工藝設計方案在保證鑄件補縮方面還存在設計不足。因此，原設計方案必須改善冒口設計，或者采取必要的工藝補救方案。
2.2工藝優(yōu)化
針對初始設計工藝所出現(xiàn)的缺陷問題，對葉輪鑄造工藝進行優(yōu)化。考慮在葉輪
4、底端圓環(huán)和葉輪中心位置出現(xiàn)的縮孔，我們分別在葉輪底端加入圓環(huán)形冷鐵，在葉輪中間部位六個側(cè)冒口之間加設楔形冷鐵。改進后葉輪鑄造工藝圖如圖7所示。對改進后的工藝方案進行模擬，工藝改進后的葉輪充型模擬結(jié)果。當充型開始14s時，充填部位型腔內(nèi)金屬液完全充滿澆道，充型平穩(wěn)，沒有明顯飛濺，見圖8a，說明澆注系統(tǒng)設計仍能保證充型的平穩(wěn)性；圖8b是充型至27s時（充型完畢）的狀態(tài)圖，可以看出，金屬液已完全充滿型腔，型腔內(nèi)不存在澆不足等缺陷。
3結(jié)論
（1）不銹鋼葉輪鑄件選取階梯式澆注方式和開放式澆注系統(tǒng)，可以保證鑄件充型過程中金屬液的平穩(wěn)性及充型后的鑄件形狀完整性。
（2）不銹鋼葉輪鑄件直接采用明冒口和暗冒口不能完全防止鑄件內(nèi)產(chǎn)生縮孔與縮松，當冒口與冷鐵配合使用時可以消除縮孔與縮松。
（3）澆注實驗表明，采取本文優(yōu)化設計的鑄造工藝方案可以獲得形狀完整、沒有內(nèi)部缺陷的葉輪鑄件。
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不銹鋼葉輪鑄造工藝設計論文
