铸造单级双吸离心泵叶轮出水口变宽机理的研究

交流图J叶轮测量示意图4原因分析影响叶轮铸件出水口变宽的圜素很多，但主要有四个方面1造型及合箱时在垂直于分型面方向上的抬高2涂料层厚度的影响；3砂芯的变形；4铸造实际收缩及收缩率。下面具体分析各影响因素。41造型及合箱时在垂直于分型面方向上的抬高造型及合箱时在垂直于分型面方向上的抬高一方面包括制芯过程中，芯盒配合表面的散砂使出水口砂芯相比模具的实际尺寸有所增加。此增加值较小，一般为05RAM左右，主要是单个散砂颗粒的粒度；另一方面，由于各砂型、砂芯接触表面一般都不可能很平如沙粒本身的不平整性烘干时砂型、砂芯的膨胀导致的分型面不平以及变形等，合箱时各接触表面会自然抬高，以及由于砂型、砂芯的不平整性，为防止浇注时漏铁水，合箱时一般会在分型面之间垫石棉绳或封箱膏，这是造型和合箱过程中垂直于分型面方向的尺寸被抬高的主要原因。为此，需在模型上减去这个被抬高的尺寸被减去的尺寸即称为分型负数，属于一经验值。根据表2可以看出，叶轮模具在设计时已考虑了分型负数，用以消除或近似消除因造型和合箱造成的尺寸影响。而且根据叶轮铸造工艺特点，在分型面之间垫石棉绳或封箱膏虽然增加了铸件在垂直于分型面方向的尺寸，但对叶轮出水口的变宽是没影响的，它只影响叶轮盖板的厚度。叶轮水口宽度主要由上下两个砂芯及下芯后的高度决定图2所示为“芷1”与“芯2”在垂直分型面方向上的高度和两芯下芯时接触面的实际抬高值。因此，综合上述分析可得以下结论造型及合箱时在垂直于分型面方向上的抬高有导致叶轮出水口变宽的客观趋势，且考虑到设定的分型负数值为一经验参数值，若预留分型负数过小，将使出水口变宽。但根据公司几十年的铸造经验和表2中的数据来看，分型负数设定的偏差不至于导致叶轮出水口实际变宽得如表2中厉害同时，由于造型合箱时在垂直于分型面方向上抬高的值是随机值，而随机值也不可能造成叶轮出水口普遍且稳定的变宽结果。图2工艺图42涂料层厚度的影响叶轮砂芯上下表面涂刷铸造涂料后，高度方向尺寸会变大，其变大的尺寸值主要是涂刷涂料层的厚度。根据公司的铸造经验数据，铸铁件单边涂料层厚度一般为0205MM，铸钢件为0308MM。也就是说，涂料层对叶轮出水口影响的尺寸范围为铸铁0410RAM，铸钢0616MM。而根据表2统计的结果显示，叶轮出水口变宽的实际值A或B普遍大于铸铁件的最大涂料层厚度值，以及根据表1得出“零件尺寸A越大，变宽的绝对值越大”的结论，这一方面表明叶轮出水口变宽的主导因素不可能是涂料层另一方面也说明涂料对铸铁件叶轮出水口的实际影响较小。43砂芯型的变形砂芯型变形产生原因一般有两种情况1砂芯太薄，在放置及下芯后因重力作用的变形；2砂芯在烘烤及冷却过程中的胀缩变形。根据叶轮铸件的特点砂芯型变形后的合箱一般会导致出水口尺寸变化。但根据统计得出的“零件尺寸越大，变宽的绝对值越大”的结论，因重力使砂芯变形后导致叶轮出水口变宽的情况可以排除；而胀缩变形对叶轮出水口变宽的影响应该存在，但不能产生普遍性的结果。44铸件实际收缩及收缩率铸件的收缩一般分三个阶段3，即液态收缩阶段、凝固收缩阶段和周态收缩阶段。液态收缩阶段是指金属液自浇注温度到凝固开始的温度液相线温度阶段这个阶经验段金属的收缩是在液态下进行的，故称液态收缩。液态收缩是金属未成固态之前的液体体积的缩小表现为型腔内液面的降低，这是产生缩孔和缩松的基本原因。凝固收缩是指金属自凝固开始温度液相线温度至全部凝固成固态的温度固相线温度阶段。这一阶段主要表现为枝晶的形成和晶核的长大并伴随着初始的铸件收缩，此时的收缩对铸件的影响表现为热裂纹、缩孔及缩松的产生。固态收缩阶段是指固相线至室温阶段，由于这个阶段的收缩是在固态下进行的，故称为固态收缩，亦称线收缩。这一阶段主要表现为铸件各方向尺寸由高温到室温的缩小。由三个收缩阶段的分析可知对叶轮铸件的尺寸产生影响的主要是固态收缩阶段。叶轮铸件收缩原理分析如下。公司叶轮模具设计时，对其收缩规律的一贯认识是径向和轴向方向，铸件的收缩总是向内缩且轴向与径向收缩率一般取相同铸铁1，铸钢228。但通过对统计数据的进一步分析和对泵叶轮收缩规律的重新探析发现在叶轮轴向出水口方向上下盖板间的收缩很小，并且出水口方向盖板的收缩不是向内缩。而是向外“张”。图3为叶轮三维效果图，图4为叶轮半剖视图。从叶轮结构看，上盖板和下盖板与中间板属于离散结构连接而非实体连接，之间仅靠7片叶片相连。这样，叶片图3叶轮三维效果图在叶轮整体收缩过程中仅相当于拉筋的作用，对叶轮的整体收缩在尺寸上不会产生影响，它只是叶片根部产生热裂和冷裂的原因。所以，对叶轮铸件的收缩可以简化为盖板和中间板各自收缩结果的合成。对盖板内侧面收缩分析。根据铸件收缩特性和固态收缩原理，很容易得到，盖板的内侧面是按图4中S和N两个方向进行收缩的，收缩的最终结果是S和N两反方向收缩的矢量合成。即在径向表现为叶轮口径的变小且收缩率相对较大；在轴向出水口高度方向表现为出水口往外“张”，出水口变宽，且此方向收缩很小。由于叶1上盖板2中间板3下盖板图4叶轮半剖视图轮的对称结构，下盖板的收缩情况与上盖板相同，而中间板以一个侧面为例的收缩情况则为S和N方向收缩的矢量合成。由此可知，叶轮收缩结果是径向尺寸收缩变小，轴向出水高度方向尺寸“收缩”外张，最终产生的叶轮出水口是变宽趋势而不是往内缩的变窄。因收缩方向的理解性错误所导致的出水口偏差的理论值如表3所示以铸铁为例。表3KPS型泵叶出水口尺寸实际变宽值与收缩差异值比较泵型3OL00L2520075250L520070600507005580070800实际变宽值EI,4CM13051236385263收缩差异值口CM047063093132225527428实际变宽值BCM0404005111L11，I_2LL，2L23373939收缩差异值ABCM0202504206092L2L313表3中数据通过下式计算AGR_寸11一Q105，其中A表示零件因收缩方向及收缩率导致的两种收缩模式所产生的尺寸差异值，“1”表示按先前收缩模式修正的铸件收缩率“一05”表示按分析后的收缩模式修正的铸件收缩率。B计算原理与A相同从表3中收缩差异值AB可以看出由收缩方向性理解的错误导致叶轮出水口变宽的趋势是明显的，也是一贯的。5实例再验证为验证上述分析的正确性，在没有改变模具、规范和精细了铸造操作的基础上针对性地选择KPS55800叶轮进行试铸再验证，测绘了8组数据，见表4。誊鬟薹蠹；J77囊囊囊誊囊交流表455800叶轮铸件再验证数据尺寸ACM尺寸BCLN尺寸CCM零件尺寸1826863102模县尺寸L8I4857L0铸件尺寸1I8528788687铸件尺寸2L8558858878铸件尺寸3L8378721869L0铸件尺寸4L84866，86897铸件尺R5183986，8897铸件尺寸6L83I867，86699铸件尺寸7L857873，8989L铸件尺寸8184688L86697铸件与零件尺寸平均差值I909I5O86结论1造型及合箱时砂芯型在叶轮出水13宽度方向上的抬高，有导致叶轮出水口变宽的趋势，但它所导致的变宽程度是随机的，没有普遍性；对于这一变宽趋势，可以通过模具预设分型负数来尽可能地消除。2涂料层厚度对叶轮出水口变宽有影响，但相比实际变宽结果，其影响相对较小，模具设计时，铸铁件可以上接第18页二65120C之间，这过程需要3135分钟；脱模温度在3040之间，这个过程需要4580秒的时间。由此可知本温度控制系统满足设计要求。L40120100篝806O4O200408OL2O160200时间S图8冷却过程温度随时间变化曲线5总结本文根据实验得到的温度对PLGA材料成型的影响规律成功开发了适用于可降解聚合物低温热压成型原理样机的温度控制系统。此系统可在2O150范围内任意控制温度，方法简单可行，精度控制在2，达到使用要求为后期对可降解聚合物加工工艺等的研究打下了一个良好的基础。参考文献1CHOUSY，KRAUSSPR，RENSTROMPJIMPRINTOFSUB一25NMVIASANDTRENCHESINPOLYMERSJAPPLIEDPHYSICSLETTERS，不予考虑涂料层，铸钢件应考虑涂料层厚度。3砂芯型的变形可以导致叶轮出水口变宽，但它的作用相对来讲是没有规律的对于这一影响应以预防和规范造型操作为主。4对叶轮铸件收缩的认识错误是导致叶轮出水13变宽的一个主要原因。叶轮铸件在出水口宽度方向的实际收缩应是向外“张”，而不是一贯认为的向内收缩，且在轴向出水宽度方向的收缩率比径向要小。5考虑泵叶轮使用实际要求，叶轮模具的设计制作在出水口方向可以不预收缩。参考文献1张克危流体机械原理上M北京机械工业出版社20002铸铁手册编写组铸铁手册M北京机械工业出版社19763机械工业职业技能鉴定指导中心高级模样工技术M北京机械工业出版社2000第一作者简介毛华超，男，1982年生，湖北仙桃人，大学本科，助理工程师。研究领域铸造模具设计研究及技术管理。编辑王智圣1995，67213L143L162LJHEYDERMAN，HSCHHIFL，CDAVID，ETA1FLOWBEHAVIOUROFTHINPOLYMERFILMSUSEDFORHOTEMBOSSINGLITHOGRAPHYJMICROELECTRONICENGINEERING，2000542292453XJSHEN，LIWEIPAN，LIWEILINMICROPLASTIEEMBOSSINGPROCESSEXPERIMENTALANDTHEORETICALCHARACTERIZATIONSJSENSORSANDACTUATORSA，2002，97984284324J孙洪文，刘景全，陈迪，等正交法对DEM技术中模压3艺的优化研究J微细加工技术，2004345495文伟力，左春柽，于建群，等聚合物微流控芯片微通道模压成型分析J吉林大学学报工学版，2006，3656976996英波普，尤德著，王世华，杨红征译DTA技术及其