不锈钢叶轮外壳铸造工艺研究
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《 科技与管理》２ ０ １ ３ 年第 １ 期
文章编 号 ：２ ０ ３ ０ ／ Ｓ Ｇ（ ２ ０ １ ３ ）０ １ ． ０ ７
不锈钢叶轮外壳铸造工艺研究
丁泽宇 谢康清 王正 齐
摘要：针对不锈钢叶轮外壳结构特点，对其铸
造 工 艺进行 设计优 化 。 从 分型 面选择 、浇 冒 口设 置 、 加 工余量 分布 、变形拉 筋 的设置 、缩 尺确 定 ，对铸
ＺＧ０ ６ Ｃｒ ｌ ３ Ｎｉ ４ Ｍｏ
＞ ＿ ７ ５ ０
＞ ＿ ５ ５ ０
兰Ｉ ５
２叶轮外壳铸件铸造工艺设计
２ ． １铸件 结构 分析
叶轮外 壳铸件 呈 半 圆形 结构 ， 上、 下两层 法兰 ，
由半 圆锥壳 体连接 ，壳体 外 圆有 ５条斜 筋和 １ 条半 圆环 形筋 。筋板 厚度 ３ ０ ｍｍ，对 开面 筋板 厚 ５ ０ ｍｍ， 图 １叶轮外 壳铸件 三维 图
设计 使用长 ３ ８ ０ ｍｍ 宽 １ ８ ０ ｍｍ 高 ３ ０ ０ ｍｍ 的腰 圆型 冒 口。腰 圆型 冒 口 Ｋ 值 为 ２ ． ３ ０小于铸 件 Ｋ值 。下 层法 兰厚度 ａ为 ７ ９ ｍｍ，法兰 宽为 ２ ８ ２ ｍｍ， 其 Ｋ值
为 ２ ． ９ ｌ 。我们选 腰 圆 冒 口长 ３ ０ ０ ｍｍ，宽 １ ４ ０ ｍｍ，
制 造 有 限 公 司 产 品 。 材 质 为 马 氏 体 不 锈 钢 ｚ Ｇ０ ６ Ｃ ｒ １ ３ Ｎｉ ４ Ｍｏ ，执 行标 准 为 Ｇ Ｂ ６ ９ ６ ７ ． ８ ６ 。叶轮 外 壳铸 件最 大尺 寸为 ３ ５ ２ ４ ｍｍｘ １ ７ ６ ２ ｍｍｘ １ ０ ５ ９ ｍｍ，最 大 厚度 ８ ０ ｍｍ，最 小壁 厚 ３ ０ ｍｍ，半 圆形 结构铸 件 。 产 品单件 重量 ３ ７ ０ ０ ｋ ｇ ， 共 ８ 件 。设计要 求铸件 不得 有气孔 、裂纹 、夹砂 、缩松 等铸 造缺 陷 。铸件要 求 进行 Ｐ Ｔ检测 ，按 Ｇ Ｂ ／ Ｔ ９ ４ ４ ３标 准 ３级 以上合格 。 铸件加 工后进 行水 压试 验 ，压力 ０ ． ２ ５ ＭＰ ａ ，历 时 ３ Ｏ 分钟 ，无局 部变 形 、 冒汗 、泄露 等异 常情 况 。 叶 轮外 壳铸 件 的化 学成 分 和 力 学 性 能要 求 见
０ ． ０ ３ ５ ０ ． ５ ０ ． Ｏ ３ Ｏ ． １ Ｏ ０ － ８ ０
表 ２ 力学性 能
牌号 抗拉强度 屈服强度 延伸率
Ｍ Ｐａ Ｍ Ｐａ ％
上 、下法 兰厚 度分 别为 ６ ５ ｍｍ 和 ７ ９ ｍｍ 是重 点要 保
பைடு நூலகம்
证 内部质量的部位。筋板与锥壳体交接处是热节部
残 余 元 素
Ｃ Ｓ ｉ Ｍｎ Ｃ ｒ Ｎｉ ＭＯ Ｐ Ｓ Ｃ Ｕ Ｖ
０ ． ０ ７ １ ． Ｏ ０ １ ． ０ Ｏ ｌ １ ． ５ ～１ ３ ． ５ ３ ． ５ ～５ ． ０ ０ ． ４ ～１ ． Ｏ ０ ． ０ ３ ５
Ｗ 总 量
表 ｌ 和表 ２ ：
造工艺进行模拟 ，从各方面保证铸件质量。最终获
得 了合理 的铸造 方案 和合格 铸件 。
关键词：叶轮 外壳、铸造工艺、凝固模拟、铸
件 变形
１引言
不锈 钢 叶轮外 壳是 公司 承接 的 日立 泵 （ 无锡 ）
表 １化学成 分 （ Ｓ ，％）
牌
号
Ｚ ＧＯ ６ Ｃ ｒ １ ３ Ｎｉ ４ Ｍｏ
面 、开档部位 尺 寸难控 制 。这是 铸 造 中要解 决 的难 题。 ・ 铸 件尺 寸大 ，结构 复 杂 ，铸 造 收缩 不 一致 。容 易造 成铸件 尺寸 不准 确 ，这 也 是要 在铸造 工 艺 中考
虑 的 问题 。
铸造技术
值为 ３ ． ７ ３ 。 由于叶轮 外 壳铸件 是 由 ｔ １ 个复合 体组 成 ， 其 Ｋ 值必 须乘 以复 合 系数 ０ ． ９ 。因此叶轮 外壳法 兰 铸件 Ｋ 值 为 ３ ． ３ ５ ７ ． 根 据 Ｋ值 选择 冒 口， 考 虑到 冒 口 Ｋ值 必须 小于铸 件 Ｋ值 。 叶轮外 壳铸件 热节 部位 多 ，
作 者简介 ：丁泽宇 ，男，学士 ，研究员级高工。
研 究方 向： 铸 钢件 铸造 工 艺 。
位 ，也是要求 解 决缩松 问题 的重要 部位 。叶轮外 壳 铸件尺 寸大 ，壁 厚薄 ，铸 件 容易变 形 ，特 别是对 开
３ ８ 科技与管理
２ ０ １ ３／ １
《 科技与管理》２ ０ １ ３ 年第 １ 期
２ ． ５ 浇 口的设 置 与摆放 浇 注 系统 是 砂 型 中引 导 液 态 金 属 液进 入 型 腔 的通道 。浇 注系统 又称 浇 口。由于铸钢件 浇注温 度 高 ，金 属液 流动性 差 ，易氧 化 ，因此浇 口要保 证充 型平稳 、快速 。我 们采 用底 注 开放式浇 注 系统 。开 放 式浇 注系 统充 型平 稳 ，对 型腔 冲刷 力 小，适 合浇 注 有狭 窄壁 厚 的产 品。开放式 浇注 系统 的直浇 口截 面 积 小于 内浇 口截 面积 。我们 选 用 Ｏ１ ０ ０ ｍｍ 直 浇 道 ，Ｏ６ ０ ｍｍ 的 内浇道 ５道 。这样 直浇 口截面 积小
…
２ ． ２ 设计 思路 针对 叶轮 外 壳铸 件尺 寸大 、壁厚 薄容 易 变形和 铸 件热 节部位 多补缩难 的 问题 ，我们 重 点考虑 如何 防止铸 件变 形和保 证铸 件 内部 质 量 。对于 对 开面 开
个 冒 口要补 缩 多个热 节部 位 ，我们 采用腰 圆型 冒 口。这样可 以解 决 多个热 节 部位补 缩 的问题 ，最 终
口变形 的问题采取拉筋方法和 内圆加工余量变化
的方法 解决变 形 问题 。对 于热 节 部位 补缩 难 的 问题
采 取 双 层 冒 口与 外 冷 铁 相 结 合 的方 法 解 决缩 松 问
题 。对于 铸件 收缩 不一 致 问题 ，采取 不 同 的缩 尺保 证铸 件 尺寸 。
高３ ２ ０ ｍ ｍ。其 Ｋ值为 ２ ． ７小于铸件 Ｋ值满足设计 要求 。根据 冒 口补缩 距离 公式 计算 ，上 、下法 兰 冒 口数 量都 为 ５个 。
文章编 号 ：２ ０ ３ ０ ／ Ｓ Ｇ（ ２ ０ １ ３ ）０ １ ． ０ ７
不锈钢叶轮外壳铸造工艺研究
丁泽宇 谢康清 王正 齐
摘要：针对不锈钢叶轮外壳结构特点，对其铸
造 工 艺进行 设计优 化 。 从 分型 面选择 、浇 冒 口设 置 、 加 工余量 分布 、变形拉 筋 的设置 、缩 尺确 定 ，对铸
ＺＧ０ ６ Ｃｒ ｌ ３ Ｎｉ ４ Ｍｏ
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兰Ｉ ５
２叶轮外壳铸件铸造工艺设计
２ ． １铸件 结构 分析
叶轮外 壳铸件 呈 半 圆形 结构 ， 上、 下两层 法兰 ，
由半 圆锥壳 体连接 ，壳体 外 圆有 ５条斜 筋和 １ 条半 圆环 形筋 。筋板 厚度 ３ ０ ｍｍ，对 开面 筋板 厚 ５ ０ ｍｍ， 图 １叶轮外 壳铸件 三维 图
设计 使用长 ３ ８ ０ ｍｍ 宽 １ ８ ０ ｍｍ 高 ３ ０ ０ ｍｍ 的腰 圆型 冒 口。腰 圆型 冒 口 Ｋ 值 为 ２ ． ３ ０小于铸 件 Ｋ值 。下 层法 兰厚度 ａ为 ７ ９ ｍｍ，法兰 宽为 ２ ８ ２ ｍｍ， 其 Ｋ值
为 ２ ． ９ ｌ 。我们选 腰 圆 冒 口长 ３ ０ ０ ｍｍ，宽 １ ４ ０ ｍｍ，
制 造 有 限 公 司 产 品 。 材 质 为 马 氏 体 不 锈 钢 ｚ Ｇ０ ６ Ｃ ｒ １ ３ Ｎｉ ４ Ｍｏ ，执 行标 准 为 Ｇ Ｂ ６ ９ ６ ７ ． ８ ６ 。叶轮 外 壳铸 件最 大尺 寸为 ３ ５ ２ ４ ｍｍｘ １ ７ ６ ２ ｍｍｘ １ ０ ５ ９ ｍｍ，最 大 厚度 ８ ０ ｍｍ，最 小壁 厚 ３ ０ ｍｍ，半 圆形 结构铸 件 。 产 品单件 重量 ３ ７ ０ ０ ｋ ｇ ， 共 ８ 件 。设计要 求铸件 不得 有气孔 、裂纹 、夹砂 、缩松 等铸 造缺 陷 。铸件要 求 进行 Ｐ Ｔ检测 ，按 Ｇ Ｂ ／ Ｔ ９ ４ ４ ３标 准 ３级 以上合格 。 铸件加 工后进 行水 压试 验 ，压力 ０ ． ２ ５ ＭＰ ａ ，历 时 ３ Ｏ 分钟 ，无局 部变 形 、 冒汗 、泄露 等异 常情 况 。 叶 轮外 壳铸 件 的化 学成 分 和 力 学 性 能要 求 见
０ ． ０ ３ ５ ０ ． ５ ０ ． Ｏ ３ Ｏ ． １ Ｏ ０ － ８ ０
表 ２ 力学性 能
牌号 抗拉强度 屈服强度 延伸率
Ｍ Ｐａ Ｍ Ｐａ ％
上 、下法 兰厚 度分 别为 ６ ５ ｍｍ 和 ７ ９ ｍｍ 是重 点要 保
பைடு நூலகம்
证 内部质量的部位。筋板与锥壳体交接处是热节部
残 余 元 素
Ｃ Ｓ ｉ Ｍｎ Ｃ ｒ Ｎｉ ＭＯ Ｐ Ｓ Ｃ Ｕ Ｖ
０ ． ０ ７ １ ． Ｏ ０ １ ． ０ Ｏ ｌ １ ． ５ ～１ ３ ． ５ ３ ． ５ ～５ ． ０ ０ ． ４ ～１ ． Ｏ ０ ． ０ ３ ５
Ｗ 总 量
表 ｌ 和表 ２ ：
造工艺进行模拟 ，从各方面保证铸件质量。最终获
得 了合理 的铸造 方案 和合格 铸件 。
关键词：叶轮 外壳、铸造工艺、凝固模拟、铸
件 变形
１引言
不锈 钢 叶轮外 壳是 公司 承接 的 日立 泵 （ 无锡 ）
表 １化学成 分 （ Ｓ ，％）
牌
号
Ｚ ＧＯ ６ Ｃ ｒ １ ３ Ｎｉ ４ Ｍｏ
面 、开档部位 尺 寸难控 制 。这是 铸 造 中要解 决 的难 题。 ・ 铸 件尺 寸大 ，结构 复 杂 ，铸 造 收缩 不 一致 。容 易造 成铸件 尺寸 不准 确 ，这 也 是要 在铸造 工 艺 中考
虑 的 问题 。
铸造技术
值为 ３ ． ７ ３ 。 由于叶轮 外 壳铸件 是 由 ｔ １ 个复合 体组 成 ， 其 Ｋ 值必 须乘 以复 合 系数 ０ ． ９ 。因此叶轮 外壳法 兰 铸件 Ｋ 值 为 ３ ． ３ ５ ７ ． 根 据 Ｋ值 选择 冒 口， 考 虑到 冒 口 Ｋ值 必须 小于铸 件 Ｋ值 。 叶轮外 壳铸件 热节 部位 多 ，
作 者简介 ：丁泽宇 ，男，学士 ，研究员级高工。
研 究方 向： 铸 钢件 铸造 工 艺 。
位 ，也是要求 解 决缩松 问题 的重要 部位 。叶轮外 壳 铸件尺 寸大 ，壁 厚薄 ，铸 件 容易变 形 ，特 别是对 开
３ ８ 科技与管理
２ ０ １ ３／ １
《 科技与管理》２ ０ １ ３ 年第 １ 期
２ ． ５ 浇 口的设 置 与摆放 浇 注 系统 是 砂 型 中引 导 液 态 金 属 液进 入 型 腔 的通道 。浇 注系统 又称 浇 口。由于铸钢件 浇注温 度 高 ，金 属液 流动性 差 ，易氧 化 ，因此浇 口要保 证充 型平稳 、快速 。我 们采 用底 注 开放式浇 注 系统 。开 放 式浇 注系 统充 型平 稳 ，对 型腔 冲刷 力 小，适 合浇 注 有狭 窄壁 厚 的产 品。开放式 浇注 系统 的直浇 口截 面 积 小于 内浇 口截 面积 。我们 选 用 Ｏ１ ０ ０ ｍｍ 直 浇 道 ，Ｏ６ ０ ｍｍ 的 内浇道 ５道 。这样 直浇 口截面 积小
…
２ ． ２ 设计 思路 针对 叶轮 外 壳铸 件尺 寸大 、壁厚 薄容 易 变形和 铸 件热 节部位 多补缩难 的 问题 ，我们 重 点考虑 如何 防止铸 件变 形和保 证铸 件 内部 质 量 。对于 对 开面 开
个 冒 口要补 缩 多个热 节部 位 ，我们 采用腰 圆型 冒 口。这样可 以解 决 多个热 节 部位补 缩 的问题 ，最 终
口变形 的问题采取拉筋方法和 内圆加工余量变化
的方法 解决变 形 问题 。对 于热 节 部位 补缩 难 的 问题
采 取 双 层 冒 口与 外 冷 铁 相 结 合 的方 法 解 决缩 松 问
题 。对于 铸件 收缩 不一 致 问题 ，采取 不 同 的缩 尺保 证铸 件 尺寸 。
高３ ２ ０ ｍ ｍ。其 Ｋ值为 ２ ． ７小于铸件 Ｋ值满足设计 要求 。根据 冒 口补缩 距离 公式 计算 ，上 、下法 兰 冒 口数 量都 为 ５个 。