渣漿泵前護(hù)板斷裂原因分析及工藝改進(jìn)

馮曉冉

我公司曾承攬某礦業(yè)公司一批渣漿泵前護(hù)板的生產(chǎn)任務(wù)，前期生產(chǎn)的3件產(chǎn)品交付后，用戶反映使用壽命短，僅達(dá)到800～1000h（一般來說根據(jù)工況條件使用壽命應(yīng)在2000h左右），且其中的兩件發(fā)生了出水口底部斷裂的情況。

1.鑄件簡介

前護(hù)板屬于渣漿泵的一個過流部件，在運(yùn)行過程中受到流體沖擊，主要受力部位在出水口位置。本次生產(chǎn)的渣漿泵前護(hù)板最大直徑900mm，總高250mm，出水口壁厚為30mm，出水口以下護(hù)板最大厚度為50mm。葉輪的材質(zhì)為高鉻鑄鐵，產(chǎn)品技術(shù)要求比較嚴(yán)格，不允許有冒口缺陷，熱處理后硬度＞58HRC。

2.原鑄造工藝方案

原鑄造工藝方案如圖1所示。

（1）造型設(shè)備采用10t/h連續(xù)混砂機(jī)，堿酚醛樹脂砂造型。

（2）分型面選在護(hù)板中間部位，模樣分型不分模，做成形底板，尺寸為1200mm×1200mm。

（3）材質(zhì)為KmTBCr26，鑄件線收縮率取2%，開放式澆注系統(tǒng)。根據(jù)鑄件大小及形狀，選定了一個由鐵液進(jìn)入直澆道再經(jīng)橫澆道最后由側(cè)冒口引入鑄件的澆注系統(tǒng)，側(cè)冒口壓力角≥10°，高度取300mm。

（4）澆注溫度控制在1370～1390℃，澆注重量約為250kg，澆注后48h后打箱。

（5）鑄件清理去冒口及披縫后進(jìn)行淬火+回火。

3.斷裂原因分析

圖1 原鑄造工藝

通過用戶反饋及我公司服務(wù)人員現(xiàn)場查看，此種前護(hù)板確實(shí)存在使用壽命偏短，且出水口底部斷裂的情況，斷裂處存在氣孔、縮孔等鑄造缺陷。通常鑄件斷裂原因主要有鐵液化學(xué)成分超標(biāo)和鑄造缺陷。取現(xiàn)場斷裂護(hù)板試樣進(jìn)行化學(xué)成分檢驗(yàn)，經(jīng)查化學(xué)成分合格，wP≤0.06﹪、wS≤0.06﹪，wSi≤1.0﹪，均在合格范圍內(nèi)，排除了成分原因。那么初步判斷鑄造缺陷是造成前護(hù)板斷裂的主要原因。鑄件內(nèi)部氣縮孔嚴(yán)重影響鑄件內(nèi)在質(zhì)量，從而造成使用壽命降低，對此我們深入剖析原因。

（1）前護(hù)板出水口底部屬熱節(jié)部位，側(cè)冒口距出水口底部較遠(yuǎn)，對此處的鐵液補(bǔ)縮有限，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)側(cè)冒口補(bǔ)縮效率較低，一般為20%左右，導(dǎo)致出水口下方熱節(jié)部位內(nèi)部組織不致密，有縮孔缺陷。

（2）前護(hù)板出水口最高處缺少溢流，澆注前期的低溫鐵液和氣體無法及時排出，從而引發(fā)氣孔等鑄造缺陷。

（3）環(huán)境影響，型芯吸潮，澆注時氣體析出產(chǎn)生氣孔，根據(jù)濕度計(jì)顯示生產(chǎn)現(xiàn)場相對濕度為70%～80%。

（4）出水口下方圓弧較小，僅R2mm，圓弧較小導(dǎo)致在生產(chǎn)中型芯形成尖角砂，從而使此處砂型耐火度下降，易產(chǎn)生粘砂氣孔缺陷。

4.鑄造工藝改進(jìn)

針對葉輪產(chǎn)生氣縮孔缺陷的原因，我們對工藝進(jìn)行改進(jìn)，如圖2所示。

（1）改進(jìn)冒口系統(tǒng)，將原來的一個側(cè)冒口改為兩個頂冒口，且兩個頂冒口更加靠近出水口下方的熱節(jié)。由于頂冒口比側(cè)冒口補(bǔ)縮效率高，因此可以更好地起到補(bǔ)縮作用。

（2）制芯時放入草繩團(tuán)，同時在出水口最高處開設(shè)溢流裝置，可以更好地起到排氣作用。

（3）澆注前用熱風(fēng)機(jī)在200℃下進(jìn)行烘烤1h，以防止砂型吸潮，減少樹脂砂的發(fā)氣量。

（4）在征得設(shè)計(jì)方同意的情況下，將出水口下方的圓角加大，改為R10mm，避免尖角砂的出現(xiàn)，有利于消除鑄造缺陷隱患。

5.生產(chǎn)驗(yàn)證

對工藝進(jìn)行改進(jìn)后批量生產(chǎn)10件，經(jīng)超聲波檢測，鑄件內(nèi)部組織致密，交付用戶后經(jīng)使用驗(yàn)證，未發(fā)生斷裂問題，使用壽命穩(wěn)定在2500h左右，證明新工藝合理可行。

圖2 改進(jìn)后的鑄造工藝

6.結(jié)語

通過對渣漿泵前護(hù)板斷裂原因的深入分析，找到了原工藝的缺點(diǎn)和不足，通過改變冒口形式以及增加溢流等排氣措施，避免了鑄造缺陷，消除了前護(hù)板在使用中可能存在的斷裂隱患，其使用壽命大大延長。

[1]宋量.鋼鐵耐磨鑄件的生產(chǎn)和標(biāo)準(zhǔn)[J].鑄造技術(shù)，2010,6:776-779.

[2]李魁盛等.鑄造工藝及原理〔M〕.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2008.