一种泥浆泵用空心曲轴的铸造方法
【专利摘要】本发明公开了一种泥浆泵用空心曲轴的铸造方法，利用铸造模型，步骤包括：制作空心曲轴的实样和芯盒，安装好下砂箱、大明冒口、集渣包和浇注通道，在砂型中设置明、暗气眼，在一拐和三拐处分别设置防裂筋；制作砂芯及芯头型体，制作芯骨主杆，在芯骨主杆上开设两组过孔，在每个过孔中焊接一个钢质圆形定位环；在芯骨主杆上采用钢筋焊接多处加强支架，在芯骨主杆上缠绕草绳和排气绳，将做好的芯骨放置芯盒内填砂硬化；喷刷涂料；合箱；浇注；开箱喷砂；打磨和修复；正火处理；二次喷砂；加工空心曲轴两端头轴孔，即成。本发明方法能有效地防止局部出现缩孔或缩松的组织缺陷。
【专利说明】—种泥浆泵用空心曲轴的铸造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明属于机械设备铸造【技术领域】，涉及一种泥浆泵用空心曲轴的铸造方法。
【背景技术】
[0002]石油钻采设备中的泥浆泵用量很大，空心曲轴又是泥浆泵中的最为重要的传动零件，材质为ZG35CrMoA，其结构复杂、尺寸较大，结构上设置有3个拐如图1所示，互成120度如图2所示，中间设计为空心且形状复杂如图1所示。
[0003]由于该空心曲轴的铸造工艺设计和生产制造都十分困难，长期以来采用过多种铸造工艺方案，但铸造出来的空心曲轴毛坯经常会由于偏芯、漂芯出现壁厚不均的现象，或由于冒口设置不合理出现局部缩孔、缩松的缺陷，废损率极高，迫切需要创新出新的铸造方法，提闻广品的合格率。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种泥浆泵用空心曲轴的铸造方法，解决了现有技术中曲轴由于偏芯、漂芯出现壁厚不均，或冒口设置不合理出现的局部缩孔或缩松缺陷的问题。
[0005]本发明所采用的技术方案是，一种泥浆泵用空心曲轴的铸造方法，利用铸造模型，按照以下步骤实施:
[0006]2.1)按照铸造工艺图纸，制作空心曲轴的实样和芯盒，无法正常起模的地方制作成活块；
[0007]2.2)按照铸造工艺图纸，安装好下砂箱、大明冒口、集渣包和浇注通道，造型时型砂常温强度应大于1.5MPa，在砂型中设置明、暗气眼，对造好的砂型按工艺要求在一拐和三拐处分别设置防裂筋；
[0008]2.3)按照铸造工艺图纸，制作砂芯及芯头型体，先制作芯骨主杆，在芯骨主杆上开设两组过孔，在每个过孔中焊接一个钢质圆形定位环；再根据芯盒的形状在芯骨主杆上采用钢筋焊接多处加强支架，然后在芯骨主杆上缠绕草绳和排气绳，最后将做好的芯骨放置芯盒内填砂硬化；
[0009]2.4)喷刷涂料，将造好的砂型和砂芯及芯头型体涂刷多遍；
[0010]2.5)合箱，按照铸造工艺图纸，先制作好两根碳钢拉杆，将制作好的砂芯及芯头型体放置在砂型的腔内，调好位置后利用拉杆将砂芯及芯头型体与下砂箱底板固定，清理干净型腔残砂，最后扣合好上砂箱并固定可靠；
[0011]2.6)浇注;
[0012]2.7)开箱，浇注后50?60小时开箱，清除空心曲轴表面的粘砂，趁热切割冒口、集渣包、拉杆和浇注通道，切割温度为200°C?250°C ；
[0013]2.8) 一次喷砂,对空心曲轴进行喷砂；
[0014]2.9)打磨和修复；
[0015]2.10)正火处理；[0016]2.11) 二次喷砂，对空心曲轴再次进行喷砂；
[0017]2.12)加工空心曲轴两端头轴孔，即成。
[0018]本发明的有益效果是，采用两根Φ30_的拉杆使芯骨主杆与下砂箱固定，有效防止由于钢液对砂芯产生的巨大浮力造成砂芯断裂或变形，解决了偏芯或漂芯壁厚不均的难题；将原工艺中设置大小两个冒口或3个冒口的工艺改为一个大明冒口补缩的工艺方案，有效地实现了顺序凝固，防止由于大冒口补缩小冒口造成的小冒口下局部缩孔或缩松的缺陷，从而提高空心曲轴的探伤合格率，增加了毛坯的工艺出品率，提升了铸件质量。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]图1是本发明方法所要铸造的空心曲轴的剖面示意图；
[0020]图2是图1的左视图；
[0021]图3是本发明的空心曲轴铸造方法的工作原理示意图；
[0022]图4是图3中定位环7的放大图。
[0023]图中，1.空心曲轴，2.内部空腔，3.砂芯及芯头型体，4.大明冒口，5.芯骨主杆，
6.拉杆，7.定位环，8.砂型，9.下砂箱，10.螺栓，11.浇注通道，12.分型面，13.集渣包，14.防裂筋，
[0024]另外，I处为一拐，II处为二拐，III处为三拐。
【具体实施方式】
[0025]参照图1、图2，是本发明的泥浆泵用空心曲轴的铸造方法，所要铸造的空心曲轴的剖面后的型腔结构图，空心曲轴I的内腔中设置有一处内部空腔2，以及三处拐(I处为一拐，II处为二拐，III处为三拐)。
[0026]参照图3，本发明的空心曲轴铸造方法的砂箱安装结构是，包括上砂箱和下砂箱9(图3中未显不上砂箱)，上砂箱和下砂箱9中分别设直有空心曲轴I的砂型8，在上砂箱上的二拐处大盘最高处设置有一个大明冒口 4，在上砂箱上的一拐处设置有一个集渣包13 ；
[0027]下砂箱9中设置有浇注通道11和防裂筋14 ；
[0028]浇注通道11采用双层阶梯浇注通道，浇注初期钢液从下层内浇口注入，有利于钢液平稳充型，使气体和渣子方便排出。由于上层内浇道设置有一定倾角，因此，等临注满时上层内浇道才起作用，这样能使上层钢液温度长时间过热，有利于补缩。
[0029]采用防裂筋14主要是考虑这些部位壁厚变化较大，容易出现裂纹缺陷，因此，采用三角形的加强防裂筋能有效地防止铸造裂纹的产生，该放裂筋在后续的加工环节需要处理掉。
[0030]上砂箱与下砂箱9的对接面称为分型面12，沿分型面12的平面纵向设置有芯骨主杆5，芯骨主杆5上套装有砂芯及芯头型体3 ;芯骨主杆5与下砂箱9底板之间连接有拉杆6，拉杆6与下砂箱9底板下表面通过螺栓10固定，拉杆6与芯骨主杆5过孔之间设置有定位环7，参照图4。
[0031]拉杆6的设置，在毛坯清理时要用碳弧气刨将拉杆处刨掉，深度约50mm，清理干净后用J077焊条堆焊，最后打磨光滑。
[0032]定位环7的作用一是固定拉杆和芯骨，二是该处砂芯所受浮力最大，最容易发生变形或转动。
[0033]本发明的空心曲轴铸造方法的原理是，采用轴向水平分型，水平造型(采用呋喃树脂砂造型)，水平浇注，在二拐处的大盘最高处设置有一个大明冒口 4，在远端一拐处设置有一个集渣包13，在砂芯及芯头型体3轴心设置一根Φ40、壁厚8_与砂芯等长的芯骨主杆5，另外制作两根Φ30 (长度根据砂箱厚度确定)的钢质拉杆6，在合箱时固定芯骨主杆5与下砂箱9底板。
[0034]本发明的空心曲轴铸造方法，预先工艺设置，按照以下步骤具体实施:
[0035]a)考虑造型和模型制作方便，同时考虑冒口补缩效果，空心曲轴I采用轴向水平中间分型，将二拐处于最高点，以便设置大明冒口 4 ;
[0036]b)根据中国国标的相关规定，在需要加工的表面上添加相应的加工余量，利用铸造圆角尽量使其外表面圆滑过渡；
[0037]c)对应空心曲轴I的内部空腔2制作砂芯及芯头型体3，芯头要考虑定位，芯头长度和间隙根据水平芯头标准确定；在砂芯及芯头型体3中心套装一根外径Φ40壁厚8_与砂芯等长的芯骨主杆5 ;为防止浮力过大造成漂芯，采用2根Φ30钢质拉杆6，一头为标准螺纹，一头为Φ45的圆螺帽头，长度根据砂箱厚度确定。
[0038]d)根据模数法或其它计算方法，在空心曲轴I 二拐最高处设置一个大明冒口 4，形状为楔形，采用发热冒口或保温冒口结构；
[0039]e)在空心曲轴I远端一拐处设置一个集渣包13，位置处在最高处；
[0040]f)制作砂芯及芯头型体3时要考虑冒口补缩通道，使钢液凝固能实现顺序凝固，因此，要对砂芯形状进行适当修正；
[0041]g)采用两层阶梯式浇注通道11，下层位于下砂箱9两道内浇道，内浇道采用Φ60耐火管子砖制作，一道内浇道通向大盘最低处，另一道内浇道通向一拐最低处；上层为于上砂箱两道内浇道(图3中未显示)，要有一定倾角，内浇道采用Φ60耐火管子砖制作，一道内浇道通向三拐最高处，另一道内浇道通向一拐最高处；直浇道、横浇道和内浇道截面积均应符合相关工艺标准；
[0042]h)为防止有些部位壁厚差别较大，易形成裂纹，因此，在一拐和三拐处分别设置三道防裂筋14 ；
[0043]i)绘制铸造工艺图纸。
[0044]本发明的空心曲轴铸造方法，利用上述的铸造模型，具体铸造按照以下步骤具体实施:
[0045]I)按照铸造工艺图纸,制作空心曲轴I的实样和芯盒，无法正常起模的地方制作成活块；
[0046]2)按照铸造工艺图纸，安装好下砂箱9、大明冒口 4、集渣包13和浇注通道11，采用呋喃树脂砂造型，造型时型砂常温强度应大于1.5MPa，在砂型中设置明、暗气眼用于加强排气，对造好的砂型8按工艺要求制作防裂筋14，即在一拐和三拐处分别设置三道防裂筋14；
[0047]3)按照铸造工艺图纸,制作砂芯及芯头型体3,先制作芯骨主杆5,按照铸造工艺图纸，位置要求在芯骨主杆5上开设两组过孔，在每个过孔中焊接一个Φ40的钢质圆形定位环7 ;再根据芯盒的形状在芯骨主杆上采用Φ8的钢筋焊接多处加强支架以增加砂芯的强度，然后在芯骨主杆5上缠绕草绳和排气绳以便排气通畅，最后将做好的芯骨放置芯盒内填砂硬化，注意要保证两个Φ40的定位环7上下通透，以便拉杆6顺利穿过；
[0048]4)喷刷涂料，采用手工涂刷，使用铸钢用呋喃树脂砂常用的锆英粉酒精快干涂料，将造好的砂型8和砂芯及芯头型体3涂刷多遍(4?5遍)；
[0049]5)合箱，按照铸造工艺图纸，预先制作好两根Φ30的碳钢拉杆6备用，将制作好的砂芯及芯头型体3放置在造好的砂型8的腔内，调好位置后利用拉杆6将砂芯及芯头型体3与下砂箱9底板通过螺栓10固定，因为拉杆是从定位环的正上方砂芯预留的孔位穿过，因此，要修补这孔位残缺的砂芯，清理干净型腔残砂，最后扣合好上砂箱并固定可靠；
[0050]6)浇注，浇注温度为1550°C?1570°C，浇注时间2分钟以内，先通过浇口杯、直浇道到浇注通道11进行浇注，浇注时先快后慢，等浇至大明冒口 4约1/3?1/2高处时，停止浇注；然后在大明冒口 4中加入保温剂，改为从大明冒口 4浇注，浇满后点浇多次(2?3次);
[0051]7)开箱，浇注后50?60小时开箱，采用振动清砂，对空心曲轴I表面的粘砂用机械清除干净，内部空腔的砂子和芯骨尽量清除干净，两端头200mm以内的孔内一定要清理干净，紧接着趁热切割冒口 4、集渣包13、拉杆6和浇注通道11，切割时温度要控制在200。。?250。。；
[0052]8) 一次喷砂，对空心曲轴I进行喷砂；
[0053]9)打磨和修复；
[0054]10)正火处理，对空心曲轴I进行高温正火处理，正火温度为900°C?930°C，时间为5?7小时；
[0055]11) 二次喷砂，对空心曲轴I再次进行喷砂；
[0056]12)加工空心曲轴I两端头轴孔，即成。然后用堵头将空心曲轴I两端头封堵可靠，以免没清除干净的砂子掉落，将空心曲轴I的毛坯检验入库。
[0057]实施例
[0058]制作F-1300泥浆泵曲轴，图号AH130101-02080001，生产一批顺序号12463，12579，12473，12520, 12492 共 5 件，探伤报告编号:B0MC0J69-MT-NA055_1301，探伤
结果:合格。
[0059]同样生产顺序号为12384，12476共2件，探伤报告编号:B0MC0J69-MT-NA025-1302，探伤结果:合格；
[0060]生产顺序号为12557，12537共2件，探伤报告编号:B0MC0J69-MT-NA030_1302，探
伤结果:合格；
[0061]生产顺序号为12531，12555共2件，探伤报告编号:B0MC0J69-MT-NA031_1302，探
伤结果:合格。
[0062]在试产过程中，曲轴的合格率达98%以上，保证了泥浆泵关键主承载件的质量。
[0063]本发明方法所制作的空心曲轴，尺寸和重量大，结构复杂，中间空心，材料属于低合金铸钢件，铸造时采用一个自制的大明冒口、通过修正砂型结构、增加防裂筋和设置集渣包，彻底解决曲轴的内部组织缺陷问题；通过管状芯骨和特制两根拉杆，在合箱时用于固定中间砂芯，有效防止中间砂芯断裂或漂芯问题；生产时应严格控制制芯、合箱、浇注和打磨清理等工序环节。
【权利要求】
1.一种泥浆泵用空心曲轴的铸造方法，其特征在于，利用铸造模型，按照以下步骤实施: 1)按照铸造工艺图纸，制作空心曲轴(I)的实样和芯盒，无法正常起模的地方制作成活块； 2)按照铸造工艺图纸，安装好下砂箱(9)、大明冒口(4)、集渣包(13)和浇注通道(11)，造型时型砂常温强度应大于1.5MPa，在砂型中设置明、暗气眼，对造好的砂型(8)按工艺要求在一拐和三拐处分别设置防裂筋(14)； 3)按照铸造工艺图纸，制作砂芯及芯头型体(3)，先制作芯骨主杆(5)，在芯骨主杆(5)上开设两组过孔，在每个过孔中焊接一个钢质圆形定位环(7);再根据芯盒的形状在芯骨主杆上采用钢筋焊接多处加强支架，然后在芯骨主杆(5)上缠绕草绳和排气绳，最后将做好的芯骨放置芯盒内填砂硬化； 4)喷刷涂料，将造好的砂型(8)和砂芯及芯头型体(3)涂刷多遍； 5)合箱，按照铸造工艺图纸，先制作好两根碳钢拉杆(6)，将制作好的砂芯及芯头型体(3)放置在砂型(8)的腔内，调好位置后利用拉杆(6)将砂芯及芯头型体(3)与下砂箱(9)底板固定，清理干净型腔残砂，最后扣合好上砂箱并固定可靠； 6)浇注； 7)开箱，浇注后50~60小时开箱，清除空心曲轴(I)表面的粘砂，趁热切割冒口(4)、集渣包(13)、拉杆(6)和浇注通道(11)，切割温度为200°C~250°C ； 8)一次喷砂，对空心曲轴(I)进行喷砂； 9)打磨和修复； 10)正火处理； 11)二次喷砂,对空心曲轴(I)再次进行喷砂； 12)加工空心曲轴(I)两端头轴孔，即成。
2.根据权利要求1所述的泥浆泵用空心曲轴的铸造方法，其特征在于，所述的步骤6中，具体过程是:浇注温度为1550°C~1570°C，浇注时间2分钟以内，先通过浇口杯、直浇道到浇注装置(11)进行浇注，浇注时先快后慢，等浇至大明冒口(4) 1/3~1/2高处时，停止浇注；然后在大明冒口(4)中加入保温剂，改为从大明冒口(4)浇注，浇满后点浇多次。
3.根据权利要求1所述的泥浆泵用空心曲轴的铸造方法，其特征在于，所述的步骤10中，正火温度为900°C~930°C，时间为5~7小时。
4.根据权利要求1所述的泥浆泵用空心曲轴的铸造方法，其特征在于:该方法所依赖的铸造模型结构是，包括上砂箱和下砂箱(9)，上砂箱和下砂箱(9)中分别设置有空心曲轴(I)的砂型(8)，在上砂箱上的二拐处大盘最高处设置有一个大明冒口(4)，在上砂箱上的一拐处设置有一个集渣包(13)； 下砂箱(9 )中设置有浇注通道(11)和防裂筋(14 ); 上砂箱与下砂箱(9)的对接面称为分型面(12)，沿分型面(12)的平面纵向设置有芯骨主杆(5 )，芯骨主杆(5 )上套装有砂芯及芯头型体(3 );芯骨主杆(5 )与下砂箱(9 )底板之间连接有拉杆(6)。
5.根据权利要求4所述的泥浆泵用空心曲轴的铸造方法，其特征在于:所述的拉杆(6)与下砂箱(9)底板下表面通过螺栓(10)固定，拉杆(6)与芯骨主杆(5)过孔之间设置有定位环（7）
【文档编号】B22C9/08GK103624218SQ201310515954
【公开日】2014年3月12日 申请日期:2013年10月25日 优先权日:2013年10月25日
【发明者】李继峰, 李保峰, 马崇峰 申请人:宝鸡石油机械有限责任公司