本发明涉及一种铸造工艺，特别是涉及一种泥泵叶轮的铸造加工工艺。
背景技术：
叶轮作为泵产品的核心零件，对泵的性能及整机的可靠性和寿命都起着重要的作用。我国从研制泵产品以来，叶轮的铸造加工工艺均采用木模刻线的砂型铸造工艺生产。近年来有了水玻璃工艺铸造技术、熔模铸造工艺，铸造技术已发展得越来越成熟。但是叶轮的结构复杂，特别是叶片为空间立体结构，使得叶轮的铸造工艺发展缓慢，精密铸造技术难于在叶轮的铸造工艺上使用。
泥泵是挖泥船的关键部件，挖泥船施工时，泥泵将海底泥沙吸上来，再排到几公里外的纳泥区。因为输送介质的不同、工作条件的恶劣，泥泵叶轮的磨损十分严重。因此船舶在泥泵的维护上频繁更换泥泵叶轮等过流部件，导致船舶运营中“两增两降”，即增加了船舶成本和船员的劳动强度，降低了船舶运转时间和创效能力。因此，作为泥泵的核心部件，从选材上应严格把关，从铸造生产上管控，才能满足在恶劣工况下具备良好的性能。
泥泵叶轮的磨损机理主要分为三大类：冲蚀性磨损、气蚀磨损、腐蚀。冲蚀性磨损：泥泵在运转过程中，液体中携带的固体物质以一定的速度对叶轮表面进行冲击，造成材料的磨损，冲蚀性磨损机理可以分为切削磨损、变形疲劳磨损和切削+变形复合磨损。气蚀磨损：在泥泵运转过程中，泥泵叶轮特别是叶轮进口处，由于输送介质的绝对压力下降到当时温度下的汽化压力时，液体便在该处开始汽化，形成气泡；气泡随输送介质流动，至某高压处时，气泡急剧缩小至溃灭，在气泡凝结同时，液体质点以高速充填孔隙，并对叶轮表面产生强烈的冲击，叶轮表面因此造成磨损，严重时表面会呈现小凹坑状。腐蚀：作为大型挖泥船主要为海上疏浚工程，输送介质具有一定的盐分，泥泵叶轮会发生腐蚀磨损现象。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种步骤简单、工件耐腐蚀耐磨损的泥泵叶轮的铸造加工工艺。
本发明泥泵叶轮的铸造加工工艺，包括以下步骤：
a)确定铸造工艺参数，按照加工尺寸确定非加工面的尺寸误差和加工余量，确定浇注系统，浇注系统设为两个，以及确定冒口的数量和位置；
b)根据上述参数加工模具和树脂砂造型；
c)向模具内浇注，两个浇注系统配设有两个浇包和一个补偿浇包，浇注温度控制在1380℃-1400℃，浇注时间控制在1-3分钟；
d)打箱，浇注完毕保温3-5小时，解除压箱，9-10小时将冒口周围的砂型松动，4天后松动叶轮道内的砂型，再保温7-10天，即铸件温度降至250℃后打箱；
e)清理，去除浇注系统和浇注飞边，冒口的颈保留20-30mm，再进行喷丸处理；
f)退火，退火温度控制在880℃-890℃，时间9-11小时；
g)二次清理，退火温度降至280℃后，取出工件进行空冷，冷却后清理；
h)粗加工和热处理，工件粗加工后淬火、回火，淬火和回火时间均为2小时，淬火温度860℃，淬火完成后风冷，回火温度230℃，回火完成后风冷。
本发明泥泵叶轮的铸造加工工艺，其中浇注金属材料选用高铬铸铁，高铬铸铁的金相组织包括奥氏体和马氏体。
本发明泥泵叶轮的铸造加工工艺，其中所述加工模具设为木质材料,、手工树脂砂造型。
本发明泥泵叶轮的铸造加工工艺，其中所述冒口设有5个，每个冒口上均设有保温冒口圈。
本发明泥泵叶轮的铸造加工工艺，其中所述浇注系统的铺设采用陶瓷浇道砖法，且设为开放式浇注系统。
本发明泥泵叶轮的铸造加工工艺，其中铸造加工过程中设有过程验收，即在浇注前对材料进行炉前化验，在浇注完成后对浇注样块进行光谱分析，对照两次检验的材质。
本发明泥泵叶轮的铸造加工工艺，其中工件铸造完成后对工件尺寸进行验收，逐项检测装配尺寸、配合公差。
本发明泥泵叶轮的铸造加工工艺，其中工件加工完成后进行硬度检测和超声波探伤。
本发明泥泵叶轮的铸造加工工艺，其中铸造过程中同时铸造的样块，进行冲压、拉伸、延伸率试验，且对两个浇注均进行试验。
本发明泥泵叶轮的铸造加工工艺，其中叶轮交付前进行静平衡试验。
本发明泥泵叶轮的铸造加工工艺与现有技术不同之处在于本发明泥泵叶轮的铸造加工工艺包括确定铸造参数，计算加工尺寸，并且设置有两个浇注系统，保证浇注材料快速均匀分布，减小应力集中；加工模具和造型，采用木质模具、手工树脂砂造型；浇注，浇注过程设有两个浇注系统，同时浇注，并且两个浇注系统相互连通；打箱，铸造工件温度降至250℃时打箱，防止温度过高而影响铸造工件的热量分布，保证铸造工件受热均匀；清理时冒口保留20-30mm；退火温度控制在880℃-890℃；退火冷却后进行二次清理，粗加工和热处理，铸造工件粗加工后进行淬火和回火；经过上述浇注工艺和热处理工艺加工得到的泥泵叶轮，其性能具有高强度、高硬度、耐冲击性好、延展性好，强度≥700MPa，硬度≥55HRC，延伸率0.5-1.5％，冲击韧度≥8J/cm2。其中退火温度和时间、二次清理后的退火温度、粗加工后淬火、回火温度和时间，是影响上述强度、硬度、延展性、耐冲压性能等的重要条件，使硬度保持在≥55HRC，是保证泥泵叶轮强度和寿命的重要条件，否则，泥泵叶轮容易开裂或耐磨性降低。
具体实施方式
本发明泥泵叶轮的铸造加工工艺，包括以下步骤：
a)确定铸造工艺参数，按照加工尺寸确定非加工面的尺寸误差和加工余量，确定浇注系统，浇注系统设为两个，以及确定冒口的数量和位置；铸造参考《铸件尺寸公差和机械加工余量》(GBT6414—1999)标准，最大外圆加工量为10mm，分型面以上加工量为10mm，分型面以下加工量为6mm；由于铸件体积较大，只设置一个浇注系统会使浇注材料因流经的路程比较长，而导致温度降低很多，容易造成浇不足等缺陷，而且在铸型中温度分布不够均匀，凝固过程中容易造成应力集中，使铸造工件易于开裂；
b)根据上述参数加工模具和树脂砂造型；加工模具设为木质材料、手工树脂砂造型；木质模具用涂料进行涂刷，避免冲砂造成砂眼缺陷；考虑到木质模型的易变形性和分型面的不平整度，留分型负数4mm；
c)向模具内浇注，两个浇注系统配设有两个浇包和一个补偿浇包，补偿浇包用于补充和应急，浇注温度控制在1380℃-1400℃，浇注时间控制在1-3分钟；浇注时间过长会影响浇注材料的性能，容易出现温差而导致应力集中；
d)打箱，浇注完毕保温3-5小时，解除压箱，9-10小时将冒口周围的砂型松动，4天后松动叶轮流道内的砂型，再保温7-10天，即铸件温度降至250℃后打箱；
e)清理，去除浇注系统和浇注飞边，冒口的颈保留20-30mm，再进行喷丸处理；
f)退火，退火温度控制在880℃-890℃，时间9-11小时；
g)二次清理，退火温度降至280℃后，取出工件进行空冷，冷却后清理；
h)粗加工和热处理，工件粗加工后淬火、回火，淬火和回火时间均为2小时，淬火温度860℃，淬火完成后风冷，回火温度230℃，回火完成后风冷。
浇注金属材料选用高铬铸铁，高铬铸铁的金相组织包括奥氏体和马氏体，经过上述浇注工艺和热处理工艺加工得到的泥泵叶轮，其性能具有高强度、高硬度、高耐冲击性、延展性好，强度≥700MPa，硬度≥55HRC，延伸率0.5-1.5％，冲击韧度≥8J/cm2。其中退火温度和时间、二次清理后的退火温度、粗加工后淬火、回火温度和时间，是影响上述强度、硬度、延展性、耐冲压性能等参数的重要条件，使硬度保持在≥55HRC，是保证泥泵叶轮强度和寿命的重要条件，否则，泥泵叶轮容易开裂或耐磨性降低。
目前，主要采用Cr26合金高铬铸铁，属于高合金钢，金相组织呈现以奥氏体为主，马氏体为辅的多相组织，高铬铸铁具有较好的综合性能。高铬铸铁的主要成分：碳2.5-3.2％，硅0.6-0.9％，硫≤0.06％，磷≤0.06％，锰1.1-1.3％，镍0.5-1％，铬24-28％，钼1-2.2％，其余为铁。
冒口设有5个，每个冒口上均设有保温冒口圈。白口铸铁的凝固特性介于灰口铸铁和铸钢之间，所以冒口设计要兼顾二者的特点，根据冒口设计原理在上箱叶轮的盖板上设置5个冒口，为了进一步加强补缩效果，5个冒口均采用保温冒口圈，冒口圈内口直径300mm，高度600mm，在轴头三个腰形冒口高度为700mm，增强补缩效果。
浇注系统的铺设采用陶瓷浇道砖法，使浇注材料流动更加顺畅，同时减少夹砂缺陷的产生；两个浇注系统用浇道砖联通；且设为开放式浇注系统，流道截面积足够大，从而避免浇注时间过长。两个浇注系统对应设置两个浇包，两个浇包分别坐在水口上，保证同时浇注，浇注温度保持在1380℃～1400℃。
铸造工件的验收包括过程验收和交付验收。铸造加工过程中过程验收，即在浇注前对材料进行炉前化验，在浇注完成后对浇注样块进行光谱分析，对照两次检验的材质。过程验收作为材质控制的重要环节，炉前化验要由双方人员共同见证完成，并与产品交付时对样块的光谱分析进行比对，进而验证材质成分是否符合要求，出具化验报告。
铸造工件加工完成时进行交付验收，主要对工件外观、尺寸、硬度、内部结构、样块、静平衡等进行验收。
外观验收：叶轮表面型砂、毛刺、飞边、多肉等必须清除干净，且不得有裂纹和影响使用性能的夹渣、包砂、冷隔、气孔、缩松、突起、缺肉等铸造缺陷。Cr26材质在清整和处理铸造缺陷过程中，不允许使用火焰切割、电弧气刨切割。铸造缺陷不严重的铸件非工作面表面可采用工艺可靠的树脂修补或采用喷涂、钎焊等方法修补，做防护前应清除表面的锈迹、污痕，铸造砂采用喷丸或人工除砂处理干净。
尺寸验收：结合加工图纸，特别是装配尺寸要逐项测量，配合公差要在图纸标注的公差范围内。叶轮螺纹公差按螺纹中径进行验收，其公差值为(其中G为叶轮大径)；或使用螺纹塞规进行验收，其单头螺纹配合间隙一般＜0.3mm、双头螺纹配合间隙一般＜0.6mm、三头螺纹配合间隙一般＜0.9mm。尺寸检测要形成检测记录，并由双方人员签字确认，作为验收资料存档。
硬度验收：制作方需提供叶轮材质硬度检测报告。交货验收现场验收人员要进行备件硬度实地检测，每件至少测量5点取均值，均值合格才可，测试记录由双方验收人员审核后签字。Cr26泥泵叶轮的材质硬度指标必须满足≥55RHC，硬度指标数值增大，脆性增大；硬度指标数值降低，叶轮的耐磨性变差；叶轮的硬度指标通过控制热处理温度和时间，使硬度保持在≥55RHC，既能保证强度，减小脆性，又能提高耐磨性能。
超声波内部探伤：为了检测叶轮内部的细小铸造裂纹，产品交付前要进行超声波探伤，探伤标准应按照超声波探伤及质量分级方法ZBK54010－88中不低于二级。
样块检测：作为铸件的性能检测，制作厂家应在浇铸的同时留取同炉钢水样块2件，并标注炉号，随同备件做热处理。验收人员要对样块在试验机上进行抗拉强度、冲击韧性、延伸率的实验，并出具实验报告；同时要对样块进行光谱分析，确定叶轮交付时材质成分符合要求。
静平衡试验：叶轮交付前必须做静平衡试验，Cr26材质因加工性能差，平衡试验的配重不得采取在较轻侧直接焊接配重的办法处理，应采取去重法平衡力矩，即要求在叶轮轴端叶墙非加工面去重。在较重的一侧用铣床铣削或用砂轮磨削的办法处理，但铣削或磨削的厚度不得超过叶轮盖板厚度的30％。叶轮静平衡试验应是双方验收人员共同见证进行，并出具检验报告，双方验收人员签字确认，作为验收资料存档。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。