专利名称：轿车冷却水泵专用叶轮及其铸造工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种金属制品及其生产工艺，尤其是汽车冷却水泵专用叶轮的材质及其铸造工艺方法。
背景技术：
目前市场上轿车发动机冷却水泵配套使用的叶轮均为塑料或冲压件。这种叶轮从材料方面分析，塑料件强度低、有脆硬性，易腐蚀，易老化损坏，使用寿命短；从加工工艺方面分析，属于冲压成型件，形位精确度较低，尺寸精度得不到很好的保证，直接影响产品的使用性能。目前市场上有很多非轿车专用发动机冷却水泵使用铸铁叶轮，但这类铸铁叶轮的强度、耐磨性能、尺寸精度和表面粗糙度均无法满足轿车的性能要求。为提高轿车品质， 优化发动机冷却水泵的性能，延长水泵总成的使用寿命，需要对现有塑料叶轮进行改进。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种强度、耐磨性能、尺寸精度和表面粗糙度均能满足轿车的性能要求的轿车冷却水泵专用叶轮及其铸造工艺。本发明的技术解决方案是轿车冷却水泵专用叶轮，它的材质为HT200SnCr合金，其重量百分组成为碳 3. 2% 3. 6%、硅 1. 9% 2. 2%、锰 0. 6 % 0. 9 %、磷小于 0. 15%、硫小于 0. 12%、锡 0. 06% 0. 08%、铬0. 1 % 0. 3%，其余为铁和微量元素，叶轮硬度HB170 220，叶轮的尺寸精度为CT7级 CT8级，表面粗糙度为Ra6. 3 μ m Ral2. 5 μ m。制备所述轿车冷却水泵专用叶轮的铸造工艺是采用覆膜砂壳型铸造，熔炼和孕育浇注工艺包括配料，电炉开炉前检查，检查水、电、炉衬情况，电炉加料，电炉送电，炉前控制，浇注控制，取样。进一步地说，制备覆膜砂壳的覆膜砂常温抗拉4. OMPa 4. 5MPa,粒度70/140，发气量< 18ml/g，制备覆膜砂壳的模型表面粗糙度Ra3. 2 μ m,制备覆膜砂壳时，要在模型上喷脱模剂，保证模具温度在240°C 270°C，保证壳型固化时间为2分钟，型制出后要及时检查，对有不良的壳型要用覆膜砂芯快干修补膏进行处理，修理完毕后所有壳型喷涂醇基涂料，涂料的波美度为16 18。进一步地说，所述炉前控制，在炉料全部熔化后，要用覆盖剂将铁水表面覆盖，减少热量的损失，加快铁液升温，在铁水1400°C 1450°C时取光谱白口试样进行化学成分分析，保证铁液的重量百分组成为碳3. 45 % 3. 55 %，硅1. 7 % 1. 8 %，锰0. 8 % 0. 9 %， 磷小于0. 15%，硫0. 06% 0. 09%，锡0. 06% 0. 08%，铬0. 0. 3%，其余为铁和微量元素，在铁水温度达到1580°C 1590°C时出炉，出铁水时在出水口加(按铁水重)0. 5% 的75硅铁进行孕育处理，孕育剂的粒度为3mm 8mm。进一步地说，所述浇注控制，用集渣剂将铁水表面的渣子除去，然后测量铁水的温度，浇注温度控制在1420°C 1510°C，浇注时随流加入(按铁水重)0. 05% 0. 的硅钡孕育剂，孕育剂的粒度为0. 25mm 0. 8mm，浇注时间控制在8分钟以内。本发明提供的叶轮由于采用HT200SnCr合金材料，因此强度高，耐磨性好；由于采用覆膜砂壳型铸造，壳型表面喷涂醇基涂料的铸造工艺，因此铸件尺寸精度可以达到CT7 级 CT8级，铸件的表面粗糙度可以达到Ra6. 3 μ m Ral2. 5 μ m,能够满足轿车冷却水泵的性能要求。为获得本发明的技术方案，本公司选择了多种材料配方和铸造方式，投入大量人力、物力、财力和时间进行比对性试验和批量生产试验，才得以最终确定。本发明提高了水泵总成的性能，延长了使用寿命，提升了轿车的整体品质。1、在材料选择方面材料的选择是为了满足使用需要，元素的选择是为了满足材料的使用性能，首先， 碳元素太高，铸件会出现石墨粗大，碳元素太低，铸件会出现缩松；锰元素太低，铸件的机械性能会达不到要求；磷元素是有害元素，当然是越低越好；硫元素太低灰造成孕育效果差， 铸件的加工性差；锡、铬是为了提高铸件基体的珠光体，从而达到提高铸件的耐磨性。2、工艺确认方面通过多次试验，只有采用覆膜砂壳型铸造，铸件尺寸精度和铸件表面粗糙度最高的，能够满足轿车冷却水泵的性能要求。制造覆膜砂壳的覆膜砂必须要满足本发明的技术要求才能生产出可用于本发明浇注工艺的合格覆膜砂壳。3、熔炼浇注方面；因为，我们的铸造方式，要求我们的熔炼工艺的特殊性，如果浇注温度太低，铸件会出现大量的气孔，只有提高浇注温度，才能避免铸件出现气孔的现象。随流孕育是为了强化孕育，避免铸件出现白口现象，改善铸件的加工性。
具体实施例方式帕萨特汽车冷却水泵的叶轮，它的材质为HT200SnCr合金，其重量百分组成为 碳3. 2% 3.6%、硅1. 9% 2.2%、锰0.6% 0.9%、磷小于0. 15%、硫小于0. 12%、锡 0. 06% 0. 08%、铬0. 0. 3%，其余为铁和微量元素，叶轮硬度HB170 220，叶轮的尺寸精度为CT7级 CT8级，表面粗糙度为Ra6. 3 μ m Ral2. 5 μ m。制备所述帕萨特汽车冷却水泵的叶轮的铸造工艺是熔炼和孕育浇注过程的具体操作步骤如下1、配料，根据HT200SnCr合金的重量百分组成要求，采用生铁、废钢、回炉料、硅铁、锰铁进行成分调整，使其达到材质的化学成分要求，材料总重量为600公斤；2、熔炼设备，采用500公斤的中频电炉熔炼；3、检查电器设备，保证各种仪表正常，感应圈的冷却水畅通，炉衬的侵蚀情况符合安全要求；4、电炉加料，按生铁-废钢-回炉料-硅铁、锰铁、铬铁、锡的顺序加料；5、电炉送电，根据加料和炉料的熔化情况，及时调整送电功率，以加快熔化速度；6、炉前控制，在炉料全部熔化后，要用覆盖剂将铁水表面覆盖，减少热量的损失， 加快铁液升温，在铁水1400°C 1450°C时取光谱白口试样进行化学成分分析，保证铁液的重量百分组成为碳3. 45 % 3. 55 %、硅1. 7 % 1. 8 %、锰0. 8 % 0. 9 %、磷小于
50. 15%、硫0. 06% 0. 09%、锡0. 06% 0. 08%、铬0. 1 % 0. 3%，其余为铁和微量元素； 在铁水温度达到1580°C 1590°C时出炉，出铁水时在出水口加(按铁水重)0. 5%的75硅铁进行孕育处理，孕育剂的粒度为3mm 8mm ；7、浇注控制，用集渣剂将铁水表面的渣子除去，然后测量铁水的温度，浇注温度控制在1420°C 1510°C，浇注时随流加入(按铁水重)0. 05% 0. 1 %的硅钡孕育剂，孕育剂的粒度为0. 25mm 0. 8mm，浇注时间控制在8分钟以内；8、取样，在铁水浇注结束前，要浇注机械性能试棒一组，光谱白口试片一个，以备机械性能和化学成分检测；9、结果检测，试棒的机械性能要大于等于200MPa，其重量百分组成为碳3. 2% 3. 6% ；硅1. 9% 2. 2% ；锰0. 6% 0. 9% ；磷小于0. 15% ；硫小于0. 12% ；锡0. 06% 0.08% ；铬0. 0.3% ；其余为铁和微量元素；铸件的本体硬度HB170 220。覆膜砂壳型模具具体的制壳及生产工艺过程如下1、覆膜砂，要采用高强度的覆膜砂，具体覆膜砂的选料要求为常温抗拉4. OMPa 4. 5MPa粒度70/140发气量彡18ml/g2、模具，模具材料为灰铸铁，模型表面粗糙度Ra3. 2，采用电热管加热，每模型加3 根加热管，每根加热管1. 5kW。3、制壳，采用苏州三信生产的866型射芯机。4、模具安装调试，模具安装采用螺栓紧固，保证开合自如，定位销上要加油，保证润滑，下面导轨上也要加润滑油，射砂板的射砂孔要和模具的射砂孔相对应，保证射砂流畅，模型表面要涂脱模剂，保证脱模顺畅，试模温度在240°C 270°C，壳型的固化时间为3 分钟。5、壳型确认，壳型制出后，要检查是否有脱模不良、射砂不实、局部疏松、壳型裂纹等，如有以上不良现象要及时调整模具。6、壳型生产，在壳型生产时，第一要及时在模型上喷脱模剂，即在生产开始要在模型上喷脱模剂，在发现脱模不顺利时在模型上喷脱模剂；第二要保证模具温度在 240°C 270°C ；第三要保证壳型固化时间为3分钟，第四壳型制出后要及时检查，对有缺陷的壳型要用覆膜砂芯快干修补膏进行处理，第五壳型修理完毕后所有壳型喷涂醇基涂料， 涂料的波美度为16 18。7、组箱，在浇注前要进行组箱，组箱时要浇口向外，用压缩空气先吹干净一个壳型型腔中的浮砂，然后再吹干净另一壳型型腔内的浮砂，然后再将两片壳型和上，组好后的壳型统一装夹在生产线上，夹紧力要适中，等待浇注。
权利要求
1.轿车冷却水泵专用叶轮，其特征在于它的材质为HT200SnCr合金，其重量百分组成为碳3. 2% 3. 6%、硅1. 9% 2.2%、锰0.6% 0.9%、磷小于0. 15%、硫小于0. 12%, 锡0. 06 % 0. 08 %、铬0. 1 % 0. 3 %，其余为铁和微量元素；叶轮硬度HB170 220，叶轮的尺寸精度为CT7级 CT8级，表面粗糙度为Ra6. 3 μ m Ral2. 5 μ m。
2.制备所述轿车冷却水泵专用叶轮的铸造工艺，其特征在于它采用覆膜砂壳型铸造，熔炼和孕育浇注工艺包括配料，电炉开炉前检查，检查水、电、炉衬情况，电炉加料，电炉送电，炉前控制，浇注控制，取样。
3.据权利要求2所述的制备所述轿车冷却水泵专用叶轮的铸造工艺，其特征在于制备覆膜砂壳的覆膜砂常温抗拉4. OMPa 4. 5MPa,粒度70/140，发气量彡18ml/g，制备覆膜砂壳的模型表面粗糙度Ra3. 2 μ m,制备覆膜砂壳时，要及时在模型上喷脱模剂，保证模具温度在240°C 270°C，保证壳型固化时间为3分钟型制出后要及时检查，对有不良的壳型要用覆膜砂芯快干修补膏进行处理，修理完毕后所有壳型喷涂醇基涂料，涂料的波美度为 16 18。
4.据权利要求2所述的制备所述轿车冷却水泵专用叶轮的铸造工艺，其特征在于 所述炉前控制，在炉料全部熔化后，要用覆盖剂将铁水表面覆盖，减少热量的损失，加快铁液升温，在铁水1400°C 1450°C时取光谱白口试样进行化学成分分析，保证铁液的重量百分组成为碳3. 45 % 3. 55%，硅1. 7% 1. 8%，锰0. 8 % 0. 9%，磷小于0. 15%，硫 0. 06 % 0. 09 %，锡0. 06 % 0. 08 %，铬0. 1 % 0. 3 %，其余为铁和微量元素，在铁水温度达到1580°C 1590°C时出炉，出铁水时在出水口加(按铁水重)0. 5%的75硅铁进行孕育处理，孕育剂的粒度为3mm 8mm。
5.据权利要求2所述的制备所述轿车冷却水泵专用叶轮的铸造工艺，其特征在于 所述浇注控制，用集渣剂将铁水表面的渣子除去，然后测量铁水的温度，浇注温度控制在 1420°C 1510°C，浇注时随流加入(按铁水重)0. 05% 0. 1 %的硅钡孕育剂，孕育剂的粒度为0. 25mm 0. 8mm,浇注时间控制在8分钟以内。
6.据权利要求3所述的制备所述轿车冷却水泵专用叶轮的铸造工艺，其特征在于覆膜砂壳型模具具体的制壳及生产工艺过程如下①覆膜砂，要采用高强度的覆膜砂，具体覆膜砂的选料要求为常温抗拉 4. OMPa 4. 5MPa粒度70/140发气量 (18ml/g ；②模具，模具材料为灰铸铁，模型表面粗糙度Ra3.2，采用电热管加热，每模型加3根加热管，每根加热管1.5kW;③制壳，采用苏州三信生产的866型射芯机；④模具安装调试，模具安装采用螺栓紧固，保证开合自如，定位销上要加油，保证润滑， 下面导轨上也要加润滑油，射砂板的射砂孔要和模具的射砂孔相对应，保证射砂流畅，模型表面要涂脱模剂，保证脱模顺畅，试模温度在240°C 270°C，壳型的固化时间为3分钟；⑤壳型确认，壳型制出后，要检查是否有脱模不良、射砂不实、局部疏松、壳型裂纹的现象，如有以上不良现象要及时调整模具；⑥壳型生产，在壳型生产时，第一要及时在模型上喷脱模剂，第二要保证模具温度在240°C 270°C，第三要保证壳型固化时间为3分钟，第四壳型制出后要及时检查，对有缺陷的壳型要用覆膜砂芯快干修补膏进行处理，第五壳型修理完毕后所有壳型喷涂醇基涂料， 涂料的波美度为16 18 ；⑦组箱，在浇注前要进行组箱，组箱时要浇口向外，用压缩空气先吹干净一个壳型型腔中的浮砂，然后再吹干净另一壳型型腔内的浮砂，然后再将两片壳型和上，组好后的壳型统一装夹在生产线上，夹紧力要适中，等待浇注。
7.据权利要求4或5所述的制备所述轿车冷却水泵专用叶轮的铸造工艺，其特征在于 熔炼和孕育浇注过程的具体操作步骤如下①配料，根据HT200SnCr合金的化学成分要求，采用生铁、废钢、回炉料、硅铁、锰铁进行成分调整，使其达到材质的化学成分要求，材料总重量为600公斤；②熔炼设备，采用500公斤的中频电炉熔炼；③检查电器设备，保证各种仪表正常，感应圈的冷却水畅通，炉衬的侵蚀情况符合安全要求；④电炉加料，按生铁-废钢-回炉料-硅铁、锰铁、铬铁、锡的顺序加料；⑤电炉送电，根据加料和炉料的熔化情况，调整送电功率，以加快熔化速度；⑥炉前控制，在炉料全部熔化后，要用覆盖剂将铁水表面覆盖，减少热量的损失，加快铁液升温，在铁水1400°C 1450°C时取光谱白口试样进行化学成分分析，保证铁液的化学成分在碳3. 45% 3. 55% ；硅1. 7% 1. 8% ；锰0. 8% 0. 9% ；磷小于0. 15% ；硫 0. 06% 0.09% ；锡0. 06% 0.08% ；铬0. 0.3% ；其余为铁和微量元素，在铁水温度达到1580°C 1590°C时出炉，出铁水时在出水口加(按铁水重)0. 5%的75硅铁进行孕育处理，孕育剂的粒度为3mm 8mm ；⑦浇注控制，用集渣剂将铁水表面的渣子除去，然后测量铁水的温度，浇注温度控制在 1420°C 1510°C，浇注时随流加入(按铁水重)0. 05% 0. 1 %的硅钡孕育剂，孕育剂的粒度为0. 25mm 0. 8mm，浇注时间控制在8分钟以内；⑧取样，在铁水浇注结束前，要浇注机械性能试棒一组，光谱白口试片一个，以备机械性能和化学成分检测；⑨结果检测，试棒的机械性能要大于等于200MPa，铸件化学成分必须达到碳3.2% 3. 6% ；硅 1. 9% 2. 2% ；猛 0. 6% 0. 9% ；磷小于 0. 15% ；硫小于 0. 12% ；锡 0. 06% 0. 08% ；铬0. 0. 3% ；其余为铁和微量元素；铸件的本体硬度必须达到HB170 220。
全文摘要
本发明提供的轿车冷却水泵专用叶轮及其铸造工艺涉及一种金属制品及其生产工艺。它的材质为HT200SnCr合金，其重量百分组成为碳3.2％～3.6％、硅1.9％～2.2％、锰0.6％～0.9％、磷小于0.15％、硫小于0.12％、锡0.06％～0.08％、铬0.1％～0.3％，其余为铁和微量元素，叶轮硬度HB170～220，叶轮的尺寸精度为CT7级～CT8级，表面粗糙度为Ra6.3μm～Ra12.5μm。它的铸造工艺是采用覆膜砂壳型铸造，熔炼和孕育浇注工艺包括配料，电炉开炉前检查，检查水、电、炉衬情况，电炉加料，电炉送电，炉前控制，浇注控制，取样。本发明的优点是强度高，耐磨性好；尺寸精度和表面粗糙度能够满足轿车冷却水泵的性能要求，提高了水泵总成的性能，延长了使用寿命，提升了轿车的整体品质。
文档编号F04D29/02GK102418028SQ20111041399
公开日2012年4月18日 申请日期2011年12月12日 优先权日2011年12月12日
发明者王华生, 花群 申请人:大丰市海纳机械有限公司