承压用泥浆泵空气包外壳的铸造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于机械设备制造技术领域，涉及一种承压用泥浆泵空气包外壳的铸造方法。
【背景技术】
[0002]空气包是石油钻采设备泥浆泵上的重要部件，在钻井过程中起稳压、减小波动的作用，空气包外壳是主要起保护和承压作用的零件。参照图1、图2，空气包外壳I的形状为空心球体，技术要求是:内、外表面磁粉探伤、体积无损检测、静水压试验承压52Mpa。
[0003]为了保证产品质量，一般制作为锻件，材质为35CrMoA，但这种方式锻造出的空气包外壳后期机械加工难度大，生产周期长，造成生产成本较高，成本大约为铸造空气包外壳的4倍。
[0004]采用常规铸造方法生产的铸造空气包外壳往往缺陷较多，内部组织不够致密，易造成渗漏和裂纹缺陷，因此，急需研制制作空气包外壳的新方法。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种承压用泥浆泵空气包外壳的铸造方法，解决了现有技术中锻件空气包外壳机械加工难度大，导致生产成本较高的问题。
[0006]本发明所采用的技术方案是，一种承压用泥浆泵空气包外壳的铸造方法，按照以下步骤实施:
[0007]步骤1、工艺设置
[0008]1.1)选择空气包外壳大口朝下的分型方案；
[0009]1.2)根据空气包外壳的结构，对空气包外壳外球面的加工余量层进行优化设置；
[0010]1.3)制作空气包外壳内腔的球体砂芯及芯头，砂芯材料选用碱酚醛树脂砂，同时制作相应的固定杆；
[0011]1.4)在空气包外壳顶端设置一个保温明冒口 ；
[0012]1.5)在空气包外壳开口端处设置两处冷铁，一处为冷铁二，一处为冷铁一，并设置合理间隙；
[0013]1.6)安装两层浇注流道；
[0014]1.7)绘制工艺图纸；
[0015]步骤2、实施浇铸
[0016]2.1)按工艺图纸，制作空气包外壳的实体模样，同时制作球形球体砂芯及芯头的木头芯盒；
[0017]2.2)按工艺图纸，将制作好的实体模样、保温明冒口、冷铁一、冷铁二和浇注流道在下砂箱及上砂箱中分别造型，造型砂采用碱酚醛树脂砂，造型时应将型砂捣实，检测型砂的常温抗压强度应大于2.0MPa，待型砂自硬化后，取出实体模样形成型腔；
[0018]2.3)按工艺图纸，制作球体砂芯及芯头，先加工砂芯骨架，芯骨主杆采用钢管，在芯骨上按工艺图纸位置要求焊接圆环用来安装砂芯的固定杆，再根据芯盒的形状在芯骨上用钢筋焊接多处加强支架，制芯前在芯骨主杆上缠绕上草绳，摆放排气绳以保证砂芯排气孔通畅，制芯时要将做好的芯骨放置芯盒内合适位置；
[0019]2.4)喷刷涂料，涂刷做好的型腔和球体砂芯及芯头；
[0020]2.5)合箱；
[0021]2.6)砂型烘烤，将型砂在浇注前进行烘干，直到浇注时结束烘干；
[0022]2.7)浇注；
[0023]2.8)开箱；
[0024]2.9) 一次喷砂，对空气包外壳进行喷砂；
[0025]2.10)打磨和修复；
[0026]2.11)正火处理，对空气包外壳进行高温正火处理，正火温度控制在900 °C?9300C，时间控制为5?6小时；
[0027]2.12) 二次喷砂，对空气包外壳进行二次喷砂，即成。
[0028]本发明的有益效果是，采用碱酚醛树脂砂和特定工艺方法的铸造空气包外壳的生产方法，铸造空气包外壳外壁加工余量利用凝固模拟CAE软件进行工艺优化设置，并通过实际生产验证寻求最合理的外壳外表面加工余量；在外壳大口端处设置两种不同规格的冷铁，达到适当的激冷效果，钢液凝固时能实现顺序凝固的目的；该铸造空气包外壳内部组织致密，毛坯内、外壁探伤均无裂纹，内壁为非加工表面，表面质量和尺寸精度达到了设置要求，彻底解决了内壁加工困难的技术难题，降低了生产成本，有很好的推广应用价值。
【附图说明】
[0029]图1是本发明方法所要制作的空气包外壳的立体结构示意图；
[0030]图2是图1的剖视图；
[0031]图3是本发明方法设置加工余量后的剖视图；
[0032]图4是本发明方法铸造方法采用的工艺原理示意图；
[0033]图5是本发明方法的造型用空气包外壳的实体外形示意图；
[0034]图6是本发明方法铸造时的辅助装置装配结构示意图；
[0035]图7是图6中固定杆10的放大结构示意图。
[0036]图中，1.空气包外壳，2.加工余量层，3.保温明冒口，4.浇注流道，5.冷铁一，
6.冷铁二，7.球形砂芯及芯头，8.砂芯骨架，9.草绳及排气绳，10.固定杆，11.排气孔，12.下砂箱，13.型砂，14.分型面，15.上砂箱，16.实体模样。
【具体实施方式】
[0037]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0038]参照图1、图2，是本发明所要生产的承压用泥浆泵空气包外壳毛坯的结构示意图，直接为空气包外壳I的成型尺寸。
[0039]参照图3，是本发明方法设置加工余量后的剖视图，在空气包外壳I的成型尺寸外还留有加工余量层2。
[0040]参照图4，本发明方法的空气包外壳的铸造工艺原理是:采用球体砂芯及芯头7进行中间分型，使空气包外壳I的开口端朝下，有利于砂芯设置和固定，使用两种冷铁(冷铁一 5、冷铁二 6)加速开口端(末端)的冷却，空气包外壳I顶部设置保温明冒口 3增加钢液补缩效果，浇注流道4采用两层阶梯浇注结构设置，有利于空气包外壳I凝固时达到顺序凝固的目的。
[0041]参照图5，是本发明方法的造型用空气包外壳的实体模样外形图:实体模样16可选择木材或塑料制作，从中间直径最大处分型，实体模样16用来形成型砂13的型腔。
[0042]参照图6，本发明方法在铸造空气包外壳生产过程中采用的型腔制作过程是，包括以分型面14为基准的下砂箱12和上砂箱15，下砂箱12和上砂箱15中间放置实体模样16，实体模样16上下分别连接有保温明冒口 3、浇注流道4、冷铁一 5和冷铁二 6，冷铁一 5沿实体模样16开口端圆周外侧设置，冷铁二 6沿开口端下表面设置；在下砂箱12和上砂箱15中填充型砂13并捣实，待下砂箱12和上砂箱15的型砂13自硬化后，取出实体模样16形成型腔。
[0043]球体砂芯及芯头7的制作过程是，球体砂芯及芯头7下端设置有排气孔11通往下砂型12之外，在球体砂芯及芯头7中间预置有草绳及排气绳9，还安置有砂芯骨架8，砂芯骨架8的下端与固定杆10连接，固定杆10是为了对球体砂芯及芯头7进行牵挂固定，防止浇注时钢液对球体砂芯及芯头7产生浮力而造成漂芯的铸造缺陷，见图7。
[0044]将球体砂芯及芯头7放置在型砂13形成的型腔中，合箱并固定球体砂芯及芯头7。
[0045]综上所述，本发明承压用泥浆泵空气包外壳的铸造方法，利用上述的辅助装置，按照以下步骤实施:
[0046]步骤1、工艺设置
[0047]1.1)考虑芯头固定时操作方便，选择空气包外壳I大口朝下的分型方案，见图3、图4中的分型面14 ；
[0048]1.2)根据空气包外壳I的结构，借助计算机凝固模拟软件对空气包外壳I外球面的加工余量层2进行优化设置，使其达到理想的顺序凝固的目的；
[0049]1.3)制作空气包外壳I内腔的球体砂芯及芯头7，砂芯材料选用碱酚醛树脂砂，芯头长度和间隙根据相关国标确定，同时制作相应的固定杆10 ；
[0050]1.4)根据模数法或其它计算方法，在空气包外壳I顶端设置一个大的保温明冒口3，实施例中保温明冒口 3的尺寸为Φ 300 X 600mm;
[0051]1.5)在空气包外壳I开口端处设置两处冷铁，一处为δ = 40mm底面整圈冷铁二6，一处为δ = 30mm高度70mm的外圈冷铁一 5，设置合理间隙；
[0052]1.6)安装两层浇注流道4，下层为Φ50πιπι的两道内浇道(图4中用箭头示意实际为2道)，上层为Φ 70_直通保温明冒口 3的内浇道，竖直的主浇道为Φ 70_，浇注时间为55 ?70s ;
[0053]1.7)绘制工艺图纸；
[0054]步骤2、实施浇铸:
[0055]2.1)按确定的工艺图纸，制作空气包外壳I的实体模样16，同时制作球形球体砂芯及芯头7的木头芯盒；
[0056]2.2)按工艺图纸，将制作好的实体模样16、保温明冒口 3、冷铁一 5、冷铁二 6和浇注流道4在下砂箱12及上砂箱15中分别造型，造型砂采用碱酚醛树脂砂，造型时应将型砂13捣实，检测型砂13的常温抗压强度应大于2.0MPa，待型砂13自硬化后，取出实体模样16形成型腔；
[0057]2.3)按工艺图纸，制作球体砂芯及芯头7，先加工砂芯骨架8，芯骨主杆采用Φ40ι?πι钢管，在芯骨上按工艺图纸位置要求焊接Φ40ι?πι圆环用来安装砂芯的固定杆10，再根据芯盒的形状在芯骨上用?8mm的钢筋焊接多处加强支架以增加砂芯的强度，制芯前