جسم مضخة الصب الاستثماري – مسبك الصب الاستثماري

1. مقدمة

أجسام المضخة عبارة عن أغلفة هيكلية وهيدروليكية تعمل على تحويل طاقة السائق إلى حركة سلسة. أنها تحتوي عادة على الحلزونات, مقاعد المكره, تحمل الزعماء, الشفاه والممرات الداخلية.

إن طريق التصنيع المختار لجسم المضخة يحدد هندسة قابلة للتحقيق, المعادن, التكلفة والمدة الزمنية.

يبرز الاستثمار الاستثماري عندما تكون الهندسة معقدة (دوارات التوجيه الداخلية, شبكات رقيقة, زعماء متكاملون), التسامح ضيق, وسبائك عالية النزاهة (فولاذ مقاوم للصدأ, سبائك النيكل, البرونز) مطلوب.

2. ما هو جسم مضخة الصب الاستثماري؟?

التعريف والوظيفة الأساسية

و صب الاستثمار جسم المضخة عبارة عن غلاف مضخة يتم إنتاجه بواسطة الشمع المفقود (استثمار) طريقة الصب.

شمع (أو البوليمر) يتم إنشاء نمط جسم المضخة, مغلفة بالسيراميك الحراري لبناء الصدفة, تتم إزالة الشمع عن طريق التسخين, ويسكب المعدن المنصهر في قالب السيراميك.

يتم كسر القشرة المطلقة بعد التصلب للكشف عن جسم المضخة المصبوبة القريبة من الشبكة والتي يتم الانتهاء منها وفحصها لاحقًا.

المواصفات والأبعاد النموذجية

• كتلة الجزء: تتراوح أجسام المضخات المصبوبة الاستثمارية عادة من بضع مئات من الجرامات إلى عشرات الكيلوجرامات للقطعة الواحدة; تقوم العديد من المسابك بشكل روتيني بصب أجسام المضخات من ~ 0.5 كجم إلى ~ 50-100 كجم اعتمادًا على قدرة المصنع.
• سمك الجدار: الجدران الاسمية النموذجية لسبائك الفولاذ المقاوم للصدأ أو النيكل: 3-12 مم; الحد الأدنى من المقاطع الرقيقة وصولاً إلى 1-2 مم يمكن تحقيقها في سبائك مختارة والتحكم في العمليات.
• التسامح الأبعاد (كما): عادة ما تقع تفاوتات الاستثمار العام في ± 0.1-0.5 مم للميزات الصغيرة; التسامح على أساس النسبة المئوية ±0.25–0.5% الخطية هي قاعدة عملية.
  عادةً ما يتم ترك ميزات التصنيع المهمة مع بدل التشغيل الآلي (0.2-2.0 ملم حسب دقة الصب).
• الانتهاء من السطح (كما): رع نموذجي 1.6-3.2 ميكرون (50-125 دقيقة) لقذائف السيراميك القياسية; يمكن أن تنتج الأصداف الدقيقة والصب الدقيق Ra ≈ 0.8-1.6 ميكرومتر.
  يتم تصنيع / تغليف وجوه الختم أو المجلات المحملة بـ Ra أكثر دقة (≤ 0.2 μM) كما هو مطلوب.

3. اعتبارات التصميم

يتيح صب الاستثمار هندسة معقدة, ولكن ممارسات التصميم الجيدة تزيد من الجودة وتقلل من التكلفة.

متطلبات الأداء الهيدروليكي

• ممرات التدفق & مخطوطات: شرائح ناعمة وتقارب متحكم به يتجنب الانفصال والتجويف.
  يجب أن يكون نصف قطر الشرائح الداخلي سخيًا (≥ 1-2× سمك الجدار) لتقليل الاضطراب.
• محاذاة مقعد المكره: يعد التركيز والتعامد أمرًا بالغ الأهمية - خطة للتجويف الآلي وميزات مسند الإسناد.
• الموافقات: يجب أن يكون من الممكن صيانة خلوص المضخة عند نتوءات المكره وأوجه الختم عن طريق المعالجة اللاحقة للصب.

المتطلبات الهيكلية

• ضغط & تعب: النظر في الأحمال الدورية; استخدام تحليل العناصر المحدودة لتحديد ناهضات الإجهاد المحلية.
  صب المعادن (حجم الحبوب, الفصل) يؤثر على عمر التعب - التصميم لتجنب النحافة, رؤساء مرهقون للغاية دون شرائح مناسبة.
• اهتزاز: تساعد الشبكات والأضلاع الصلبة على رفع الترددات الطبيعية; يسمح صب الاستثمار بدمج الأضلاع في الجسم.

تآكل & يرتدي

• اختيار المواد: اختيار سبيكة على أساس كيمياء السوائل (PH, الكلوريد, الجسيمات التآكل, درجة حرارة).
  لمياه البحر, قد تكون هناك حاجة إلى الطباعة على الوجهين أو cupronickel; للأحماض, Hastelloy أو سبائك النيكل المناسبة.
• مقاومة التآكل: الأسطح الداخلية الملساء والطلاءات المضحية (الصلب, رذاذ حراري) هي الخيارات التي يوجد بها ملاط ​​جسيمي.

تحمل الأبعاد & الانتهاء من السطح

• ميزات حرجة: تحديد الوجوه/التجويفات التي تم تشكيلها بشكل نهائي وتحديد بدلات التصنيع (على سبيل المثال, 0.5– 1.5 ملم للقذائف الرملية, 0.2-0.6 ملم للقذائف الدقيقة).
• أسطح الختم: تحديد Ra والتسطيح; غالبًا ما يتم لفه / مصقوله إلى Ra ≥ 0.2 ميكرومتر والتسطيح داخل 0.01-0.05 مم حسب فئة الضغط.

4. مواد لصب أجسام المضخات الاستثمارية

يعد اختيار المواد عاملاً حاسماً في تصميم وإنتاج أجسام المضخات المصبوبة للاستثمار, لأنه يؤثر بشكل مباشر على الأداء الميكانيكي, مقاومة التآكل, التصنيع, وخدمة الحياة.

5. عملية صب الاستثمار لأجسام المضخات

صب الاستثمار, المعروف أيضا باسم صب الشمع المفقود, تمكن من إنتاج أجسام المضخات ذات الأشكال الهندسية المعقدة, الجدران الرقيقة, ودقة أبعاد عالية.

وتتكون العملية من عدة خطوات حاسمة:

6. عمليات ما بعد الصب

بعد إزالة جسم المضخة من الغلاف الخزفي, يتم تنفيذ العديد من عمليات ما بعد الصب لضمان تلبية المكون للوظيفة, الأبعاد, ومتطلبات جودة السطح.

تعتبر هذه العمليات حاسمة بالنسبة للتطبيقات عالية الأداء في المواد الكيميائية, البحرية, والقطاعات الصناعية.

المعالجة الحرارية

المعالجة الحرارية يتم تطبيقه لتخفيف الضغوط المتبقية, تحسين ليونة, وتحسين الخواص الميكانيكية:

• الإجهاد تخفيف الصلب: التسخين إلى 550-650 درجة مئوية للفولاذ المقاوم للصدأ يقلل من الإجهاد المتبقي من الصب ويمنع التشوه أثناء التشغيل الآلي.
• الحل الصلب: يتم تطبيقه على الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك النيكل لتجانس البنية المجهرية وإذابة الرواسب غير المرغوب فيها, ضمان مقاومة التآكل وصلابة متسقة.
• الشيخوخة أو تصلب هطول الأمطار (لسبائك معينة): يعزز القوة ومقاومة التآكل في المواد عالية الأداء.

الآلات

الأبعاد الحرجة مثل الشفاه, بورز, أسطح التزاوج, ويتم تصنيع المنافذ الملولبة لتلبية التفاوتات الصارمة.

تشمل عمليات التصنيع النموذجية الخراطة, الطحن, حفر, ومملة. يضمن التصنيع:

• تفاوتات الأبعاد تبلغ ±0.05–0.1 مم للتجميع الدقيق.
• أسطح مانعة للتسرب ناعمة لمنع التسربات في تطبيقات الضغط العالي.

التشطيب السطح

التشطيب السطح يعزز مقاومة التآكل, ارتداء المقاومة, والجماليات:

• تلميع: يحسن نعومة إغلاق الوجوه والقنوات الداخلية.
• إطلاق النار: يزيل جزيئات السيراميك المتبقية ويخلق سطحًا موحدًا للطلاء أو الطلاء.
• الطلاء: طلاءات كيميائية أو مطلية بالكهرباء اختيارية (على سبيل المثال, النيكل, PTFE) تعزيز مقاومة التآكل وتقليل الاحتكاك.

اختبار غير التدمير (NDT)

للكشف عن العيوب مثل المسامية, تشققات, أو الادراج, يتم تنفيذ NDT:

• التصوير الشعاعي (الأشعة السينية): يحدد الفراغات الداخلية والادراج.
• اختبار الموجات فوق الصوتية (يوت): يكتشف العيوب تحت السطح في المقاطع السميكة.
• اختبار اختراق الصبغة (حزب العمال): يكشف عن التشققات السطحية والمسامية.

التنظيف والتفتيش

أخيراً, يتم تنظيف أجسام المضخة لإزالة زيوت التشغيل المتبقية, حطام, أو الأملاح. تتحقق عمليات فحص الأبعاد والبصرية من الامتثال للمواصفات قبل التجميع أو الشحن.

7. ضمان الجودة والاختبار

ضمان الجودة (ضمان الجودة) أمر بالغ الأهمية في ضمان أن أجسام مضخة الصب الاستثمارية تلبي مواصفات التصميم, معايير الأداء, ومتطلبات الصناعة.

يجمع نهج ضمان الجودة المنهجي بين فحوصات الأبعاد, الاختبار الميكانيكي, والتقييم غير المدمر للكشف عن العيوب وتأكيد السلامة الوظيفية.

التفتيش الأبعاد

يضمن التحقق من الأبعاد أن جسم المضخة يتوافق مع رسومات التصميم والتفاوتات:

• تنسيق آلات القياس (CMM): قياس الأشكال الهندسية المعقدة, بورز, الشفاه, وأسطح التركيب بدقة ±0.01–0.05 مم.
• أدوات القياس: مقاييس الموضوع, مقاييس المكونات, وتتحقق مقاييس الارتفاع من الميزات المهمة بسرعة في الإنتاج.
• قياس خشونة السطح: التأكد من متطلبات التشطيب لسد الأوجه والقنوات الداخلية (على سبيل المثال, Ra .80.8 ميكرومتر للمكونات الهيدروليكية).

التحقق من الملكية الميكانيكية

يتحقق الاختبار الميكانيكي من أن المادة تلبي القوة المطلوبة, ليونة, والصلابة:

• اختبار الشد: التدابير تسفر عن القوة, قوة الشد النهائية, واستطالة, التأكد من قدرة المادة على تحمل الأحمال التشغيلية.
• اختبار الصلابة: يؤكد اختبار روكويل أو فيكرز أن المعالجة الحرارية ومعالجة المواد حققت الصلابة المطلوبة.
• اختبار التأثير (إذا لزم الأمر): يقيم المتانة للتطبيقات المعرضة للأحمال المتقلبة أو الصدمات.

اختبار غير التدمير (NDT)

تكتشف تقنيات NDT العيوب المخفية دون الإضرار بالجزء:

• التصوير الشعاعي (الأشعة السينية / الأشعة المقطعية): يحدد المسامية الداخلية, الادراج, والفراغات, وخاصة في المقاطع السميكة.
• اختبار الموجات فوق الصوتية (يوت): يكتشف الشقوق الداخلية, الفراغات, أو التشققات في المواد الكثيفة مثل الفولاذ المقاوم للصدأ وسبائك النيكل.
• اختبار اختراق الصبغة (حزب العمال): يكشف عن الشقوق السطحية, الثقوب, أو مسامية دقيقة لا ترى بالعين المجردة.
• اختبار الجسيمات المغناطيسية (MT): يتم تطبيقه على السبائك المغناطيسية للكشف عن الانقطاعات السطحية والقريبة من السطح.

عيوب الصب الشائعة واستراتيجيات التخفيف

• المسامية: تم التقليل من خلال البوابات المناسبة, تنفيس, ومعدلات التصلب التي تسيطر عليها.
• تجاويف الانكماش: تمت المعالجة من خلال تصميم الناهض والإدارة الحرارية.
• يغلق البرد ويسيء الطعن: يتم تجنبه عن طريق الحفاظ على درجات حرارة صب مثالية وتدفق سلس في الأشكال الهندسية المعقدة.
• الادراج السطحية: يتم التحكم فيها باستخدام سبائك عالية النقاء وتقنيات التفريغ المناسبة.

8. مزايا الصب الاستثماري لأجسام المضخات

• الهندسة المعقدة: مقاطع داخلية, جدران رقيقة ورؤوس متكاملة مع الحد الأدنى من التجميع الثانوي.
• شكل شبه شبكة: يقلل من إزالة المواد مقابل. الآلات الخام من شريط أو الخام - في كثير من الأحيان 30– معالجة أقل بنسبة 70% للأجزاء المعقدة.
• دقة أبعاد عالية & الانتهاء من السطح: تشطيب أقل ثانوية للعديد من الميزات مقارنة بالصب الرملي.
• مرونة السبائك: صب العديد من سبائك الفولاذ المقاوم للصدأ والنيكل ذات السلامة المعدنية الجيدة.
• مرونة الإنتاج الصغيرة والمتوسطة: الأدوات الخاصة بأنماط الشمع غير مكلفة نسبيًا مقارنة بالأدوات المستخدمة في أنماط الشمع. أدوات يموت كبيرة, تمكين التشغيل الاقتصادي من النماذج الأولية إلى آلاف الأجزاء.

9. القيود والتحديات

• تكلفة الأجزاء الكبيرة جدًا: فوق أحجام معينة (غالباً >100 كجم) يصبح صب الاستثمار غير اقتصادي مقارنة بصب الرمل أو التصنيع/اللحام.
• مهلة: أدوات النمط, يضيف بناء القذائف وإطلاقها مهلة زمنية، وعادةً ما يتم قياس الجداول الزمنية للنماذج الأولية بالأسابيع.
• خطر المسامية في المقاطع السميكة: تتطلب الرؤوس السميكة أو المقاطع العرضية الكبيرة بوابة دقيقة, قشعريرة أو تجزئة لتجنب الانكماش.
• يعتمد تشطيب السطح والتفاوتات على نظام الصدفة: إن تحقيق تشطيبات فائقة الدقة أو تفاوتات شديدة للغاية في المصبوب يتطلب أنظمة سيراميك متميزة والتحكم في العمليات.

10. التطبيقات الصناعية

يتم استخدام أجسام مضخات الصب الاستثمارية عبر مجموعة واسعة من الصناعات نظرًا لخصائصها قدرات هندسية معقدة, براعة المواد, ودقة أبعاد عالية.

تسمح هذه العملية للمهندسين بتصميم ممرات هيدروليكية محسنة, الجدران الرقيقة, وميزات التركيب المتكاملة التي تعمل على تحسين كفاءة المضخة وطول العمر.

مضخات المعالجة الكيميائية

• بيئة: السوائل المسببة للتآكل مثل الأحماض, المواد الكاوية, والمذيبات.
• المواد المستخدمة: فولاذ مقاوم للصدأ (316ل, دوبلكس) وسبائك النيكل (هاستلوي, Inconel).
• الأساس المنطقي: يتيح الاستثمار الاستثماري قنوات داخلية معقدة, تقليل الاضطراب وضمان التدفق الموحد, حاسمة لموثوقية العملية الكيميائية.

مضخات المياه والصرف الصحي

• بيئة: ضخ بكميات كبيرة, المواد الصلبة العالقة الكاشطة, ومستويات الرقم الهيدروجيني المتغيرة.
• المواد المستخدمة: البرونز, مزدوجة الفولاذ المقاوم للصدأ, والحديد الزهر المقاوم للتآكل.
• الأساس المنطقي: رقيقة الجدار, تعمل الممرات الداخلية الناعمة على تقليل الانسداد وفقدان الطاقة, تحسين كفاءة أنظمة المياه البلدية والصناعية.

المضخات البحرية والبحرية

• بيئة: التعرض للمياه المالحة, عملية الضغط العالي, والإجهاد الميكانيكي الدوري.
• المواد المستخدمة: سبائك النحاس (النحاس البحري, البرونز), دوبلكس فولاذ مقاوم للصدأ.
• الأساس المنطقي: تعتبر مقاومة التآكل والحشف الحيوي أمرًا بالغ الأهمية; يسمح صب الاستثمار بالسلاسة, هندسة معقدة لتقليل الصيانة وتحسين عمر الخدمة.

زيت & مضخات الغاز وتوليد الطاقة

• بيئة: درجة حرارة عالية, سوائل الضغط العالي, والوسائط المعتمدة على الهيدروكربون.
• المواد المستخدمة: سبائك عالية النيكل (Inconel, هاستلوي), الفولاذ المقاوم للصدأ, والسبائك القائمة على الكوبالت.
• الأساس المنطقي: يدعم صب الاستثمار المواد عالية القوة والتفاوتات الدقيقة اللازمة للتطبيقات المهمة مثل تزييت التوربينات, الحقن الكيميائي, والحفر البحري.

المضخات المتخصصة والمخصصة

• بيئة: معمل, الأدوية, أو تطبيقات تجهيز الأغذية التي تتطلب أداءً صحيًا ودقيقًا.
• المواد المستخدمة: الفولاذ المقاوم للصدأ (304, 316ل), التيتانيوم, أو سبائك النيكل.
• الأساس المنطقي: أسطح ناعمة, التحمل الصارم, وتضمن الأشكال الهندسية المعقدة التي يتم تحقيقها من خلال صب الاستثمار الحد الأدنى من مخاطر التلوث والامتثال للمعايير التنظيمية.

11. التحليل المقارن

12. خاتمة

يجمع جسم مضخة الصب الاستثماري بين حرية التصميم والسلامة المعدنية, مما يجعلها خيارًا ممتازًا للعديد من تطبيقات معالجة السوائل، خاصة عندما تكون الهندسة الداخلية معقدة, مطلوب سبائك غريبة أو التحمل الصارم.

النجاح يعتمد على التصميم المبكر للصب, اختيار المواد المستنيرة, مراقبة عملية دقيقة (سكب, قصف, المعالجة الحرارية), وبرامج ضمان الجودة/الاختبار غير التدميرية القوية.

لأنظمة المضخات الحرجة — البحرية, توليد المواد الكيميائية أو الطاقة - يمكن أن يكون صب الاستثمار موثوقًا به, مكونات اقتصادية عند تحديدها وتنفيذها بشكل صحيح.

 

الأسئلة الشائعة

ما هو الحد الأقصى لحجم جسم المضخة الذي يمكن صبه بالاستثمار?

تتراوح ممارسات المتجر النموذجية ما يصل إلى 50-100 كجم لكل جزء, لكن الحد الأقصى العملي يعتمد على قدرة المسبك والاقتصاد.

غالبًا ما يتم إنتاج أجسام المضخات الكبيرة جدًا عن طريق صب الرمل أو التصنيع/اللحام.

ما هو مقدار بدل التصنيع الذي يجب أن أصممه في قالب استثماري؟?

يسمح 0.2-2.0 مم اعتمادًا على الأهمية ودقة القشرة. حدد البدلات الأكثر صرامة فقط عندما يضمن المسبك قذائف دقيقة.

ما هي المواد الأفضل لأجسام مضخات مياه البحر؟?

يعد الفولاذ المقاوم للصدأ المزدوج وسبائك النحاس والنيكل المختارة من الخيارات الشائعة نظرًا لمقاومة الكلوريد الفائقة وأداء الحشف الحيوي; الاختيار النهائي يعتمد على درجة الحرارة, ظروف السرعة والتآكل.

ما هي المدة الزمنية النموذجية لجسم المضخة المصبوبة بالاستثمار؟?

عادة ما تستغرق عمليات الإنتاج الصغيرة 4-8 أسابيع من الموافقة على النمط إلى الأجزاء النهائية; يمكن أن تكون النماذج الأولية الفردية أسرع باستخدام الأنماط المطبوعة ثلاثية الأبعاد ولكنها لا تزال تتطلب جداول زمنية لإطلاق القذائف والذوبان.

كيف أحدد معايير القبول للمسامية?

استخدم معايير الصناعة NDT (التصوير الشعاعي, CT, يوت) وتحديد مستويات القبول في نسبة المسامية من حيث الحجم أو من خلال الصور المرجعية.

غالبًا ما تتطلب أجسام المضخات التي تحافظ على الضغط الحرجة وجود مسامية <0.5% من حيث الحجم والقبول الشعاعي لكل معيار العميل.