Investment Casting Pumpe Body – Investment Casting Foundry

1. Indledning

Pumpehuse er strukturelle og hydrauliske huse, der omdanner driverens energi til flydende bevægelse. De indeholder almindeligvis volutter, pumpehjulssæder, lejebosser, flanger og indvendige passager.

Den valgte fremstillingsrute for et pumpehus sætter en opnåelig geometri, Metallurgi, omkostninger og leveringstid.

Investeringsstøbning skiller sig ud, hvor geometrien er kompleks (indvendige ledeskovle, tynde baner, integrerede chefer), tolerancerne er stramme, og højintegritetslegeringer (Rustfrit stål, Nikkellegeringer, bronzes) kræves.

2. Hvad er et investeringsstøbepumpehus?

Definition og kernefunktionalitet

En Investeringsstøbning pumpelegeme er et pumpehus produceret af den tabte voks (investering) Casting -metode.

En voks (eller polymer) mønster af pumpehuset er skabt, belagt med ildfast keramik for at bygge en skal, voksen fjernes ved opvarmning, og smeltet metal hældes i den keramiske form.

Den affyrede granat brækkes væk efter størkning for at afsløre et næsten-net støbt pumpelegeme, der efterfølgende færdiggøres og inspiceres.

Typiske specifikationer og dimensioner

• Del masse: investeringsstøbte pumpekroppe varierer normalt fra et par hundrede gram til titusinder af kilogram pr. stk; mange støberier støber rutinemæssigt pumpelegemer fra ~0,5 kg op til ~50-100 kg afhængigt af anlæggets kapacitet.
• Vægtykkelse: typiske nominelle vægge til rustfri eller nikkellegeringer: 3–12 mm; minimum tynde sektioner ned til 1–2 mm er opnåelige i udvalgte legeringer og processtyring.
• Dimensionel tolerance (som cast): generelle investeringstolerancer falder almindeligvis ind ± 0,1–0,5 mm til små funktioner; procentbaseret tolerance af ±0,25-0,5 % lineær er en praktisk tommelfingerregel.
  Kritiske bearbejdede funktioner efterlades normalt med bearbejdningsgodtgørelse (0.2–2,0 mm afhængig af støbenøjagtighed).
• Overfladefinish (som cast): typisk Ra 1.6–3,2 μm (50–125 min) til standard keramiske skaller; fine skaller og omhyggelig hældning kan producere Ra ≈ 0.8–1,6 μm.
  Tætningsflader eller lejetapper er bearbejdet/overlappet til meget finere Ra (≤ 0.2 μm) efter behov.

3. Designovervejelser

Investeringsstøbning muliggør kompleks geometri, men god designpraksis maksimerer kvaliteten og minimerer omkostningerne.

Krav til hydraulisk ydeevne

• Flowpassager & ruller: glatte fileter og kontrolleret konvergens undgår adskillelse og kavitation.
  Indvendige fileteradier skal være generøse (≥ 1–2× vægtykkelse) at reducere turbulens.
• Løbehjulssædejustering: koncentricitet og vinkelrethed er kritiske — planlæg for bearbejdede boringer og datumfunktioner.
• Klareringer: pumpeafstande ved pumpehjulsudhæng og tætningsflader skal kunne opretholdes ved efterstøbt bearbejdning.

Strukturelle krav

• Stress & træthed: overveje cykliske belastninger; bruge finite-element analyse til at identificere lokale spændingsstigninger.
  Støbt metallurgi (kornstørrelse, adskillelse) påvirker træthedslevetiden – design for at undgå tynd, stærkt stressede chefer uden ordentlig filetering.
• Vibration: stive baner og ribber hjælper med at hæve de naturlige frekvenser; investeringsstøbning gør det muligt at integrere ribben i kroppen.

Korrosion & slid

• Valg af materiale: vælg legering baseret på væskekemi (Ph, chlorider, erosive partikler, temperatur).
  Til havvand, duplex eller cupronickel kan være påkrævet; for syrer, Hastelloy eller passende nikkellegeringer.
• Erosionsbestandighed: glatte indvendige overflader og offerbelægninger (Hardfacing, Termisk spray) er muligheder, hvor partikelgylle er til stede.

Dimensionelle tolerancer & overfladefinish

• Kritiske funktioner: angiv hvilke flader/boringer der er færdigbearbejdede og angiv bearbejdningsgodtgørelser (F.eks., 0.5–1,5 mm til mere sandede skaller, 0.2–0,6 mm til præcisionsskaller).
• Tætningsflader: angiv Ra og fladhed; ofte lappet/poleret til Ra ≤ 0.2 μm og fladhed indeni 0.01–0,05 mm afhængig af trykklasse.

4. Materialer til investeringsstøbning af pumpelegemer

Materialevalg er en kritisk faktor ved design og produktion af investeringsstøbte pumpekroppe, da det direkte påvirker den mekaniske ydeevne, Korrosionsmodstand, Produktion, og levetid.

5. Investeringsstøbeproces for pumpelegemer

Investeringsstøbning, også kendt som Lost-Wax casting, muliggør produktion af pumpelegemer med komplekse geometrier, Tynde vægge, og høj dimensionel nøjagtighed.

Processen består af flere kritiske trin:

6. Post-casting operationer

Efter at pumpelegemet er fjernet fra den keramiske skal, der udføres adskillige efterstøbningsoperationer for at sikre, at komponenten opfylder funktionaliteten, dimensionel, og krav til overfladekvalitet.

Disse operationer er afgørende for højtydende applikationer i kemikalier, marine, og industrisektorer.

Varmebehandling

Varmebehandling anvendes for at afhjælpe resterende spændinger, Forbedre duktilitet, og optimere mekaniske egenskaber:

• Annealing af stresslettelse: Opvarmning til 550–650 °C for rustfrit stål reducerer restbelastning fra støbning og forhindrer forvrængning under bearbejdning.
• Løsning af annealing: Anvendes til rustfrit stål og nikkellegeringer for at homogenisere mikrostruktur og opløse uønskede bundfald, sikrer korrosionsbestandighed og ensartet hårdhed.
• Ældning eller nedbørshærdning (for visse legeringer): Forbedrer styrke og slidstyrke i højtydende materialer.

Bearbejdning

Kritiske dimensioner såsom flanger, Boringer, parringsflader, og gevindporte er bearbejdet til at opfylde snævre tolerancer.

Typiske bearbejdningsoperationer omfatter drejning, fræsning, boring, og kedeligt. Bearbejdning sikrer:

• Dimensionstolerancer på ±0,05–0,1 mm for præcis montering.
• Glatte tætningsflader for at forhindre lækager ved højtryksapplikationer.

Overfladebehandling

Overfladebehandling forbedrer korrosionsbestandighed, slidstyrke, og æstetik:

• Polering: Forbedrer glathed for tætning af flader og indvendige kanaler.
• Skud sprængning: Fjerner resterende keramiske partikler og skaber en ensartet overflade til belægning eller maling.
• Overtræk: Valgfri kemiske eller elektropletterede belægninger (F.eks., nikkel, Ptfe) forbedre korrosionsbestandigheden og reducere friktionen.

Ikke-destruktiv test (Ndt)

For at opdage defekter såsom porøsitet, revner, eller indeslutninger, NDT udføres:

• Radiografi (Røntgenbillede): Identificerer indre hulrum og indeslutninger.
• Ultralydstest (Ut): Registrerer fejl under overfladen i tykke sektioner.
• Farvestofindtrængningstest (Pt): Afslører overfladerevner og porøsitet.

Rengøring og eftersyn

Endelig, pumpehusene renses for at fjerne resterende bearbejdningsolier, Affald, eller salte. Dimensionelle og visuelle inspektioner verificerer overensstemmelse med specifikationerne før montering eller forsendelse.

7. Kvalitetssikring og test

Kvalitetssikring (QA) er afgørende for at sikre, at investeringsstøbte pumpekroppe opfylder designspecifikationerne, præstationsstandarder, og industrikrav.

En systematisk QA-tilgang kombinerer dimensionskontrol, Mekanisk test, og ikke-destruktiv evaluering for at opdage defekter og bekræfte funktionel integritet.

Dimensionel inspektion

Dimensionel verifikation sikrer, at pumpehuset er i overensstemmelse med designtegninger og tolerancer:

• Koordinering af målemaskiner (Cmm): Mål komplekse geometrier, Boringer, flanger, og monteringsflader med en nøjagtighed på ±0,01–0,05 mm.
• Måleværktøj: Gevindmålere, stikmålere, og højdemålere verificerer kritiske funktioner hurtigt i produktionen.
• Måling af overfladeruhed: Bekræfter efterbehandlingskrav til tætningsflader og indvendige kanaler (F.eks., Ra ≤0,8 μm for hydrauliske komponenter).

Verifikation af mekanisk ejendom

Mekanisk test validerer, at materialet opfylder den nødvendige styrke, Duktilitet, og hårdhed:

• Trækprøvning: Måler flydestyrke, Ultimate trækstyrke, og forlængelse, sikre, at materialet kan modstå driftsbelastninger.
• Hårdhedstest: Rockwell eller Vickers test bekræfter, at varmebehandling og materialebearbejdning opnåede den ønskede hårdhed.
• Påvirkningstest (om nødvendigt): Evaluerer sejhed for applikationer udsat for svingende belastninger eller stød.

Ikke-destruktiv test (Ndt)

NDT-teknikker opdager skjulte defekter uden at beskadige delen:

• Radiografi (Røntgen/CT-scanning): Identificerer intern porøsitet, indeslutninger, og tomrum, især i tykke partier.
• Ultralydstest (Ut): Registrerer interne revner, hulrum, eller delamineringer i tætte materialer som rustfrit stål og nikkellegeringer.
• Farvestofindtrængningstest (Pt): Afslører overfladerevner, pinholes, eller fin porøsitet, der ikke er synlig for det blotte øje.
• Magnetisk partikeltest (Mt): Anvendes til ferromagnetiske legeringer til at detektere overflade- og overfladenære diskontinuiteter.

Almindelige støbedefekter og afhjælpningsstrategier

• Porøsitet: Minimeret gennem korrekt port, udluftning, og kontrollerede størkningshastigheder.
• Krympehulrum: Adresseret via stigrørsdesign og termisk styring.
• Kold lukker og misruns: Undgås ved at opretholde optimale hældetemperaturer og jævnt flow i komplekse geometrier.
• Overflade indeslutninger: Styres ved at bruge højrente legeringer og korrekte afgasningsteknikker.

8. Fordele ved investeringsstøbning til pumpelegemer

• Kompleks geometri: interne passager, tynde vægge og integrerede fremspring med minimal sekundær montering.
• Næsten-netform: reducerer materialefjernelse vs. grovbearbejdning fra stang eller emne - ofte 30–70 % mindre bearbejdning For komplekse dele.
• Høj dimensionel nøjagtighed & overfladefinish: mindre sekundær efterbehandling for mange funktioner sammenlignet med sandstøbning.
• Legeringsfleksibilitet: støbt mange rustfrie og nikkellegeringer med god metallurgisk integritet.
• Små til mellemstore produktionsfleksibilitet: værktøj til voksmønstre er relativt billigt vs. stort matriceværktøj, muliggør økonomiske kørsler fra prototyper til tusindvis af dele.

9. Begrænsninger og udfordringer

• Pris for meget store dele: over visse størrelser (ofte >100 kg) investeringsstøbning bliver uøkonomisk sammenlignet med sandstøbning eller fremstilling/svejsning.
• Ledetid: mønsterværktøj, granatbygning og affyring tilføjer leveringstid - prototype-tidslinjer normalt målt i uger.
• Porøsitetsrisiko i tykke partier: tykke navler eller store tværsnit kræver omhyggelig porting, kulderystelser eller segmentering for at undgå krympning.
• Overfladefinish og tolerancer afhænger af skalsystemet: opnåelse af ultrafine finish eller ekstremt snævre støbetolerancer kræver førsteklasses keramiske systemer og proceskontrol.

10. Industrielle applikationer

Investeringsstøbepumpekroppe bruges på tværs af et bredt spektrum af industrier på grund af deres komplekse geometriske muligheder, materiel alsidighed, og høj dimensionel nøjagtighed.

Processen giver ingeniører mulighed for at designe optimerede hydrauliske passager, Tynde vægge, og integrerede monteringsfunktioner, der forbedrer pumpens effektivitet og levetid.

Kemisk behandlingspumper

• Miljø: Ætsende væsker såsom syrer, ætsende stoffer, og opløsningsmidler.
• Anvendte materialer: Rustfrit stål (316L, Duplex) og nikkellegeringer (Hastelloy, Inkonel).
• Begrundelse: Investeringsstøbning muliggør komplicerede interne kanaler, minimerer turbulens og sikrer ensartet flow, kritisk for kemisk proces pålidelighed.

Vand- og spildevandspumper

• Miljø: Højvolumen pumpning, slibende suspenderede faste stoffer, og variable pH-niveauer.
• Anvendte materialer: Bronze, Duplex rustfrit stål, og korrosionsbestandigt støbejern.
• Begrundelse: Tyndvæg, glatte indre passager reducerer tilstopning og energitab, forbedring af effektiviteten i kommunale og industrielle vandsystemer.

Marine og offshore pumper

• Miljø: Saltvandseksponering, højtryksdrift, og cyklisk mekanisk belastning.
• Anvendte materialer: Kobberlegeringer (Naval messing, bronze), Duplex rustfrit stål.
• Begrundelse: Modstandsdygtighed over for korrosion og biobegroning er kritisk; investeringsstøbning tillader sømløs, komplekse geometrier for at reducere vedligeholdelse og forbedre levetiden.

Olie & Gas- og elproduktionspumper

• Miljø: Højtemperatur, højtryksvæsker, og kulbrintebaserede medier.
• Anvendte materialer: Høj-nikkel legeringer (Inkonel, Hastelloy), Rustfrit stål, og koboltbaserede legeringer.
• Begrundelse: Investeringsstøbning understøtter materialer med høj styrke og præcise tolerancer, der er nødvendige for kritiske applikationer såsom turbinesmøring, kemisk injektion, og offshore boring.

Special- og specialpumper

• Miljø: Laboratorium, Farmaceutisk, eller fødevareforarbejdningsapplikationer, der kræver hygiejnisk og præcis ydeevne.
• Anvendte materialer: Rustfrit stål (304, 316L), Titanium, eller nikkellegeringer.
• Begrundelse: Glatte overflader, snævre tolerancer, og komplekse geometrier opnået ved investeringsstøbning sikrer minimal forureningsrisiko og overholdelse af regulatoriske standarder.

11. Sammenlignende analyse

12. Konklusion

Investeringsstøbte pumpehus kombinerer designfrihed med metallurgisk integritet, hvilket gør dem til et fremragende valg til mange væskehåndteringsapplikationer - især hvor kompleks intern geometri, eksotiske legeringer eller snævre tolerancer er påkrævet.

Succes afhænger af tidligt design til støbning, informeret materialevalg, omhyggelig proceskontrol (hælder, beskydning, Varmebehandling), og robuste QA/NDT-programmer.

Til kritiske pumpesystemer - marine, kemisk eller elproduktion – investeringsstøbning kan levere pålidelige, økonomiske komponenter, når de er specificeret og udført korrekt.

 

FAQS

Hvilken maksimal størrelse på pumpehuset kan investeringsstøbes?

Typisk butikspraksis går op til ~50-100 kg pr. del, men det praktiske maksimum afhænger af støberikapacitet og økonomi.

Meget store pumpelegemer fremstilles oftere ved sandstøbning eller fremstilling/svejsning.

Hvor meget bearbejdningsgodtgørelse skal jeg designe til en investeringsstøbning?

Tillade 0.2–2,0 mm afhængig af kritikalitet og skalpræcision. Angiv kun snævrere kvoter, hvor støberiet garanterer præcisionsskaller.

Hvilket materiale er bedst til havvandspumpelegemer?

Duplex rustfrit stål og udvalgte kobber-nikkel-legeringer er almindelige valg på grund af overlegen modstand mod kloridgruber og biobegroning; det endelige valg afhænger af temperaturen, hastighed og erosionsforhold.

Hvad er den typiske ekspeditionstid for et investeringsstøbt pumpehus?

Små produktionskørsler tager typisk 4–8 uger fra mønstergodkendelse til færdige dele; enkelte prototyper kan være hurtigere med 3D-printede mønstre, men kræver stadig granataffyring og smelteplaner.

Hvordan specificerer jeg acceptkriterier for porøsitet?

Brug industriens NDT-standarder (Radiografi, Ct, Ut) og definere acceptniveauer i procent porøsitet efter volumen eller via referencebilleder.

Kritiske trykholdende pumpelegemer kræver ofte porøsitet <0.5% efter volumen og radiografisk accept pr. kundestandard.