1. Введение
Корпуса насосов представляют собой структурные и гидравлические корпуса, которые преобразуют энергию привода в движение жидкости.. Обычно они содержат волюты, седла крыльчатки, подшипниковые втулки, фланцы и внутренние каналы.
Маршрут изготовления, выбранный для корпуса насоса, обеспечивает достижимую геометрию., металлургия, стоимость и сроки выполнения.
Литье по выплавляемым моделям особенно выгодно там, где геометрия сложна. (внутренние направляющие лопатки, тонкие сети, интегрированные боссы), допуски жесткие, и высокопрочные сплавы (нержавеющие стали, никелевые сплавы, бронзы) требуются.
2. Что такое корпус насоса для литья по выплавляемым моделям?
Определение и основная функциональность
Анонца инвестиционный кастинг корпус насоса представляет собой корпус насоса, изготовленный по выплавляемым моделям (инвестиции) метод кастинга.
Воск (или полимер) выкройка корпуса насоса создана, покрыт огнеупорной керамикой для создания оболочки, воск удаляется нагреванием, и расплавленный металл заливают в керамическую форму.
После затвердевания обожженная гильза отрывается, обнажая литой корпус насоса, который впоследствии подвергается отделке и проверке..
Типовые характеристики и размеры
- Масса детали: Корпуса насосов, отлитые по выплавляемым моделям, обычно варьируются от нескольких сотен граммов до десятков килограммов за штуку.; многие литейные заводы обычно отливают корпуса насосов от ~0,5 кг до ~50–100 кг в зависимости от возможностей завода..
- Толщина стены: типичные номинальные стенки для нержавеющих или никелевых сплавов: 3–12 мм; минимум тонких срезов до 1–2 мм достижимы в выбранных сплавах и управлении процессом.
- Размерная толерантность (Ассоциация): общие допуски на литье по выплавляемым моделям обычно попадают в ± 0,1–0,5 мм для небольших функций; процентная толерантность к ±0,25–0,5% линейный — это практическое правило.
Важные обрабатываемые детали обычно оставляют с припуском на обработку. (0.2–2,0 мм в зависимости от точности литья). - Поверхностная отделка (Ассоциация): типичный Ра 1.6–3,2 мкм (50–125 мин) для стандартных керамических корпусов; мелкие ракушки и осторожное переливание могут дать Ra ≈ 0.8–1,6 мкм.
Уплотняющие поверхности или шейки подшипников обрабатываются/притираются до более тонкого Ra. (≤ 0.2 мкм) по мере необходимости.
3. Соображения дизайна
Литье по выплавляемым моделям обеспечивает сложную геометрию, но хорошая практика проектирования максимизирует качество и минимизирует затраты..
Требования к гидравлическим характеристикам
- Проточные каналы & прокручивает: гладкие скругления и контролируемое схождение позволяют избежать расслаивания и кавитации.
Внутренние радиусы скруглений должны быть большими. (≥ 1–2 × толщина стенки) чтобы уменьшить турбулентность. - Выравнивание седла крыльчатки: концентричность и перпендикулярность имеют решающее значение — спланируйте обработанные отверстия и базовые элементы.
- Зазоры: зазоры насоса на выступах рабочего колеса и поверхностях уплотнения должны сохраняться путем механической обработки после литья..
Структурные требования
- Стресс & усталость: учитывать циклические нагрузки; использовать анализ методом конечных элементов для выявления локальных источников напряжения.
Литая металлургия (размер зерна, сегрегация) влияет на усталостную долговечность — проектируйте так, чтобы избежать тонких, сильно напряженные боссы без надлежащего филетирования. - Вибрация: жесткие перемычки и ребра помогают повысить собственные частоты; литье по выплавляемым моделям позволяет интегрировать ребра в корпус.
Коррозия & носить
- Выбор материала: выбирайте сплав на основе химического состава жидкости (pH, хлориды, эрозивные частицы, температура).
Для морской воды, может потребоваться дуплекс или медно-никелевый сплав; для кислот, Хастеллой или соответствующие никелевые сплавы.. - Устойчивость к эрозии: гладкие внутренние поверхности и защитное покрытие (хардфакция, тепловой спрей) варианты, в которых присутствует суспензия твердых частиц.
Размерные допуски & поверхностная отделка
- Критические особенности: укажите, какие грани/отверстия подвергаются чистовой обработке, и укажите припуски на обработку. (НАПРИМЕР., 0.5–1,5 мм для более песчаных ракушек, 0.2–0,6 мм для прецизионных снарядов).
- Уплотнительные поверхности: укажите Ra и плоскостность; часто притирается/полируется до Ra ≤ 0.2 мкм и плоскостность в пределах 0.01–0,05 мм в зависимости от класса давления.
4. Материалы для корпусов насосов для литья по выплавляемым моделям
Выбор материала является решающим фактором при проектировании и производстве корпусов насосов, отлитых по выплавляемым моделям., поскольку это напрямую влияет на механические характеристики, коррозионная стойкость, производство, и служба жизни.
| Материальная категория | Примеры сплавов | Ключевые свойства | Типичные приложения | Соображения кастинга |
| Аустенитный Нержавеющая сталь | 304, 316Л | Отличная коррозионная стойкость, Умеренная сила, Хорошая сварка; Растяжение: 480–620 МПа, Урожай: 170–300 МПа, Удлинение: 40–60% | Общие химические насосы, Очистка воды, еда & напиток | Хорошая текучесть расплава, низкий риск горячего растрескивания, легкая постобработка |
| Дуплексная нержавеющая сталь | 2205, 2507 | Высокая сила (Выход 450–550 МПа.), превосходная стойкость к хлоридной коррозии под напряжением | Морские и морские насосы, агрессивные химические среды | Требуется контролируемая температура; термообработка после литья для предотвращения сигма-фазы |
Никелевые сплавы |
Insonel 625, 718; Хастеллой | Исключительная коррозионная стойкость, Высокотемпературная сила, устойчивость к окислению | Химическая обработка, Производство электроэнергии, масло & газ | Высокие температуры плавления (≈1450–1600 °С); необходим тщательный предварительный нагрев формы и контролируемая заливка; сложная обработка |
| Бронза и медные сплавы | C93200, C95400 | Отличная устойчивость к коррозии морской воды, Хорошая износостойкость, противообрастающее средство; более низкая механическая прочность | Морские насосы, Охлаждение морской воды, Гидравлические компоненты | Более низкие температуры плавления (≈1050–1150 °С) упростить кастинг; низкий риск термического растрескивания; механическая прочность ниже, чем у нержавеющей/никелевой стали |
5. Процесс литья по выплавляемым моделям корпусов насосов
Литье по выплавляемым моделям, также известен как Потерянный восковой кастинг, позволяет изготавливать корпуса насосов сложной геометрии, тонкие стены, и высокая точность размеров.
Процесс состоит из нескольких важных этапов:
| Шаг | Описание | Ключевые соображения |
| 1. Создание воска | Расплавленный воск впрыскивается в прецизионные формы для формирования точной копии корпуса насоса.. | Обеспечьте равномерную толщину стенок.; поддерживать точность размеров ±0,1 мм; используйте высококачественный воск, чтобы предотвратить деформацию. |
| 2. Сборка воскового дерева | Отдельные восковые модели прикрепляются к центральному восковому литнику, образуя дерево для серийного литья.. | Конструкция литника влияет на текучесть металла; минимизировать турбулентность во время заливки. |
| 3. Керамическое здание снаряда | Многократное погружение в керамический раствор и штукатурка мелким огнеупорным песком создают прочную, теплостойкий раковина. | Целевая толщина оболочки (5–10 мм) зависит от размера корпуса насоса; избегать трещин и пористости в скорлупе. |
| 4. Депарафинизация и обжиг пресс-формы | Воск расплавляется (автоклав или печь), оставив полость; затем керамическую оболочку обжигают для удаления остатков и укрепления формы.. | Необходимо контролировать изменение температуры, чтобы предотвратить растрескивание скорлупы.; остатки воска должны быть полностью удалены. |
5. Заливка Металла |
Расплавленный металл (нержавеющая сталь, никелевый сплав, или бронза) выливается в предварительно нагретую керамическую форму под действием силы тяжести или в условиях вакуума. | Температура и скорость заливки должны обеспечивать полное заполнение.; контролировать турбулентность и предотвращать образование оксидов. |
| 6. Затвердевание и охлаждение | Металл затвердевает внутри формы; скорость охлаждения влияет на микроструктуру, механические свойства, и остаточный стресс. | Толстые секции могут потребовать контролируемого охлаждения для предотвращения пористости.; тонкие стены должны избегать горячего разрыва. |
| 7. Удаление снаряда | Керамическая оболочка отрывается механически., часто использую вибрацию, пескоструйная обработка, или химическое растворение. | Избегайте повреждения сложных каналов или фланцев насоса.. |
| 8. Отделка и очистка | Остаточная керамика, система ворот, дефекты поверхности устраняются шлифовкой., выстрел в взрыв, или химическая чистка. | Соблюдайте размерные допуски; подготовить поверхности к последующей механической обработке или нанесению покрытия. |
6. Пост-кассовые операции
После извлечения корпуса насоса из керамического корпуса, выполняется несколько операций после литья, чтобы гарантировать, что компонент соответствует функциональным возможностям., размерный, и требования к качеству поверхности.
Эти операции имеют решающее значение для высокопроизводительных приложений в химической промышленности., морской пехотинец, и промышленные сектора.
Термическая обработка
Термическая обработка применяется для снятия остаточных напряжений, улучшить пластичность, и оптимизировать механические свойства:
- Снятие стресса отжиг: Нагрев до 550–650 °C для нержавеющих сталей снижает остаточные напряжения от литья и предотвращает коробление при механической обработке..
- Решение отжиг: Применяется для нержавеющих сталей и никелевых сплавов для гомогенизации микроструктуры и растворения нежелательных осадков., обеспечение коррозионной стойкости и постоянной твердости.
- Старение или дисперсионное твердение (для некоторых сплавов): Повышает прочность и износостойкость высокопроизводительных материалов..
Обработка
Критические размеры, такие как фланцы, выросли, спаривающиеся поверхности, и резьбовые порты обработаны с учетом жестких допусков.
Типичные операции механической обработки включают токарную обработку., фрезерование, бурение, и скучно. Обработка обеспечивает:
- Допуски на размеры ±0,05–0,1 мм для точной сборки..
- Гладкие уплотнительные поверхности для предотвращения утечек в условиях высокого давления..
Отделка поверхности
Поверхностная отделка Увеличивает коррозионную стойкость, износостойкость, и эстетика:
- Полировка: Улучшает гладкость уплотнительных поверхностей и внутренних каналов..
- Выстрел в взрыв: Удаляет остатки керамических частиц и создает однородную поверхность для покрытия или покраски..
- Покрытия: Дополнительные химические или гальванические покрытия (НАПРИМЕР., никель, PTFE) повысить коррозионную стойкость и уменьшить трение.
Неразрушающее тестирование (Непрерывный)
Для обнаружения дефектов, таких как пористость, трещины, или включения, неразрушающий контроль проводится:
- Рентгенография (Рентген): Выявляет внутренние пустоты и включения.
- Ультразвуковое тестирование (UT): Обнаруживает подповерхностные дефекты в толстых секциях.
- Краситель пенетрант тестирование (Пт): Обнаруживает поверхностные трещины и пористость.
Очистка и осмотр
Окончательно, Корпуса насосов очищаются от остатков машинного масла., Обломки, или соли. Габаритные и визуальные проверки проверяют соответствие спецификациям перед сборкой или отправкой..
7. Обеспечение качества и тестирование
Гарантия качества (контроль качества) имеет решающее значение для обеспечения соответствия корпусов насосов, отлитых по выплавляемым моделям, проектным спецификациям., стандарты производительности, и отраслевые требования.
Систематический подход к обеспечению качества сочетает в себе проверки размеров., Механическое тестирование, и неразрушающий контроль для обнаружения дефектов и подтверждения функциональной целостности..
Проверка размерных
Проверка размеров гарантирует, что корпус насоса соответствует проектным чертежам и допускам.:
- Координировать измерительные машины (CMM): Измерение сложной геометрии, выросли, фланцы, и монтажных поверхностей с точностью ±0,01–0,05 мм..
- Инструменты для измерения: Манометры резьбы, пробковые манометры, и измерители высоты быстро проверяют важные функции в производстве.
- Измерение шероховатости поверхности: Подтверждает требования к отделке уплотнительных поверхностей и внутренних каналов. (НАПРИМЕР., Ra ≤0,8 мкм для гидравлических компонентов).
Проверка механических свойств
Механические испытания подтверждают, что материал соответствует требуемой прочности., пластичность, и твердость:
- Тестирование на растяжение: Измеряет предел текучести, Конечная прочность на растяжение, и удлинение, обеспечение способности материала выдерживать эксплуатационные нагрузки.
- Тест на твердость: Испытания по Роквеллу или Виккерсу подтверждают, что термическая обработка и обработка материала позволили достичь желаемой твердости..
- Ударный тестирование (Если требуется): Оценивает прочность для применений, подверженных переменным нагрузкам или ударам..
Неразрушающее тестирование (Непрерывный)
Методы неразрушающего контроля обнаруживают скрытые дефекты, не повреждая деталь.:
- Рентгенография (Рентгеновское/КТ сканирование): Определяет внутреннюю пористость, включения, и пустоты, особенно в толстых секциях.
- Ультразвуковое тестирование (UT): Обнаруживает внутренние трещины, пустоты, или расслоения в плотных материалах, таких как нержавеющая сталь и никелевые сплавы..
- Краситель пенетрант тестирование (Пт): Обнаруживает поверхностные трещины, выходы, или мелкая пористость, не видимая невооруженным глазом.
- Тестирование магнитных частиц (Гору): Применяется для ферромагнитных сплавов для обнаружения поверхностных и приповерхностных несплошностей..
Распространенные дефекты литья и стратегии их устранения
- Пористость: Минимизация за счет правильного ворот, вентиляция, и контролируемые скорости затвердевания.
- Усаживание полостей: Решается за счет конструкции стояка и управления температурным режимом..
- Холодные отключения и ошибки: Этого можно избежать за счет поддержания оптимальной температуры заливки и плавного течения в сложных геометрических формах..
- Поверхностные включения: Контролируется использованием сплавов высокой чистоты и надлежащих методов дегазации..
8. Преимущества литья по выплавляемым моделям корпусов насосов
- Сложная геометрия: внутренние отрывки, тонкие стенки и встроенные бобышки с минимальной вторичной сборкой.
- Форма в ближней сети: уменьшает съем материала по сравнению с. черновая обработка прутка или заготовки — часто 30–70% меньше механической обработки для сложных частей.
- Высокая точность размеров & поверхностная отделка: меньше вторичной обработки для многих функций по сравнению с литьем в песчаные формы.
- Гибкость сплава: отливайте многие нержавеющие и никелевые сплавы с хорошей металлургической целостностью.
- Малая и средняя гибкость производства: Инструменты для восковых моделей относительно недороги по сравнению с. большой инструмент для штамповки, обеспечение экономичного пробега от прототипов до тысяч деталей.
9. Ограничения и проблемы
- Стоимость очень крупных деталей: выше определенных размеров (часто >100 кг) литье по выплавляемым моделям становится неэкономичным по сравнению с литьем в песчаные формы или изготовлением/сваркой..
- Время выполнения: шаблон инструмента, Изготовление снаряда и стрельба увеличивают время выполнения заказа — сроки создания прототипа обычно измеряются неделями.
- Риск пористости в толстых сечениях: толстые бобышки или большие сечения требуют тщательного литования, охлаждение или сегментирование во избежание усадки.
- Чистота поверхности и допуски зависят от системы оболочки.: Для достижения сверхчистой отделки или чрезвычайно жестких допусков при литье требуются керамические системы премиум-класса и контроль процесса..
10. Промышленные применения
Корпуса насосов, отлитые по выплавляемым моделям, используются в широком спектре отраслей промышленности благодаря своим возможности сложной геометрии, материальная универсальность, и высокая точность размеров.
Этот процесс позволяет инженерам проектировать оптимизированные гидравлические каналы., тонкие стены, и встроенные функции монтажа, которые повышают эффективность и долговечность насоса..
Насосы для химической переработки
- Среда: Коррозионные жидкости, такие как кислоты, каустика, и растворители.
- Используемые материалы: Нержавеющие стали (316Л, дуплекс) и никелевые сплавы (Хастеллой, Insonel).
- Обоснование: Литье по выплавляемым моделям открывает сложные внутренние каналы, минимизация турбулентности и обеспечение равномерного потока, критически важен для надежности химического процесса.
Насосы для воды и сточных вод
- Среда: Высокообъемная перекачка, абразивные взвешенные вещества, и переменный уровень pH.
- Используемые материалы: Бронза, Дуплексная нержавеющая сталь, и коррозионностойкий чугун.
- Обоснование: Тонкостенные, гладкие внутренние каналы уменьшают засорение и потери энергии, повышение эффективности муниципальных и промышленных систем водоснабжения.
Морские и морские насосы
- Среда: Воздействие соленой воды, работа под высоким давлением, и циклическое механическое напряжение.
- Используемые материалы: Медные сплавы (военно -морская латунь, бронза), Дуплексные нержавеющие стали.
- Обоснование: Устойчивость к коррозии и биообрастанию имеет решающее значение.; литье по выплавляемым моделям позволяет бесшовно, сложная геометрия для сокращения затрат на техническое обслуживание и увеличения срока службы.
Масло & Насосы для газа и электроэнергии
- Среда: Высокотемпературная, жидкости под высоким давлением, и углеводородные среды.
- Используемые материалы: Высоконикелевые сплавы (Insonel, Хастеллой), нержавеющая сталь, и сплавы на основе кобальта.
- Обоснование: Литье по выплавляемым моделям позволяет использовать высокопрочные материалы и точные допуски, необходимые для критически важных применений, таких как смазка турбин., химическая инъекция, и морское бурение.
Специальные и нестандартные насосы
- Среда: Лаборатория, фармацевтический, или приложения пищевой промышленности, требующие гигиенических и прецизионных характеристик..
- Используемые материалы: Нержавеющая сталь (304, 316Л), титан, или никелевые сплавы.
- Обоснование: Плавные поверхности, жесткие допуски, а сложная геометрия, полученная методом литья по выплавляемым моделям, обеспечивает минимальный риск загрязнения и соответствие нормативным стандартам..
11. Сравнительный анализ
| Особенность / Критерии | Кастинг по выплавляемым моделям | Кастинг песка | Обработка твердого тела |
| Геометрическая сложность | Отлично – тонкие стены, внутренние каналы, сложные функции достижимы | Умеренный – ограничен размещением стержня и стабильностью формы. | Ограниченная – сложная внутренняя геометрия часто невозможна без сборки. |
| Точность размеров | Высокая – типично ±0,1–0,25 мм | Умеренная – ±0,5–1,0 мм | Очень высокий – достижимо ±0,05 мм |
| Поверхностная отделка (Раствор) | Мелкий – обычно 1,6–3,2 мкм; можно отполировать | Шероховатая – 6–12 мкм; требует механической обработки для точности | Отлично – 0,8–1,6 мкм достижимо при чистовой обработке. |
| Материальные варианты | Широкий – нержавеющая сталь, никелевые сплавы, бронза, медные сплавы | Широкий – железо, сталь, бронза, алюминий | Широкий – зависит от наличия обрабатываемого материала. |
| Размер партии | От низкого до среднего – 1–1000+ деталей. | От среднего до высокого – экономично для крупных, Простые части | Низкий – отходы материала увеличивают стоимость крупных деталей. |
| Время выполнения | Умеренный – восковой рисунок & требуется постройка корпуса | От короткого до умеренного – подготовка формы относительно быстрая | Переменная – зависит от сложности обработки |
Материальные отходы |
Низкая – форма, близкая к чистой, снижает количество отходов. | Умеренный – ворота и стояки создают некоторое количество отходов. | Высокий – субтрактивный процесс создает стружку и обрезки. |
| Стоимость за часть | От умеренного до высокого: инструменты и этапы процесса увеличивают стоимость., экономичный для сложных деталей | От низкого до среднего – более простые формы, большие детали дешевле | Высокая – интенсивная обработка на больших, сложные детали стоят дорого |
| Сила & Честность | Отлично – плотная микроструктура, минимальная пористость, если ее контролировать | Умеренный – риск песчаных включений и пористости. | Отлично – однородный, Нет дефектов кастинга |
| Требуется постобработка | Часто минимально – некоторая механическая обработка, отделка | Обычно существенное – требуется механическая и чистовая обработка. | Минимальный – окончательная обработка только при жестких допусках. |
| Типичные приложения | Корпуса насосов с тонкими стенками, сложные гидравлические каналы, коррозионная стойкость | Большой, простые корпуса насосов или конструктивные элементы | Корпуса насосов, изготовленные по индивидуальному заказу или прототипу, требующие предельной точности. |
12. Заключение
Корпус насоса, отлитый по выплавляемым моделям, сочетает в себе свободу дизайна и металлургическую целостность., что делает их отличным выбором для многих применений, связанных с перекачкой жидкостей, особенно там, где сложная внутренняя геометрия., требуются экзотические сплавы или жесткие допуски.
Успех зависит от раннего проектирования кастинга., осознанный выбор материала, тщательный контроль процесса (залив, обстрел, термическая обработка), и надежные программы обеспечения качества/неразрушающего контроля.
Для критических насосных систем — морских, химическая или энергетическая промышленность — литье по выплавляемым моделям может обеспечить надежную, экономичные компоненты при правильном определении и исполнении.
Часто задаваемые вопросы
Какой максимальный размер корпуса насоса может быть отлит по выплавляемым моделям??
Типичная производственная практика колеблется до ~ 50–100 кг на деталь., но практический максимум зависит от возможностей литейного производства и экономики.
Очень большие корпуса насосов чаще всего изготавливаются методом литья в песчаные формы или изготовления/сварки..
Какой припуск на механическую обработку я должен внести в отливку по выплавляемым моделям??
Позволять 0.2–2,0 мм в зависимости от критичности и точности снаряда. Указывайте более жесткие допуски только в том случае, если литейный завод гарантирует точность изготовления корпусов..
Какой материал лучше всего подходит для корпусов насосов для морской воды?
Дуплексные нержавеющие стали и некоторые медно-никелевые сплавы являются распространенным выбором из-за превосходной устойчивости к хлоридной точечной коррозии и способности к биообрастанию.; окончательный выбор зависит от температуры, скорость и условия эрозии.
Каков типичный срок выполнения работ по изготовлению литого корпуса насоса??
Небольшие производственные партии обычно занимают 4–8 недель от утверждения образца до готовых деталей; отдельные прототипы могут быть быстрее с 3D-печатными моделями, но все равно требуют графиков обжига и плавления снарядов.
Как указать критерии приемки пористости??
Используйте отраслевые стандарты неразрушающего контроля (рентгенография, КТ, UT) и определить уровни приемлемости в процентах пористости по объему или с помощью эталонных изображений.
Для критически важных корпусов насосов, удерживающих давление, часто требуется пористость. <0.5% по объему и радиографическому приему по стандарту заказчика.
