Корпус насоса для виплавленого лиття – Ливарне виробництво

1. Вступ

Корпуси насосів - це конструкційні та гідравлічні корпуси, які перетворюють енергію приводу в рух рідини. Вони зазвичай містять волюти, посадочні місця крильчатки, підшипникові бобишки, фланці та внутрішні проходи.

Маршрут виробництва, обраний для корпусу насоса, задає досяжну геометрію, металургія, вартість і час виконання.

Лиття по моделлю виділяється там, де складна геометрія (внутрішні направляючі лопатки, тонкі павутини, інтегровані боси), допуски жорсткі, і високоміцні сплави (Нержавіючі сталі, нікелеві сплави, бронзи) потрібні.

2. Що таке корпус насоса для лиття по моделлю?

Визначення та основні функції

АН інвестиційне кастинг корпус насоса це корпус насоса, виготовлений з воску (інвестиції) методом лиття.

Віск (або полімер) створюється малюнок корпусу насоса, покритий вогнетривкою керамікою для створення оболонки, віск, видалений нагріванням, і розплавлений метал виливали в керамічну форму.

Обпалена оболонка відламується після затвердіння, щоб відкрити майже чистий литий корпус насоса, який згодом закінчується та перевіряється.

Типові характеристики та розміри

• Маса частини: Маса корпусів насосів, виготовлених за моделюванням, зазвичай коливається від кількох сотень грамів до десятків кілограмів на одиницю; багато ливарних заводів зазвичай відливають корпуси насосів від ~0,5 кг до ~50–100 кг залежно від потужності заводу.
• Товщина стіни: типові номінальні стінки для нержавіючих або нікелевих сплавів: 3–12 мм; мінімальні тонкі ділянки до 1–2 мм досягаються в обраних сплавах і контролі процесу.
• Розмірна толерантність (неухильний): загальні допуски для виплавленого лиття зазвичай впадають ± 0,1–0,5 мм для дрібних функцій; відсоткова толерантність ±0,25–0,5% лінійний є практичним правилом.
  Критичні оброблені деталі зазвичай залишаються з припуском на обробку (0.2–2,0 мм в залежності від точності лиття).
• Поверхнева обробка (неухильний): типовий Ра 1.6–3,2 мкм (50–125 хв) для стандартних керамічних оболонок; дрібної шкаралупи та ретельного розливання можна отримати Ra ≈ 0.8–1,6 мкм.
  Ущільнювальні поверхні або шийки підшипників оброблені/притерті до більш тонкого Ra (≤ 0.2 мкм) як вимагається.

3. Дизайнерські міркування

Лиття за виплавленими моделями дозволяє створювати складну геометрію, але хороша практика проектування максимізує якість і мінімізує вартість.

Вимоги до гідравлічних характеристик

• Проточні проходи & сувої: гладкі скруглення та контрольована конвергенція запобігають розриву та кавітації.
  Внутрішні радіуси скруглення мають бути великими (≥ 1–2× товщина стінки) щоб зменшити турбулентність.
• Вирівнювання сідла робочого колеса: концентричність і перпендикулярність є критичними — план для оброблених отворів і опорних елементів.
• Зазори: зазори насоса на виступах робочого колеса та поверхнях ущільнень повинні підтримуватися за допомогою механічної обробки після лиття.

Конструктивні вимоги

• Стрес & втома: враховувати циклічні навантаження; використовувати кінцево-елементний аналіз для ідентифікації локальних стояків напруги.
  Лита металургія (розмір зерна, сегрегація) впливає на стійкість до втоми — дизайн, щоб уникнути тонкості, сильно напружені боси без належного філе.
• Вібрація: жорсткі перетинки та ребра сприяють підвищенню власних частот; лиття по моделлю дозволяє інтегрувати ребра в корпус.

Корозія & носити

• Вибір матеріалу: вибрати сплав на основі хімії рідини (рН, хлориди, ерозійні частинки, температура).
  Для морської води, може знадобитися дуплекс або мельхіор; для кислот, Хастеллой або відповідні нікелеві сплави.
• Стійкість до ерозії: гладкі внутрішні поверхні та жертвуючі покриття (твердий, тепловий бризок) це варіанти, де присутні тверді частинки.

Розмірні допуски & поверхнева обробка

• Критичні особливості: вкажіть, які поверхні/отвори підлягають остаточній обробці, і вкажіть припуски на обробку (Напр., 0.5–1,5 мм для більш піщаних черепашок, 0.2–0,6 мм для точних снарядів).
• Герметизація поверхонь: вкажіть Ra і площинність; часто притертий/полірований до Ra ≤ 0.2 мкм і площинність всередині 0.01–0,05 мм залежно від класу тиску.

4. Матеріали для лиття по моделлю корпусів насосів

Вибір матеріалу є вирішальним фактором при проектуванні та виробництві литих корпусів насосів, оскільки це безпосередньо впливає на механічні характеристики, Корозійна стійкість, виробництво, і службове життя.

5. Процес лиття за моделлю корпусів насосів

Лиття по моделлю, також відомий як Кастинг загубленого воску, дозволяє виготовляти корпуси насосів зі складною геометрією, тонкі стіни, і висока розмірна точність.

Процес складається з кількох важливих етапів:

6. Операції після відсічення

Після корпус насоса знімається з керамічної оболонки, виконується кілька операцій після лиття, щоб переконатися, що компонент відповідає функціональності, розмірний, та вимоги до якості поверхні.

Ці операції є критичними для високопродуктивних застосувань у хімічній промисловості, морський, та промислові сектори.

Термічна обробка

Термічна обробка застосовується для зняття залишкових напруг, Поліпшення пластичності, і оптимізувати механічні властивості:

• Зниження стресу: Нагрівання до 550–650 °C для нержавіючої сталі зменшує залишкову напругу від лиття та запобігає деформації під час механічної обробки.
• Розведення розчину: Застосовується для нержавіючих сталей та нікелевих сплавів для гомогенізації мікроструктури та розчинення небажаних осадів, забезпечення стійкості до корозії та постійної твердості.
• Старіння або дисперсійне зміцнення (для певних сплавів): Підвищує міцність і зносостійкість високоефективних матеріалів.

Обробка

Критичні розміри, такі як фланці, свердловина, сполучаються поверхні, і різьбові порти оброблені відповідно до жорстких допусків.

До типових операцій обробки відноситься токарна обробка, фрезер, свердління, і нудно. Механічна обробка забезпечує:

• Допуски на розміри ±0,05–0,1 мм для точного складання.
• Гладкі ущільнювальні поверхні для запобігання витокам у системах високого тиску.

Поверхнева обробка

Поверхнева обробка Підвищує резистентність до корозії, Опір зносу, і естетика:

• Полірування: Покращує гладкість для ущільнення поверхонь і внутрішніх каналів.
• Вибух: Видаляє залишки керамічних частинок і створює однорідну поверхню для покриття або фарбування.
• Покриття: Додаткове хімічне або гальванічне покриття (Напр., нікель, PTFE) підвищити стійкість до корозії та зменшити тертя.

Неруйнівне тестування (NDT)

Для виявлення таких дефектів, як пористість, тріщина, або включення, Виконується НК:

• Рентгенографія (Рентгенівський): Визначає внутрішні порожнечі та включення.
• Ультразвукове тестування (ЮТ): Виявляє дефекти під поверхнею товстих секцій.
• Тестування проникнення барвника (Pt): Виявляє поверхневі тріщини та пористість.

Очищення та перевірка

Нарешті, корпуси насосів очищаються для видалення залишків машинного масла, Сміття, або солі. Розміри та візуальні перевірки перевіряють відповідність специфікаціям перед складанням або відправленням.

7. Гарантія якості та тестування

Забезпечення якості (QA) має вирішальне значення для забезпечення того, щоб корпуси насосів, вилиті за моделлю, відповідали специфікаціям конструкції, стандарти продуктивності, та потреби в галузі.

Систематичний підхід до забезпечення якості поєднує перевірку розмірів, механічне випробування, і неруйнівну оцінку для виявлення дефектів і підтвердження функціональної цілісності.

Розмірний огляд

Перевірка розмірів гарантує, що корпус насоса відповідає проектним кресленням і допускам:

• Координація вимірювальних машин (CMM): Вимірювання складних геометрій, свердловина, фланці, і монтажних поверхонь з точністю ±0,01–0,05 мм.
• Вимірювальні інструменти: Мітри різьби, штепсельні датчики, і ростоміри швидко перевіряють критичні функції у виробництві.
• Вимірювання шорсткості поверхні: Підтверджує вимоги до обробки для ущільнювальних поверхонь і внутрішніх каналів (Напр., Ra ≤0,8 мкм для гідравлічних компонентів).

Перевірка механічних властивостей

Механічні випробування підтверджують, що матеріал відповідає необхідній міцності, пластичність, і твердість:

• Тестування на розтяг: Вимірює межу текучості, межа міцності на розрив, і подовження, забезпечення здатності матеріалу витримувати експлуатаційні навантаження.
• Тестування твердості: Випробування Роквелла або Віккерса підтверджують, що термообробка та обробка матеріалу досягли бажаної твердості.
• Тестування впливу (якщо потрібно): Оцінює міцність для застосувань, що піддаються коливанням навантажень або ударам.

Неруйнівне тестування (NDT)

Методи НК виявляють приховані дефекти без пошкодження деталі:

• Рентгенографія (Рентген/КТ): Визначає внутрішню пористість, включення, і порожнечі, особливо на товстих ділянках.
• Ультразвукове тестування (ЮТ): Виявляє внутрішні тріщини, порожнечі, або розшарування щільних матеріалів, таких як нержавіюча сталь і нікелеві сплави.
• Тестування проникнення барвника (Pt): Виявляє поверхневі тріщини, горілки, або тонка пористість, невидима неозброєним оком.
• Тестування магнітних частинок (Mt): Застосовується для феромагнітних сплавів для виявлення поверхневих і приповерхневих розривів.

Поширені дефекти лиття та стратегії пом’якшення

• Пористість: Зведено до мінімуму завдяки належному стробуванню, вентиляція, і контрольовані швидкості затвердіння.
• Порожнини усадки: Вирішується через конструкцію стояка та управління температурою.
• Холод закривається і неправильно: Уникайте цього, підтримуючи оптимальні температури заливки та плавний потік у складних геометріях.
• Поверхневі включення: Контролюється за допомогою сплавів високої чистоти та належних методів дегазації.

8. Переваги лиття по моделлю для корпусів насосів

• Складна геометрія: Внутрішні уривки, тонкі стінки та вбудовані втулки з мінімальною допоміжною збіркою.
• Близька форма: зменшує видалення матеріалу проти. груба обробка прутка або заготовки — часто 30–70% менше механічної обробки для складних частин.
• Висока розмірна точність & поверхнева обробка: менше вторинної обробки для багатьох функцій у порівнянні з піщаним литтям.
• Гнучкість сплаву: лиття багатьох нержавіючих і нікелевих сплавів з хорошою металургійною цілісністю.
• Гнучкість виробництва від малого до середнього: інструменти для воскових візерунків є відносно недорогими порівняно з. великі штампи, забезпечуючи економічний цикл від прототипів до тисяч деталей.

9. Обмеження та виклики

• Вартість дуже великих деталей: вище певних розмірів (часто >100 кг) лиття по моделлю стає неекономічним порівняно з литтям у пісок або виготовленням/зварюванням.
• Час: шаблонний інструмент, Будівництво і стрільба снарядів додають час виконання — терміни прототипу зазвичай вимірюються тижнями.
• Ризик пористості в товстих перерізах: товсті виступи або великі поперечні перерізи вимагають ретельного литування, озноб або сегментування, щоб уникнути усадки.
• Оздоблення поверхні та допуски залежать від системи оболонки: досягнення ультратонкого покриття або надзвичайно жорстких допусків як лиття вимагає високоякісних керамічних систем і контролю процесу.

10. Промислові програми

Корпуси насосів, виготовлені за виплавлюваними моделями, використовуються в широкому спектрі галузей завдяки своїм можливості складної геометрії, Матеріальна універсальність, і висока розмірна точність.

Цей процес дозволяє інженерам проектувати оптимізовані гідравлічні канали, тонкі стіни, і вбудовані монтажні функції, які покращують ефективність насоса та довговічність.

Насоси для хімічної обробки

• Навколишнє середовище: Корозійні рідини, такі як кислоти, їдкі речовини, і розчинники.
• Використані матеріали: Нержавіючі сталі (316Л, дуплекс) і нікелевих сплавів (Хастеллой, Юнель).
• Обґрунтування: Лиття за виплавленими моделями забезпечує складні внутрішні канали, мінімізація турбулентності та забезпечення рівномірного потоку, критичний для надійності хімічного процесу.

Водяні та каналізаційні насоси

• Навколишнє середовище: Накачування великих обсягів, абразивні завислі речовини, і змінні рівні pH.
• Використані матеріали: Бронза, Дуплексна нержавіюча сталь, та корозійностійкі чавуни.
• Обґрунтування: Тонкостінні, гладкі внутрішні проходи зменшують засмічення та втрати енергії, підвищення ефективності муніципальних і промислових систем водопостачання.

Морські та морські насоси

• Навколишнє середовище: Експозиція солоної води, робота під високим тиском, і циклічні механічні навантаження.
• Використані матеріали: Мідні сплави (морська латунь, бронза), Дуплексні нержавієві сталі.
• Обґрунтування: Стійкість до корозії та біообростання є критичною; лиття по виплавлюваним моделям забезпечує безшовність, складна геометрія для скорочення обслуговування та збільшення терміну служби.

Нафта & Газові та енергетичні насоси

• Навколишнє середовище: Високотемпература, рідини під високим тиском, і вуглеводневі середовища.
• Використані матеріали: Високонікелеві сплави (Юнель, Хастеллой), нержавіюча сталь, і сплави на основі кобальту.
• Обґрунтування: Лиття за моделлю підтримує високоміцні матеріали та точні допуски, необхідні для критичних застосувань, таких як змащування турбін, хімічна ін'єкція, і морське буріння.

Спеціальні та спеціальні насоси

• Навколишнє середовище: Лабораторія, фармацевтичний, або харчових продуктів, що вимагають гігієнічних і точних характеристик.
• Використані матеріали: Нержавіюча сталь (304, 316Л), титан, або нікелеві сплави.
• Обґрунтування: Гладкі поверхні, Тісні допуски, а складна геометрія, досягнута за допомогою лиття по виплавленим моделям, забезпечує мінімальний ризик забруднення та відповідність нормативним стандартам.

11. Порівняльний аналіз

12. Висновок

Корпус насоса для лиття по моделлю поєднує свободу дизайну з металургійною цілісністю, що робить їх чудовим вибором для багатьох застосувань із транспортуванням рідин, особливо зі складною внутрішньою геометрією, потрібні екзотичні сплави або жорсткі допуски.

Успіх залежить від раннього планування кастингу, усвідомлений вибір матеріалу, ретельний контроль процесу (заливання, обстріл, термічна обробка), і надійні програми QA/NDT.

Для критичних насосних систем — морські, хімічна промисловість або виробництво електроенергії — лиття за виплавленими моделями може бути надійним, економічні компоненти, якщо вони визначені та виконані правильно.

 

Поширені запитання

Який максимальний розмір корпусу насоса можна відлити за виплавкою?

Типова цехова практика коливається до ~50–100 кг на деталь, але практичний максимум залежить від можливостей ливарного виробництва та економіки.

Дуже великі корпуси насосів частіше виготовляють шляхом лиття в пісок або виготовлення/зварювання.

Скільки припуску на обробку я повинен розрахувати на лиття за моделлю?

Дозволяти 0.2–2,0 мм залежно від критичності та точності оболонки. Вказуйте жорсткіші допуски лише там, де ливарне виробництво гарантує точні оболонки.

Який матеріал найкращий для корпусів насосів для морської води?

Дуплексні нержавіючі сталі та вибрані мідно-нікелеві сплави є поширеним вибором завдяки чудовій стійкості до хлоридної точкової корекції та ефективності біообростання; остаточний вибір залежить від температури, швидкість і умови ерозії.

Який типовий час виконання робіт для литого корпусу насоса?

Зазвичай займають невеликі виробничі партії 4–8 тижнів від затвердження зразка до готових деталей; окремі прототипи можуть бути швидшими за допомогою 3D-друкованих шаблонів, але все одно вимагають розкладу снарядів і розплавлення.

Як визначити критерії прийнятності для пористості?

Використовуйте галузеві стандарти НК (рентгенографія, КТ, ЮТ) і визначте рівні прийнятності у відсотках пористості за об’ємом або за допомогою контрольних зображень.

Критичні корпуси насосів, що підтримують тиск, часто потребують пористості <0.5% за об'ємом і радіографічною прийнятністю за стандартом замовника.