1. Įvadas
Išcentriniai siurbliai yra dominuojanti skysčių transportavimo įrangos kategorija pramoninėse sistemose, sudaro daugumą siurblių įrenginių visame pasaulyje.
Darbo parametrams didėjant, siekiant didesnio slėgio, temperatūra, ir atsparumas korozijai, siurblių korpusai turi atitikti vis griežtesnius mechaninius ir metalurgijos standartus.
Siurblio korpusas yra pagrindinė konstrukcijos dalis, atsakinga už slėgio sulaikymą, srauto kanalo formavimas, ir mechaninė atrama.
Didelėms Nerūdijantis plienas siurblio korpusai, masyvių matmenų derinys, sudėtingos vidinės ertmės, o lokalizuotos storos dalys ypač apsunkina defektų kontrolę.
Tradiciniais empiriniais proceso projektavimo metodais dažnai sunku patikimai pašalinti su susitraukimu susijusius defektus, todėl gali būti per didelės proceso maržos arba maža išeiga..
Tobulėjant liejimo modeliavimo technologijoms, tapo įmanoma numatyti ir kontroliuoti užpildymo ir kietėjimo elgesio raidą prieš pradedant gamybą.
Šiame tyrime skaitmeninis modeliavimas naudojamas kaip pagrindinis projektavimo įrankis ir derinamas su metalurgijos principais bei praktine liejyklos patirtimi, kad būtų sukurtas tvirtas didelio nerūdijančio plieno išcentrinio siurblio korpuso liejimo procesas..
2. Struktūrinių charakteristikų ir medžiagų elgsenos analizė
Siurblio korpuso struktūrinis sudėtingumas
Ištirtas siurblio korpusas yra didelis, tuščiaviduriai, sukimosi simetriškas komponentas su keliais susikertančiais paviršiais ir sudėtingais vidiniais srauto kanalais.
Korpuse yra išplėstos šoninės dalys, sustiprinti flanšai, ir simetriškai išdėstyti kėlimo antgaliai.
Tarp srauto kanalų regionų ir konstrukcijos sutvirtinimo zonų sienelių storis labai skiriasi.
Šoninių sienų ir galinių paviršių sankirtos sudaro tipiškus šiluminius karštus taškus, kurie linkę kietėti paskutiniai ir yra labai jautrūs susitraukimo defektams, jei jie netinkamai maitinami.
Nerūdijančio plieno kietėjimo charakteristikos
Pasirinkta nerūdijančio plieno rūšis pasižymi dideliu lydinio kiekiu ir plačiu kietėjimo temperatūrų diapazonu.
Aušinimo metu, lydinys ilgą laiką išlieka pusiau kietas, dėl to ribotas maitinimo laidumas ir sumažėjęs skysto metalo judrumas vėlyvose kietėjimo stadijose.
Be to, nerūdijantis plienas pasižymi santykinai dideliu tūriniu susitraukimu, palyginti su angliniu plienu.
Dėl šių metalurginių savybių reikalingas liejimo procesas, užtikrinantis stabilų užpildymą, kontroliuojami temperatūros gradientai, ir efektyvus šėrimas per visą kietėjimo seką.
3. Formų sistemos parinkimas ir liejimo schemos optimizavimas
Pelėsių medžiaga ir aušinimo charakteristikos
Derva smėlio liejimas technologija buvo pasirinkta dėl jos tinkamumo dideliems ir sudėtingiems liejiniams.
Palyginti su metalinėmis formomis, dervos smėlio formos užtikrina geresnę šilumos izoliaciją ir lėtesnį aušinimo greitį, kuris padeda sumažinti nerūdijančio plieno liejinių šiluminį įtempį ir įtrūkimų tendencijas.
Formų sistema taip pat suteikia lankstumo montuojant šerdį ir leidžia tiksliai kontroliuoti formos standumą ir pralaidumą, kuri yra būtina matmenų tikslumui ir dujų pašalinimui užtikrinti.
Išpylimo orientacijos įvertinimas
Kelios pylimo kryptys buvo įvertintos užpildymo stabilumo požiūriu, šėrimo efektyvumas, ir defektų prevencija.
Buvo nustatyta, kad horizontalios liejimo konfigūracijos sukuria keletą izoliuotų karštųjų taškų, ypač viršutinėse dalyse, kurias sunku efektyviai maitinti.
Galiausiai buvo pasirinkta vertikali liejimo orientacija, nes jis dera su kryptingo kietėjimo principu.
Šioje konfigūracijoje, pirmiausia sukietėja apatinės liejinio dalys, o viršutiniai karštųjų taškų regionai lieka prijungti prie maitinimo šaltinių, žymiai pagerina šėrimo patikimumą ir defektų kontrolę.
4. Vartų sistemos projektavimas ir užpildymo optimizavimas
Dizaino principai
Užtvarų sistema buvo sukurta siekiant greito, bet stabilaus užpildymo, minimali turbulencija, ir veiksminga įtraukimo kontrolė.
Buvo išvengta per didelio metalo greičio ir staigių srauto krypties pokyčių, kad būtų išvengta šlako įsiskverbimo ir formos paviršiaus erozijos..
Apačios išpylimo konfigūracija
Maitinamas iš apačios, buvo priimta atviro tipo vartų sistema. Išlydytas metalas patenka į formos ertmę iš apatinės srities ir sklandžiai kyla į viršų, leidžiantis orui ir dujoms išstumti aukštyn ir efektyviai ištraukti.
Šis užpildymo režimas žymiai sumažina srauto turbulenciją ir skatina vienodą temperatūros pasiskirstymą pildymo metu, Tai ypač naudinga dideliems nerūdijančio plieno liejiniams, kurių liejimo laikas yra ilgas.
5. Šėrimo sistemos projektavimas ir šilumos valdymo strategija
Kritinių karštųjų taškų nustatymas
Skaitmeninio modeliavimo rezultatai aiškiai nustatė galutines kietėjimo sritis šoninių sienelių ir galinių paviršių sankirtose.
Šios sritys buvo patvirtintos kaip pagrindiniai šėrimo ir šilumos kontrolės tikslai.
Stovo konfigūracija ir funkcionalumas
Viršutinių ir šoninių aklų stovų derinys buvo sukurtas siekiant patenkinti tiek pasaulinius, tiek vietinius maitinimo poreikius.
Viršutinis stovas buvo pagrindinis maitinimo šaltinis ir taip pat palengvino dujų pašalinimą, o šoniniai stovai pagerino šėrimo prieigą prie šoninių karštųjų taškų.
Stovo geometrija ir išdėstymas buvo optimizuoti, kad būtų išlaikytas pakankamas padavimo laikas ir būtų užtikrinta, kad galutinis sukietėjimas įvyktų stovuose, o ne liejimo korpuse..
Taikymas šaltkrėtis
Išoriniai šaltkrėtis buvo strategiškai išdėstyti šalia storų sekcijų, kad būtų paspartintas kietėjimas ir būtų sukurti palankūs temperatūros gradientai.
Koordinuotas šaltkrėtis ir stovų naudojimas veiksmingai skatino kryptingą kietėjimą ir apsaugojo nuo izoliuotų karštų taškų.
6. Skaitinis modeliavimas ir daugiamatė analizė
Formos užpildymo elgsenai įvertinti buvo naudojama pažangi liejimo modeliavimo programinė įranga, temperatūros raida, kietosios frakcijos vystymasis, ir jautrumas defektams.
Modeliavimo rezultatai parodė stabilų užpildymo procesą su lygiu metaliniu priekiu ir be srauto atsiskyrimo ar sąstingio požymių..
Kietėjimo metu, liejinys demonstravo aiškų kietėjimo modelį iš apačios į viršų.
Susitraukimo poringumo prognozės parodė, kad visi galimi susitraukimo defektai apsiribojo stovais ir užtvarų sistema, paliekant liejimo korpusą be vidinių defektų.
Šiluminių įtempių ir įtrūkimų tendencijų analizė parodė, kad įtempių lygis išliko priimtinose ribose, toliau patvirtinti proceso plano tvirtumą.
7. Apdirbamumas ir našumas po liejimo
Liejimo kokybė tiesiogiai veikia vėlesnį apdirbimo efektyvumą ir komponentų veikimą.
Vidinių susitraukimo defektų ir paviršiaus netolygumo nebuvimas sumažina įrankių susidėvėjimą, apdirbimo vibracija, ir laužo rizika apdailos darbų metu.
Be to, tolygus kietėjimas ir kontroliuojamas aušinimas prisideda prie homogeniškesnių mikrostruktūrų ir liekamųjų įtempių pasiskirstymo, kurios pagerina matmenų stabilumą apdirbimo ir aptarnavimo metu.
Tai ypač aktualu siurblių korpusams, kuriuose reikia tiksliai sureguliuoti flanšus ir srauto kanalus, kad būtų išlaikytas hidraulinis efektyvumas.
8. Liekamojo streso kontrolė ir paslaugų patikimumas
Liekamoji įtampa yra esminis veiksnys, turintis įtakos ilgalaikiam didelių nerūdijančio plieno siurblių korpusų patikimumui.
Per dideli šiluminiai gradientai kietėjimo metu gali sukelti didelius vidinius įtempius, padidina iškraipymų ar įtrūkimų tikimybę terminio apdorojimo ir aptarnavimo metu.
Kombinuotas dervos smėlio formų naudojimas, dugno liejimas, ir kontroliuojamas aušinimas skatina laipsnišką temperatūros kitimą liejimo metu.
Šis metodas veiksmingai riboja liekamojo streso kaupimąsi ir sumažina agresyvių po liejimo streso mažinimo procedūrų poreikį., taip pagerinant konstrukcijos patikimumą per visą komponento tarnavimo laiką.
9. Bandomoji gamyba ir patvirtinimas
Remiantis optimizuotais proceso parametrais, buvo atliktas pilno masto bandomasis kastingas.
Pagamintas siurblio korpusas turėjo aiškiai apibrėžtus kontūrus, Lygūs paviršiai, ir jokių matomų paviršiaus defektų.
Vėlesni neardomieji bandymai ir apdirbimo patikrinimai patvirtino puikų vidinį tvirtumą ir matmenų stabilumą.
Bandymo rezultatai labai atitiko modeliavimo prognozes, parodantis didelį siūlomo liejimo proceso patikimumą ir praktinį pritaikomumą.
10. Išvados
Šiame tyrime pateikiamas išsamus didelio nerūdijančio plieno išcentrinio siurblio korpuso liejimo proceso dizainas ir optimizavimas..
Darbe integruota struktūrinė analizė, medžiagos kietėjimo elgesys, formų ir liejimo schemos pasirinkimas, vartų sistemos konfigūracija, ir maitinimo optimizavimas.
Formos užpildymui analizuoti buvo panaudota pažangi skaitmeninio modeliavimo technologija, temperatūros raida, ir kietėjimo charakteristikos, leidžiantis tikslingai tobulinti procesą.
Bandomoji gamyba, pagrįsta optimizuotu procesu, parodė puikų paviršiaus vientisumą ir vidinį tvirtumą, patvirtinantis siūlomo metodo veiksmingumą ir patikimumą.
Tyrimas suteikia sistemingą ir praktinį pagrindą didelių gabaritų gamybai, aukštos kokybės nerūdijančio plieno siurblių korpusai.
