阀门铸造工艺

1铸造工艺简介浦任祖2009-09-0222阀门铸造工艺第一节铸造的概述及特点一、何为铸造：将液体金属浇到具有与零件形状相适应的铸型空腔中，待其凝固后，以获得一定形状尺寸和表面质量的零件的产品，称之为铸造。二、铸造概述：铸造具有悠久的历史，约在公元前三千年，人类已铸出多种精美的青铜器。但几千年来是靠手工用粘土、砂等天然材料制造的。铸件的产量很小，随着工业革命的发展，机械化的增加，铸件需求量的提高，在20世纪30年代开始使用气动机器和人工合成造型的粘土砂工艺生产。随着时代的发展，各类造型方法应运而生。例如：1933年出现水泥砂型，1967年出现水泥流态砂型；1944年出现冷却覆膜树脂砂壳型；1955年出现热法覆膜树脂砂壳型，1958年出现呋喃树脂自硬砂型；1947年出现CO2硬化水玻璃砂型，1968年出现了有机硬化剂的水玻璃（有机脂水玻璃）工艺等。近年来，用物理手段制造铸型的新方法，如：磁丸造型，真空密封造型法，失膜造型等。铸造由于可选用多样成分、性能的铸造合金，加工基本建设投资小，工艺灵活性大，生产周期短等优点，被广泛用于机械制造、矿山冶金、交通运输、石化通用设备、农业机械、能源动力、轻工纺织、土建工程、电力电子、航天航空、国际军工等国民经济各部门，是现代大机械工业的基础。3铸造在中国已有漫长的历史，但铸造技术长期处于停滞状态，改革开放以来，我国的铸造技术有了很大的发展，突出的表现在三个方面：造型、造芯的机械化、自动化程度明显提高；自硬性化学型砂取代干型粘土砂和油砂；铸造工艺技术由凭经验走向科学化，如：计算机模拟设计。这一系列的改革对提高生产效率，降低劳动强度，改善生产环境，提高铸件内在质量和外观质量，节约原材料和能源起了重大的作用。三、铸造特点：1、铸造的适应性很广，灵活性很大，产品要求及所处各种工况，可制造多种金属材料的产品，如：铁、碳素钢、低合金钢、铜、铜合金、铝、铝合金、钛合金等等。与其他成型方式相比，铸造不受零件的重量、尺寸和形状限制。重量可从几克到几百吨，壁厚由0.3mm到1m，形状只要在铸造工艺性范围内，是十分复杂的，还是机械加工困难的，甚至难以制得的零件，都可通过铸造的方式获得。2、铸造所用的原材料大多来源广，价格低廉，如废钢、砂等。但由于近期国内铸造和钢铁业大量兴起，这些原材料价格出现上涨。3、铸件可通过先进的铸造工艺方法，提高铸件的尺寸精度和表面质量，使零件做到少切割和无切割。对产品制造达到省工省料的效果，节约总体的制作成本。4四、铸造存在问题：1、我国大多数铸造企业，其铸造工艺落后，机械化程度低，从而使铸件的尺2、寸精度低、表面质量差、能源和原材料消耗高、生产效率低、劳动强度大、环境污染严重、企业效益差。3、铸造是一个高危行业，同时又是一个苦、脏、累的工作，行业效益差，留不往人。不论技术人员还是具体的操作者都很难寻，后继无人的现象十分突出。4、铸造工序较多，流程长，对产品质量难以控制、废品率较高，近期合金价格和人工费上涨，铸件成本大幅上升。第二节核电阀铸造工艺核电阀门铸造零件考虑其使用的特殊性和使用要求，为稳定铸件的工艺质量，所以对铸件的铸造工艺流程、材料、工艺、质量控制有严格的规定。5一．核电阀铸造工艺流程冶炼←铸造工艺设计→木模制作↓↓成分控制型砂试验造型温度控制配模↓浇铸↓冒口切割↓粗清整↓→打磨↑↓补焊←射线探伤↓渗透或磁粉探伤↓热处理↓渗透或磁粉探伤↓喷丸（喷砂）→不锈钢酸洗钝化↓↓入库←二．铸造工艺方案根据产品结构、大小及技术要求制定铸造方式。制造方式通常分为两种：砂铸和精铸。6砂铸：有粘土砂、树脂砂（呋喃、碱性酚醛、聚尿烷）、水玻璃砂〔CO2法硬化法、VRHC真空CO2置换太热空气硬化法（脱水硬化）、硅酸二钙和赤泥等粉状硬化剂的自硬砂、有机酯硬化〕。精铸：又称之为特种铸造。有熔膜铸造（失蜡铸造）、陶瓷型铸造、金属型铸造、压力铸造、离心铸造、真空吸铸、磁性铸造、壳型铸造、实型铸造（消失膜铸造）等约12种。根据企业所具备的生产条件确定铸造方式。三．砂铸铸造工艺1、型砂型（芯）砂质量对铸件质量有很大的影响，如：砂眼、气孔、夹砂、裂纹等缺陷的产生常是由于型砂质量不合格所致。型砂性能对铸件质量的影响：型砂应具备如下性能：（1）强度在外力作用下，其不易被破坏的性能称为强度。这种性能在铸型制造、搬运以及液体金属冲击和压力作用下，不发生变形、损坏是非常重要的，否则会造成塌箱、冲砂和砂眼等缺陷。（2）透气性型砂由于各砂粒间存在空隙，具有能使气体透过的能力称为透气性。（3）耐火度型砂在高温金属液作用下不软化、熔化的性能。当耐火度不足时，砂粒将烧融而粘在铸件表面形成一层硬皮，使切削时加快儀具磨损。因此粘砂严重时，也会使铸件报废，为弥补型砂耐火度不足，在铸型型腔表面刷一层涂料。7（4）退让性型（芯）砂具有随着铸件的冷却收缩而被压缩其体积的性能，浇注后，型砂高温强度愈低，退让性愈好，铸件所受机械阻力也小。铸件内应力减小；反之收缩受阻，内应力大，甚至产生裂纹。除此之外，还有回用性、发气量，对于树脂砂还有微粉、烧减量、碱性树脂的残碱量等等。2、型砂的分类：按照粘结剂的不同，型砂可分为：（1）粘土砂（2）水玻璃砂（3）树脂砂(4)油砂及合脂砂。树脂砂工艺是铸造工艺上的一次大变革，它采用“树脂”作为粘洁剂，使铸造工艺在各个方面都上了一个台阶。树脂砂工艺的种类很多如壳芯，热芯盒、冷芯盒，自硬砂等等。我们采用的是“呋喃树脂自硬砂工艺”。呋喃树脂自硬砂工艺不仅适用大批量的机械化生产，同时也适用于单件、多品种、小批量生产，它同传统粘士砂比较它具有如下优点：生产铸件尺寸精度高，表面粗糙度低，节省能源，提高劳动生产率，改善工人劳动条件，旧砂回用率高，对环境污染小等等。该工艺自八十年引入中国，尤其是生产线投入，相关技术原材料问题的解决。在我国发展很快，尤其在机床、造船、重机、电工等行业，所使用都取得较好的成果。但其也有本身的局限性，在浇注碳钢薄壁铸件时，因其高温强度较高，故极易产生裂纹缺陷。这一点对于核电阀门来讲是绝对不和行，同时也8有一个铸件表面渗碳问题，对生产超低碳不锈钢最好不要采用该工艺。3、造型方法：造型方法分为手工造型和机器造型：手工造型适用于单件，小批量生产。按砂箱特征可分为：两箱、三箱、地坑、脱箱几种。按模型特征可分为：整模、挖砂、假箱、活块、分模、车板等。四．铸造工艺图的制定：铸造生产的第一步，是根据零件的结构特点、技术要求、生产批量及生产条件等，来确定其铸造工艺方案，并绘制铸造工艺图。铸造工艺图是利用各种工艺符号和颜色，把制造模型和铸型所需的资料直接绘在零件图上的图样。图中应有:铸件的浇注位置，分型面，型芯的数量形状、尺寸及其固定方法、机械加工余量、拔模斜度和收缩率，浇口、冒口、冷铁的尺寸和位置等。1.浇注位置的选择原则：铸件的浇注位置是指浇注时铸件在铸型中所处的位置，这个位置对铸件质量有很大影响，选择浇注位置应考虑如下原则：把铸件的重要部位和易产生缺陷的部位放在最有利的位置。（1）铸件的重要加工面或主要工作面应朝下或朝侧面，因为铸件上表面的缺陷（如砂眼、气孔、夹渣等）通常比下部多，组织也不如下面致密。如果这些平面难以做到朝下，则尽力使其位于侧面。当铸件的重要加工面有数个时，则应将较大的面朝下，并对朝上的表面采用加大加工余量的办法来保证铸件质量。9图3-1为阀体铸件的浇注位置方案。由于法兰面、密封面是关键表面，不允许有任何表面缺陷，而且要求组织均匀致密，因此，最理想是将这些面朝下浇注，但针对阀体又不可能，故只得采用如图的方案，将其放置于侧面。图3-1阀体的浇注位置图3-2法兰浇注位置方案图3-2是法兰的浇注位置方案。因为法兰圆周表面的质量要求比较高，不允许有铸造缺陷。如果采用卧浇，虽然便于采用二箱造型，且合箱方便，但上部圆周表面的质量难以保证。若采用图中所示的立浇方案，虽然造型、合箱的工作量加大，但法兰的全部圆周表面均处于侧面，其质量均匀一致，易于获得合格铸件。（2）铸件的大平面应朝下。这是由于在浇柱过程中，高温的液态金属对型腔上表面有强烈的热幅射，有时型腔上表面型砂因急剧地热膨胀而拱起或开裂，使铸件表面产生夹砂缺陷。很明显，呈水平位置的平面愈厚大，上表面愈易产生夹砂。为此，对于平板类铸件，要使大平面朝下（图3-3）。10图3-3阀瓣的浇注位置图3-4薄件的浇注位置（3）为防止铸件上大面积薄壁部分产生浇不足或冷隔缺陷，应尽量将大面的薄壁部分放在铸型的下部或垂直、倾斜，这对于流动性差的合金尤为重要。图3-4为油盘类铸件的合理浇注方案，此时，平面处液体金属的压力比平面在上部高得多，液体金属易于填满铸型。（4）铸件易形成缩孔的的热节部位，浇注位置将其设置在分型面附近的上部或侧面，这样便于在铸件厚处直接安置冒口，使之自下而上的顺序凝固、进行补缩，以防止缩孔。如上述法兰铸件（图3-2），厚端放在上部是合理的；反之，若厚端在下部，则难以补缩。（5）应能减少型芯的数量，便于型芯的固定和排气。2、铸型分型面的选择原则铸型分型面的选择也是铸造的工艺是否合理的重要关键之一。如果选择不当，铸件质量难以保证，并使制模、造型、制芯、合箱，甚至切削加工等工序11复杂化。因此，分型面的选择要在保证铸件质量的前提下，尽量简化工艺，节省人力物力。实践证明，分型面的选择应考虑如下原则：（1）应使铸型有最少的分型面，并尽可能为整形造型或分一个分型面。因为多一个分型面，铸型就多增加一些误差，使铸件的精确度降低。如果铸件只有一个分型面，就可采用工艺简便的两箱造型方法。图3-5为阀盖铸件，在大批量生产时，为能在造型、合箱过程中方便操作，采用图中I的分型方式，只有一个分型面。图3-5阀盖铸件的分型面必须指出，实际选定分型面时要从实际出发，对一些大而复杂或具有特殊要求的铸件，有时采用二个以上的分型面，反而有利于保证铸件质量和简化工艺。（2）分型面的选择应尽量使型芯和活块数量少，以使制模、造型和合箱等工序简化。（3）应尽量使铸件全部或大放在同一砂箱内，这样易于保证铸件精度。若铸件的加工面多，也应尽量使其加工基准面与大部分加工面在同一砂箱内。12图3-6为一阀瓣铸件的两种分型方案。图中方案使铸件整个位于一个砂箱中，有利于保证相互位置，有利于保证上下同心。图3-6阀瓣铸件（4）为便于造型、下芯、合箱及检验铸件壁厚，应尽量使型腔及主要型芯位于下箱。但下箱型腔也不宜过深，并力求避免使用吊芯和大的吊砂。（5）分型面尽量采用平直面，以简化模具制造及造型工艺。（6）充分利用砂箱高度。上述几项原则，对于具体铸件说来，往往彼此矛盾，难以全面符合。因此，在确定浇注位置和分型面时，要全面考虑，注意抓住主要矛盾，至于次要矛盾则应从工艺措施上设法解决。133、工艺参数的确定为了绘制铸造工艺图，在铸造方案确定以后，还须选择如下工艺参数：（1）机械加工余量铸件为进行机械加工而加大的尺寸称为机械加工余量。其大小取决于合金的种类、铸件的尺寸、生产批量、加工面与基准面的距离、加工面在浇注时的位置等。铸钢件因浇注温度高，铸件表面不够平整，加工余量应比较大；大批量生产时，因采用机械造型，工艺装备完整，故其加工余量可小；而单件、小批生产时，因手工造型误差大，加工余量也相应加大。表3-1所示为我公司常规机械加工余量放置量。表3-1机械加工余量（mm）加工面与基准面的距离（mm）铸件最大尺寸（mm）浇注时位置5050~120120~260260~500500~800800~1250顶面3.5~4.54.0~4.5120底、侧2.5~3.53.0~3.5顶面4.0~5.04.5~5.05.0~5.5120~260底、侧3.0~4.03.5~4.04.0~4.5顶面4.5~6.05.0~6.06.0~7.06.5~7.0260~500底、侧3.5~4.54.0~4.54.5~5.05.0~6.0顶面5.0~7.06.0~7.06.5~7.07.0~8.07.5~9.0500~800底、侧4.0~5.04.5~5.04.5~5.05.0~6.05.5~7.0顶面6.0~7.07.0~7.07.0~8