灰铸铁刀闸阀铸件变形问题的解决.pdf

一9 5 6 铸 造 F OUNDRY Se p ． 2 0 1 0 Vo I ． 5 9_N 9 灰铸铁刀闸阀铸件变形 问题 的解决 杨宝宏 ，顾学明 1 ． 德国依博罗阀门上海办事处，上海 2 0 0 0 5 1 ；2 ． 常州钜苓铸造有限公司，江苏常州 2 1 3 1 1 5 摘要刀闸阀铸件结构复杂， 壁厚分布不均匀，理论上容易产生热应力变形缺陷；铸件内腔毛坯尺寸公差为C T 7 ，普通 手工树脂砂造型工艺很难满足此公差要求。在采用平作立浇工艺、激冷覆膜砂制芯、控制铁液浇注温度和化学成分等措 施的基础上，研究了铸件收缩量和浇注温度、铸件壁厚的关系。铸件收缩量与浇注温度成反比，与铸件壁厚成正比例关 系。根据研究结果采取针对性改进措施，有效地解决了铸件变形问题，保证铸件内腔尺寸公差满足图纸设计要求。 关键词 刀闸阀；阀体；铸铁件 ；树脂砂手工造型 中图分类号 T G 2 5 1 文献标识码B 文章编号 1 0 0 1 4 9 7 7 2 0 1 0 0 9 0 9 5 6 0 3 So l v i n g o f De f o r ma t i o n o f Gr e y I r o n Kn if e Ga t e Va lv e Bo d y Ca s t i n g Y ANG Ba o h o n g ’ ， GU Xu e mi n g 1 ． E B R O AR MAT UR E N B e Jj i n g C o ． ， L t d ． ， S h a n g h a i o ff i c e ， S h a n g h a i 2 0 0 0 5 1 ， C h i n a ； 2 ． Ch a n g z h o u J u l i n g F o u n d r y C o ． ， L t d ． ， C h a n g z h o u 2 1 3 1 1 5 ， J i a n g s u ， C h i n a Ab s t r a c t K n i f e g a t e v a l v e b o d y c a s t i n g h a s c o mp l i c a t e d s t r u c t u r e a n d b i g d i ff e r e n c e j n wa l I t h i c k n e s s ． Th e r ma l d e f o lr ma t i o n d e f e c t j S e a s y t o O c c u r j n t h e o r y ． Ca s t i n g j n s id e c a v i t y t o l e r a n c e j S CT7 ． wh i c h i S d i 仟 i c u l t t o a c h i e v e b y n o r ma I r e s i n b o n d e d s a n d h a n d mo l d i n g me t h o d．B a s e d o n h o r i z o n t a l mo l d i n g a n d v e r t i c a l p o u r i n g t e c h n o l o g y ， c h i l l i n g r e s i n c o a t e d s a n d c o r e ma k i n g ， p o u r i n g t e mp e r a t u r e a n d c h e mi c a I c o mp o s it io n c o n t r o l l i n g ，e t c ，r e la t i o n s h i p s b e t we e n c a s t i n g c o n t r a c t i o n a n d p o u r i n g t e mp e r a t u r e＆ c a s t i n g wa l I t h i c k n e s s we r e s t u d i e d． Ca s t i n g s c o n t r a c t i o n i S i n i n v e r s e p r o p o r t i o n t o p o u r i n g t e mp e r a t u r e wh i l e d i r e c t p r o p o r t i o n t o wa l I t h i c k n e s s 。 Th e d e f o r ma t io n d e f e c t wa s e ff e c t i v e l y s o l v e d a c c o r d i n g t o a b o v e c o n c l u s i o n ．Ca s t i n g i n s i d e c a v it y t o l e r a n c e c a n me e t d e s i g n n g mq u i t e me n t s ． K e y w o s k n } I _e g a t e v a l v e ； v a lv e b o d y ； i r o n c a s t i n g ； r e s i n b o n d e d s a n d h a n d mo l d i n g 刀闸阀铸件 ，材料为H T 2 5 0 ，铸件质量3 0 ，轮 廓尺寸为5 2 0 m mx 3 7 2 mmx 1 4 8 mm，最大壁厚7 8 m m， 最小壁厚 1 0 mm，铸件结构及尺寸见 图1 。阀门工作 时 ，闸板在宽度方 向上通过盘根与阀体配合 以起到密 封作用 。为保证阀体关 闭时的密封要求 ，图纸要求内 腔3 2 2 mi l l 公差为 0 ，1 ． 5 mlT 1 ，相 当于E N I S O 8 0 6 2 B 图1 D N3 0 0 刀闸阀阀体铸件结构示 意图 Fi g l St r u c t u r e s c h e ma t i c o f DN3 0 0 k n i f e g a t e v a l v e b o d y C T 7 级。铸件采用树脂砂手工造型、热芯盒制芯及3 t 中频炉熔炼工艺生产 。铸件精加工后用三坐标检测内 腔尺寸。 1 改进前的质量问题 由于内腔尺寸公差等级高 ，铸件内腔尺寸极容易 超差 ，尺寸超差有两种结果 ①内腔尺寸小于下公差， 装配时闸板无法安装到位 ，阀体直接报废 ；② 内腔尺 寸大于上公差 ，装配时阀板 比较容易安装 ，但阀体密 封性水压测试时，压力上升到1 2 b a r 时，阀体泄露 ，不 能满足密封性检测要求。 出现该缺陷后 ，曾试着从改变内浇道引入方式 、内 腔芯盒采取反变形等各种方式来解决 ，但并没有达到 预期效果 ；采取纯数理统计的方法，寻找铸件变形规 律 ，从而采取改进措施 的方式也未能凑效；整个试制 过程长达数年 ，铸件合格率在 1 0 ％左右。2 0 1 0 年共测 量 1 5 件 ，三坐标测量的铸件内腔尺寸见表l 。铸件尺寸 全部超差，这些数据在阀体中的测量位置如图2 所示。 收稿日 期 2 0 1 0 0 6 - 1 3 收到初稿，2 0 1 0 0 6 3 0 收到修订稿。 作者简介杨宝宏 1 9 7 4 - ，男 ，工程师，主要研究方向为进口阀门承压铸件的国产化开发。电话 0 2 1 6 2 3 5 0 3 5 7 ，E - ma i l B ruc e ． _y b h 1 6 3 ．c o rn 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 铸 造 杨宝宏等 灰铸铁刀闸阀 铸件变形问 题的 解决 ． 9 5 7． 注 带 的为超差尺寸 ，1 0 0 2 2 2 ，1 0 0 3 1 8 ，1 0 0 4 1 9 分别为3 个批次 。 B- hr 图2 D N3 0 0 刀闸 阀铸件 内腔尺寸测量位置 括弧 内数据6 0，2 0 0 及 3 1 0 为8 1 ，8 2 和8 3 尺寸 的测量位置 Fi g ． 2 DN3 0 0 b o d y c a s t i n g i n s i d e c a v i t y d i m e ns i o n m e a s u r e me n t p o s i t i o n s 分析这些数据发现 ，在图2 所示 的钡 0 量位置范 围 内，铸件内腔尺寸 3 2 2 mm要么两头小中间大，要 么两头大中间小 ，呈无规律性 的变化 。 2 内腔变形 问题质量改进方法 2 ． 1 铸件 内腔变形 问题原因分析 液态合金在凝固和冷却过程 中，在固态收缩阶段 从凝固终止温度 到室温间的收缩铸件体积收缩随 温度下降呈线性关系。这个关系决定了铸件的 “ 缩尺” 大小。铸件体积随温度变化 曲线见图3 E ” 。 图3 铸 件体积随温度变化曲线 Fi g ． 3 Ca s t i n g v o l u me vs ． t e mpe r a t u r e c u r v e 该 阀体 壁 厚 差异 较 大 。 内腔 砂 芯轮 廓 尺 寸为 4 6 0 mm 3 2 2 mmx l 4 mm。阀体中央部位 壁厚7 8 m m 与法兰 部位 壁厚2 0 mm 通过壁厚 为 1 0 mm的空腔相 连接 。由于铸件结构的复杂性 ，造成铸件各部分冷却 速度不同 ，线收缩程度大小各异。而常规铸造工艺设 计时采用同一个缩尺 的方法不能满足C T 7 的要求 。所 以，该问题需要从研究浇注温度和壁厚对铸件 收缩量 的影 响程度方 面来解决 。 2 ． 2工艺改进过程及结果分析 2 ． 2 ． 1 工艺改进过程简介 为研究浇注温度对铸件收缩量的影响，在试制时 ， 首先选择恰当的铁液化学成分 ，保证碳当量在4 ． 2 0 ％～ 4 ． 4 0 ％，共晶度在0 ． 9 0 ～ 1 ． 0 5 ，这样的成分在保证流动性 同时 ，又降低了铸件的缩孑 L 倾向。有资料表明，对于 呋喃树脂砂铸件 ，铸件缩孔量随共晶度的不同 ，其值 在4 ％～ 0 ． 5 ％范 围内变化 ，见 图4 E ” 。 1 2 1 0 堡 8 6 婚 4 2 0 0 共 晶厦 图4 铸件共晶度和缩孔量之间的关系 F i g． 4 Re l a t i o n s h p b e t w e e n c a s t i n g s h r i n k a g e a n d e u t i c t i c d e g r e e 其次 ，采用平作立浇和激冷覆膜砂制芯工艺 ，缩 短铸件浇注时间 ，平衡铸件冷却时温度场分布。为此 ， 工艺上将 内浇 口从原壁厚7 8 1 T i m部位移到薄壁 1 0 mm 处 ；内腔芯采用北京某公 司生产的激冷高强度低发气 覆膜砂 ，这种砂具有较好 的激冷性能 ，能在一定程度 上起到替代冷铁 的作用。使用该种覆膜砂可避免铸件 缩松或晶粒粗大现象 ，提高铸件质量和成品率。 再次 ，在铸件炉号的基础上 ，增加浇注序列 号。 现场浇注时 ，在浇包内用K W． 6 0 2 型钨铼快速热电偶测 温枪测量并记录每个铸件的实际浇注温度。 采用上述方法 ，共浇注了3 件铸件 ，铸件抛丸打磨 后 ，用游标卡尺测量得到数据见表2 。 表2 首批试制件铸件内腔尺寸测量数据 Ta b l e 2 Fi r s t b a t c h DN3 0 0 b o d y c a s t i ng i n s i d e c a v i t y di m e ns i o n da t a 注 带’ 为超差尺寸。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 9 5 8 F 0UNDRY Se p ． 2 0 1 0 V 0 1 ．5 9 NO ． 9 2 ． 2 ． 2 工艺改进结果 分析 利用表2 的数据，可以得到铸件在不同位置的浇注 温度与缩尺之间的关系，见图5 。 浇 注 温厦 ， ℃ 图5 铸件不 同部位缩尺随浇注温度变化曲线 F i g ． 5 C u t v e s o f c a s t i n g c o n t r a c t i o n v s ． p o u r i n g t e mp e r a t ur e 分析图5 缩尺和浇 注温度之 间的关 系 曲线 ，可 以得 出①铸件收缩量和浇注温度成反 比例关系 ，浇注温 度越高 ，铸件收缩量越小 表2 ，浇注温度1 3 5 2℃时 缩尺平均值为1 ． 2 0 ％，1 4 1 8℃时缩尺平均值为1 ． 1 0 ％。 激冷覆膜砂在 1 0 0 0 ℃时的热膨胀率为0 ． 9 ％～ 1 ． 2 ％，浇 注温度越高 ，砂芯膨胀量越大 ，相应地铸件内腔尺寸 变大，铸件收缩量变小 ；②铸件收缩量和铸件壁厚成 正比例关系，铸件壁越厚 ，铸件收缩量越大 表2 ，厚 壁处8 1 和8 3 尺寸收缩量大 ，平均值超过1 ． 2 0 ％；薄壁 处8 2 * 尺寸收缩量小，平均值为1 ． 0 1 ％ 。 根据铸件尺寸的偏差倾向来选择浇注温度范围，在 不修理热芯盒金属模具的情况下，达到满足图纸设计要 求 的 目的。表2 中8 2 尺寸均超过公差上 限3 2 3 ． 5 mm， 其他尺寸在公差范围3 2 2 3 2 3 ． 5 mm之内。采用图5 的分 析结果 ，选择1 3 5 0℃至1 3 8 0℃的较低浇注温度 ，铸 件收缩量会变大 ，铸件尺寸相应地变小至满足图纸公 差要求范围内。 2 ． 2 ． 3 工艺改进结果重复性验证 采用与首次试制时相似工艺条件 ，在1 3 5 0℃至 1 3 8 0℃的浇温范围内，重新浇注了4 件。测量铸件尺 寸得到表3 数据。 第2 批测量数据与第l 批数据具有很高的重复性。证 明了试制阶段结论的正确性 8 2 尺寸的缩尺由表2 中的 表3 第2 批试制件铸件内腔 尺寸测量数据 Ta b l e 3 S e c o n d b a t c h DN3 0 0 b o d y c a s t i n g i n s i d e c a v i t y d i me ns i o n da t a 铸件编号 砂 寸铸 寸 浇 度 8 l 3 27 ．3 0 3 2 3 ． 2 7 1 ．2 3 铸件 1 J L 1 0 0 4 2 3 8 2 3 2 7 ． 1 0 3 2 3 ． 7 8 1 ． 0 1 83 3 2 7 2 0 3 2 2 7 6 】 ． 3 6 注 带 为超差尺寸 。 之内。考虑到现场浇注过程中，1 3 5 0 ～ 1 3 8 0℃温度控 制的难度及不同季节气温对浇注温度的影响 ，在此阶 段 ，对热芯盒金属模具8 2 寸作了反变形处理，修改模 具后转入正常批量生产，铸件尺寸满足图纸公差要求。 3 结论 1 对于铸件质量为3 0 ，尺寸为5 2 0 m mx 3 7 1 mm x 1 4 8 mm的灰铸铁刀 闸阀类铸件 ，采用树脂砂手工造 型 、覆膜砂热芯盒射芯、中频电炉熔炼工艺可以满足 铸件尺寸C T 7 公差要求。 2 对于壁厚差异大 ，结构较为复杂的刀闸阀类 铸件 ，铸件收缩量与浇注温度成反 比例关系 ，与铸件 壁厚成正比例关系。 3 对于刀闸阀类铸件 ，采用平作立浇工艺 、激 冷覆膜砂制芯 、控制浇注温度及铁液化学成分等措施 可有效消除铸件热应力变形问题。 参考文献 [ 1 ] S t a f h e n d e r i e c k x ． V o l u me a c c t o t e mp e r a t u r e f o r f e r r o u s me t a l s ． d o e [ E B ／ O L ] ． h t t p／ ／ w ww． g i e t e c h ． b e ／ D e f a u l t ． a s p x t a b i d 6 6 ． 最大1 ． 0 6 ％增大到1 ． 0 7 ％，铸件最大值由表2 的3 2 4 mm减 小为3 2 3 ． 7 8 m i l l 。其他尺寸均在公差范N ] 3 2 2 - 3 2 3 ． 5 m m 编辑 潘继勇，P J Y f o u n d r y wo r l d ． t o m 第 6 9届世界铸造会议技术报告日程安排 第6 9 N世界铸造 - - i z 、 v F c 2 0 1 0 将于2 0 1 0 年1 0 月1 6 。 2 0 WF C 2 0 1 0 同期同地举办的 “ 2 0 1 0 中国铸造活动周”已征集到 日在杭州召开。会议由世界铸造组织 wF o 主办、中国机械 论文 1 5 0 余篇。欲 了解WF C 2 0 1 0 技术报告 日程 ，欢迎访问 ． 工程学会铸造分会与杭州市人 民政府联合承办。经广泛宣传 ， WF C 2 0 1 0 网 站 和 铸 造 学 会 网站 。 WF C 2 0 1 0网站 ． 会议征集到来自2 7 个国家的2 0 0 篇论文。WF C 2 0 1 0 学术工作 w 2 0 1 0 ． c o rn 铸造学会网站、 l ．f o u n d r y n a fi o n s ．c o m 番 品会 评宙 ．诜 } “ 女 会榀 售 q 笛专颢 椐告 1 n 0 篇辟椐 寸R ， 大会报告专题交流 壁报交流 总数 篇 。 应 征 论 文 、 宣 读 论 文 及 壁 报 交 流 论 文 统 计 数 据 见 下 表 。 大 星 ； 篓 ， 会报告安排在1 0 月1 7 E I J ；专题报告和壁报论文交流被安排 合计 9 1 0 9 8 2 2 0 0 1 0 0 ％ ‘ 在1 0 月1 8 1 9日进行 ；专题报告被分成2 4 个单元进行 。与 全国铸造学会秘书处供稿，田世江编辑． 一 如 加 跗 昭 ∞ 儿 件 铸 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m