控制阀支架的铸造工艺.pdf

控制 阀支架 的铸造工艺 乐国荣 福 斯流体控制 苏州 有 限公 司，江苏 苏州 2 1 5 0 2 1 摘要支架是控制阀的关键部件之一。铸件的壁厚悬殊较大，铸造质量要求高，不允许铸件有 较 大的铸造缺 陷。对控制 阀支架铸件 的铸造 工艺进行 了分析和 实际试生产验证 ，确定采用平做 竖 浇工艺方案 ，较好地解 决 了铸件 的疏松缺 陷，生产的控制 阀支架铸件达到x 射 线探 伤四级 以 上的验 收标 准要求。 关键词控 制阀支架；铸造 工艺；球墨铸铁件 中图分类号T G 2 5 5 文献标识码 B 文章编 号1 6 7 3 - 3 3 2 0 2 0 1 4 0 3 0 0 3 8 - 0 3 Ca s t i ng Pr oc e s s o f Cont r ol Val v e Yok e L E Gu or on g F l o w s e r v e F l u i d Mo t i o n a n d C o n t r o l S u z h o u Co ． ， L t d ． ， S u z h o u 2 1 5 0 2 1 ， J i a n g s u ， C h i n a Ab s t r a c t Y_o k e i s o n e o f t h e k e y c o mp o n e n t s f o r c o n 仃o l v a l v e ． T h e c a s t i n g s wi t h b i g g e r wa l l t h i c k n e s s a n d h i g h q u a l i t y r e q u i r e me n t a r e n o t a l l o we d t o a p p e a r t h e l a r g e r c a s t i n g d e f e c t s ． Th e c a s t i n g p r o c e s s o f c o n t r o l va l ve yo ke c a s t i ng s wa s a na l yz e d ，a nd t he a c t u a l p r od uc t i o n w a s ve rifie d ．The pr o c e s s p r o g r a m wi th h o r i z o n t a l l y mo l d i n g a n d v e r t i c a l l y p o u r i n g wa s c o n fi r me d t o s o l v e the p o r o s i t y d e f e c t s o f c a s t i n g s p r e f e r a b l y ． Th e c o n t r o l v a l v e y o k e c a s t i n g s c a n me e t t h e a c c e p t a n c e r e q u i r e me n t s o f mo r e t h a n f o u r g r a d e wi t h X． r a y r a d i o g r a p h i c i n s p e c t i o n ． Ke y wo r ds c o nt r ol va l v e y o ke ； c a s t i n g pr oc e s s ； d u c t i l e i r o n c a s t i n g 控 制 阀支架是 阀 门产 品的关键 部件之 一 。该 系 列铸 件材 质 为球 墨铸铁 ，牌 号为AS TM A5 3 6 6 0 4 0 1 8 【 】 相 当于QT 4 0 0 1 8 ，其系列铸件 质量 最 轻 的 4 k g ，最重 的 3 4 5 k g 。 以单重 5 2 k g 的 0 1 6 5 4控 制 阀支架 铸件 为例 ，其壁 厚悬殊 较 大 ， 最小壁厚 5 mm，最大壁厚 5 0 mm； 铸件上、下为 大小不一的圆盘 法兰 ，两根长方形立柱将它们 相 连 ，故与 圆盘交接 处是热节 区，铁水凝 固时极 易在该部位 形成 内部 疏松 。控制 阀支架不 同于其 他 阀门支架 ，其他 阀 门支架 只是起支撑 作用 ，而 控制 阀支架还 需要 连接定位 器、 电磁 阀和过滤减 压器 ，其 内部有 一个气路 ，是不允许泄 漏 的。由 于该铸件 的质量要 求较高 ，需要对铸件 内部进行 x射线探伤 ，要求探伤 等级达 四级 以上 ； 阀门铸件 经机械 加工 以后还 需要进行表 面磁粉探 伤 ，不允 许存在裂 纹或疏松 等缺 陷，故该铸件对铸 造工艺 要求相当严格 。 1 平做平浇工艺方案 以两 圆盘 中心 和 两长 方 形 立 柱 中 心 为分 型 面 ，水平造型 、水 平浇注 是最 常见 的铸造 工艺 。 由于是球铁件 ，为保证铸件 内部质量 良好 ，采取 了放置冷铁激冷和 冒口补缩 的工艺方案。 1 ． 1 冷铁位置 按基本 思路冷铁放 置在铸件壁 厚厚大处 。如 图1 所示 ，冷铁位置在长方形立柱厚大的加工面和 上 、下 圆盘 的加 工面上 。成形冷铁 的尺寸按不 同 尺寸的控制阀支架进行设计和制作，并严格按工 艺要求放置到指定的位置 。 收稿 日期2 0 1 4 0 1 1 4 作者简介乐国荣 1 9 6 5 一，男，工程师，主要从事阀门零部件的国产化开发和技术质量管理工作 3 8 f z。 年 第 s期 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 图1 平做 平浇工艺 方案1 1 ． 2 冒 口试验 1 如 图 1 所 示 ，在 铸 件 上 箱 的 大 、小 圆盘 圆弧顶部放 置大 冒口或发 热 冒 口。 由于此 工艺所 采 用 的 冒口高度较 高 ，上 箱 的用砂 量很大 ，即砂 铁 比太大 ，使用 树脂砂制 造该控 制 阀支架 成本较 高，故未采用该方案 。 2 如 图2 所示 ，在铸件上 箱的大 圆盘圆弧顶 部放置 扁平 的出气 ，小圆盘上箱 圆弧顶 部放置适 当 的圆形 冒 口，大 圆盘 的分型面 根部放 置一个大 冒 口直 接补缩 大 圆盘 ，其 冒 口高度超过 大 圆盘 的 高度 ，甚至可 以开通 成 明冒 口。采用 该方案进行 试 生产 ，选取 系 列铸 件 各2 件进 行 X射线 探 伤检 验 ，结果发现 铸件存在 大量疏松 ，都 不合格 ，表 明平做平浇的铸造工艺方案不可行。 图2 平做平浇工艺方案2 2平做竖浇工艺方案 平 做 竖 浇 工 艺 是 以分 型面 为水 平 时进 行 造 型 、下芯 ，合箱后将 砂箱旋转9 O 。，从侧面 开设 的浇 、冒 口进行浇 注 的工 艺 。同样 采取放置 冷铁 激冷 和 冒 口补缩 的工艺方案 。冷铁位 置与平 做平 浇 工艺相 同 ，平做 竖浇后冷 铁 的实 际效果更 好 。 浇注 位置有 两种方 案 。一 是铸 件 的小 圆盘 向上 ， 浇 、 冒 口从 小 圆盘 进 入 ；二是 铸 件 的大 圆盘 向 上，浇 、冒 口从大圆盘进入 。 1 浇 、 冒口从 小圆盘进入 的工艺方案如 图3 所示 。这 种情况 下大 圆盘处冷 铁 的位置和尺 寸显 得非常重要 。 图3 平做竖浇工艺方案1 球 墨铸 铁 的凝 固方式是糊状 凝固 ，要获得优 良内在质量 的铸件 ，必须通过合 理设置冷铁和 冒 口将糊 状凝 固变为顺 序凝 固[ z 】 ，并通过 冒口的补 缩促使后进 入铸件 的铁 水凝 固后 不产生缺 陷，疏 松 、缩孔 留在 冒 口中 。该工艺 中铸件小 圆盘 处冷 铁和 冒 口对 小 圆盘 可起 到很好作 用 ，但大 圆盘 处 仅有冷铁起 冷却作 用而没有 冒口的补缩作用 ，达 不到糊状 凝 固变 为顺序凝 固的效果 ，可 能在铸 件 大 的热节 区仍会有 疏松或缩孔缺 陷产生 ，随后的 生产试验证实 了该方案 不可行 。 2浇、 冒口从大圆盘进入 的工艺方案如 图4 所示。这种情况下，铸件下部小圆盘处需要的铁水 补缩量较少，加上冷铁 的冷却可使先进入 的铁水凝 固，而后进入 的较多铁水量则聚集在大圆盘处，大 圆盘的下部辅以大冷铁 的冷却 ，上部加上较大 冒口 的补缩 ，特别是把 冒口放置在大圆盘与长方形立柱 交接处的上方，这样起到的作用更显著 。 冒 口 图4 平做竖浇工艺方案2 下转第4 4 页 z 。 年 第 。期I 3 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 铸 件 箱 内冷 却 时 间 的长 短应 根 据铸 件 质 量 、壁 厚 、复杂程度 和合金种类 等诸多 因素综合考虑而 定 。通 常情 况 ，铸 件在箱 内冷却到2 0 0℃ 以下 再 出箱 。若 需提 高铸件 的硬 度和强度 ，可把 出箱温 度定在8 0 0℃ 以上。 由于市场 急需 或生产周期等 原 因，可将 出箱后 的铸件立 即埋入 热砂坑 中进 行 缓冷或热处理 。 6 铸件 自身余热的石墨化退火 石 墨化退火 的 目的是 降低硬度 ，改善可加 工 性，同时能提高塑性和韧度 。低温石墨化退火只是 一 种补救性措施。低温石墨化退火时，铸件被加热 到稍低于共析温 度Ac ，使得共 析渗碳体粒化和 分 解，然后缓慢冷却 ，获得少量珠光体铁素体 石 墨或铁素 体 石墨 ，基体组织硬度 降低 ，韧性 改 善。退火温度必须超过 7 6 0℃，高温保温时间必须 符合工艺要求 ，才能保证石墨化 ，使铸件的硬度降 上接 第3 7 页 冷 铁 使 用 面 的氧 化 层 厚度 在 0 ． 5 ～ 1 mm之 间 。 由此 可知 ，需 要重复使用 的回收冷铁 ，只需 将原使用面加工掉 l mm，就可完全去除氧化层 。 在校核冷 铁质量满足 要求 的条件 下 ，即可 重复使 用并有效避免铸件粘冷铁 。 4 结论 1 冷铁激 冷能力与铸钢件粘冷铁有密切 的联 系 。工 艺设计 时校 核冷铁质量 ，并选择适 当规格 的冷铁可 以有效地防止铸钢件粘冷铁 。 2 冷铁使用一次后 ，表面形成的氧化层 降低 上接 第3 9 页 对 该 方 案 进 行 生产 试 验 验 证 ， 开设 的 冒 口 尽量高 一些 ，以提 高铁水 的静压 力 ，保证 冒口的 补缩效 果 。试生产2 0 种 不 同规格 的控 制 阀支架铸 件 ，各 随机抽取2 件进行X射 线探伤检验 ，结果显 示 ，C 类 的疏松类 系统性缺陷均不存在 ，仅偶尔 出 现B 类 的夹渣类 非系统性缺陷。随后通过加强浇注 时铁 水除渣操作 的控制 ，再次浇注 的铸 件均通过 检测 。 3 结论 通过铸造 工艺方案 的探 索 ，最终确 定控制 阀 4 4 l z叭 年 第 s期 低，达到用户加工 时的切削要求 。铸件 出型温度越 高，则铸件 的余热利用率越高，效果也越好。为防 止过早 出型而使内浇 口未凝固，造成铸件局部疏松 甚至 “ 空壳” ，灰铸铁 的出型温度宜≤ 1 0 5 0℃。锁 条铸件石墨化退火的热源来 自于铸件本身 ，最关健 的是高温利用 ，出型后在最短时间入箱 ，保温箱 的 高温段保温效果应 能满足 1 5℃／ h的降温速度 。 若条件限制 ，也可在保温箱 内加 电热 丝辅助加热 ， 或用煤气烧嘴辅助加热。 7 结语 通 过 对 锁 条 灰铸 铁 件 硬 度 超标 产 生 原 因的 分析 ，从 化学成分 、熔 炼工艺 、孕育处理和 热处 理等方面进 行 了细致 有效 的控制 。采取合理 的孕 育处理 工艺是解 决和 消除硬度超 标 的最有效 的技 术措施 ；利用铸件 本体 自身余热 的低温石 墨化退 火 ，只是一种补救性工艺措施 。 了其激冷 能力 。在冷 铁重复使用 前 ，将使用 面 的 氧化层 加工去除 ，可在一定程度 上恢 复冷铁 的激 冷能力，防止铸件粘冷铁 。 参考文献 [ 1 】陈家能， 任美福． 铸钢件外冷铁标准化技术初探 [ J 】 ． 重庆 钢铁高等专科学校学报， 1 9 9 5 ， 1 0 4 3 5 3 8 ． [ 2 ]刘炀， 王国平．内冷铁在厚大铸钢件生产中的应用 [ J 】 ． 铸 造技术， 2 0 0 4 ， 2 5 7 5 5 7 ． [ 3 ] 李新亚． 铸造手册 第5 卷铸造_ z - -E[ M] ． 3 版． 北京 机械工 业 出版社． 2 0 1 1 ． [ 4 ] G B ／ T 4 6 7 7 ． 6 1 9 8 4金属和氧化覆 盖层测试方法 截面金相 法 [ S ] ． 支架铸 件 的铸造 工艺采用平做 竖浇且浇 、 冒 口从 大 圆盘 处进入 的工艺 。采用 该工艺 生产 的控制 阀 支架 铸件达 到x射 线探伤 四级 以上 的验 收标准要 求 。产 品无论 是 内在质量 还是外表 质量均优 于原 美国供应商的铸件 。 参考文献 [ 1 】 AS T M A5 3 6 1 9 8 4 2 0 0 9 S t a n d a r d S p e c i fi c a t i o n f o r Du c t i l e I r o n C a s t i n g s [ S ] ． [ 2 ]李魁盛． 铸造工艺设计基础 [ M] ． 北京 机械工业出版社， 1 981 ． 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m