冷硬树脂砂在阀体铸造中的应用.pdf

阀 d ． 1 9 9 3年第 J 期 3 可 以使装置处于封闭状态 由于 该结构 可 以在较大 范围 内灵活 调整 ， 从而 使装置始终处于晟佳封 闭状态 。 2 ． 等效状态分析 如图 3 。阀体 通道 孔 内装 人 中心轴 与无中 心轴水压强度试验时阀体受力状态是否一致是 该装置是 否可行 的关键 。 圈 3等效应 力单元悻 1 ． 阀体2 ． 中 心轴 ①装人中心轴 比无 中心轴阀体横截面减小 一 个 中心 轴受 力 面积 州 ， 轴 向 力 减小 了 P ． ， 轴 向应力也减小 。但 是， 阀体在强度计算 受 力分析 中属开 口端 厚壁圆筒 ， 阀体 内轴 向力 ⑦ I 一2 Z z 0 ， 水 压 强度 试 验 不含 阀体 轴 向 力及 轴 向 力。轴 向力的减小反而对该装置 的结 构设 计有 利 ， 减小结构尺寸 。 ②阀体在水压试验状态时属仅受 内压作用 圆 筒。 径向应力 一 兰 1 一 、 ， 周向 应力m 2 1 。 由力学分 析可知 ， 径 向应力为 压应 力 ， 周向应力为拉应力 ， 其最大值发生在 内 壁 r 上 ， 直接影响着强度 。 ③装人 中心 轴后 ， 闷体通 道横 截面依 然有 空 间， 有 内压 P ， P的大 小不变 ， 内半 径 n ， 外 半 径 6均不 变 ， 所 以应力 单元 体上 的径 向应 力 和周向应 力 与无中心轴的阀体完全等效 。 3 ． 应 用效果 试验 时 ， 通 过控制对开 环尺 寸实现 对 0形 密封 圈的预 紧 ， 保证 加 水时 常压下 封闭 腔不 泄漏 。 该装置在 5 7 MP a水压下保压 5分钟无泄 漏 ， 试验效果较 好 。实际 消 除同轴度 误差经 测 量 ， 一台为 2 ． 5 ram， 一 台为 1 ． 8 ram。该装置 ， 只 作 为工 艺应 急之 用 ， 不提倡批量生产时使用 。 冷硬树脂砂在阀体铸造中的应用 武 汉 钢 铁 公 司 大 冶 铁 矿堡 _丁 ’ 2 占 尹 摘要介 绍 了手工制 作太 中型复杂型芯所 硐树 脂砂 的制备过 程覆造 型制芯操作要点。 主题 词 l 莲， ． 堙 r 塑 i 型冷 芯 盒 制芯 丑 。 用玲硬呋喃树脂砂造 型制芯． 不仅可获得 构复杂， 8 个进出口与中间管道互相连通， 工作 轮廓 清 晰、 尺寸 精确 表 面光 洁的 铸件 ， 而且 具 有型芯 砂常温 自硬 固化时 间可调 、 型芯 强度高 和溃 散性 好等突 出特 点 ， 特别适 合于制 作形状 复杂、 尺寸精度要求高和不易清理的型芯 ， 有着 粘土砂和植物油砂 不可替 代的优点 。 阀体 图 l 、 图 2 系矿 山输送 尾矿矿浆 所用 Y J K一1 6 o ／ ,1 o型油 隔离 泥浆 的主体零 件。其结 压 力高达 5 ～6 MP a ， 工作 时需承 受尾 矿矿浆 的 高压 、 高速 冲刷 和化 学药剂的腐蚀 。因而 ， 要 求 铸件无任何气孔 、 缩 孔 、 砂 眼、 裂纹等缺陷 ， 切 削 加工后要求在 8 MP a高压下做水压试验 l 0分 钟 ， 不得有 渗漏 现象 。铸 件 外 型尺寸 为 8 6 0 7 ∞ 9 3 0 ram，主 要 壁 厚3 0 ra m， 毛 坯 单 重 8 0 0 k g ， 铸钢牌号为 Z G2 7 0 -- 5 O 0 。 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 1 9 9 3年笫 1 期 阀 门 由于我 们车 的产 品是 矿 山备 品备件 ， 主 要生产高锰钢 、 碳素钢和 低合金钢 铸件 ， 型砂 以 粘土石灰石砂为主 ． 部分 采用水玻 璃石灰石砂 ， 芯砂有粘土石灰石砂和植物 油石英砂 。要 生产 结 掏复杂的阀体铸件 ， 按此 生产条件和 工艺 ． 难 度 较大 。 为 确保生产顺利进行 和铸件 质量 ， 我们 选用 了 冷硬 呋 哺树 脂石 英 砂来 制 作其 形状 复 杂 、 强度及精度要求均较高 的型芯 。 图 l 阀体 铸件 图 2阀体 -} 奇 件及其 铸造工 艺 一 、铸造工艺方案的设计 1 ． 浇注位置 的选择 阀体帱件的重点部位是中间管道部分及 8 个法兰孔 ， 同时由于它是耐高压件， 对金属基体 要求严格 ， 不能采用芯撑来 支撑芯子。 为确保中 部 l 、 2 ， 3 芯 的 牢 固 稳 定 ， 故 选 择 了 底 部 座 板朝 上 ， 4个法兰 孔朝 下 ， 4个法兰孔 为侧的浇 注位 置 图 2 。 2 ． 造型方法的选择 由于 该件外 形和 内部 结构 复杂 ， 不 可能采 用整体实样造 型 ． 园而 ， 选择 了无箱组 芯造 型方 法 。铸型 由 l 8个 型 芯 组成 ， 中 间管 道部 分 由 l 、 2 、 3 芯子 组成 。 3 ． 茁 砂的选择 阀体铸件 的芯子 数量 多且结 构各异 ， 有外 形简单 、 体积小的 ， 也有外形 复杂 、 体积大 、 强度 和精度要求 高的 ．如何选择 制芯材料 ， 对 制芯 、 台箱 、 浇 注、 清理和产 品质量 等均有至羌重要的 影响 。结 合生产 条件和各个 芯子的结构特点及 其在铸 型中的部位 等具体 要求 ， 我 们对 不同的 砂芯采用 了不 同的制芯材料 ① 对于外形 简单 、 体积小 、 强度 及精 度要 求均不 高的芯子 ， 采用了 粘土石灰石砂 。 为提高其表 面强度 ， 防止合箱 过 程中掉砂 ， 脱模 后在 芯子表 面 喷涂 了一 层水 玻 璃溶液， 待干燥后涂上水基涂料 。 ③对于那些外 形复 杂 、 体 积较大 、 强度 、 精度 及溃散 性等有 较 高要 求的芯子 ， 如 l 、 2 、 3 等砂 芯 ， 则 采用 了 冷硬呋喃树脂石英砂来制芯 。 d ． 浇注系统的设 计 阀体铸件 对孔 眼类缺 陷限 制严格 ， 而 制 芯 材料 采用 了树 脂石英 砂和粘 士石 灰石砂 ， 这 两 种芯砂的高温发气量均较大 。树脂 石英 砂的发 气量 约为粘 土石英砂的两 倍 ， 并 在 5 ～ l 5秒 内 达到峰值 。粘土石灰 石砂 则在 高温下发生 C ． a C O 一 C a 0C O 十的化 学 变化 ， 生 成大 量 的 C O 气体 ， 为抑制 气孔 类缺陷的产 生 ， 除 强化 排 气设施外， 还必须采用快速浇注工艺。经计算 ， 我 们选 用 了 只有 一个 , 5 0 mm 包孔 的 l O吨 钢 水包 进行 浇注 ， 则钢水 在铸 型 内的上 升速度 可以算出 。 钢 水 上升 到 顶 端 冒 E l 根 部 时 的钢 水量 0 约为 9 0 0 k g ， 此 时钢水上 升的 高度 日 为 9 4 3 ． 9 5 mIT I Ⅳ9 3 0 9 3 0 1 ． 5 ， , 5 0 mm 包孔 的钢 水流量 为 5 5 k s ／ s ， 包孔数 n为 l ， 则浇注时 间 为 90 0⋯ 一丽一 0 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 阀 门 0 蚰 年 第 】 期 钢水的上升速度为 【 ／ 一 一 5 7 ． 7 ram／ s ‘ J u 0 u 此速 度大 于 该 类件 的 最 小液 面 上升速 度 3 3 ． 7 5 m r n ／ s 。为使钢 水能 平稳地进 入型腔 ， 采 用 了三层 阶梯式 浇 注系 统 图 2 ， 所 有 浇 口均 由 5 0 mm 耐火 砖管 组成 内浇 口每层两道 ， 共 三 层 ， 切 向进 入或避开对砂芯的直接 冲击 横 浇 口每屡一道 ， 共 三层 。各组元的断面 比为 x FI ∑ ∑ l 2 {2 5 ． 冒 口的设计 阀体 壁厚 较均 匀 ， 热节 圆相对较小 ， 故 只在 三个 较厚 的侧 面法兰盘 上部分别 设置 了尺寸为 9 0 ／ 1 2 0 l 5 0 ／ 1 7 0 l 7 0 ram 的普通 暗 冒口各一 个 ， 另 在 上 部 底 座 板 上 设 置 了 d个 中2 O 0 3 0 0 r n m的普通 明冒13。工艺 出品率为 6 8 ． 3 。 6 ． 外冷铁的设置 考虑到 E 、 F两处 的圆周壁厚 较大 ， 并且它 们的使用 要求高这 一特 点 ， 我 们在 2 、 3 砂 芯 的相应 部位连续 缠绕 了一层 8 铁 丝 ， 作外冷铁 用 7 ． 芯盒 的设 计 由于芯子数 量多 ， 造 成分 芯面多且曲折 ， 为 减 小铸型尺寸 的 累积 误差 ， 满足 铸件壁厚均匀 的要求． 无论采用何种芯砂， 其芯盒结构必须合 理 ， 不产生变形 或干裂缺陷 ， 并尽量使工作表面 光洁 ， 同时减小或不采用拔模斜度 芯盒结构一 般 采用 了可拆卸式 及多 活块 式构造 ， 方便 了脱 模 。 、 二 、 树脂砂 的制备 1 ． 原材料的选 择 1 原砂 选用 了 5 0 ／ l 0 0 的 人造 石 英砂 ， 2 0 0 以 下粉尘控 制在 0 ． 8 ％以下， 含水 量不大于 0 ． 5 ，形状 以多 角形为主 。 2 树 脂 考虑到 芯子 的复杂性 及其使用状 态和发气 量 、 存 放性 等具 体要求 ， 选用 了高温强度 和抗湿 性能好 ， N和游离 甲醛 含量均较 低的 P F D l 0 l 铸钢 用改性呋 喃树脂 ， 各项性能 指标 见表 J 。 表 I F F D 1 0 I 树 脂 的性能指 标 3 固 化 剂 选 择了固体对 甲苯磺酸 ， 外观为 白色晶体 ， 易溶于水和 醇类 ， 配制成 6 5 的 溶液待用。它 的 硬化 反应速度 较缓慢 ， 适用于高温 天气 和复 杂型芯的手工操作 。 d 增 强 剂 为 了满足复 杂芯 子 的常温强 度要 求 ， 我们 在树脂 中添加 了一定 比倒的增强 剂 KH一5 5 0 ， 即 一 氨 基 丙 基 三 乙 氧 基 硅 烷 ， 其 化 学 式 为 H NC H c C Hl S i O C t l -I h． 为 无 邑无味 透 明液 体。它能改善树脂与砂粒问的联结， 提高树脂砂 的强 度 ． 并有一定的 抗湿作 用 ， 使用时 先将 KH -- 5 5 0与树脂 混匀后再加入原砂 中进行混制 。 2 、 配方与混制工艺的确定 1 配 方 的确 定 ’ 树脂 和固化剂 的加入量对树脂砂 的性 能影 响很大 。树脂 加入 量愈 多， 则树脂 砂的强 度 愈 高 ， 但 粘模性增强 ． 浇注 时发气 量较 大 ． 成 本 升 高 。对于耐高压件 阀体来说 ． 其 型芯发 气量越低 越好． 因此 ， 在满足强度要求前提下树脂尽量少 加。固化剂 对 甲苯磺 酸的加入量则 根据以下三 个方 面的具 体要求来 确定 ①树脂 砂的可使 用时间要求对于那些形 状简单 、 体积小和 制作时间短的型芯 ， 树脂 砂的 可使用时 间以短 为好 ， 都应 加大 固化剂 的 比倒 ； 反之 ， 树脂砂 的可使用 时间以长为好 ， 即应适 当 减少酸的加入量 。 型芯的强度要求固化剂加入过多， 树 脂 则焦化 变黑 ． 导致树脂 膜和粘结 桥脆化 ． 从而 大 幅度 降低树 脂砂的 强度 ， 并 且与树脂 的化学 反 应气 昧也 加重 ， 浇洼 时的发 气量加 大并提高 了生产成 本 ； 但加入太少 ， 也 降低了强度和 可使 用性 ⑧环境的影响气 温高 、 湿度低 、 砂温高及 含 水步 时 ， 应适 当减少 固化剂 的加入 量 ； 反 之 ， 则应 加大 比例 。 因此 ， 树脂 与 固化剂的加入量必 须按 型芯 实际要求合理选取 。 典型配方见表 2 。 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 9 t3 3年第 1 朋 阀 门 表 2 树脂砂配方 原材 料名称 5 0 ／ l 0 0 石英砂 F F 0一l 0 l埘脂 对 甲苯磺 醴 K H一5 5 0 重量 百分 比 l 0 0 占 砂重 的 2 ． 0 占 讨脂量 的 3 5 ～4 0 占讨脂 量的 1 ． 5 ～2 ． 0 2 树 脂砂 的混 碾 I 艺及 其性 能 ① 混碾工艺使 用间 歇式 混碾设备 以及手 工 制作 大而 复杂 的型 芯时 ， 其适 宜 的混碾 工 艺 为 原砂 固化剂 对 甲苯磺酸 混 2分钟 F F D l 0 l树脂 与硅烷 合液混 2分钟 出碾 。 ②性 能采 用表 2配方 与上述混碾工 艺配 制 的树脂砂性 能结果见表 3 ， 满 足了手工 制作大 而复 杂的阀体型芯之具体要求 。 表 3 树 腊砂 性能 可 艟用时 问 脱 模 时间 2I h平均抗 拉强度 性 能 mm M P a 指 标 2 0 ～3 0 5 0 ～帅 2 ． 6 8 茳 a ．环 境 气 蛆 3 5～ 3 8C b．眇盈 2 5～ 3 oC 三 、 实 际操作要点 采 用树脂 砂制 芯 时 ， 必须结 合 其 自硬时 间 有限 ， 流动 性较 好 、 易 牯模 、 硬化 后 脱模 和浇注 发气量 大 等性能特 点 ， 在 实际生 产 中制 定相应 对策 。 1 ． 制芯 ①刷 脱模剂芯盒 在使 用前 ， 先清理 千净 ， 然 后在 工 作表 面上 涂刷 一层 F F DTL型 冷芯 盒脱模剂 涂刷 时先摇晃、 搅拌 ， 使之呈悬浊态 ． 再 均 匀 施涂 ， 几分 钟 即 自干 ， 刷 一 次 可使 用数 次 。 ②制作 由于冷硬树脂砂 的可使 用时间有 限 ， 当手 工造 型 制芯时 ， 树脂 砂应现 混现 用 ， 需 多少混 多少 ， 尽量减少浪 费 。宴 际生产 中， 我们 采取大小芯盒搭配制作来解决所剩余砂。在制 作大而复杂的型芯时 ， 要抓紧时间， 防止一边制 作一边硬 化 ， 制作 中要边填砂边均 匀紧实 ． 并辅 以敲击或震动 。 制作 l 、 2 、 3 芯和厚大实心芯 时 ， 先在预定位置埋 设通 气道模 样 ， 待 中部芯 砂 硬化到一定强度后 ， 将 之拔 出 ． 形成排气道 。 ③ 粘接 修 补 由于芯 盒是在树 脂砂 硬化后 脱模 ， 因此 易造 成芯子损坏 。 对于残损者不要随 意废弃 ， 可以粘接或修补 。 粘接时先在断 口上浸 涂 F F DJ系列 型牯接剂并进行对接 ， 然后在 室 温 下固化 d小时 ， 其 断 口抗拉强度便可达 D ． 3 以上 。多次试 验证 明 ， 粘接 后的 型芯经 2 d 小 时固化 ， 其断 口的粘接 强度 高于 砂 型 芯 的 基体强度 。 对于凹坑或不平 等缺 陷 ， 可填充树脂 砂修 补 ， 待其硬化 后进行修磨 。 ④刷 涂 料 型芯 脱模 后均 匀涂刷 2 ～ 3遍 醇基 锆 英 粉 涂料 ， 涂层 厚 度 约 1 ． 0 ram{ 对 1 、 2 、 3 砂芯则须刷 3遍以上 ， 涂层厚 度应 不小于 l - 5mm 。 2 ． 组芯 当粘 土 石灰 石砂 芯烘 干后 ， 便 可在底 平 板 砂 型上进行 组芯 台箱 。组 芯顺 序 为从 下到 上逐 层进行 。当下 l 、 2 、 3 芯 时 ， 必须校验 型腔尺 寸 ， 确 保管 壁均 匀 ， 且各 与底 平板 用 8 铁 丝 拉 紧 防止 浇钢 时上浮或 移动。为保证铸 件组 织均 匀致 密无 任何 孔眼 缺陷 ， 不 准使 用芯 撑支 撑 型 芯 ， 并 同时 加强排气措施 。由于 整个铸 型的分芯 面 多且 曲折 ， 因而下 芯过 程 中要 逐一 校验 型腔 尺寸 。 另外 ， 型芯间隙均 压油泥 ， 以减小披缝 ， 防 止跑火 。 3 ． 浇注 铸钢牌号为Z G 2 7 0 ．--5 0 0 。 由于阀体铸件内 腔 复杂 ， 因而将浇 注温度控 制在 1 5 4 0 1 5 6 0 C， 1 0吨钢包 ] 5 0 m m单孔全速浇注。 d ． 清理 与检 验结 果 由于 中间 l 、 2 、 3 ” 芯 等难 于 清理 的型 芯 采用了树脂砂 其溃散性与油砂一样， 在落砂机 上 一震 即掉 ， 因而大 大减 轻 了精 砂工 作量 及劳 动强度 。 当清理干净 、 切 除浇 冒系统及 飞边 并进 行热 处 理 后 ， 对 铸 件 进行 了 外观 检 验 ， 结 果表 明 ， 铸件轮 寐清 晰 、 尺寸准确 、 外 表光 洁 、 无任何 宏观缺 陷 ， 切 削加工 后通过 了 8 MP a压 力 l 0分 钟水 压试验 。 四 、 结语 采用冷硬呋 喃树脂 碛芯与粘 土石灰 石砂 芯 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载 阀 门 ∞ a 年 第 1 期 共同组合成铸型型腔 来铸造复 杂的阀体铸件是 可行的 ， 也是成功的 。 既 充分 利用 了树脂砂 的优 点 ， 又节约 了生产成本 ， 同时保 持原 有的生产秩 序与 生产 条件 ， 是手 工制 造 复杂铸 件的 一 条实 用 之 路 。 z 混合气体保护 自动焊在阀r ] 上的应用 - r E r 4 7 摘要介绍 j双I位混台 气体保 护 自动焊的设 备和阀体与法兰焊接 的I艺流程 。该设备的 自 动化程度较 高， 具有 一定 的先进性 ， 焊名产品质 量符合有关标 准。与手工电弧焊相 比 ， 可降低 消耗 一 提 高蛀济效益． 主 题 词 俸 保 护 焊 机自体 兰 动 焊 r - E ,J ’ 一，一 一 l 、 概 述 近 几 年 ， 我 厂 出 口产 品 巳达 到 总 产 量 的 8 O 。出E l 阀门的阀体与法兰焊接， 除焊接质量 符台标准外 ， 焊 缝的成形要美观 ， 熔宽 和增高要 求均匀 。采用手工 电弧焊 不仅难 达到标准要 求 ， 而 且效 率低 ， 不能满足生产的高速 发展。 为 此 ， 我 们 采用了双 工位 混 合气 体保 护 自 动焊进行 阀体 与法兰 的焊接 。由于焊接过程 完 全 自动化 ， 焊 缝的 内在质量 及外 观成形均 达 到 了外商的要求 ． 圆满地完 成了阀门出 口任务 。 2 、 焊接设备 及方 法 双 工位 混合气体保护 自动焊设备用于 阀门 的阚体 与莹 兰的焊接 是我 厂与哈尔滨焊接研究 所 及唐 山电子设备厂共 同研制 的 。它主要 由焊 接 电源 ， 焊接机床 ， 液压 系统 ， 控制 系统 。 送丝机 构 和供 气系统所组成 。 该 焊接 设备 对 D N1 ,5 ～5 0 ram规 格 的 阀 门 进 行焊 接的工艺流程 如图 l 所 示 。在工艺流程 中 圈 l 阀体 与法 兰焊 接工 艺 流程 ①起动接通 电源 ， 控制部分 开始工作 。 ③ 定位 托架下 落 水平 顶 进 并 夹紧 工件 ②夹紧工件开机后 ， 水平顶 进 ， 将工件夹 后 ， 托工件的托架不再起作用 ， 下落 。 紧 。 为保证法兰 d 个 孔与阀体 的位 置正确 ， 在夹 ① 焊枪到位焊 枪下降 到预 定位置 ， 同时 紧工件的同时， 定位销插入法兰 d 孔内定位 。 电磁阀工作， 保护气体流出。 维普资讯 标准分享网 w w w .b z f x w .c o m 免费下载