不銹鋼薄壁透空蝶板件精鑄工藝研究[共6頁]

1、不銹鋼薄壁透空蝶板件精鑄工藝研究葉宗林 張年玉 畢孝桃 劉勇（安徽應(yīng)流集團(tuán)技術(shù)中心 安徽省六安 237200）摘要：根據(jù)輕量化蝶板的結(jié)構(gòu)特點，采取相應(yīng)的工藝措施。通過施放工藝孔、鋼液凈化、放置吹砂孔、澆口杯內(nèi)放過濾網(wǎng)、直澆道中部設(shè)置短縮頸等措施減輕或消除壁厚不均、黑點、變形等鑄造缺陷。由此確定了輕量化蝶板精鑄工藝設(shè)計的基本方法。關(guān)鍵詞：精密鑄造；工藝設(shè)計；過濾網(wǎng)；黑點缺陷；輕量蝶板Investment Process Investigation of Stainless Steel Thin-wall Hollow Butterfly PlateYe Zonglin Zhang Nianyu

2、Bi Xiaotao Liu Yong（Anhui Yingliu Group Technology Centre Luan Anhui P.R. China 237200）Abstract:Base on structure of light butterfly plate, relevant actions should be made.By making technological holes, cleanness of liquid metal, making orifice for cleanning dust and other foreign matter, placing fi

3、lter inside of pouring cup to alleviate or avoid such defects as different thickness, black spots and distortion.Therefore we determine investment process design. Key words:investment casting, process design, filter, black spots, light butterfly plate蝶板是蝶閥裝備中的核心零件，通過在閥體內(nèi)繞其自身的軸線旋轉(zhuǎn)從而達(dá)到啟閉或調(diào)節(jié)流體流量的目的。傳統(tǒng)的

4、蝶板厚大而笨重，材料消耗多。隨著金屬資源越來越緊缺，市場競爭日益加劇，蝶板設(shè)計也日趨輕量化。主要表現(xiàn)在蝶板主體內(nèi)部透空、厚度超薄、密封面縮小。這種結(jié)構(gòu)的改變給蝶板鑄造帶來了極大的困難。不少客戶這類結(jié)構(gòu)設(shè)計的蝶板在其它鑄造廠久試不成，主要存在的問題是鑄件變形嚴(yán)重，無法校正，密封面加工后氣孔、夾渣多。我們在接到此類鑄件樣品訂單后，仔細(xì)分析此產(chǎn)品結(jié)構(gòu)特點，結(jié)合使用先進(jìn)的MAGMA模擬軟件，采用中溫蠟硅溶膠制殼精鑄工藝，經(jīng)過兩輪試制，圓滿地完成了客戶的樣品制造任務(wù)。目前已批量生產(chǎn)多個廠家的輕量化結(jié)構(gòu)系列蝶板。1 蝶板鑄件結(jié)構(gòu)特點及工藝設(shè)計要點1.1 鑄件結(jié)構(gòu)特點及要求圖1所示為蝶閥裝配圖，其核心零件圓

5、盤形蝶板屬于典型的大平面薄壁件。這個零件對同軸度及圓周密封面加工精度要求非常高。圖2為蝶板鑄件圖，從鑄件結(jié)構(gòu)上看：該件直徑達(dá)600mm，蝶板壁厚10mm，圓周邊緣厚度只有7mm，內(nèi)腔是空心的，鑄件熱節(jié)在軸線兩端頭的位置。其技術(shù)要求鑄件軸向變形量1mm，外徑加工后無任何鑄造缺陷，100%部位RT檢測，蝶板非加工面縮松、氣孔、夾雜缺陷符合二級驗收標(biāo)準(zhǔn)，氣密性要好，無滲漏。 圖1 蝶閥裝配圖 圖2 蝶板平面圖1.2 工藝要點及對策為滿足鑄件技術(shù)要求，保證客戶的樣件開發(fā)交期，接到樣品訂單后我們組織了詳細(xì)的工藝討論。此鑄件壁薄平面大，內(nèi)腔孔深長，為保證鑄件壁厚均勻，變形量小，蠟?zāi)１仨氂凶銐虻膹姸取２捎弥?/p>

6、溫蠟制?？蛇_(dá)到此要求。熔模在靠近中間部位合適的位置開設(shè)兩個工藝孔，可確保焙燒時型殼內(nèi)外不發(fā)生相對位移。為保證圓周密封面加工零缺陷，工藝設(shè)計時必須保證鑄件在充型時不會存在“水平大平面”現(xiàn)象，要設(shè)法減少鋼液二次氧化，熔煉出鋼前加精煉劑精煉，提高鋼液純凈度。2 工藝設(shè)計及試制生產(chǎn)實踐2.1工藝方案設(shè)計綜上考慮擬定以下兩種組焊工藝：蠟?zāi)＝M焊方案1：如圖3，平焊頂注式澆注工藝，澆口安放在兩個端頭的熱節(jié)處。為保證鑄件壁厚均勻、制殼時內(nèi)腔風(fēng)干充分及后道工序內(nèi)腔容易清砂，在鑄件的一側(cè)靠近中間適當(dāng)位置開設(shè)兩個工藝孔，工藝孔直徑35mm，如圖4。為避免充型時存在水平大平面，澆注前將模殼的一頭墊高，傾斜15-30。

7、熔煉采用中頻感應(yīng)爐，在出鋼前加精煉劑精煉，斷電靜置3-5min。圖3 組焊方案1 圖4 工藝孔放置蠟?zāi)＝M焊方案2：如圖5，立焊立澆直澆道-內(nèi)澆口式澆注工藝，澆口安放在兩個端頭的熱節(jié)處，工藝孔放置同方案1。蠟?zāi)Ｉ戏桨苍O(shè)排蠟拉筋，保證脫蠟時排蠟通道暢通。為防止蝶板變性翹曲，我們將兩個澆口中間部分的直澆道截面減小。熔煉采用中頻感應(yīng)爐，在出鋼前加作者簡介：葉宗林（1986-），男，安徽省六安人，工程師，主要從事精密鑄造工藝研究。精煉劑精煉，斷電靜置3-5min。圖5 組焊方案2 2.2 方案實施及結(jié)果分析上述兩種方案同時進(jìn)行試驗，均采用中溫蠟硅溶膠精鑄工藝。制模時嚴(yán)格控制蠟?zāi)Ｗ冃味?，由檢驗員按照蠟?zāi)？?/p>

8、制尺寸對每件蠟?zāi)＿M(jìn)行檢測并記錄。制殼、脫蠟、焙燒、澆注工藝要求相同。試驗結(jié)果如下：方案1整個圓周密封面加工有較多的氣孔及夾渣缺陷，分布不規(guī)則；變形量大，同軸度偏差在3-4mm。方案2圓周密封面加工在靠近上部120-140對稱范圍內(nèi)有點狀夾雜缺陷，缺陷很小，呈黑點狀，分布不連續(xù)，不同于方案1中的夾渣缺陷，謂之為“黑點”，圓周其余區(qū)域加工無問題；下方澆口根部有輕微縮松；變形量較大，同軸度偏差在2-3mm。針對此兩種方案試驗結(jié)果，分析如下：方案1鑄件水平組焊，雖然澆注時模殼稍作傾斜，但還是無可避免的存在水平大平面，鋼液攤鋪面積大，與空氣接觸面積大，鋼液表面二次氧化嚴(yán)重。鋼液由中心軸向外徑薄壁處流動，

9、到達(dá)外徑時鋼液溫度明顯下降，鋼水中氧化夾雜被推移至外徑處形成夾渣、氣孔缺陷。方案1鑄件在凝固的時候，鑄件上部受冒口熱量影響，其溫度始終要高于鑄件下部靠近地面的部分，鑄件上、下面溫度場分布不均衡，冒口凝固形成收縮應(yīng)力迫使鑄件彎曲變形。方案2下方澆口凝固時，上方直澆道斷面小，凝固早于下方澆口，未能將鑄件熱節(jié)完全引出，在澆口根部形成輕微縮松。立焊立澆工藝冒口棒被鑄件完全包圍，冒口棒處不易散熱，鑄件外側(cè)散熱很快，澆口側(cè)鑄件的溫度就會遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于外側(cè)鑄件的溫度，鑄件內(nèi)側(cè)、外側(cè)溫度場分布不均衡，冒口凝固形成如同方案1的收縮應(yīng)力迫使鑄件彎曲變形。為什么其變形量小于方案1，主要是兩澆口中間部分的直澆道截面減小，在

10、凝固的后期，此部分直澆道已經(jīng)形成了一定的強度抵消了一部分冒口收縮形成的應(yīng)力。在外徑靠近上部120-140對稱范圍內(nèi)有點狀夾雜缺陷，是由于鋼水的純凈度不夠或是模殼型腔中存在的雜質(zhì)造成。3 工藝修正及再次試制實踐3.1 工藝修正 兩種方案的結(jié)果顯示：兩種方案鑄件變形量都較大，圓周球面加工不合格，鑄件未能達(dá)到其技術(shù)要求。綜合對比這兩種方案：方案2鑄件的變形量比方案稍小，圓周球面加工無氣孔缺陷，外徑靠近上部120-140對稱范圍內(nèi)有少量黑點缺陷，下方澆口的輕微縮松亦容易解決，方案2要優(yōu)于方案1。對方案2立焊立澆工藝進(jìn)行修改，形成以下兩種更改后工藝： 蠟?zāi)＝M焊方案3：原澆口位置不變，立焊立澆，采用直澆道

11、-內(nèi)澆口式澆注工藝。熔模上方排蠟拉筋放置及鋼水精煉、靜置要求同方案2，在兩澆口之間的冒口棒設(shè)制了一個冒口頸。冒口頸細(xì)而短，因為其細(xì)，冒口收縮時易于從冒口頸處斷裂，松弛冒口的收縮應(yīng)力，減輕對鑄件的應(yīng)力作用；因為其短，此處散熱慢，凝固遲，能滿足冒口自下而上的順序凝固，充分補縮鑄件。為了解決圓周球面加工黑點缺陷，確定在澆注前放置泡沫陶瓷過濾網(wǎng)，如圖6示。泡沫陶瓷過濾網(wǎng)具有整流作用，金屬液在澆注時一般都呈紊流狀態(tài)，當(dāng)通過過濾網(wǎng)后金屬液趨于層流狀態(tài)，有利于夾渣物上浮，減少對模殼的沖擊，減少二次氧化夾雜；其主要具有吸附作用，泡沫陶瓷過濾網(wǎng)有很大的比表面積，有許許多多細(xì)小而密集的彎曲通道，在金屬液流過這些彎

12、曲通道時，微小的夾雜物很容易被吸附到過濾器通道壁上。 圖6 過濾網(wǎng)放置蠟?zāi)＝M焊方案4：立焊立澆式，更改澆口位置，將上方澆口安放在鑄件外側(cè)，均勻鑄件內(nèi)、外側(cè)凝固時的溫度場及應(yīng)力場。維持方案3中的加冒口頸、加排蠟拉筋，煉鋼時鋼水精煉、靜置及澆注時放置過濾網(wǎng)的方法。此外，在熔模的底部焊制了一個40X40X60的吹砂孔，型殼焙燒后用壓縮空氣將型殼型腔死角處可能有的雜質(zhì)從吹砂孔處完全清除，澆注前再用成型堵頭堵住此吹砂孔。為了防止后道工序焊補工藝孔時造成鑄件變形，將原先的兩個工藝孔放置在鑄件同一側(cè)更改為放置在鑄件的不同側(cè)，如圖7示。后道工序焊補工藝孔時可以使鑄件兩側(cè)的焊接應(yīng)力分布對稱，不會造成鑄件變形。方

13、案3和方案4兩種組焊方案工藝孔作相同更改。 圖7 工藝孔更改在實施方案前有必要模擬驗證此更改工藝的可行性，對比兩種工藝對預(yù)防鑄件變形的差異。模擬采用德國MAGMA凝固模擬軟件，分別進(jìn)行了凝固過程溫度場模擬，模擬結(jié)果如下：圖8中 t表示充滿型后的時間，P表示該時間內(nèi)已凝固體積占模組總體積的百分比，圖8(c)表示溫度場，溫度場中淺白色和白色區(qū)域為液態(tài)金屬，由白色到下方的淺灰色為處于液、固相線之間的凝固區(qū)域，正在發(fā)生凝固，灰色及深灰色為固態(tài)區(qū)域（鑄件部分已成為灰色）。圖8（a）為方案3凝固過程溫度場模擬圖示，圖8（b）為方案4凝固過程溫度場模擬圖示。對比這兩種模擬結(jié)果看出：方案3中鑄件澆口側(cè)與對側(cè)溫

14、度場不均衡，凝固初期可能存在有軸向變形現(xiàn)象；方案4中澆口安放在鑄件的兩側(cè)，鑄件兩側(cè)溫度場分布均衡，可以減輕鑄件變形。(a) t=8min P=72.44% (b)t=10min P=72.11%(c)圖8 凝固過程溫度場模擬3.試制結(jié)果及分析經(jīng)過同時試驗生產(chǎn)，顯示結(jié)果如下：方案3圓周密封面加工黑點缺陷基本去除，只是在球面上部存在有2處很小的不規(guī)則的黑點缺陷；變形量比方案1、方案2小，同軸度偏差在1-2mm，但這還是沒能達(dá)到此產(chǎn)品同軸度偏差小于1mm的要求。方案4經(jīng)精加工顯示：圓周密封面無黑點缺陷。變形量小于1mm，同軸度完全能夠達(dá)到此產(chǎn)品使用要求。 方案3軸向變形比方案4的大。這與我們MAGM

15、A凝固過程溫度場的模擬分析結(jié)果相吻合。其原因就是方案3鑄件凝固時兩側(cè)的溫度場分布不均衡造成。方案3圓周密封面上部仍存在有2處很小的不規(guī)則的黑點缺陷，此與型殼內(nèi)可能存在的少量雜質(zhì)有關(guān)。方案4在熔模的最底部焊制了一個40X40X60的吹砂孔，完全清除了模殼型腔死角處所存在的少量雜質(zhì)，再加上泡沫陶瓷過濾網(wǎng)對鋼水的擋渣去雜作用，完全去除了黑點缺陷的形成來源。4 批量生產(chǎn)實踐為進(jìn)一步驗證方案4的工藝穩(wěn)定性，試制廠進(jìn)行了小批量生產(chǎn)試驗。共生產(chǎn)20件，每件都做有唯一性的標(biāo)識以便于區(qū)分，由檢驗員按照蠟?zāi)？刂瞥叽鐚γ考災(zāi)＿M(jìn)行檢測并記錄。批量試驗結(jié)果顯示：有15件一次性合格，變形量小于1mm；有5件有輕微超差，變形量在1-1.5mm，由后道精整校正合格（采用專用校具進(jìn)行校正）。對此超差的5件，通過復(fù)查過程記錄，發(fā)現(xiàn)蠟?zāi)Ｗ冃瘟科?。工藝人員對蠟?zāi)？刂瞥叽邕M(jìn)行了修正，將蠟?zāi)３叽绻罘秶m當(dāng)縮小。5 結(jié)論采用中溫蠟硅溶膠精鑄工藝生產(chǎn)不銹鋼薄壁透空蝶板件是切實可