閥門的鑄造工藝全流程

閥門的鑄造是閥門制造過程的重要環(huán)節(jié)，有了好的鑄件就決定了好閥門成功的重大比例。下面介紹鑄造工藝設計和閥門行業(yè)常用的幾種鑄造工藝方法：

（一）鑄件的鑄造工藝設計：

正確而有效的控制鑄件凝固是獲得優(yōu)質鑄鋼件的頭等重要條件，采取正確的工藝措施如：澆注系統(tǒng)、冒口和冷鐵、工藝補正量等，形成合理的工藝方案。閥門鑄鋼件由于其壁厚不均勻，應該采取順序冷卻、順序凝固的原則，以減少鑄件內部的應力、縮孔和縮松等缺陷。

⑴控制鑄鋼件順序凝固的工藝措施：

1）設計合理分型位置、澆注位置和澆注系統(tǒng)。

2）冒口設計在鑄件最后凝固的部位，在起到補縮作用的同時，延緩冒口周圍鋼水的凝固，造成順序凝固的條件。

3）澆注操作時，當鋼水上升至冒口高度1/4時，改從冒口頂上澆注，其作用可以增加鋼水壓頭，還可以提高冒口溫度。

4）鑄鋼冒口尺寸的確定：其方法有模數法（按鑄件的熱容量確定）；體積收縮法（按鋼水凝固收縮率確定）；比值法（按鑄件的補縮類型確定）和熱節(jié)圓法（按鑄件的熱節(jié)圓確定）。目前工廠里為了滿足便捷的設計要求，常用的是熱節(jié)圓法，來確定冒口的尺寸。

5）鑄件收縮率的選定：鑄鋼件在凝固冷卻的過程中，其體積和尺寸都會收縮減小，由液態(tài)凝固為固態(tài)的收縮量一般以長度的改變量--線收縮率來表示（%）。

影響鑄造收縮率的因素很多，鑄件在鑄型中固態(tài)收縮時還受外界阻力的影響，會使其實際的收縮量減少，此時稱為非自由收縮，而非自由收縮率總是小于自由收縮率。影響鑄造收縮率的因素主要有金屬合金的種類、鑄件結構和尺寸長度，另外造型材料、型芯的緊實程度等也影響鑄件產生非自由收縮率。

根據閥門的生產實踐，為了方便模具設計，縮尺一般參考下表選取：

（二）砂型鑄造：閥門行業(yè)常用的砂型鑄造，按粘結劑的不同還可分為：濕型砂、干型砂、水玻璃砂和呋喃樹脂自硬砂等。

（1）濕型砂是以膨潤土為粘結劑的造型工藝方法，它的特點是：造好的砂型不需要烘干，不需要經過硬化處理，砂型有一定的濕態(tài)強度，砂芯、型殼的退讓性較好，便于鑄件的清理落砂。造型生產效率高，生產周期短，材料成本低，便于組織流水線生產。它的缺點是：鑄件易產生氣孔、夾砂、粘砂等缺陷，鑄件的質量尤其是內在質量不夠理想。

鑄鋼件濕型砂的配比及性能表：

（2）干型砂是以粘土為粘結劑的造型工藝方法，稍加膨潤土可以提高其濕強度。它的特點是：砂型需要烘干，有良好的透氣性，不易產生沖砂、粘砂、氣孔等缺陷，鑄件的內在質量較好。它的缺點是需要砂型烘干設備，生產的周期較長。

（3）水玻璃砂是以水玻璃為粘結劑的造型工藝方法，它的特點是：水玻璃遇CO2后有自動硬化的功能，可有氣硬化法造型和造芯的各種優(yōu)點，但存在型殼潰散性差，鑄件清砂困難以及舊砂再生、回用率低的缺點。

水玻璃CO2硬化砂配比及性能表：

（4）呋喃樹脂自硬砂造型是以呋喃樹脂為粘結劑的鑄造工藝方法，在常溫下由于粘結劑在固化劑的作用下發(fā)生化學反應而固化型砂。它的特點是砂型不必烘干，這就縮短了生產周期，節(jié)約了能源。樹脂型砂易于緊實、潰散性好，鑄件的型砂易于清理，鑄件尺寸精度高，表面光潔度好，可以大大提高鑄件質量。它的缺點是：對于原砂的質量要求高，生產現場有輕微的刺激性氣味，而且樹脂的成本也較高。

呋喃樹脂自硬砂混合料配比及混制工藝：

呋喃樹脂自硬砂的混制工藝：樹脂自硬砂最好采用連續(xù)式混砂機，將原砂、樹脂、固化劑等依次加入、快速混合而成，隨時混制、隨時使用。

混制樹脂砂時各種原料的加入順序如下：

原砂+固化劑（對甲苯磺酸水溶液）-（120～180S）-樹脂+硅烷-（60～90S）-出砂

（5）典型的砂型鑄造工藝卡片：

（6）典型的砂型鑄造生產流程：

（三）、精密鑄造：近年來，閥門廠家越來越注重鑄件的外觀質量和尺寸精度。因為良好的外觀是市場的基本要求，也是作為機加工頭道工序的定位基準。

閥門行業(yè)常用的精密鑄造是溶模鑄造，現簡要介紹如下：

（1）溶模鑄造的兩種工藝方法：①采用低溫蠟基模料（硬脂酸+石蠟）、低壓注蠟、水玻璃型殼、熱水脫蠟、大氣熔煉澆注工藝，主要用于質量要求一般的碳素鋼和低合金鋼鑄件，鑄件尺寸精度可達國家標準ＣＴ７～９級。②采用中溫樹脂基模料、高壓注蠟、硅溶膠模殼、蒸汽脫蠟、快速大氣或真空熔煉澆注工藝，鑄件尺寸精度可達ＣＴ４～６級的精密鑄件。

（2）溶模鑄造典型工藝流程：

（3）溶模鑄造的特點：

①鑄件尺寸精度高，表面光整、外觀質量好。

②可以鑄造結構形狀復雜、難以用其他工藝方法實現加工的零件。

③鑄件材料不受限制，各種合金材料如：碳素鋼、不銹鋼、合金鋼、鋁合金、高溫合金、以及貴重金屬等材料，尤其是難以用鍛造、焊接和切削加工的合金材料。

④生產靈活性好，適應性強?？梢源笈a，也適用于單件或小批生產。

⑤溶模鑄造也有一定的局限性，如：工藝流程繁瑣、生產周期長。由于其可采用的鑄造工藝手段有限，用于鑄造承壓薄殼閥門鑄件時，其承壓能力不能很高。

（四）鑄造缺陷的分析

任何的鑄件內部都是會有缺陷的，這些缺陷的存在給鑄件的內在質量帶來很大的隱患，在生產過程中為消除這些缺陷進行的焊補也會給生產流程帶來很大的負擔。尤其是閥門作為承受壓力、溫度的薄殼鑄件，其內部的組織致密性非常重要。因此，鑄件的內部缺陷成為影響鑄件質量的決定因素。

閥門鑄件的內部缺陷主要有氣孔、夾渣、縮松和裂紋等。

（1）氣孔：氣孔由氣體產生，孔洞表面光滑，產生在鑄件內部或近表面，形狀多呈圓形或長圓形。

生成氣孔的氣體主要來源有：①金屬中溶解的氮、氫在鑄件凝固的過程中被包容于金屬之中，形成封閉的圓形或橢圓形內壁有金屬光澤的氣孔。②造型材料中的水分或揮發(fā)物質都會因受熱而變成氣體，形成內壁為暗褐色的氣孔。③金屬在澆注過程中，由于流動不穩(wěn)定，將空氣卷入而生成氣孔。

氣孔缺陷的防止方法：①在冶煉方面應盡量少用或不用銹蝕的金屬原料，工具和鋼水包要烘烤干燥。②鋼水澆注要高溫出爐、低溫澆注，鋼水要適當鎮(zhèn)靜以利于氣體的上浮。③澆冒口的工藝設計要增大鋼水的壓頭，避免氣體卷入，并設置人工氣路，合理排氣。④造型材料要控制含水量、發(fā)氣量，增加透氣性，砂型和砂芯要盡量烘烤干燥。

（2）縮孔（松）：它是產生在鑄件內部的（尤其是在熱節(jié)部位）呈連貫或不連貫的圓形或不規(guī)則的空洞（腔），內表面粗糙，顏色較暗，金屬晶粒粗大，多呈樹枝狀結晶，聚集在一處或多處，水壓試驗時容易發(fā)生滲漏。

產生縮孔（松）的原因：金屬由液態(tài)凝固為固態(tài)時發(fā)生體積收縮，此時如得不到足夠的鋼水補充，則必然產生縮孔。鑄鋼件的縮孔基本是由于對順序凝固過程控制不當而造成的，原因可能有冒口設置不正確、鋼水澆注溫度過高，金屬收縮量大等。

防止縮孔（松）產生的方法：①科學的設計鑄件的澆注系統(tǒng)，使鋼水實現順序凝固，先凝固的部位應有鋼水補充。②正確、合理的設置冒口、補貼、內外冷鐵，確保順序凝固。③在鋼水澆注時，最后從冒口處頂注補澆有利于保證鋼水溫度和補縮，減少縮孔的產生。④在澆注速度方面，低速澆注比高速澆注有利于順序凝固。⑸在澆注溫度方面不宜過高，鋼水高溫出爐，經鎮(zhèn)靜后澆注，有利于減少縮孔。

（3）夾砂（渣）：夾砂（渣）俗稱砂眼，是在鑄件的內部出現不連貫的圓形的或不規(guī)則的孔洞，孔內夾雜著型砂或鋼渣，尺寸大小沒有規(guī)律，聚集在一處或多處，往往在上型的部分較多。

產生夾砂（渣）的原因：夾渣是由于鋼水在冶煉或澆注過程中，離散的鋼渣隨著鋼水進入鑄件形成的。夾砂是由于造型時型腔的緊實度不夠，當鋼水澆入型腔時，型砂被鋼水沖起進入鑄件內部造成的。另外修型、合箱時操作不當，有掉砂現象也是造成夾砂的原因。

防止夾砂（渣）產生的方法：①鋼水冶煉時要盡量排氣排渣徹底，鋼水出爐后在鋼水包里鎮(zhèn)靜一下，有利于鋼渣的上浮。②鋼水的澆注包盡量不用翻包，而用茶壺包或底注包，以免鋼水上部的渣子順著鋼水進入鑄件型腔。③在鋼水澆注時要采取蓖渣措施，盡量減少鋼渣隨鋼水進入型腔。④為了減少夾砂的可能，在造型時要保證砂型的緊實度，修型時注意不要掉砂，合箱前要將型腔吹干凈。

（4）裂紋：鑄件的裂紋大多為熱裂紋，其形狀不規(guī)則，有穿透或不穿透、連續(xù)或斷續(xù)，裂紋處的金屬呈暗色或有表面氧化。

產生裂紋的原因：有兩個方面，即高溫應力與液膜變形。

高溫應力是鋼水在高溫下收縮變形受阻而形成的應力，當該應力超過了金屬在該溫度下的強度或塑性變形極限時便產生了裂紋。液膜變形是鋼水在凝固結晶過程中晶粒之間產生液膜，隨著凝固結晶的進行，液膜發(fā)生變形，變形量和變形速度超過一定極限時，便產生了裂紋。熱裂紋產生的溫度范圍約在1200～1450℃左右。

產生裂紋的影響因素：①鋼中S、P元素是產生裂紋的有害因素，他們和鐵的共晶物降低了鑄鋼在高溫的強度和塑性，導致裂紋產生。②鋼中的夾渣和偏析增加了應力集中，因而增加了熱裂傾向。③鋼種的線收縮系數越大，熱裂的傾向越大。④鋼種的導熱系數越大，表面張力越大，高溫機械性能好，熱裂的傾向越小。⑤鑄件的結構設計工藝性不好，如圓角太小、壁厚懸殊太大、應力集