閥門(mén)鑄造工藝全流程

本文聚焦于閥門(mén)鑄造工藝，深入探討了鑄造工藝設(shè)計(jì)、砂型鑄造與精密鑄造方法，以及鑄造缺點(diǎn)的分析與避免措施，旨在為提升閥門(mén)鑄件質(zhì)量提供全面指導(dǎo)。

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

（一） 鑄件的鑄造工藝設(shè)計(jì)：

準(zhǔn)確而有效的控制鑄件凝固是獲得優(yōu)質(zhì)鑄鋼件的頭等重要條件，采取準(zhǔn)確的工藝措施如：澆注系統(tǒng)、冒口和冷鐵、工藝補(bǔ)正量等，形成合理的工藝方案。閥門(mén)鑄鋼件由于其壁厚不均勻，應(yīng)該采取順序冷卻、順序凝固的原則，以減少鑄件內(nèi)部的應(yīng)力、縮孔和縮松等缺點(diǎn)。

⑴ 控制鑄鋼件順序凝固的工藝措施：

1）設(shè)計(jì)合理分型位置、澆注位置和澆注系統(tǒng)。

2）冒口設(shè)計(jì)在鑄件最后凝固的部位，在起到補(bǔ)縮作用的同時(shí)，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(shí)，當(dāng)鋼水上升至冒口高度1/4時(shí)，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(shù)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(bǔ)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(shè)計(jì)要求，常用的是熱節(jié)圓法，來(lái)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(guò)程當(dāng)中，其體積和尺寸都會(huì)收縮減小，由液態(tài)凝固為固態(tài)的收縮量一般以長(zhǎng)度的改變量--線收縮率來(lái)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(shí)還受外界阻力的影響，會(huì)使其實(shí)際的收縮量減少，此時(shí)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(jié)構(gòu)和尺寸長(zhǎng)度，另外造型材料、型芯的緊實(shí)程度等也影響鑄件產(chǎn)生非自由收縮率。

根據(jù)閥門(mén)的生產(chǎn)實(shí)踐，為了方便模具設(shè)計(jì)，縮尺一般參考下表選?。ㄖ袊?guó)泵閥第一網(wǎng)收集整理）：

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

（1） 濕型砂是以膨潤(rùn)土為粘結(jié)劑的造型工藝方法，它的特色是：造好的砂型不需要烘干，不需要經(jīng)過(guò)硬化處理，砂型有一定的濕態(tài)強(qiáng)度，砂芯、型殼的退讓性不錯(cuò)，便于鑄件的清理落砂。造型生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)周期短，材料成本低，便于組織流水線生產(chǎn)。它的缺點(diǎn)是：鑄件易產(chǎn)生氣孔、夾砂、粘砂等缺點(diǎn)，鑄件的質(zhì)量尤其是內(nèi)在質(zhì)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(jié)劑的造型工藝方法，稍加膨潤(rùn)土可以提高其濕強(qiáng)度。它的特色是：砂型需要烘干，有良好的透氣性，不易產(chǎn)生沖砂、粘砂、氣孔等缺點(diǎn)，鑄件的內(nèi)在質(zhì)量不錯(cuò)。它的缺點(diǎn)是需要砂型烘干設(shè)備，生產(chǎn)的周期較長(zhǎng)。

（3）水玻璃砂是以水玻璃為粘結(jié)劑的造型工藝方法，它的特色是：水玻璃遇CO2后有自動(dòng)硬化的功能，可有氣硬化法造型和造芯的各種優(yōu)點(diǎn)，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(diǎn)。

水玻璃CO2硬化砂配比及性能表：

（4）呋喃樹(shù)脂自硬砂造型是以呋喃樹(shù)脂為粘結(jié)劑的鑄造工藝方法，在常溫下由于粘結(jié)劑在凝固劑的作用下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而凝固型砂。它的特色是砂型不必烘干，這就縮短了生產(chǎn)周期，節(jié)省了能源。樹(shù)脂型砂易于緊實(shí)、潰散性好，鑄件的型砂易于清理，鑄件尺寸精度高，表層光潔度好，可以大大提高鑄件質(zhì)量。它的缺點(diǎn)是：對(duì)于原砂的質(zhì)量要求高，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有輕微的刺激性氣味，而且樹(shù)脂的成本也較高。

呋喃樹(shù)脂自硬砂混合料配比及混制工藝：

呋喃樹(shù)脂自硬砂的混制工藝：樹(shù)脂自硬砂最好采用連續(xù)式混砂機(jī)，將原砂、樹(shù)脂、凝固劑等依次加入、快速混合而成，隨時(shí)混制、隨時(shí)使用。

混制樹(shù)脂砂時(shí)各種原料的加入順序如下：

原砂+凝固劑（對(duì)甲苯磺酸水溶液）-（120～180S）-樹(shù)脂+硅烷-（60～90S）-出砂

（5）典型的砂型鑄造工藝卡片（中國(guó)泵閥第一網(wǎng)收集整理）：

（6）典型的砂型鑄造生產(chǎn)流程：

（三）、精密鑄造：近年來(lái)，閥門(mén)廠家越來(lái)越注重鑄件的外觀質(zhì)量和尺寸精度。因?yàn)榱己玫耐庥^是市場(chǎng)的基本要求，也是作為機(jī)加工頭道工序的定位基準(zhǔn)。

閥門(mén)行業(yè)常用的精密鑄造是溶模鑄造，現(xiàn)簡(jiǎn)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(zhì)量要求一般的碳素鋼和低合金鋼鑄件，鑄件尺寸精度可達(dá)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ＣＴ７～９級(jí)。②采用中溫樹(shù)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(dá)ＣＴ４～６級(jí)的精密鑄件。

（2）溶模鑄造典型工藝流程：

（3）溶模鑄造的特色：

①鑄件尺寸精度高，表層光整、外觀質(zhì)量好。

②可以鑄造結(jié)構(gòu)形狀復(fù)雜、難以用其他工藝方法實(shí)現(xiàn)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(chǎn)靈活性好，適應(yīng)性強(qiáng)?？梢源笈a(chǎn)，也適用于單件或小批生產(chǎn)。

⑤溶模鑄造也有一定的局限性，如：工藝流程繁瑣、生產(chǎn)周期長(zhǎng)。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(mén)鑄件時(shí)，其承壓能力不可很高。

（四）鑄造缺點(diǎn)的分析

任何的鑄件內(nèi)部都是會(huì)有缺點(diǎn)的，這些缺點(diǎn)的存在給鑄件的內(nèi)在質(zhì)量帶來(lái)很大的隱患，在生產(chǎn)過(guò)程當(dāng)中為消除這些缺點(diǎn)進(jìn)行的焊補(bǔ)也會(huì)給生產(chǎn)流程帶來(lái)很大的負(fù)擔(dān)。尤其是閥門(mén)作為承受壓力、溫度的薄殼鑄件，其內(nèi)部的組織致密性非常重要。因此，鑄件的內(nèi)部缺點(diǎn)成為影響鑄件質(zhì)量的決定因素。

閥門(mén)鑄件的內(nèi)部缺點(diǎn)主要有氣孔、夾渣、縮松和裂紋等。

（1）氣孔：氣孔由氣體產(chǎn)生，孔洞表層光滑，產(chǎn)生在鑄件內(nèi)部或近表層，形狀多呈圓形或長(zhǎng)圓形。

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

氣孔缺點(diǎn)的避免方法：①在冶煉方面應(yīng)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(dāng)鎮(zhèn)靜以利于氣體的上浮。③澆冒口的工藝設(shè)計(jì)要增大鋼水的壓頭，避免氣體卷入，并設(shè)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(chǎn)生在鑄件內(nèi)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(nèi)表層粗糙，顏色較暗，金屬晶粒粗大，多呈樹(shù)枝狀結(jié)晶，聚集在一處或多處，水壓試驗(yàn)時(shí)容易發(fā)生滲漏。

產(chǎn)生縮孔（松）的原因：金屬由液態(tài)凝固為固態(tài)時(shí)發(fā)生體積收縮，此時(shí)如得不到足夠的鋼水補(bǔ)充，則必然產(chǎn)生縮孔。鑄鋼件的縮孔基本是由于對(duì)順序凝固過(guò)程控制不當(dāng)而造成的，原因可能有冒口設(shè)置不準(zhǔn)確、鋼水澆注溫度過(guò)高，金屬收縮量大等。

避免縮孔（松）產(chǎn)生的方法：①科學(xué)的設(shè)計(jì)鑄件的澆注系統(tǒng)，使鋼水實(shí)現(xiàn)順序凝固，先凝固的部位應(yīng)有鋼水補(bǔ)充。②準(zhǔn)確、合理的設(shè)置冒口、補(bǔ)貼、內(nèi)外冷鐵，確保順序凝固。③在鋼水澆注時(shí)，最后從冒口處頂注補(bǔ)澆有利于保證鋼水溫度和補(bǔ)縮，減少縮孔的產(chǎn)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(guò)高，鋼水高溫出爐，經(jīng)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(nèi)部出現(xiàn)不連貫的圓形的或不規(guī)則的孔洞，孔內(nèi)夾雜著型砂或鋼渣，尺寸大小沒(méi)有規(guī)律，聚集在一處或多處，往往在上型的部分較多。

產(chǎn)生夾砂（渣）的原因：夾渣是由于鋼水在冶煉或澆注過(guò)程當(dāng)中，離散的鋼渣隨著鋼水進(jìn)入鑄件形成的。夾砂是由于造型時(shí)型腔的緊實(shí)度不夠，當(dāng)鋼水澆入型腔時(shí)，型砂被鋼水沖起進(jìn)入鑄件內(nèi)部造成的。另外修型、合箱時(shí)操作不當(dāng)，有掉砂現(xiàn)象也是造成夾砂的原因。

避免夾砂（渣）產(chǎn)生的方法：①鋼水冶煉時(shí)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(jìn)入鑄件型腔。③在鋼水澆注時(shí)要采取蓖渣措施，盡量減少鋼渣隨鋼水進(jìn)入型腔。④為了減少夾砂的可能，在造型時(shí)要保證砂型的緊實(shí)度，修型時(shí)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層氧化。

產(chǎn)生裂紋的原因：有兩個(gè)方面，即高溫應(yīng)力與液膜變形。

高溫應(yīng)力是鋼水在高溫下收縮變形受阻而形成的應(yīng)力，當(dāng)該應(yīng)力高于了金屬在該溫度下的強(qiáng)度或塑性變形極限時(shí)便產(chǎn)生了裂紋。液膜變形是鋼水在凝固結(jié)晶過(guò)程當(dāng)中晶粒之間產(chǎn)生液膜，隨著凝固結(jié)晶的進(jìn)行，液膜發(fā)生變形，變形量和變形速度高于一定極限時(shí)，便產(chǎn)生了裂紋。熱裂紋產(chǎn)生的溫度范圍約在1200～1450℃左右。

產(chǎn)生裂紋的影響因素：①鋼中S、P元素是產(chǎn)生裂紋的有害因素，他們和鐵的共晶物下降了鑄鋼在高溫的強(qiáng)度和塑性，造成裂紋產(chǎn)生。②鋼中的夾渣和偏析增加了應(yīng)力集中，因而增加了熱裂傾向。③鋼種的線收縮系數(shù)越大，熱裂的傾向越大。④鋼種的導(dǎo)熱系數(shù)越大，表層張力越大，高溫機(jī)械性能好，熱裂的傾向越小。⑤鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝性不好，如圓角太小、壁厚懸殊太大、應(yīng)力集中嚴(yán)重，都會(huì)產(chǎn)生裂紋。⑥砂型的緊實(shí)度太高，型芯的退讓性不良阻礙鑄件收縮會(huì)增加裂紋傾向。⑦其它如澆冒口排列不當(dāng)、鑄件冷卻速度太快、切割澆冒口及熱處理造成過(guò)大應(yīng)力等也都會(huì)影響裂紋的產(chǎn)生。

針對(duì)以上裂紋產(chǎn)生的原因和影響因素，采取對(duì)應(yīng)的措施，就可以減少和避免裂紋缺點(diǎn)的產(chǎn)生。

綜合以上鑄造缺點(diǎn)產(chǎn)生原因的分析，查找存在的問(wèn)題，采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，就可以找到解決鑄造缺點(diǎn)的方法，有利于鑄件質(zhì)量的提高。