大型碟閥的工藝方案設(shè)計(jì)及鑄造方法

　　針對(duì)全球環(huán)境的惡化，水處理工程正日益受到全世界各國(guó)的重視，本公司為某外企研究開(kāi)發(fā)的水處理系統(tǒng)中的重要部件DN2800大型碟閥，材質(zhì)為EN-GJS-500-7.，最大外形尺寸∮2800mm，高650mm，最大壁厚380mm，最小壁厚36mm，毛坯重量7800KG，要求成品后在20KG/cm2水壓試驗(yàn)不能有滲漏現(xiàn)象，附鑄試塊抗拉強(qiáng)度≥450MPa，延伸率≥7%，布氏硬度≥180HB，重要部位需按歐標(biāo)進(jìn)行UT、MT二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)。

1、結(jié)構(gòu)分析

　　(1)此碟閥屬園餅形結(jié)構(gòu)，內(nèi)部空腔由8根加強(qiáng)筋連接支撐，頂部Φ620孔與內(nèi)腔相通，其余部分均為封閉形狀，砂芯難以固定，且易變形，同時(shí)對(duì)砂芯排氣和內(nèi)腔的清理都帶來(lái)很大困難，如圖1。

圖1

　　(2)鑄件壁厚相差很大，最大壁厚處達(dá)380mm，最小壁厚只有36mm。鑄件凝固時(shí)溫差較大，收縮不均勻極易產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷致水壓試驗(yàn)滲水。

2、工藝方案設(shè)計(jì)

　　1.分型面如圖一所示，將有孔的一端放在上箱，中間內(nèi)腔做一個(gè)整體砂芯，芯頭適當(dāng)加長(zhǎng)，以方便砂芯的緊固和翻箱時(shí)砂芯的穩(wěn)定，側(cè)面兩個(gè)盲孔懸臂泥芯芯頭長(zhǎng)度要大于孔的長(zhǎng)度，使整個(gè)砂芯重心偏向芯頭一側(cè)，確保砂芯固定平穩(wěn)。

　　2.采用半封閉式澆注系統(tǒng)，∑F內(nèi)：∑F橫：∑F直=1：1.5：1.3，直澆道用內(nèi)徑Φ120陶瓷管，底部放置兩塊200×100×40mm耐火磚，以防鐵水直接沖擊砂模，橫澆道底部設(shè)置150×150×40泡沫陶瓷過(guò)濾網(wǎng)，內(nèi)澆道用12根內(nèi)徑Φ30陶瓷管通過(guò)過(guò)濾網(wǎng)底部集水槽均勻連接至鑄件底部形成底注式澆注方案，如圖2。

圖2

　　(3)上模放置14個(gè)∮20型腔通氣孔，芯頭中間放置一根Φ200砂芯排氣孔，在厚大部位放置冷鐵激冷，確保鑄件實(shí)現(xiàn)均衡凝固，利用石墨化膨脹原理取消補(bǔ)縮冒口，以提高工藝出品率，砂箱尺寸3600×3600×1000/600mm，用25mm厚鋼板焊接保證足夠的強(qiáng)度和剛性，如圖3。

圖3

3、過(guò)程控制

　　(1)造型：造型前用Φ50×50mm標(biāo)準(zhǔn)試樣檢測(cè)樹(shù)脂砂的抗壓強(qiáng)度≥3.5MPa，，冷鐵及澆道部位重點(diǎn)緊實(shí)以確保砂模有足夠的強(qiáng)度抵消鐵水凝固時(shí)產(chǎn)生的石墨化膨脹，并防止鐵水長(zhǎng)時(shí)間沖擊澆道部位造成沖砂。

　　(2)制芯：此砂芯由8根加強(qiáng)筋將整個(gè)砂芯分隔成8等分，通過(guò)中間空腔連接而成，除中間芯頭外沒(méi)有其它支撐和排氣部位，如不能處理好砂芯固定和排氣，澆注后將出現(xiàn)砂芯移位和氣孔，因砂芯整體面積大，又被分隔成八個(gè)部分，真空技術(shù)網(wǎng)(http://genius-power.com/)認(rèn)為必須有足夠的強(qiáng)度和剛性，才能確保砂芯起模后不損壞，澆注后不發(fā)生變形現(xiàn)象，從而保證鑄件壁厚的均勻一致，為此我們特制作了專用芯骨，并用通氣繩扎于芯骨之上從芯頭引出排氣，制芯時(shí)確保砂模的緊實(shí)度，如圖4所示。

圖4

　　(3)合箱：考慮此碟閥內(nèi)腔清砂因難，整個(gè)砂芯涂刷兩層涂料，第一層刷醇基鋯系涂料(波美度45-55)，，待第一層涂燒干后再用醇基鎂系涂料刷第二層(波美度35-45)以防鑄件粘砂和燒結(jié)，無(wú)法清理。芯頭部位用三個(gè)M25螺桿吊于芯骨主體結(jié)構(gòu)Φ200鋼管上與上模砂箱用螺冒固定鎖緊并檢查各部位壁厚是否均勻一致。

4、熔煉澆注工藝

　　(1)用本溪低P、S、Ti優(yōu)質(zhì)Q14/16#生鐵，按40%~60%比例加入;廢鋼中嚴(yán)格控制P、S、Ti、Cr、Pb等微量元素，不允許有銹蝕油污存在，加入比例25%~40%;回爐料在使用前須拋丸清理干凈，確保爐料的清潔。

　　(2)爐后主要成份控制：C：3.5-3.65%，Si：2.2%~2.45%，Mn：0.25%~0.35%，P≤0.05%，S：≤0.01%，Mg(殘)：0.035%~0.05%，在保證球化的前提下，Mg(殘)盡可能取下限。

　　(3)球化孕育處理：采用低鎂低稀土球化劑，加入比例1.0%~1.2%，常規(guī)沖入法球化處理，一次孕育0.15%覆蓋在包底球化劑上，球化完成扒渣后再轉(zhuǎn)包進(jìn)行二次孕育0.35%，澆注時(shí)進(jìn)行隨流孕育0.15%，

　　(4)采用低溫快澆工藝，澆注溫度1320℃~1340℃，澆注時(shí)間70~80s，澆注時(shí)鐵水不能斷流，澆口杯始終處于充滿狀態(tài)，以防氣體和夾雜物通過(guò)澆道卷入型腔。

5、鑄件檢測(cè)結(jié)果

　　1.檢測(cè)附鑄試塊抗拉強(qiáng)度：485MPa，伸長(zhǎng)率：15%，布氏硬度HB187。

　　2.球化率95%，石墨大小6級(jí)，珠光體35%，金相組織見(jiàn)圖5。

　　3.重要部位UT、MT二級(jí)探傷未發(fā)現(xiàn)可記錄缺陷。

　　4.外觀平整光潔(見(jiàn)圖6)，無(wú)夾砂、夾渣、冷隔等鑄造缺陷，壁厚均勻，尺寸符合圖紙要求。

　　5.加工后進(jìn)行20kg/cm2水壓測(cè)試未出現(xiàn)滲漏現(xiàn)象。

　　腐蝕前金相(100×) 腐蝕后金相(100×)

圖5

圖6 鑄件外觀

6、結(jié)束語(yǔ)

　　針對(duì)此碟閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，著重從工藝方案設(shè)計(jì)、砂芯的制作和固定及鋯系涂料的使用方面解決了中間大砂芯不穩(wěn)定易變形及清砂困難的問(wèn)題，用通氣繩和芯頭中間設(shè)置排氣孔避免了鑄件產(chǎn)生氣孔的可能，從爐料控制、澆道系統(tǒng)引用泡沫陶瓷過(guò)濾網(wǎng)和陶瓷內(nèi)澆道技術(shù)保證了鐵水的純凈，經(jīng)過(guò)多次孕育處理確保了鑄件金相組織和各項(xiàng)綜合性能都達(dá)到了客戶的標(biāo)準(zhǔn)要求。