閥門制造工藝講座

閥門制造工藝講座第一章閥門制造的工藝特點(diǎn)初看起來閥門零件不多、結(jié)構(gòu)簡單、精度一般，在機(jī)械行業(yè)屬于簡單部件，但是閥門的核心密封部位卻要求特別高、密封吻合必須零對零才能到達(dá)氣密試驗(yàn)的零泄漏。所以其制造工藝復(fù)雜，技術(shù)難度也大，有下面一些特點(diǎn)：從制造材料上講，由于閥門的品種規(guī)格繁多，應(yīng)用在國民經(jīng)濟(jì)的各個(gè)領(lǐng)域，其適用場合千差萬別，如高溫高壓、低溫深冷、易燃易爆、劇毒、強(qiáng)腐蝕介質(zhì)工況條件，對閥門的材質(zhì)提出了苛刻的要求。除鑄鐵、碳素鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼外，還大量采用CrNi不銹鋼、CrMoAl滲氮鋼、CrMoV耐熱鋼、CrMnN耐酸剛、沉淀硬化鋼、雙相不銹鋼、低溫鋼、鈦合金、蒙耐爾合金、因科乃爾合金、哈氏合金和GoCrW硬質(zhì)合金等。這些高合金材料的鑄造、焊接、加工性能很差，給制造工藝帶來很大難度。加上這些材料大多是高合金、高強(qiáng)度、高硬度的貴重材料，從材料的選擇、備料、采購方面都存在著很多困難。有些材料由于使用量小，難以采購供貨。從鑄造毛坯結(jié)構(gòu)上講，大局部的閥門毛坯采用的是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的薄殼鑄件，不僅要求有良好的外觀質(zhì)量，更要有致密的內(nèi)在質(zhì)量和良好的金相結(jié)構(gòu)，不能有氣孔、縮孔、夾砂、裂紋等缺陷。因此其鑄造工藝復(fù)雜、熱處理技術(shù)難度高。在機(jī)械行業(yè)里，閥門的承壓薄殼鑄件毛坯的鑄造難度遠(yuǎn)較其他機(jī)械構(gòu)件的復(fù)雜、困難更多。從機(jī)械加工工藝上講，由于大多數(shù)的高強(qiáng)、高硬、高耐腐蝕材料的切削性能都不好，如高合金的不銹鋼、耐酸剛都具有韌性大、強(qiáng)度高、散熱差、切削性大和加工硬化傾向強(qiáng)等缺點(diǎn)，很難到達(dá)要求的尺寸精度和光潔度，給機(jī)加工的刀具、工藝和設(shè)備帶來一定困難。另外，閥門密封面在加工精度、配合角度、光潔度和配對密封副的要求也很高，給機(jī)加工帶來很大難度。從閥門零件的工藝安排上講，閥門的主要零件個(gè)數(shù)不多，結(jié)構(gòu)相對簡單，大局部尺寸的加工精度不高，外部比擬粗糙，這就給人一種屬于簡單機(jī)械的印象。其閥門的心臟密封部位可是極其精密的，其密封面的“三度〞〔平整度、光潔度、硬度〕要求很高，以及兩個(gè)密封面組成的密封副的吻合度都要到達(dá)零對零要求，就是閥門加工的最大工藝難點(diǎn)。從閥門的實(shí)驗(yàn)和檢驗(yàn)上講，閥門是壓力管道重要的啟閉、調(diào)節(jié)元件，而壓力管道的使用工況是千差萬別的，高溫高壓、低溫深冷、易燃易爆、劇毒強(qiáng)腐蝕?？墒情y門制造的實(shí)驗(yàn)和檢驗(yàn)條件不形成合理的工藝方案。閥門鑄鋼件由于其壁厚不均勻，因采取順序冷卻、順序凝固的原那么，以減少鑄件內(nèi)部的應(yīng)力、縮孔和縮松等缺陷。⑴控制鑄鋼件順序凝固的工藝措施：設(shè)計(jì)合理分型位置、澆注位置和澆注系統(tǒng)。冒口設(shè)計(jì)在鑄件最后凝固的部位，再起到補(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。澆注操作時(shí)，當(dāng)鋼水上升至冒口高度1/4時(shí)，該從冒口頂上澆注，其作用可以增加鋼水壓頭，還可以提高冒口溫度。鑄鋼冒口尺寸確實(shí)定：其方法有模數(shù)法〔按鑄件的熱容量確定〕；體積收縮法〔鞍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，來確定冒口的尺寸。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(shí)還受外界阻力的影響，會使其實(shí)際的收縮量減少，此時(shí)稱為非自有收縮，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)生非自有收縮率。根據(jù)閥門的生產(chǎn)實(shí)踐，為了方便模具設(shè)計(jì)，縮尺一般參考下表選?。轰摲N縮尺碳鋼WCBZG2520/1000不銹鋼CF8CF8MZG0Cr18Ni9ZG0Ci18Ni12Mo2Ti20-25/1000鉻鉬鋼ZGCr5MoC520-25/1000耐熱鋼WC6WC918-22/1000鑄鐵HT25010/1000㈡砂型鑄造：閥門行業(yè)常用的砂型鑄造，按粘接劑的不同還可分為：濕型砂、干型砂、水玻璃砂和呋喃樹脂自硬砂等。⑴濕型砂是以膨潤土為粘接劑的造型工藝方法，它的特點(diǎn)是：造好的砂型不需要烘干，不需要經(jīng)過硬化處理，砂型有一定的濕態(tài)強(qiáng)度，砂芯、型殼的退讓性較好，便于鑄件的清理落砂。造型生產(chǎn)效率高，生產(chǎn)周期短，材料本錢低，便于組織流水線生產(chǎn)。他的缺點(diǎn)是：鑄件易產(chǎn)生氣孔、夾砂、粘砂等缺陷，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：序號配比〔%〕性能用途新砂舊砂膨潤土碳酸鈉糊精紙漿含水量%透氣性AFS濕壓強(qiáng)度KPa粒度組別參加量1101009/110.20.2/0.43.8/4.3100/20056/77小鑄鋼件用砂215505030.40.6/1.24/4.710050/75機(jī)器造型用砂⑵干型砂是以粘土為粘接劑的造型工藝方法，稍加膨潤土可以提高其濕強(qiáng)度。它的特點(diǎn)是：砂型需要烘干，有良好的透氣性，不易產(chǎn)生沖砂、粘砂、氣孔等缺陷，鑄件的內(nèi)在質(zhì)量較好。特的缺點(diǎn)是需要砂型烘干設(shè)備，生產(chǎn)的周期較長。⑶水玻璃砂是以水玻璃為粘接劑的造型工藝方法，它的特點(diǎn)是：水玻璃遇CO2后有自動硬化的功能，可有氣硬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：序號配比%性能用途粒度級別參加量水玻璃堿溶液15-20%膨潤土含水量%濕透氣性濕壓強(qiáng)度KPa硬化強(qiáng)度MPa1151008-90.74-54-5≥10025-30≥1.5大鑄件230100≥3005-15鑄鋼件型芯砂3211004-4.5LK-2潰散劑≤3.5≥150≥1.0⑷呋喃樹脂自硬砂造型是以呋喃樹脂為粘接劑的鑄造工藝方法，在常溫下由于粘接劑在固化劑的作用下發(fā)生化學(xué)反響而固化砂型。它的特點(diǎn)是砂型不必烘干，這就縮短了生產(chǎn)周期，節(jié)約了能源。樹脂型砂易于緊實(shí)、潰散性好，鑄件的型砂易于清理，鑄件尺寸精度高，外表光潔度好，可以大大提高鑄件質(zhì)量。他的缺點(diǎn)是：對于原砂的質(zhì)量要求高，生產(chǎn)現(xiàn)場有輕微的刺激性氣味，而且樹脂的本錢也較高。呋喃樹脂自硬砂混合料配比及混制工藝：原砂呋喃樹脂參加量占原砂重量比固化劑參加量占呋喃樹脂重量比硅烷參加量占呋喃樹脂重量比100%1-2%30-50%0.1-0.3%呋喃樹脂自硬砂的混制工藝：樹樹脂自硬砂最好采用連續(xù)式混砂機(jī)，將原漿、樹脂、固化劑等依次參加、快速混合而成，隨時(shí)混制、隨時(shí)使用?；熘茦渲皶r(shí)各種原料的參加順序如下：原砂+固化劑〔對甲苯磺酸水溶液〕-〔120～180s〕-樹脂+硅烷-〔60～90s〕-出砂⑸典型的砂型鑄造工藝卡片：⑹典型的砂型鑄造生產(chǎn)流程：㈢、精密鑄造：近年來，閥門廠家越來越注重鑄件的外觀質(zhì)量和尺寸精度。應(yīng)為良好的外觀是市場的根本需求，也是作為機(jī)加工頭道工序的定位基準(zhǔn)。閥門行業(yè)常用的精密鑄造是熔模鑄造，現(xiàn)簡單要介紹如下：⑴熔模鑄造的兩種工藝方法：①采用低溫蠟基摸料〔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)國家標(biāo)準(zhǔn)CT7～9級。②采用中溫樹脂基摸料、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級的精密鑄件。⑵熔模鑄造典型工藝流程：⑶熔模鑄造的特點(diǎn)：鑄件尺寸精度高，外表光整、外觀質(zhì)量好?？梢澡T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。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。生產(chǎn)靈活性好，適應(yīng)性強(qiáng)。可以大批生產(chǎn)，也適用于單件或小批生產(chǎn)。熔模鑄造也有一定的局限性，如:工藝流程繁瑣、生產(chǎn)周期長。由于其可采用的鑄造工藝手段有限，用于鑄造壓薄殼閥門鑄件時(shí)，其承壓能力不能很高。㈣鑄造缺陷的分析任何鑄件內(nèi)部都是會有缺陷的，這些缺陷的存在給鑄件的內(nèi)在質(zhì)量帶來很大的隱患，在生產(chǎn)過程中為消除這些缺陷進(jìn)行的補(bǔ)焊也會給生產(chǎn)流程帶來很大的負(fù)擔(dān)。尤其閥門作為承受壓力、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)部缺陷成為影響鑄件質(zhì)量的決定因素。閥門鑄件的內(nèi)部缺陷主要有氣孔、夾渣、縮松和裂紋等。⑴氣孔：氣孔由氣體產(chǎn)生，孔洞外表光滑，產(chǎn)生在鑄件內(nèi)部或近外表，形狀多呈圓形或長圓形。