阀门制造工艺讲座.docx
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阀门制造工艺讲座
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第一章阀门制造的工艺特点
初看起来阀门零件不多、结构简单、精度一般，在机械行业属于简单部件，但是阀门的核心密封部位却要求特别高、密封吻合必须零对零才能达到气密试验的零泄漏。
所以其制造工艺复杂，技术难度也大，有下面一些特点：
1）从制造材料上讲，由于阀门的品种规格繁多，应用在国民经济的各个领域，其适用场合千差万别，如高温高压、低温深冷、易燃易爆、剧毒、强腐蚀介质工况条件，对阀门的材质提出了苛刻的要求。
除铸铁、碳素钢、合金结构钢外，还大量采用CrNi不锈钢、CrMoAl渗氮钢、CrMoV耐热钢、CrMnN耐酸刚、沉淀硬化钢、双相不锈钢、低温钢、钛合金、蒙耐尔合金、因科乃尔合金、哈氏合金和GoCrW硬质合金等。
这些高合金材料的铸造、焊接、加工性能很差，给制造工艺带来很大难度。
加上这些材料大多是高合金、高强度、高硬度的贵重材料，从材料的选择、备料、采购方面都存在着很多困难。
有些材料由于使用量小，难以采购供货。
2）从铸造毛坯结构上讲，大部分的阀门毛坯采用的是结构复杂的薄壳铸件，不仅要求有良好的外观质量，更要有致密的内在质量和良好的金相结构，不能有气孔、缩孔、夹砂、裂纹等缺陷。
因此其铸造工艺复杂、热处理技术难度高。
在机械行业里，阀门的承压薄壳铸件毛坯的铸造难度远较其他机械构件的复杂、困难更多。
3）从机械加工工艺上讲，由于大多数的高强、高硬、高耐腐蚀材料的切削性能都不好，如高合金的不锈钢、耐酸刚都具有韧性大、强度高、散热差、切削性大和加工硬化倾向强等缺点，很难达到要求的尺寸精度和光洁度，给机加工的刀具、工艺和设备带来一定困难。
另外，阀门密封面在加工精度、配合角度、光洁度和配对密封副的要求也很高，给机加工带来很大难度。
4）从阀门零件的工艺安排上讲，阀门的主要零件个数不多，结构相对简单，大部分尺寸的加工精度不高，外部比较粗糙，这就给人一种属于简单机械的印象。
其阀门的心脏密封部位可是极其精密的，其密封面的“三度”（平整度、光洁度、硬度）要求很高，以及两个密封面组成的密封副的吻合度都要达到零对零要求，就是阀门加工的最大工艺难点。
5）从阀门的实验和检验上讲，阀门是压力管道重要的启闭、调节元件，而压力管道的使用工况是千差万别的，高温高压、低温深冷、易燃易爆、剧毒强腐蚀。
可是阀门制造的实验和检验条件不可能达到工况的同等要求，国际、国内各种阀门实验标准规定都是在接近常温的条件下，用气体或水作为介质进行试验的。
这就存在一个最根本的隐患，就是正常出厂试验合格的阀门产品，在苛刻的实际工况条件下可能会产生由于材料选用、铸件质量和密封破坏等问题而难以满足使用要求，还会发生重大的质量事故。
难怪有些干了一辈子的老阀门专家，越老越拘谨、越干越担心了。
第二章阀门铸造工艺
阀门的铸造是阀门制造过程的重要环节，有了好的铸件就决定了好阀门成功的重大比例。
下面介绍铸造工艺设计和阀门行业常用的几种铸造工艺方法：
㈠铸件的铸造工艺设计：
正确而有效的控制铸件凝固是获得优质铸钢件的头等重要条件，采取正确的工艺措施如：
浇注系统、冒口和冷铁、工艺补正量等，形成合理的工艺方案。
阀门铸钢件由于其壁厚不均匀，因采取顺序冷却、顺序凝固的原则，以减少铸件内部的应力、缩孔和缩松等缺陷。
⑴控制铸钢件顺序凝固的工艺措施：
1）设计合理分型位置、浇注位置和浇注系统。
2）冒口设计在铸件最后凝固的部位，再起到补缩作用的同时，延缓冒口周围钢水的凝固，造成顺序凝固的条件。
3）浇注操作时，当钢水上升至冒口高度1/4时，该从冒口顶上浇注，其作用可以增加钢水压头，还可以提高冒口温度。
4）铸钢冒口尺寸的确定：
其方法有模数法（按铸件的热容量确定）；体积收缩法（鞍钢水凝固收缩率确定）；比值法（按铸件的补缩类型确定）和热节圆法（按铸件的热节圆确定）。
目前工厂里为了满足便捷的设计要求，常用的是热节圆法，来确定冒口的尺寸。
5）铸件收缩率的选定：
铸钢件在凝固冷却的过程中，其体积和尺寸都会收缩减小，由液态凝固为固态的收缩量一般以长度的改变量—线收缩率来表示（﹪）。
影响铸造收缩率的因素很多，铸件在铸型中固态收缩时还受外界阻力的影响，会使其实际的收缩量减少，此时称为非自有收缩，而非自由收缩率总是小于自由收缩率。
影响铸造收缩率的因素主要有金属合金的种类、铸件结构和尺寸长度，另外造型材料、型芯的紧实程度等也影响铸件产生非自有收缩率。
根据阀门的生产实践，为了方便模具设计，缩尺一般参考下表选取：
钢种
缩尺
碳钢
WCBZG25
20/1000
不锈钢
CF8CF8MZG0Cr18Ni9ZG0Ci18Ni12Mo2Ti
20-25/1000
铬钼钢
ZGCr5MoC5
20-25/1000
耐热钢
WC6WC9
18-22/1000
铸铁
HT250
10/1000
㈡砂型铸造：
阀门行业常用的砂型铸造，按粘接剂的不同还可分为：
湿型砂、干型砂、水玻璃砂和呋喃树脂自硬砂等。
⑴湿型砂是以膨润土为粘接剂的造型工艺方法，它的特点是：
造好的砂型不需要烘干，不需要经过硬化处理，砂型有一定的湿态强度，砂芯、型壳的退让性较好，便于铸件的清理落砂。
造型生产效率高，生产周期短，材料成本低，便于组织流水线生产。
他的缺点是：
铸件易产生气孔、夹砂、粘砂等缺陷，铸件的质量尤其是内在质量不够理想。
铸钢件湿型砂的配比及性能表：
序号
配比（%）
性能
用途
新砂
旧砂
膨润土
碳酸钠
糊精
纸浆
含水量%
透气性AFS
湿压强度KPa
粒度组别
加入量
1
10
100
9/11
0.2
0.2/0.4
3.8/4.3
100/200
56/77
小铸钢件用砂
2
15
50
50
3
0.4
0.6/1.2
4/4.7
100
50/75
机器造型用砂
⑵干型砂是以粘土为粘接剂的造型工艺方法，稍加膨润土可以提高其湿强度。
它的特点是：
砂型需要烘干，有良好的透气性，不易产生冲砂、粘砂、气孔等缺陷，铸件的内在质量较好。
特的缺点是需要砂型烘干设备，生产的周期较长。
⑶水玻璃砂是以水玻璃为粘接剂的造型工艺方法，它的特点是：
水玻璃遇CO2后有自动硬化的功能，可有气硬法造型和造芯的各种优点，但存在型壳溃散性差，铸件清砂困难以及旧砂再生、回用率低的缺点。
水玻璃CO2硬化砂配比及性能表：
序号
配比%
性能
用途
粒度级别
加入量
水玻璃
碱溶液15-20%
膨润土
含水量%
湿透气性
湿压强度KPa
硬化强度MPa
1
15
100
8-9
0.7
4-5
4-5
≥100
25-30
≥1.5
大铸件
2
30
100
6.5-7.5
4.5-5.5
≥300
5-15
铸钢件型芯砂
3
21
100
4-4.5
LK-2溃散剂
水0.4-0.6
≤3.5
≥150
≥1.0
⑷呋喃树脂自硬砂造型是以呋喃树脂为粘接剂的铸造工艺方法，在常温下由于粘接剂在固化剂的作用下发生化学反应而固化砂型。
它的特点是砂型不必烘干，这就缩短了生产周期，节约了能源。
树脂型砂易于紧实、溃散性好，铸件的型砂易于清理，铸件尺寸精度高，表面光洁度好，可以大大提高铸件质量。
他的缺点是：
对于原砂的质量要求高，生产现场有轻微的刺激性气味，而且树脂的成本也较高。
呋喃树脂自硬砂混合料配比及混制工艺：
原砂
呋喃树脂加入量占原砂重量比
固化剂加入量占呋喃树脂重量比
硅烷加入量占呋喃树脂重量比
100%
1-2%
30-50%
0.1-0.3%
呋喃树脂自硬砂的混制工艺：
树树脂自硬砂最好采用连续式混砂机，将原浆、树脂、固化剂等依次加入、快速混合而成，随时混制、随时使用。
混制树脂砂时各种原料的加入顺序如下：
原砂+固化剂（对甲苯磺酸水溶液）-（120～180s）-树脂+硅烷-（60～90s）-出砂
⑸典型的砂型铸造工艺卡片：
⑹典型的砂型铸造生产流程：
㈢、精密铸造：
近年来，阀门厂家越来越注重铸件的外观质量和尺寸精度。
应为良好的外观是市场的基本需求，也是作为机加工头道工序的定位基准。
阀门行业常用的精密铸造是熔模铸造，现简单要介绍如下：
⑴熔模铸造的两种工艺方法：
①采用低温蜡基摸料（硬脂酸+石蜡）、低压注蜡、水玻璃型壳、热水脱蜡、大气熔炼浇注工艺，主要用于质量要求一般的碳素钢和低合金钢铸件，铸件尺寸精度可达国家标准CT7～9级。
②采用中温树脂基摸料、高压注蜡、硅溶胶模壳、蒸汽脱蜡、快速大气或真空熔炼浇注工艺，铸件尺寸精度可达CT4～6级的精密铸件。
⑵熔模铸造典型工艺流程：
⑶熔模铸造的特点：
1铸件尺寸精度高，表面光整、外观质量好。
2可以铸造结构形状复杂、难以用其他工艺方法实现加工的零件。
3铸件材料不受限制，各种合金材料如：
碳素钢、不锈钢、合金钢、铝合金、高温合金、以及贵重金属等材料，尤其是难以用锻造、焊接和切削加工的合金材料。
4生产灵活性好，适应性强。
可以大批生产，也适用于单件或小批生产。
5熔模铸造也有一定的局限性，如:
工艺流程繁琐、生产周期长。
由于其可采用的铸造工艺手段有限，用于铸造压薄壳阀门铸件时，其承压能力不能很高。
㈣铸造缺陷的分析
任何铸件内部都是会有缺陷的，这些缺陷的存在给铸件的内在质量带来很大的隐患，在生产过程中为消除这些缺陷进行的补焊也会给生产流程带来很大的负担。
尤其阀门作为承受压力、温度的薄壳铸件，其内部的组织致密性非常重要。
因此，铸件的内部缺陷成为影响铸件质量的决定因素。
阀门铸件的内部缺陷主要有气孔、夹渣、缩松和裂纹等。
⑴气孔：
气孔由气体产生，孔洞表面光滑，产生在铸件内部或近表面，形状多呈圆形或长圆形。
生成气孔的主要来源有：
①金属溶解的氮、氢在铸件凝固的过程中被包容与金属之中，形成封闭的圆形或椭圆形内壁有金属光泽的气孔。
②造型材料中的水分或挥发物质都会因受热而变成气体，形成内壁为暗褐色的气孔。
③金属在浇注过程中，由于流动不稳定，将空气卷入而生成气孔。
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