消失模铸造工艺生产双偏心蝶阀阀体

摘 要：双偏心蝶阀应用于自来水、电力循环水、石油、化工等领域。双偏心蝶阀通常由球墨铸铁、高强度灰铁这两种材料铸造而成。由于双偏心蝶阀的阀杆轴心与蝶板中心以及本体中心都偏离，铸造相对较为复杂。本文采用消失模铸造工艺作为双偏心蝶阀的铸造工艺，既简化工艺，提高生产效率，降低环境污染，也提高了产品的质量和精度。

关键词：双偏心蝶阀；消失模铸造工艺；阀杆轴心

中图分类号：TH134 文献标识码：A

1 引言

砂型铸造（也称为翻砂），该工艺与消失模铸造工艺相比而言，工序多、劳动强度大、生产周期长、工艺复杂，精度较低。而消失模铸造工艺是在实型铸造法、干砂实型铸造法的基础上发展的负压实型铸造法。消失模铸造工艺在造型和浇注过程中不需要进行取模，而且由于消失模铸造工艺采用了负压浇注，这样可以大大的减少铸造过程中产生的气体。双偏心蝶阀应用于自来水、电力循环水、石油、化工等领域。双偏心蝶阀通常由球墨铸铁、高强度灰铁这两种材料铸造而成。由于双偏心蝶阀的阀杆轴心与蝶板中心以及本体中心都偏离，铸造相对较为复杂。本文采用消失模铸造工艺作为双偏心蝶阀的铸造工艺，既简化工艺，提高生产效率，降低环境污染，也提高了产品的质量和精度。

2 消失模铸造工艺生产双偏心蝶阀阀体

本项目采用计算机仿真和实践试验为主的研究方法，针对铸铁类蝶阀消失模铸造进行新产品新工艺研究。首先将整个项目分为：

①蝶阀铸件及模具结构研究；

②消失模铸造蝶阀生产工艺研究方案；

③蝶阀铸件成品的质量检测3个部分。

（1）蝶阀铸件及模具结构研究方案及技术路线

整个模具结构设计过程及研究方案如图1所示，主要分为6个部分。

其中产品三维设计阶段主要根据如图2（尺寸及细节视图略）所示的二维图纸生成产品的三维数字化模型，设计过程应确保三维模型的数据与所依据的二维图纸一致。同时获得产品的结构方面的相关信息，如最小壁厚、最小孔径和脱模斜度等，最小壁厚主要受EPS模样的限制，在生产中模样要求保证断面上至少要容纳下三颗珠粒，即使用国内最小号的珠粒也要求断面厚度大于3mm，实际不同铸造合金在生产中均有一适宜最小壁厚和可铸最小孔径的限制。对于脱模斜度，设计时可考虑0.5°的斜度。

泡沫模样三维设计主要根据金属合金的收缩率和模样材料的收缩率来最终获得模样的最终尺寸。L模样 =L产品（1+K1+K2），其中K1为模样材料的收缩率，K2为金属合金的收缩率。

模具浇注仿真主要是利用PROCAST软件对设计好的模具进行浇注仿真，以尽可能早地发现在铸造过程中会出现的问题。通过对铸件在冲型、凝固过程中的温度、时间、速度、缩松、孤立液相的仿真结果分析，形成分析报告，指导模具结构的改进或浇注参数的设计。

（2）消失模铸造蝶阀生产工艺研究方案及技术路线

整个工艺过程主要分为白区、灰区、黑区，如图3所示。白区主要为塑料粒子模样的制作与组型，主要研究目标为发泡塑料粒子的选择，预发泡工艺参数的确定，发泡成型工艺参数的确定，浇冒口的设置；灰区主要为耐火涂料的制备与涂覆，主要研究目标为涂料的配制与使用，烘房的设置；黑区主要为砂箱组型及浇注，主要研究目标为砂箱的设置，砂处理系统，原材料的配比，浇注温度的选择，真空负压大小的选择。

（a）白区工艺研究路线

目前可选用的塑料粒子有EPS颗粒和STMMA颗粒，而颗粒大小从301至601有多个标号。对于增碳量没有特殊要求的灰铁铸件，可采用EPS颗粒；性能要求较高的球铁件对卷入的碳黑夹渣比较敏感，通常也采用STMMA比较保险。铸件中阀体要求的材质为HT250，而阀板要求的材质为QT450-10。

根据预发颗粒的要求控制预发时间及蒸汽气压大小选择合适的预发机。根据模具选择合适的发泡成型机，根据模样成品的质量调整成型过程通蒸汽的时间，时间过短，泡沫不熟，时间过长，又会出现过融合的现象。

浇注系统设计时应注意：

（1）保证浇注时金属液能充满型腔；

（2）浇注系统的安排要考虑到模样束在砂箱中的位置，便于填砂紧实；

（3）浇注系统的设置要保证模样束的整体强度；

（4）考虑内浇道的个数、位置对金属液充型方向的影响。浇注方式可采用底注或阶梯注入。冒口要保证足够的金属液以补充铸件凝固收缩，同时起到集渣、排气作用。消失模铸造由于真空负压的作用，铸件可实现自补缩，冒口的需求小于砂型铸造，具体的大小比值需要通过试验确定，小冒口有利于提高产品的出品率。

（b）灰区工艺研究路线

消失模铸造对涂料的要求很高，其中最主要的为涂料的透气性、强度及涂挂工艺性能。涂料的组成成分很多，需合理配制各组分，达到产品性能最优化。涂料在浸涂过程中应处于连续搅拌状态下，模样涂覆的涂料要全面、均匀，不得有未上涂料的部分，从涂料中取出、运送、放置均要考虑防止模样变形问题。实际运用中，应根据浸涂模样的质量，确定整个流程。

（c）黑区工艺研究路线

对消失模铸造造型原砂的选择主要是粒度和粒形，较粗的砂可增加透气性，但过大容易出现粘砂等缺陷，此项先可购买不同粒径的硅砂，试验后确定。消失模铸造用砂箱由箱体、抽气室、起吊或走运送结构等部分组成。其形状应和铸件模样尺寸相配套。

铸铁原材料的配比将决定铸件的最终成分比例，既而决定铸件的各项力学性能指标，对原材料配比主要使用炉前化验仪、碳硫燃烧测定仪、光谱仪测定原材料和铸件成分，并及时调整炉内配合比。

（3）蝶阀铸件成品的质量检测方案及技术路线

蝶阀铸件成品检测主要分为铸件外观质量检测、铸件尺寸精度质量检验、铸件内在质量检验三大部分，详细流程如图4所示。

（a） 铸件外观质量检测

铸件外观质量检测内容主要包括铸件表面不允许有裂纹、穿透孔、缩孔、缩松、冷隔、夹渣、飞边、毛刺、披缝、浇冒口残余、凸瘤、变形及裂纹等；检验方法主要根据铸件实际情况，采用直观目测法。铸件表面粗糙度检测是把GB/T 6060.1规定的铸造表面粗糙度比较样块与被检铸件的铸造表面用视觉或触觉的方法进行比对。

（b）铸件尺寸精度质量检测

采用试验对比的方式，每次开箱后对结构尺寸的精确丈量。

由于模具设计时已严格控制了模样及铁水冷却时的收缩形变，所以铸件尺寸精度主要是由于泡沫塑料模样形变引起。在铸件结构不紧凑、刚性差时，具有变形的可能性，其次，挂涂料和埋箱造型时方法不对，也可能使模样变形。通过改进挂涂料和埋箱造型时的方法，改进泡沫塑料珠粒，甚至通过加工艺支撑、工艺拉筋来提高模样强度进而提高铸件尺寸精度。

（c）铸件内在质量检测

根据该蝶阀铸件的使用要求，内在质量主要为致密性、力学性能及金相组织。

对于致密性能，通过加压试验检查铸件的强度、致密性、针孔、疏松、气孔和贯穿的裂纹等。加压试验是把一定压力的介质压入经密封的铸件内腔，当铸件内部有缺陷时，受压的介质就可能在缺陷处渗漏出来，便可粗略地确定缺陷的性质及位置。

对于力学性能，首先需要标准试件，标准试件通过模样制作，并在铸件造型时与碟阀铸件模样一同组模，在同一砂箱内浇注，保证成分、晶体结构形成的一致，开箱后经加工成型后检测。

对于金相组织，则采取微观检验法，即在铸件本体的指定部位截取一个试块，经过磨削平整、抛光、洗涤、干燥，做成合格的金相试样，将试样直接或经过浸蚀后，在显微镜下观察，将观察到的金相组织与标准金相图谱对比鉴定。为不破坏铸件，在批量生产后试块将在同炉铁水浇注的铸件浇道中截取。

参考文献

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[2]付宇明，高中堂，郑丽娟.镍基碳化钨合金粉末激光熔覆工艺的研究 [J].热加工工艺，2011 （14） .

[3]法士特.《消失模铸件质量评定方法》国家标准 [J].特种铸造及有色合金，2012 （02）.

作者简介：叶翔（1982-），男，浙江丽水，助教，本科。