z16闸板阀体铸造工艺

z16闸板阀体铸造工艺

主缸最大尺寸为205m2855mm930mm（图1），重量为2.7吨，由zg230-450组成。其工作压力为0.2～0.3MPa,铸件不允许有裂纹、缩孔、疏松、气孔等铸造缺陷,须进行0.5MPa的水压试验,保压30min以上不得有渗漏。方(圆)法兰及内腔直口经机械加工后需进行磁粉探伤检验。1浇注位置的确定该阀体属于箱式结构铸件,主要壁厚在25mm～35mm范围。在方(圆)法兰和内腔直口部位非常容易产生缩孔或缩松;在两个立脚处易出现裂纹。从利于顺序凝固和补缩考虑,选取如图2所示的浇注位置。铸件采用四箱造型,明冒口位于上箱,沿阀体对称中心线一分为二形成上下两个中箱分型面。1.1管道布暗冒口采用开放式浇注系统,直浇道选用内径⌀70mm耐火瓷管沿中间圆芯顶部中心进入;内浇道采取⌀40mm耐火瓷管四道均布,通过上下两层分别进入暗冒口。这样的浇注系统能够保证连续充型平稳,充满型腔的时间较为适宜,能获得轮廓完整清晰的铸件,可调节铸型内的温度分布,可实现顺序凝固,有利于强化冒口对铸件补缩效果,减少铸造应力,防止铸件出现变形、裂纹等缺陷,浇道有耐火瓷管保护,有效地避免了冲砂现象的发生。1.2表型设计和模数法确定在铸件厚大热节处即方(圆)法兰和内腔直口部位设置冒口。如图2所示,方法兰处放置保温明冒口200mm×300mm×500mm(加220mm×70mm厚为50mm的补贴)共2个;上部圆法兰处放置保温明冒口(保证排气孔与大气相通)⌀180mm×200mm共8个;上止口处即在圆芯上半部放置保温暗冒口130mm×195mm×170mm(配175mm×220mm×厚100mm冒口活块、冒口颈宽140mm×厚100mm×长120mm)共4个,下止口处即在圆芯下半部放置砂型暗冒口130mm×195mm×260mm(冒口颈宽120mm×厚100mm×长120mm)共4个;两个立脚处放置保温暗冒口160mm×240mm×210mm各一个。采用模数法计算冒口。该铸件圆法兰热节模数按矩形杆计算,根据M圆=(a圆b圆)/[2(b圆+a圆)],式中圆法兰截面的宽度b圆=(1915-1600)/2=157.5(mm)=15.75cm,圆法兰截面的长度a圆=45mm=4.5cm;故铸件圆法兰热节模数M圆=1.75cm。该铸件圆法兰选取⌀180mm×200mm保温明冒口的模数M圆冒=3.14×(180/2)2×200/[2×3.14×(180/2)2+3.14×180×200]=3.125cm;ZG230-450属于碳素钢,当M圆冒≥1.2M圆时,就可实现冒口对铸件最后凝固部位的补缩;M圆冒/M圆=3.125/1.75=1.79≥1.2,冒口模数符合要求;冒口的有效补缩距离为L冒=4.5T=4.5×45mm=202.5mm,则圆法兰设置8个保温冒口的有效补缩距离,应为冒口有效补缩距离与冒口本身尺寸之和,即:L圆冒=[8×202.5mm+8×(180+100)mm]×1.4=5400(mm)>圆法兰需要补缩的距离πD=3.14×(1600+100)=5340(mm),故设置8个冒口是较为适宜的。同时,冒口必须具有足够的金属液补充铸件被补缩部分的体积收缩,补缩圆法兰热节部位重量G圆=3.14×(1600+100)×157.5×45×7.85×10-6=300(kg),冒口重量G圆冒=8×3.14×(180/2)×200×7.85×10-6=350(kg),冒口能补缩的最大热节重量G圆最大=[(η-ε)/ε]×G圆冒,式中保温冒口补缩效率η=25%、钢的凝固收缩率ε=4.5%,则G圆最大=[(25-4.5)/4.5]×350=1590(kg);故G最大>G圆,因此圆法兰冒口补缩所需钢液量也是足够的。同理,可计算出内腔直口部位及方法兰部位设置冒口尺寸也是合理的。1.3补贴的设置方式方法兰处冒口在垂直方向的补缩距离不够,故在200mm×300mm保温明冒口之下设置补贴,经计算,补贴的长度为220mm、宽度为70mm、厚度为50mm较适宜。1.4浇注工艺设计该铸件内腔为圆柱体与长方体相贯,砂芯设计是工艺设计中的关键点,设计采用分体组合砂芯。1#圆芯具体工艺如图3所示。沿阀体分型面将圆芯一分为二形成上半部、下半部两个圆芯,上半部圆芯顶部不留芯头,下部设有芯头,芯头高度与2#舌头芯(见图4)中间外圈等高。制作1#圆芯时,芯铁采用⌀12mm圆钢弯制,在砂芯的顶部留有两个高度适中、不超过砂芯顶面的吊环,并与芯铁焊接在一起,在制芯时适当挖出凹坑露出以便起吊之用。在圆芯中心部位埋放⌀70mm耐火瓷管当作直浇道,在位于直浇道底部设有五通瓷管、连接4个内浇道⌀40mm耐火瓷管,并与暗冒口活块相通,在4个175mm×220mm×厚100mm均布的冒口活块上面,各放置保温暗冒口130mm×195mm×170mm一个,其140mm×100mm×120mm冒口颈相交于铸件内腔外皮。这样,浇口通冒口,确保有良好的补缩效果。下半部圆芯底部留有与砂芯等径的芯头,顶部留有吊环。在下半部圆芯均匀放置4个130mm×195mm×260mm砂型暗冒口,冒口顶面与砂芯顶面齐平,其120mm×100mm×120mm冒口颈相交于铸件内腔外皮。2#舌头芯具体工艺如图4所示。在舌头芯大身留有足够长的芯头,以防止漂芯。用1吋钢管制作随形芯铁(并在芯铁钢管上用氧气枪交叉割制出直径约为10mm的排气孔)并焊有吊环,芯砂采用退让性好的酯硬化水玻璃砂。2铸造产量控制2.1冒口位置标记及封装如图5所示,沿阀体对称中心线(上下箱分型面)分割成上下两个整体中空半铁模实样,在实样上对方法兰处、立脚处、圆法兰处冒口位置作出标记。模样采用钢板制作。冒口补贴为木制活块;加工余量为10mm;铸造收缩率为2%;起模斜度2.5°;分型负数3mm。1#圆芯采用一个芯盒互倒底部垫板调整芯头的方法,分别制作上下半部圆芯,分别对直浇道及冒口埋放位置作出标记。2#舌头芯沿对称线下部采用芯盒、上采用刮板和拉筋压条的方法制作,中间圆孔采用可拆卸套圈以提高打芯效率。2.2砂、砂、铁、喷混凝土砂造型材料选用福建平潭天然硅砂,粒度40～70目,含泥量≤0.5%,水分≤0.5%,SiO2含量大于97%。型砂使用表面强度高、流动性好、退让性好、铸件表面光滑的新型水玻璃酯硬化砂。混砂设备使用悬臂式混砂机,型砂(80%再生砂+20%新砂)+3%水玻璃+0.5%有机酯固化剂;芯砂(60%再生砂+40%新砂)+3%水玻璃+0.5%有机酯固化剂。用半铁模实样分别造出上下两个中箱、上中箱方法兰处放置2个保温明冒口;在平台上造出上箱,按正确位置放置6个保暗明冒口,并保证顶部排气孔与大气相通;在中心部位埋放直浇道⌀70mm耐火瓷管;造下箱保证芯头定位环位置正确,并在中心部位留有排气孔。在立脚部位铺设较厚的铬铁矿砂,以加强其激冷效果,减小裂纹产生的倾向。在砂芯顶部适当位置留有三个不超过砂芯顶面的内埋吊环,在制芯时挖砂露出以便起吊之用。2.3表层落砂,加固冒口为了防止铸件表面产生粘砂,在砂箱型腔工作表面及砂芯工作表面涂刷抗粘性好、耐火度高的锆英粉醇基涂料2～3层(有铬铁矿砂部位不刷涂料),分层点燃干燥固化以增加型砂表面强度,避免表层落砂,提高铸件质量。首先将下半部圆芯按正确位置放入下箱芯头定位环中,其次合放下中箱,再次是安放2#舌头芯、然后套入上半部圆芯,确保上下半部圆芯冒口位置上下对正,检查铸件尺寸保证周圈壁厚均匀一致,且符合铸造工艺技术要求;用混拌好的型砂填补堵塞砂芯顶部留有3个吊环凹坑,并刷锆英粉醇基涂料点燃固化;然后再合放上中箱;在圆芯顶部周圈压好石棉绳,在上箱直浇道顶面加放浇口杯耐火砖管并培砂固化后,在检查无落砂和无浮砂的情况下最后合上箱,合箱时保证直浇道及冒口位置对正;在分型面处压石棉绳防止跑火,将上下箱用螺栓紧固以防止抬箱跑火。2.4炉浇4件,立顶为零模型熔炼设备为15t电弧炉,铸件毛坯包括浇冒口总重为3.5t,1炉浇4件,采用底注式漏包浇注,浇注温度为1580℃。浇注时待明冒口中钢液上来1/3高度后及时加保温剂,直到浇满为止,不用点冒口补缩,这样钢液消耗少,补缩效率高,且保证铸件的化学成分不变。2.