葉 翔

（麗水職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 麗水 323000）

消失模鑄造工藝生產(chǎn)雙偏心蝶閥閥體

葉 翔

（麗水職業(yè)技術(shù)學(xué)院，浙江 麗水 323000）

摘 要：雙偏心蝶閥應(yīng)用于自來水、電力循環(huán)水、石油、化工等領(lǐng)域。雙偏心蝶閥通常由球墨鑄鐵、高強(qiáng)度灰鐵這兩種材料鑄造而成。由于雙偏心蝶閥的閥桿軸心與蝶板中心以及本體中心都偏離，鑄造相對較為復(fù)雜。本文采用消失模鑄造工藝作為雙偏心蝶閥的鑄造工藝，既簡化工藝，提高生產(chǎn)效率，降低環(huán)境污染，也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和精度。

關(guān)鍵詞：雙偏心蝶閥；消失模鑄造工藝；閥桿軸心

1 引言

砂型鑄造（也稱為翻砂），該工藝與消失模鑄造工藝相比而言，工序多、勞動強(qiáng)度大、生產(chǎn)周期長、工藝復(fù)雜，精度較低。而消失模鑄造工藝是在實(shí)型鑄造法、干砂實(shí)型鑄造法的基礎(chǔ)上發(fā)展的負(fù)壓實(shí)型鑄造法。消失模鑄造工藝在造型和澆注過程中不需要進(jìn)行取模，而且由于消失模鑄造工藝采用了負(fù)壓澆注，這樣可以大大的減少鑄造過程中產(chǎn)生的氣體。雙偏心蝶閥應(yīng)用于自來水、電力循環(huán)水、石油、化工等領(lǐng)域。雙偏心蝶閥通常由球墨鑄鐵、高強(qiáng)度灰鐵這兩種材料鑄造而成。由于雙偏心蝶閥的閥桿軸心與蝶板中心以及本體中心都偏離，鑄造相對較為復(fù)雜。本文采用消失模鑄造工藝作為雙偏心蝶閥的鑄造工藝，既簡化工藝，提高生產(chǎn)效率，降低環(huán)境污染，也提高了產(chǎn)品的質(zhì)量和精度。

2 消失模鑄造工藝生產(chǎn)雙偏心蝶閥閥體

本項(xiàng)目采用計(jì)算機(jī)仿真和實(shí)踐試驗(yàn)為主的研究方法，針對鑄鐵類蝶閥消失模鑄造進(jìn)行新產(chǎn)品新工藝研究。首先將整個項(xiàng)目分為：

①蝶閥鑄件及模具結(jié)構(gòu)研究；

②消失模鑄造蝶閥生產(chǎn)工藝研究方案；

③蝶閥鑄件成品的質(zhì)量檢測3個部分。

（1）蝶閥鑄件及模具結(jié)構(gòu)研究方案及技術(shù)路線

整個模具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程及研究方案如圖1所示，主要分為6個部分。

圖1 消失模模具開發(fā)流程

其中產(chǎn)品三維設(shè)計(jì)階段主要根據(jù)如圖2（尺寸及細(xì)節(jié)視圖略）所示的二維圖紙生成產(chǎn)品的三維數(shù)字化模型，設(shè)計(jì)過程應(yīng)確保三維模型的數(shù)據(jù)與所依據(jù)的二維圖紙一致。同時(shí)獲得產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)方面的相關(guān)信息，如最小壁厚、最小孔徑和脫模斜度等，最小壁厚主要受EPS模樣的限制，在生產(chǎn)中模樣要求保證斷面上至少要容納下三顆珠粒，即使用國內(nèi)最小號的珠粒也要求斷面厚度大于3mm，實(shí)際不同鑄造合金在生產(chǎn)中均有一適宜最小壁厚和可鑄最小孔徑的限制。對于脫模斜度，設(shè)計(jì)時(shí)可考慮0.5°的斜度。

泡沫模樣三維設(shè)計(jì)主要根據(jù)金屬合金的收縮率和模樣材料的收縮率來最終獲得模樣的最終尺寸。L模樣=L產(chǎn)品（1+K1+K2），其中K1為模樣材料的收縮率，K2為金屬合金的收縮率。

模具澆注仿真主要是利用PROCAST軟件對設(shè)計(jì)好的模具進(jìn)行澆注仿真，以盡可能早地發(fā)現(xiàn)在鑄造過程中會出現(xiàn)的問題。通過對鑄件在沖型、凝固過程中的溫度、時(shí)間、速度、縮松、孤立液相的仿真結(jié)果分析，形成分析報(bào)告，指導(dǎo)模具結(jié)構(gòu)的改進(jìn)或澆注參數(shù)的設(shè)計(jì)。

（2）消失模鑄造蝶閥生產(chǎn)工藝研究方案及技術(shù)路線

整個工藝過程主要分為白區(qū)、灰區(qū)、黑區(qū)，如圖3所示。白區(qū)主要為塑料粒子模樣的制作與組型，主要研究目標(biāo)為發(fā)泡塑料粒子的選擇，預(yù)發(fā)泡工藝參數(shù)的確定，發(fā)泡成型工藝參數(shù)的確定，澆冒口的設(shè)置；灰區(qū)主要為耐火涂料的制備與涂覆，主要研究目標(biāo)為涂料的配制與使用，烘房的設(shè)置；黑區(qū)主要為砂箱組型及澆注，主要研究目標(biāo)為砂箱的設(shè)置，砂處理系統(tǒng)，原材料的配比，澆注溫度的選擇，真空負(fù)壓大小的選擇。

圖2 蝶閥閥體

（a）白區(qū)工藝研究路線

目前可選用的塑料粒子有EPS顆粒和STMMA顆粒，而顆粒大小從301至601有多個標(biāo)號。對于增碳量沒有特殊要求的灰鐵鑄件，可采用EPS顆粒；性能要求較高的球鐵件對卷入的碳黑夾渣比較敏感，通常也采用STMMA比較保險(xiǎn)。鑄件中閥體要求的材質(zhì)為HT250，而閥板要求的材質(zhì)為QT450-10。

根據(jù)預(yù)發(fā)顆粒的要求控制預(yù)發(fā)時(shí)間及蒸汽氣壓大小選擇合適的預(yù)發(fā)機(jī)。根據(jù)模具選擇合適的發(fā)泡成型機(jī)，根據(jù)模樣成品的質(zhì)量調(diào)整成型過程通蒸汽的時(shí)間，時(shí)間過短，泡沫不熟，時(shí)間過長，又會出現(xiàn)過融合的現(xiàn)象。

澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)注意：

（1）保證澆注時(shí)金屬液能充滿型腔；

圖3 工藝流程圖

圖4 鑄件產(chǎn)品質(zhì)量檢測流程

（2）澆注系統(tǒng)的安排要考慮到模樣束在砂箱中的位置，便于填砂緊實(shí)；

（3）澆注系統(tǒng)的設(shè)置要保證模樣束的整體強(qiáng)度；

（4）考慮內(nèi)澆道的個數(shù)、位置對金屬液充型方向的影響。澆注方式可采用底注或階梯注入。冒口要保證足夠的金屬液以補(bǔ)充鑄件凝固收縮，同時(shí)起到集渣、排氣作用。消失模鑄造由于真空負(fù)壓的作用，鑄件可實(shí)現(xiàn)自補(bǔ)縮，冒口的需求小于砂型鑄造，具體的大小比值需要通過試驗(yàn)確定，小冒口有利于提高產(chǎn)品的出品率。

（b）灰區(qū)工藝研究路線

消失模鑄造對涂料的要求很高，其中最主要的為涂料的透氣性、強(qiáng)度及涂掛工藝性能。涂料的組成成分很多，需合理配制各組分，達(dá)到產(chǎn)品性能最優(yōu)化。涂料在浸涂過程中應(yīng)處于連續(xù)攪拌狀態(tài)下，模樣涂覆的涂料要全面、均勻，不得有未上涂料的部分，從涂料中取出、運(yùn)送、放置均要考慮防止模樣變形問題。實(shí)際運(yùn)用中，應(yīng)根據(jù)浸涂模樣的質(zhì)量，確定整個流程。

（c）黑區(qū)工藝研究路線

對消失模鑄造造型原砂的選擇主要是粒度和粒形，較粗的砂可增加透氣性，但過大容易出現(xiàn)粘砂等缺陷，此項(xiàng)先可購買不同粒徑的硅砂，試驗(yàn)后確定。消失模鑄造用砂箱由箱體、抽氣室、起吊或走運(yùn)送結(jié)構(gòu)等部分組成。其形狀應(yīng)和鑄件模樣尺寸相配套。

鑄鐵原材料的配比將決定鑄件的最終成分比例，既而決定鑄件的各項(xiàng)力學(xué)性能指標(biāo)，對原材料配比主要使用爐前化驗(yàn)儀、碳硫燃燒測定儀、光譜儀測定原材料和鑄件成分，并及時(shí)調(diào)整爐內(nèi)配合比。

（3）蝶閥鑄件成品的質(zhì)量檢測方案及技術(shù)路線

蝶閥鑄件成品檢測主要分為鑄件外觀質(zhì)量檢測、鑄件尺寸精度質(zhì)量檢驗(yàn)、鑄件內(nèi)在質(zhì)量檢驗(yàn)三大部分，詳細(xì)流程如圖4所示。

（a） 鑄件外觀質(zhì)量檢測

鑄件外觀質(zhì)量檢測內(nèi)容主要包括鑄件表面不允許有裂紋、穿透孔、縮孔、縮松、冷隔、夾渣、飛邊、毛刺、披縫、澆冒口殘余、凸瘤、變形及裂紋等；檢驗(yàn)方法主要根據(jù)鑄件實(shí)際情況，采用直觀目測法。鑄件表面粗糙度檢測是把GB/T 6060.1規(guī)定的鑄造表面粗糙度比較樣塊與被檢鑄件的鑄造表面用視覺或觸覺的方法進(jìn)行比對。

（b）鑄件尺寸精度質(zhì)量檢測

采用試驗(yàn)對比的方式，每次開箱后對結(jié)構(gòu)尺寸的精確丈量。

由于模具設(shè)計(jì)時(shí)已嚴(yán)格控制了模樣及鐵水冷卻時(shí)的收縮形變，所以鑄件尺寸精度主要是由于泡沫塑料模樣形變引起。在鑄件結(jié)構(gòu)不緊湊、剛性差時(shí)，具有變形的可能性，其次，掛涂料和埋箱造型時(shí)方法不對，也可能使模樣變形。通過改進(jìn)掛涂料和埋箱造型時(shí)的方法，改進(jìn)泡沫塑料珠粒，甚至通過加工藝支撐、工藝?yán)顏硖岣吣訌?qiáng)度進(jìn)而提高鑄件尺寸精度。

（c）鑄件內(nèi)在質(zhì)量檢測

根據(jù)該蝶閥鑄件的使用要求，內(nèi)在質(zhì)量主要為致密性、力學(xué)性能及金相組織。

對于致密性能，通過加壓試驗(yàn)檢查鑄件的強(qiáng)度、致密性、針孔、疏松、氣孔和貫穿的裂紋等。加壓試驗(yàn)是把一定壓力的介質(zhì)壓入經(jīng)密封的鑄件內(nèi)腔，當(dāng)鑄件內(nèi)部有缺陷時(shí)，受壓的介質(zhì)就可能在缺陷處滲漏出來，便可粗略地確定缺陷的性質(zhì)及位置。

對于力學(xué)性能，首先需要標(biāo)準(zhǔn)試件，標(biāo)準(zhǔn)試件通過模樣制作，并在鑄件造型時(shí)與碟閥鑄件模樣一同組模，在同一砂箱內(nèi)澆注，保證成分、晶體結(jié)構(gòu)形成的一致，開箱后經(jīng)加工成型后檢測。

對于金相組織，則采取微觀檢驗(yàn)法，即在鑄件本體的指定部位截取一個試塊，經(jīng)過磨削平整、拋光、洗滌、干燥，做成合格的金相試樣，將試樣直接或經(jīng)過浸蝕后，在顯微鏡下觀察，將觀察到的金相組織與標(biāo)準(zhǔn)金相圖譜對比鑒定。為不破壞鑄件，在批量生產(chǎn)后試塊將在同爐鐵水澆注的鑄件澆道中截取。

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中圖分類號：TH134

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

基金項(xiàng)目：本文系麗水市科技局自籌項(xiàng)目研究成果（2012ZC020）。

作者簡介：葉翔（1982-），男，浙江麗水，助教，本科。