消失模鑄造工藝生產雙偏心蝶閥閥體

葉 翔

（麗水職業技術學院，浙江 麗水 323000）

消失模鑄造工藝生產雙偏心蝶閥閥體

葉 翔

（麗水職業技術學院，浙江 麗水 323000）

摘 要：雙偏心蝶閥應用于自來水、電力循環水、石油、化工等領域。雙偏心蝶閥通常由球墨鑄鐵、高強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，提高生產效率，降低環境污染，也提高了產品的質量和精度。

關鍵詞：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、勞動強度大、生產周期長、工藝復雜，精度較低。而消失模鑄造工藝是在實型鑄造法、干砂實型鑄造法的基礎上發展的負壓實型鑄造法。消失模鑄造工藝在造型和澆注過程中不需要進行取模，而且由于消失模鑄造工藝采用了負壓澆注，這樣可以大大的減少鑄造過程中產生的氣體。雙偏心蝶閥應用于自來水、電力循環水、石油、化工等領域。雙偏心蝶閥通常由球墨鑄鐵、高強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，提高生產效率，降低環境污染，也提高了產品的質量和精度。

2 消失模鑄造工藝生產雙偏心蝶閥閥體

本項目采用計算機仿真和實踐試驗為主的研究方法，針對鑄鐵類蝶閥消失模鑄造進行新產品新工藝研究。首先將整個項目分為：

①蝶閥鑄件及模具結構研究；

②消失模鑄造蝶閥生產工藝研究方案；

③蝶閥鑄件成品的質量檢測3個部分。

（1）蝶閥鑄件及模具結構研究方案及技術路線

整個模具結構設計過程及研究方案如圖1所示，主要分為6個部分。

圖1 消失模模具開發流程

其中產品三維設計階段主要根據如圖2（尺寸及細節視圖略）所示的二維圖紙生成產品的三維數字化模型，設計過程應確保三維模型的數據與所依據的二維圖紙一致。同時獲得產品的結構方面的相關信息，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，即使用國內最小號的珠粒也要求斷面厚度大于3mm，實際不同鑄造合金在生產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，設計時可考慮0.5°的斜度。

泡沫模樣三維設計主要根據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軟件對設計好的模具進行澆注仿真，以盡可能早地發現在鑄造過程中會出現的問題。通過對鑄件在沖型、凝固過程中的溫度、時間、速度、縮松、孤立液相的仿真結果分析，形成分析報告，指導模具結構的改進或澆注參數的設計。

（2）消失模鑄造蝶閥生產工藝研究方案及技術路線

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

圖2 蝶閥閥體

（a）白區工藝研究路線

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。鑄件中閥體要求的材質為HT250，而閥板要求的材質為QT450-10。

根據預發顆粒的要求控制預發時間及蒸汽氣壓大小選擇合適的預發機。根據模具選擇合適的發泡成型機，根據模樣成品的質量調整成型過程通蒸汽的時間，時間過短，泡沫不熟，時間過長，又會出現過融合的現象。

澆注系統設計時應注意：

（1）保證澆注時金屬液能充滿型腔；

圖3 工藝流程圖

圖4 鑄件產品質量檢測流程

（2）澆注系統的安排要考慮到模樣束在砂箱中的位置，便于填砂緊實；

（3）澆注系統的設置要保證模樣束的整體強度；

（4）考慮內澆道的個數、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充鑄件凝固收縮，同時起到集渣、排氣作用。消失模鑄造由于真空負壓的作用，鑄件可實現自補縮，冒口的需求小于砂型鑄造，具體的大小比值需要通過試驗確定，小冒口有利于提高產品的出品率。

（b）灰區工藝研究路線

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，達到產品性能最優化。涂料在浸涂過程中應處于連續攪拌狀態下，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、運送、放置均要考慮防止模樣變形問題。實際運用中，應根據浸涂模樣的質量，確定整個流程。

（c）黑區工藝研究路線

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，但過大容易出現粘砂等缺陷，此項先可購買不同粒徑的硅砂，試驗后確定。消失模鑄造用砂箱由箱體、抽氣室、起吊或走運送結構等部分組成。其形狀應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力學性能指標，對原材料配比主要使用爐前化驗儀、碳硫燃燒測定儀、光譜儀測定原材料和鑄件成分，并及時調整爐內配合比。

（3）蝶閥鑄件成品的質量檢測方案及技術路線

蝶閥鑄件成品檢測主要分為鑄件外觀質量檢測、鑄件尺寸精度質量檢驗、鑄件內在質量檢驗三大部分，詳細流程如圖4所示。

（a） 鑄件外觀質量檢測

鑄件外觀質量檢測內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；檢驗方法主要根據鑄件實際情況，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行比對。

（b）鑄件尺寸精度質量檢測

采用試驗對比的方式，每次開箱后對結構尺寸的精確丈量。

由于模具設計時已嚴格控制了模樣及鐵水冷卻時的收縮形變，所以鑄件尺寸精度主要是由于泡沫塑料模樣形變引起。在鑄件結構不緊湊、剛性差時，具有變形的可能性，其次，掛涂料和埋箱造型時方法不對，也可能使模樣變形。通過改進掛涂料和埋箱造型時的方法，改進泡沫塑料珠粒，甚至通過加工藝支撐、工藝拉筋來提高模樣強度進而提高鑄件尺寸精度。

（c）鑄件內在質量檢測

根據該蝶閥鑄件的使用要求，內在質量主要為致密性、力學性能及金相組織。

對于致密性能，通過加壓試驗檢查鑄件的強度、致密性、針孔、疏松、氣孔和貫穿的裂紋等。加壓試驗是把一定壓力的介質壓入經密封的鑄件內腔，當鑄件內部有缺陷時，受壓的介質就可能在缺陷處滲漏出來，便可粗略地確定缺陷的性質及位置。

對于力學性能，首先需要標準試件，標準試件通過模樣制作，并在鑄件造型時與碟閥鑄件模樣一同組模，在同一砂箱內澆注，保證成分、晶體結構形成的一致，開箱后經加工成型后檢測。

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

參考文獻

[1]祁交九.消失模殼體類零件在白區工藝的失效模式分析及改進[J]. 鑄造設備與工藝，2011 （05） .

[2]付宇明，高中堂，鄭麗娟.鎳基碳化鎢合金粉末激光熔覆工藝的研究 [J].熱加工工藝，2011 （14） .

[3]法士特.《消失模鑄件質量評定方法》國家標準 [J].特種鑄造及有色合金，2012 （02）.

中圖分類號：TH134

文獻標識碼：A

基金項目：本文系麗水市科技局自籌項目研究成果（2012ZC020）。

作者簡介：葉翔（1982-），男，浙江麗水，助教，本科。