PN10—1200蝶閥殼體的鑄造

徐州鍛壓設(shè)備制造廠 （江蘇 221004） 張立權(quán)

PN10—1200蝶閥殼體，內(nèi)徑1200mm，材質(zhì)QT450—10，毛坯重850kg，主要技術(shù)要求是硬度≤230HBW，耐壓1.5MPa，在保壓時(shí)間內(nèi)承壓壁處不得有可見滲漏，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1

其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：殼體壁厚32.5mm，閥座、軸承座、密封帶壁厚55～65mm。鑄件經(jīng)機(jī)加工后，閥座、軸承座內(nèi)腔產(chǎn)生了可見縮孔、縮松缺陷，保壓過程中，密封帶圓周壁外有可見滲漏，經(jīng)解剖，密封帶斷面有縮孔、縮松缺陷，針對(duì)上述問題，我們采取了以下工藝措施。

1.型芯砂配比工藝

鑄型與中間砂芯采用干型粘土砂，閥座、軸承座內(nèi)孔芯砂用導(dǎo)熱性高的碳素砂，型芯砂配比（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）如下：

（1）粘土干型砂 粒度為0.60～0.355mm（30/50目）新砂30%、舊砂70%、粘土4%～5%、膨潤土2%、水分7%～8%，濕透氣性＞100，濕壓強(qiáng)度45～60kPa，干剪強(qiáng)度＞0.15kPa。

（2）粘土芯砂 粒度為0.60～0.355mm（30/50目）新砂60%，舊砂40%、粘土7%～8%、木屑15%～20%（體積分?jǐn)?shù)）、水分適量、濕透氣性＞100、濕壓強(qiáng)度50～70 kPa，干剪強(qiáng)度＞0.15 kPa。

（3）碳素芯砂 1～3mm焦炭粒58%～60%、石墨粉20%～25%、粘土15%～20%，水分適量。

2.鑄造工藝

鑄造工藝如圖2所示。

圖2

底注垂直澆注，采用充型平穩(wěn)且撇渣效果好的封閉式澆注系統(tǒng)，ΣF直∶ΣF橫∶ΣF內(nèi)＝1∶1.2∶0.8，增大橫澆道的截面積，可使鐵液進(jìn)入橫澆道后降低流速，由于澆注系統(tǒng)能始終充滿鐵液，這樣可使鐵液內(nèi)上浮的渣與雜質(zhì)進(jìn)入橫澆道上的兩個(gè)集渣包內(nèi)，保證了鐵液純凈，內(nèi)澆道為寬扁、薄鴨嘴狀從鑄件底部法蘭多個(gè)方向分散注入型腔，避免了鐵液呈現(xiàn)噴射與飛濺而產(chǎn)生的鐵豆、氣孔，同時(shí)有利于同時(shí)凝固。

3.冷鐵

該件局部熱節(jié)多，為實(shí)現(xiàn)同時(shí)凝固，采用外冷鐵局部調(diào)溫，鑄件中段環(huán)形密封帶壁厚65mm，由于散熱條件差，不允許有任何縮松、縮孔缺陷，在砂芯圓周密封帶處放置厚65mm、間隔5mm的多塊冷鐵，閥座與軸承座不但散熱條件差，且壁厚又不均勻，除在其圓周各放置4塊冷鐵外，還用導(dǎo)熱性能好的碳素砂制作中心孔的砂芯。所有冷鐵都經(jīng)焙燒去掉油污，清理表面，打磨掉表面氧化層，表面有孔洞缺陷的不允許使用，且定期更換各處冷鐵，以防止鑄件表面產(chǎn)生氣孔缺陷。

4.排氣

為增強(qiáng)中間砂芯的排氣功能，砂芯中心放置塊度40～60mm的碎焦炭塊，保證砂芯吃砂層厚度控制在90～120mm。在閥座、軸承座碳素砂芯的端部、中間砂芯的中心部位的各蓋箱處扎有出氣孔，且與蓋箱上表面相貫通。為防止?jié)沧⑦^程中撒潑的鐵液把蓋箱上的出氣孔堵死，合箱后用內(nèi)徑為6～8mm的鐵管插入蓋箱上，用型砂埋緊，這樣即使鐵液撒潑，而出氣孔仍可保持暢通。

5.鑄型與合箱

設(shè)計(jì)制造專用三節(jié)砂箱，吃砂量≥50mm，箱帶間距≤200mm，箱口表面加工，四周箱壁設(shè)置出氣孔、固定箱耳、箱把。型芯濕態(tài)緊實(shí)度≥85，型腔與砂芯表面插釘，釘距60～70mm，表面涂刷濃度20%～30%的水玻璃溶液后再涂刷水基鉛粉涂料。型芯進(jìn)窯烘干，干燥層≥50mm，合箱后用M20螺栓固定。

6.熔煉與澆注

熔煉設(shè)備為3t/h大排距雙層送風(fēng)沖天爐，選用徐州產(chǎn)Q16生鐵，化學(xué)成分為wC＝4.24%、wSi＝1.72%、wMn＝0.18%、wP＝0.042%、wS＝0.018%，河南產(chǎn)固定碳含量≥88%的鑄造焦，包頭產(chǎn)FeSiMg8RE5球化劑，加入量1.4%。球化處理采用1.5t堤壩式澆包，稀土鎂合金經(jīng)預(yù)熱后放入堤壩一側(cè)，上表覆蓋占鐵液總量0.7%、粒度為15～20mm的75SiFe。為保證鐵液溫度，不用傳統(tǒng)的球墨鑄鐵屑覆蓋，采用河南產(chǎn)球化保溫覆蓋劑。鐵液量一次沖入，待鐵液反應(yīng)平穩(wěn)后，迅速扒渣三次，檢驗(yàn)合格后鐵液表面覆蓋鐵液保溫聚渣覆蓋劑。經(jīng)處理后的鐵液化學(xué)成分、物理性能與金相組織見表1、表2。

表1 鐵液化學(xué)成分（質(zhì)量分?jǐn)?shù)） （%）

表2 鐵液物理性能和金相組織

鐵液出爐溫度≥1450℃，澆注溫度≥1360℃，澆注過程中及時(shí)點(diǎn)火引氣。

7.質(zhì)量情況

采用上述措施后，先后共生產(chǎn)PN10—1200蝶閥殼體鑄件5件，經(jīng)機(jī)械加工，閥座、軸承座內(nèi)孔無縮孔、縮松缺陷，環(huán)形密封帶表面光潔，保壓過程中各部位無滲漏現(xiàn)象，按此工藝先后共生產(chǎn)各類蝶閥殼體鑄件百余件，均取得了滿意效果。

8.分析體會(huì)

生產(chǎn)實(shí)踐證明，下列工藝措施對(duì)預(yù)防球墨鑄鐵件產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷具有顯著效果。

（1）提高鑄型剛度，型芯剛度高，能抵擋共晶結(jié)晶時(shí)所產(chǎn)生的膨脹，從而可補(bǔ)償鐵液的液態(tài)和凝固收縮。因此，縮松與縮孔可大幅減少，甚至完全消失。

（2）采用多道分散的澆注系統(tǒng)，可防止鑄件局部過熱和冷隔。內(nèi)澆道寬、薄時(shí)，在鑄件停止收縮后可盡早凝固封口，防止在共晶膨脹壓力作用下，殘余液相反饋給澆注系統(tǒng)而產(chǎn)生內(nèi)澆道處縮孔、縮松缺陷。

（3）合理使用冷鐵能消除局部熱節(jié)，有利于鑄件同時(shí)凝固，對(duì)預(yù)防鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷效果良好。

（4）型芯的出氣孔要多而分散，并且要由芯頭從型腔內(nèi)排出箱外，澆注過程中及時(shí)點(diǎn)火引氣。

（5）調(diào)整化學(xué)成分，按C%＋1/7Si%≥3.9%控制碳當(dāng)量，并伴隨著良好的孕育效果，可以增加共晶石墨的析出量，促使石墨球變小、增多，增大了共晶膨脹力，有利于自補(bǔ)縮。

（6）降低鐵液內(nèi)的Mn、S、P含量及殘留Mg、RE量，能有效減少鑄件縮孔、縮松缺陷。

（7）熔煉過程中，耐壓球墨鑄鐵件連續(xù)集中澆注，選用C含量高，Mn、S、P含量低的球墨鑄鐵用鑄造生鐵。