CN103506580A - 大型薄壁阀体铸钢件的铸造方法 - Google Patents
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Abstract
一种大型薄壁阀体铸钢件的铸造方法,包括以下步骤:一、实体复合模型制作:用木材做出上半阀体、下半阀体外模和第二芯盒的整体骨架及不规则形状的截面样板,在骨架与样板间充填混合填料,捣实,填料修理光顺,符合尺寸要求后,自然硬化;二、混砂;三、造型、制芯;四、刷涂料、下芯、合箱;五、冶炼、浇注;六、后期处理。通过上述步骤得到整体铸造的大型薄壁阀体铸钢件。本发明通过采用复合模型制作方法,提高了模型制作效率,节约了木材,降低了模型制作成本。采用的阶梯扁平内浇道***,冷铁、冒口与补贴结合使用方式,防止了薄壁阀体铸钢件出现裂纹、浇不足、冷隔、皱皮等铸造缺陷,实现了铸件的顺序凝固,满足了阀体铸件的技术要求。
Description
技术领域
本发明涉及一种铸造方法,特别是一种大型薄壁阀体铸钢件的铸造方法。
背景技术
大型薄壁阀体铸钢件,是水力机械设备用关键铸件,长宽高分别为2050 mm× 1750mm×1000 mm,外形上有三个方向的连接水管法兰,内腔有16个导水弧形板(14)和16个上下轴毂连接立柱(15),参见图4,水腔与外形大部分区域为不规则线型,主要壁厚32 mm,质量4100kg,要求法兰面磁粉探伤、超声波探伤Ⅱ级,其它毛坯面要求磁粉探伤Ⅲ级。
现有技术条件下模型制作,需要先用木材做出铸件实样与芯盒的外形结构,再采用木工机床加工法兰、圆柱等规则形状,对于不规则的线型区域,只能放样做出样板,采用手工模式,对照样板一点一点的去除多余部分。这样制作模型,不仅需要消耗大量的木材,而且需要花费大量的人力和较长的工期。
阀体铸钢件表面积很大,而水腔截面壁厚只有32 mm,现有技术条件下,采用底注圆形内浇道,浇注温度1550±15℃,顶面设置冒口方式,铸件水腔表面远离内浇道和冒口处容易出现浇不足、冷隔、皱皮等缺陷,而在铸件内浇道连接处,因钢水过热和补缩通道不畅则容易出现裂纹缺陷。这些缺陷如果在修理标准规定范围内,就需要采取打磨、磁粉探伤、碳刨、焊补等方式处理,而当缺陷超过标准时,就会发生导致铸件报废的质量事故。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种大型薄壁阀体铸钢件的铸造方法,可以快速、经济地制作复杂不规则形状的铸件模型,确保铸件浇注时钢水自下而上的平稳充型,实现铸件顺序凝固,从而获得质量符合技术要求的铸件。
为解决上述技术问题,本发明所采用的技术方案是:一种大型薄壁阀体铸钢件的铸造方法,包括以下步骤:
一、实体复合模型制作;
用木材做出上半阀体、下半阀体外模和第二芯盒的整体骨架及不规则形状的截面样板,在骨架与样板间充填混合填料,捣实,填料修理光顺,符合尺寸要求后,自然硬化;
第一芯盒、和第三芯盒采用常规方法制作;
轴毂上下法兰、加强筋板、导水弧形板和轴毂连接立柱做活块,第一芯盒、第二芯盒和第三芯盒相互之间做出定位芯头;
二、混砂;
三、造型、制芯;
在铸件水平最大截面处,即上半阀体与下半阀体分模处分型,下半阀体的法兰处设置冷铁,上半阀体的法兰与筒体上设置冒口;
四、刷涂料、下芯、合箱;
五、冶炼、浇注;
六、后期处理;
通过上述步骤得到整体铸造的大型薄壁阀体铸钢件。
步骤一中,上下轴毂开档缩尺按1.0%制作,其它缩尺按1.8%制作。
步骤一中,模型混合填料配比为氧化镁与木屑按体积比1:1,氯化镁水溶液加入量以用手紧握混合料能挤出浆水而松手后又能恢复原状为准。
步骤二中,原砂为石英砂和铬铁矿砂,粘结剂为碱酚醛树脂,固化剂为有机酯,按质量比碱酚醛树脂加入量占砂加入量的1.5~2.0%,有机酯加入量占碱酚醛树脂加入量的20.0~30.0%。
步骤二中,为防止铸件发生粘砂,在铸型与砂芯的圆角热节部位使用15mm±5mm厚的耐高温铬铁矿砂,第二芯盒中部放置退让性材料。
步骤三中,采用开放式浇注***,用耐高温扁平陶管做内浇道,内浇道设三层并沿平面布置为多个,浇注***各组元截面积比例为:
F直:F横:F内=1:1.2:1.4。
合箱步骤中,铸型合箱后,向型腔吹热风烘烤4~6小时,型腔在100±20℃范围内热态下浇注;
浇注步骤中,浇注温度1540~1570℃,浇注时间为70~90秒。
所述的后期处理包括:整形、热处理、打磨、探伤、焊补修理和去应力热处理;
所述的整形、热处理步骤中,铸件在砂箱中保温72小时以上后落砂清理,用氧丙烷气切割浇冒口补贴,然后进行正火热处理,正火温度880~920℃,保温时间6小时,出炉空冷,细化晶粒。
所述的焊补修理、去应力处理步骤中,采用CO2气体保护焊焊补,焊补区域预热温度100℃~150℃,焊后整体消除应力热处理,热处理温度550 ℃~600 ℃,保温时间4小时。
本发明提供的一种大型薄壁阀体铸钢件的铸造方法,通过采用复合模型制作方法,即先制作模型整体骨架及不规则形状的截面样板,然后再在骨架与样板间充填混合填料的方式提高了模型制作效率,节约了木材,降低了模型制作成本。采用的阶梯扁平内浇道***,冷铁、冒口与补贴结合使用方式,防止了薄壁阀体铸钢件出现裂纹、浇不足、冷隔与皱皮等铸造缺陷,实现了铸件的顺序凝固,满足了阀体铸件的技术要求。
本发明铸造的阀体材料为WCB(ASTM A216标准) ,送检连体试样理化性能指标如下:
铸号 C Si Mn P S CE
要求 ≤0.30 ≤0.60 ≤1.00 ≤0.04 ≤0.045 ≤0.5
Y301 0.26 0.41 0.96 0.01 0.011 0.42
Y302 0.28 0.37 0.87 0.011 0.015 0.43。
机械性能:
铸号 Rm (MPa) Re (MPa) A (%) Z (% )
要求 485-655 ≥250 ≥22 ≥35
Y301 535 275 35 63
Y302 565 290 33 55.5。
探伤、尺寸检验结果为:阀体铸件按水力机械铸钢检验规范(CCH70-3)进行磁粉探伤、超声波探伤检验,满足Ⅱ级要求。铸件尺寸公差达到CT12级。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明中铸件的整体结构示意图。
图2为图1的N-N的剖视示意图。
图3为图1的俯视示意图。
图4为图1的M-M的剖视示意图。
图5为图2的P-P的剖视示意图。
图6为图5的Q-Q的剖视示意图。
图中:第一芯盒1,第二芯盒2,第三芯盒3,轴毂上下法兰4,冷铁5,铸件6,冒口补贴7,浇注***8,上下轴毂开档9,下半阀体10,上半阀体11,冒口12,加强筋板13,导水弧形板14,轴毂连接立柱15,扁平陶管16。
具体实施方式
如图1~6中,一种大型薄壁阀体铸钢件的铸造方法,包括以下步骤:
一、实体复合模型制作
按650水力机械设备阀体图纸编制铸造工艺,工艺简图如图1、图2、图3所示。
用木材做出上半阀体11、下半阀体10外模和第二芯盒2的整体骨架及不规则形状的截面样板,在骨架与样板间充填混合填料,捣实,填料修理光顺,符合尺寸要求后,自然硬化;模型混合填料配比为氧化镁与木屑按体积比1:1,氯化镁水溶液加入量以用手紧握混合料能挤出浆水而松手后又能恢复原状为准。
上下轴毂开档9缩尺按1.0%制作,其它缩尺按1.8%制作。
第一芯盒1、第三芯盒3采用常规方法制作;
轴毂上下法兰4、加强筋板13、导水弧形板14和轴毂连接立柱15做活块,第一芯盒1、第二芯盒2和第三芯盒3相互之间做出定位芯头;
二、混砂
步骤二中,用连续混砂机混砂,原砂为石英砂和铬铁矿砂,粘结剂为碱酚醛树脂,固化剂为有机酯。石英砂粒度30目~70目,铬铁矿砂粒度70目,按质量比碱酚醛树脂加入量占原砂加入量的1.5~2.0%,有机酯加入量占碱酚醛树脂加入量的20.0~30.0%。石英砂和铬铁矿砂的放置根据位置确定。例如为防止铸件6发生粘砂,在铸型与砂芯的圆角热节部位表面使用15mm±5mm厚的耐高温铬铁矿砂,其余部位使用石英砂。第二芯盒2中部放置退让性材料,退让性材料采用草绳、木屑等材料,并设尼龙管向芯头出气。
三、造型、制芯
在铸件6水平最大截面处,即上半阀体11与下半阀体10分模处如图2中十字线所示的位置分型,下半阀体10的法兰处设置多个冷铁5,上半阀体11的法兰与筒体上设置多个冒口12,冒口12下设置冒口补贴7。
本发明采用开放式浇注***8,参见图1~3、5、6,用耐高温的扁平陶管16做内浇道,内浇道设三层并沿平面布置为多个,如图3所示的扁平陶管16在每层设置有多个,从图5中可以看出,所述的扁平陶管16中,竖直浇道的横截面积小于分支浇道的横截面积。由此结构,可以确保各个通道中的钢水流速逐步变缓,从而可以实现从下往上平稳充型,避免出现浇不足、冷隔、皱皮及在铸件与分支浇道连接处,因钢水过热出现的裂纹缺陷。图1中的带圈数字表示了各层内浇道的作用范围。
扁平浇道的优点还在于:将多道扁平浇道即扁平陶管16作内浇道,其进入型腔的单个内浇道截面积较小,可以防止铸件与内浇道的连接处因钢水过热出现的裂纹缺陷,以及防止铸件表面出现冷隔、皱皮等缺陷。
浇注***各组元截面积比例为:
F直:F横:F内=1:1.2:1.4。
其中F直为竖直浇道的横截面积,F横为横向分支浇道的横截面积总和,F内为与型腔连通的分支浇道即内浇道的横截面积总和。
四、刷涂料、下芯、合箱
涂刷醇基防渗透铬铁矿粉涂料,配芯时将砂芯尼龙出气管引至铸型外;
合箱步骤中,铸型合箱后,向型腔吹热风烘烤4~6小时,型腔在100±20℃范围内热态下浇注;
五、冶炼、浇注
采用电弧炉冶炼结合LF炉精炼钢水,阀体浇注温度1540~1570℃,浇注时间为70~90秒。
六、后期处理
所述的后期处理包括:整形、热处理、打磨、探伤、焊补修理和去应力热处理;
铸件在砂型中保温72小时以上后落砂清理,用氧丙烷气气割浇冒口补贴,进行正火热处理,正火温度880~920℃,保温时间6小时,出炉空冷,细化晶粒,改善并提高材料的机械性能。
铸件粗加工后打磨、探伤,探伤发现的缺陷应清除干净,并打磨成适于焊补的坡口形状,焊补前预热温度100℃~150℃,采用CO2气体保护焊焊补,焊丝牌号ER50-6(GB/T8110),焊后铸件整体消除应力热处理,热处理温度550 ℃~600 ℃,保温时间4小时。
Claims (10)
1.一种大型薄壁阀体铸钢件的铸造方法,其特征是包括以下步骤:
一、实体复合模型制作;
用木材做出上半阀体(11)、下半阀体(10)外模和第二芯盒(2)的整体骨架及不规则形状的截面样板,在骨架与样板间充填混合填料,捣实,填料修理光顺,符合尺寸要求后,自然硬化;
第一芯盒(1)、和第三芯盒(3)采用常规方法制作;
轴毂上下法兰(4)、加强筋板(13)、导水弧形板(14)和轴毂连接立柱(15)做活块,第一芯盒(1)、第二芯盒(2)和第三芯盒(3)相互之间做出定位芯头;
二、混砂;
三、造型、制芯;
在铸件(6)水平最大截面处,即上半阀体(11)与下半阀体(10)分模处分型,下半阀体(10)的法兰处设置冷铁(5),上半阀体(11)的法兰与筒体上设置冒口(12);
四、刷涂料、下芯、合箱;
五、冶炼、浇注;
六、后期处理;
通过上述步骤得到整体铸造的大型薄壁阀体铸钢件。
2.根据权利要求1所述的一种大型薄壁阀体铸钢件的铸造方法,其特征是:步骤一中,上下轴毂开档(9)缩尺按1.0%制作,其它缩尺按1.8%制作。
3.根据权利要求1所述的一种大型薄壁阀体铸钢件的铸造方法,其特征是:步骤一中,模型混合填料配比为氧化镁与木屑按体积比1:1,氯化镁水溶液加入量以用手紧握混合料能挤出浆水而松手后又能恢复原状为准。
4.根据权利要求1所述的一种大型薄壁阀体铸钢件的铸造方法,其特征是:步骤二中,原砂为石英砂和铬铁矿砂,粘结剂为碱酚醛树脂,固化剂为有机酯,按质量比碱酚醛树脂加入量占砂加入量的1.5~2.0%,有机酯加入量占碱酚醛树脂加入量的20.0~30.0%。
5.根据权利要求1所述的一种大型薄壁阀体铸钢件的铸造方法,其特征是:步骤二中,为防止铸件(6)发生粘砂,在铸型与砂芯的圆角热节部位使用15mm±5mm厚的耐高温铬铁矿砂,第二芯盒(2)中部放置退让性材料。
6.根据权利要求1所述的一种大型薄壁阀体铸钢件的铸造方法,其特征是:步骤三中,采用开放式浇注***(8),用耐高温扁平陶管(16)做内浇道,内浇道设三层并沿平面布置为多个,浇注***各组元截面积比例为:
F直:F横:F内=1:1.2:1.4。
7.根据权利要求1所述的一种大型薄壁阀体铸钢件的铸造方法,其特征是:合箱步骤中,铸型合箱后,向型腔吹热风烘烤4~6小时,型腔在100±20℃范围内热态下浇注。
8.根据权利要求1所述的一种大型薄壁阀体铸钢件的铸造方法,其特征是:浇注步骤中,浇注温度1540~1570℃,浇注时间为70~90秒。
9.根据权利要求1所述的一种大型薄壁阀体铸钢件的铸造方法,其特征是:所述的后期处理包括:整形、热处理、打磨、探伤、焊补修理和去应力热处理;
所述的整形、热处理步骤中,铸件在砂箱中保温72小时以上后落砂清理,用氧丙烷气切割浇冒口补贴,然后进行正火热处理,正火温度880~920℃,保温时间6小时,出炉空冷,细化晶粒。
10.根据权利要求1所述的一种大型薄壁阀体铸钢件的铸造方法,其特征是:所述的焊补修理、去应力处理步骤中,采用CO2气体保护焊焊补,焊补区域预热温度100℃~150℃,焊后整体消除应力热处理,热处理温度550 ℃~600 ℃,保温时间4小时。
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