Литье корпуса клапана является важной частью процесса производства клапанов, и качество литья определяет качество самого клапана. Ниже представлены несколько методов литья, широко используемых в клапанной промышленности:
Литье в песчаные формы:
В производстве клапанов широко используется песчаное литье, которое можно разделить на песчаные формы (зеленый песок), сухие песчаные формы, формы из жидкого стекла и самотвердеющие песчаные формы на основе фурановой смолы в зависимости от связующего вещества.
(1) Зеленый песок — это процесс формования с использованием бентонита в качестве связующего вещества.
Его характеристики таковы:Готовая песчаная форма не требует сушки или затвердевания, она обладает определенной прочностью во влажном состоянии, а песчаный стержень и оболочка формы имеют хорошую текучесть, что облегчает очистку и извлечение отливок. Производительность формования высока, производственный цикл короткий, стоимость материалов низкая, и удобно организовать конвейерное производство.
К его недостаткам относятся:Отливки подвержены дефектам, таким как поры, включения песка и прилипание песка, и качество отливок, особенно их внутренние характеристики, не является идеальным.
Таблица пропорций и характеристик формовочного песка для стальных отливок:
(2) Сухой песок – это процесс формования с использованием глины в качестве связующего. Добавление небольшого количества бентонита может улучшить его прочность во влажном состоянии.
Его характеристики таковы:Песчаная форма должна быть сухой, обладать хорошей воздухопроницаемостью, не быть подвержена дефектам, таким как размывание песка, прилипание песка и образование пор, а также иметь хорошее качество отливки.
К его недостаткам относятся:Для этого требуется оборудование для сушки песка, и производственный цикл длительный.
(3) Песок из жидкого стекла — это процесс моделирования с использованием жидкого стекла в качестве связующего. Его характеристики таковы: жидкое стекло обладает функцией автоматического затвердевания при воздействии CO2 и может иметь различные преимущества метода газового затвердевания для моделирования и изготовления стержней, но есть и недостатки, такие как плохая разрушаемость оболочки формы, трудности с очисткой отливок от песка и низкая степень регенерации и повторного использования старого песка.
Таблица пропорций и характеристик упрочняющего песка на основе жидкого стекла, упрочняемого CO2:
(4) Самотвердеющая песчаная форма с фурановой смолой — это процесс литья, в котором в качестве связующего используется фурановая смола. Формовочный песок затвердевает за счет химической реакции связующего под действием отвердителя при комнатной температуре. Его особенность заключается в том, что песчаную форму не нужно сушить, что сокращает производственный цикл и экономит энергию. Смоляной формовочный песок легко уплотняется и обладает хорошими свойствами разрушения. Формовочный песок для отливок легко очищается. Отливки обладают высокой точностью размеров и хорошей чистотой поверхности, что значительно улучшает качество отливок. Его недостатки: высокие требования к качеству исходного песка, слабый резкий запах на производственной площадке и высокая стоимость смолы.
Пропорционирование и процесс смешивания фурановой смолы в смеси для песков, не требующих обжига:
Процесс смешивания самотвердеющего песка на основе фурановой смолы: Для приготовления самотвердеющего песка на основе смолы лучше всего использовать непрерывный смеситель. Сырой песок, смола, отвердитель и т.д. добавляются последовательно и быстро перемешиваются. Смесь можно смешивать и использовать в любое время.
Порядок добавления различных сырьевых материалов при смешивании смоляного песка следующий:
Сырой песок + отвердитель (водный раствор п-толуолсульфоновой кислоты) – (120 ~ 180S) – смола + силан – (60 ~ 90S) – производство песка
(5) Типичный процесс производства методом литья в песчаные формы:
Точное литье:
В последние годы производители клапанов уделяют все больше внимания качеству внешнего вида и точности размеров литых деталей. Поскольку хороший внешний вид является базовым требованием рынка, он также служит определяющим фактором на первом этапе механической обработки.
Наиболее распространенным методом прецизионного литья в клапанной промышленности является литье по выплавляемым моделям, которое кратко описано ниже:
(1) Два метода литья из раствора:
①Используется низкотемпературный восковой формовочный материал (стеариновая кислота + парафин), низкотемпературное впрыскивание воска под низким давлением, формование в оболочку из жидкого стекла, удаление воска горячей водой, плавление и заливка при атмосферных условиях. В основном используется для отливок из углеродистой и низколегированной стали с общими требованиями к качеству. Точность размеров отливок может достигать национального стандарта CT7~9.
② Использование среднетемпературного формовочного материала на основе смолы, высокотемпературной литьевой формы под высоким давлением, формовочной оболочки из кремнеземного золя, удаления воска паром, а также процесса быстрого литья при атмосферном или вакуумном плавлении позволяет достичь точности размеров отливок класса CT4-6.
(2) Типичный технологический процесс литья по выплавляемым моделям:
(3) Характеристики литья по выплавляемым моделям:
①Изделие отличается высокой точностью размеров, гладкой поверхностью и хорошим внешним видом.
② Возможно отливать детали со сложной структурой и формой, которые трудно обрабатывать другими способами.
③ В качестве материалов для литья используются различные сплавы, такие как: углеродистая сталь, нержавеющая сталь, легированная сталь, алюминиевые сплавы, высокотемпературные сплавы и драгоценные металлы, особенно сплавы, которые трудно ковать, сваривать и резать.
④ Высокая гибкость производства и отличная адаптивность. Возможно производство в больших количествах, а также изготовление единичных экземпляров или мелкосерийное производство.
⑤ Литье по выплавляемым моделям также имеет определенные ограничения, такие как: громоздкий технологический процесс и длительный производственный цикл. Из-за ограниченного числа используемых технологий литья его несущая способность не очень высока при использовании для литья тонкостенных клапанов, подверженных давлению.
Анализ дефектов литья
Любая отливка неизбежно будет иметь внутренние дефекты, наличие которых представляет серьезную скрытую опасность для качества внутренней структуры изделия, а сварочные работы по устранению этих дефектов в процессе производства также создадут значительную нагрузку на производственный процесс. В частности, клапаны представляют собой тонкостенные отливки, выдерживающие давление и температуру, и плотность их внутренней конструкции имеет очень важное значение. Поэтому внутренние дефекты отливок становятся решающим фактором, влияющим на качество изделий.
К внутренним дефектам литых клапанов относятся, главным образом, поры, шлаковые включения, усадочная пористость и трещины.
(1) Поры:Поры образуются под воздействием газа, их поверхность гладкая, они формируются внутри или вблизи поверхности отливки и имеют преимущественно круглую или продолговатую форму.
Основными источниками газа, образующими поры, являются:
① Растворенные в металле азот и водород сохраняются в металле в процессе затвердевания отливки, образуя замкнутые круглые или овальные внутренние стенки с металлическим блеском.
②Влага или летучие вещества в формовочном материале под воздействием нагрева превращаются в газ, образуя поры с темно-коричневыми внутренними стенками.
③ В процессе литья металла из-за нестабильного потока происходит попадание воздуха, что приводит к образованию пор.
Метод профилактики дефектов устьиц:
① При плавке следует свести к минимуму использование ржавого металлического сырья, а инструменты и ковши необходимо прокаливать и сушить.
②Лить расплавленную сталь следует при высокой и низкой температуре, а расплавленную сталь необходимо должным образом дегазировать для облегчения выхода газа.
③ При проектировании технологического процесса разливочного стояка следует увеличить напор расплавленной стали, чтобы избежать захвата газов, и создать искусственный газоотводящий канал для обеспечения разумного отвода газов.
④ При выборе формовочных материалов следует контролировать содержание воды и объем газа, повышать воздухопроницаемость, а песчаную форму и песчаный стержень следует максимально обжечь и высушить.
(2) Усадочная полость (рыхлая):Это сплошная или несплошная круглая или неправильная полость (полость), образующаяся внутри отливки (особенно в горячей точке), с шероховатой внутренней поверхностью и более темным цветом. Крупные кристаллические зерна, в основном в виде дендритов, сгруппированы в одном или нескольких местах и склонны к протечкам во время гидравлических испытаний.
Причина образования усадочной полости (рыхлости):Усадка объема происходит при переходе металла из жидкого состояния в твердое. Если в этот момент происходит недостаточное пополнение расплавленной стали, неизбежно образуется усадочная полость. Образование усадочной полости в стальных отливках в основном вызвано неправильным контролем процесса последовательного затвердевания. Причинами могут быть неправильные настройки питателя, слишком высокая температура заливки расплавленной стали и большая усадка металла.
Методы предотвращения усадочных полостей (рыхлости):① Научно спроектированная система заливки отливок обеспечивает последовательное затвердевание расплавленной стали, при этом детали, затвердевающие первыми, должны пополняться расплавленной сталью. ② Правильная и рациональная настройка стояка, поддона, внутреннего и внешнего холодного чугуна обеспечивает последовательное затвердевание. ③ При заливке расплавленной стали целесообразно подавать расплавленную сталь сверху через стояк, что позволяет поддерживать необходимую температуру и уменьшить образование усадочных полостей. ④ Что касается скорости заливки, то низкая скорость более способствует последовательному затвердеванию, чем высокая. ⑸ Температура заливки не должна быть слишком высокой. Расплавленная сталь извлекается из печи при высокой температуре и заливается после предварительной обработки, что способствует уменьшению образования усадочных полостей.
(3) Песчаные включения (шлак):Песчаные включения (шлак), обычно называемые пузырьками, представляют собой прерывистые круглые или неправильной формы отверстия, появляющиеся внутри отливок. Эти отверстия содержат примеси формовочного песка или сталеплавильного шлака, имеют неправильный размер и скопились в них. Они располагаются в одном или нескольких местах, чаще всего в верхней части.
Причины образования песчаных (шлаковых) включений:Шлаковые включения возникают из-за попадания отдельных частиц стального шлака в отливку вместе с расплавленной сталью в процессе плавки или заливки. Песчаные включения возникают из-за недостаточной герметичности полости формы во время формования. Когда расплавленная сталь заливается в полость формы, формовочный песок вымывается расплавленной сталью и попадает внутрь отливки. Кроме того, неправильная обработка при обрезке и закрытии формы, а также выпадение песка также являются причинами песчаных включений.
Методы предотвращения образования песчаных включений (шлака):① При плавке расплавленной стали необходимо максимально тщательно удалять отработанный газ и шлак. ② Старайтесь не переворачивать мешок для заливки расплавленной стали, а используйте пакетик-чайник или мешок для заливки с поддоном, чтобы предотвратить попадание шлака, находящегося над расплавленной сталью, в литейную полость вместе с ней. ③ При заливке расплавленной стали следует принимать меры для предотвращения попадания шлака в полость формы вместе с расплавленной сталью. ④ Чтобы уменьшить вероятность попадания песка, обеспечьте герметичность песчаной формы при лепке, будьте осторожны, чтобы не потерять песок при обрезке, и продуйте полость формы перед закрытием.
(4) Трещины:Большинство трещин в отливках — это горячие трещины неправильной формы, проникающие или непроникающие, непрерывные или прерывистые, а металл в местах трещин темный или имеет поверхностное окисление.
причины появления трещина именно, высокотемпературное напряжение и деформация жидкой пленки.
Высокотемпературное напряжение — это напряжение, возникающее в результате усадки и деформации расплавленной стали при высоких температурах. Когда напряжение превышает предел прочности или пластической деформации металла при данной температуре, возникают трещины. Деформация жидкой пленки — это образование жидкой пленки между кристаллическими зернами в процессе затвердевания и кристаллизации расплавленной стали. По мере затвердевания и кристаллизации жидкая пленка деформируется. Когда величина и скорость деформации превышают определенный предел, образуются трещины. Температурный диапазон образования термических трещин составляет примерно 1200–1450 ℃.
Факторы, влияющие на образование трещин:
① Элементы S и P в стали являются вредными факторами, способствующими образованию трещин, а их эвтектика с железом снижает прочность и пластичность литой стали при высоких температурах, что приводит к образованию трещин.
② Включение и сегрегация шлака в стали увеличивают концентрацию напряжений, тем самым повышая склонность к горячему растрескиванию.
③ Чем выше коэффициент линейной усадки стали, тем выше вероятность образования горячих трещин.
④ Чем выше теплопроводность стали, тем больше поверхностное натяжение, тем лучше высокотемпературные механические свойства и тем меньше склонность к горячему растрескиванию.
⑤ Конструкция отливок имеет недостатки с точки зрения технологичности, такие как слишком маленькие закругленные углы, большая разница в толщине стенок и сильная концентрация напряжений, что приводит к образованию трещин.
⑥ Слишком высокая плотность песчаной формы и низкий выход стержня препятствуют усадке отливки и увеличивают склонность к образованию трещин.
⑦Другие факторы, такие как неправильное расположение питателя, слишком быстрое охлаждение отливки, чрезмерное напряжение, вызванное резкой питателя и термообработкой, и т. д., также могут влиять на образование трещин.
В зависимости от причин и факторов, влияющих на образование вышеуказанных трещин, могут быть приняты соответствующие меры для уменьшения и предотвращения возникновения трещинных дефектов.
На основе проведенного выше анализа причин дефектов литья, выявления существующих проблем и принятия соответствующих мер по их устранению, мы можем найти решение проблемы дефектов литья, способствующее повышению качества отливок.
Дата публикации: 31 августа 2023 г.