閥門(mén)鑄造工藝

1、閥門(mén)鑄造工藝介紹 1一、何為鑄造：閥門(mén)鑄造工藝*第一節(jié)鑄造的概述及特點(diǎn)將液體金屬澆到具有與零件形狀相適應(yīng)的鑄型空腔中，待其凝固后，以獲得一定形狀尺寸和表面質(zhì)量的零件的產(chǎn)品，稱之為鑄造。二、鑄造概述：鑄造具有悠久的歷史，約在公元前三千年，人類已鑄出多種精美的青銅器。但幾千年來(lái)是靠手工用粘土、砂等天然材料制造的。鑄件的產(chǎn)量很小，隨著工業(yè)革命的發(fā)展，機(jī)械化的增加，鑄件需求量的提高，在 20 世紀(jì) 30 年代開(kāi)始使用氣動(dòng)機(jī)器和人工合成造型的粘土砂工藝生產(chǎn)。隨著時(shí)代的發(fā)展，各類造型方法應(yīng)運(yùn)而生。例如：1933 年出現(xiàn)水泥砂型，1967 年出現(xiàn)水泥流態(tài)砂型；1944 年出現(xiàn)冷卻覆膜樹(shù)脂砂殼型；1955 年

2、出現(xiàn)熱法覆膜樹(shù)脂砂殼型，1958 年出現(xiàn)呋喃樹(shù)脂自硬砂型；1947 年出現(xiàn) CO2硬化水玻璃砂型，1968 年出現(xiàn)了有機(jī)硬化劑的水玻璃（有機(jī)脂水玻璃）工藝等。近年來(lái)，用物理手段制造鑄型的新方法，如：磁丸造型，真空密封造型法，失膜造型等。鑄造由于可選用多樣成分、性能的鑄造合金，加工基本建設(shè)投資小，工藝靈活性大，生產(chǎn)周期短等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛用于機(jī)械制造、礦山冶金、交通運(yùn)輸、石化通用設(shè)備、農(nóng)業(yè)機(jī)械、能源動(dòng)力、輕工紡織、土建工程、電力電子、航天航空、國(guó)際軍工等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各部門(mén)，是現(xiàn)代大機(jī)械工業(yè)的基礎(chǔ)。2鑄造在中國(guó)已有漫長(zhǎng)的歷史，但鑄造技術(shù)長(zhǎng)期處于停滯狀態(tài)，改革開(kāi)放以來(lái)，我國(guó)的鑄造技術(shù)有了很大的發(fā)展，突出的表

3、現(xiàn)在三個(gè)方面：造型、造芯的機(jī)械化、自動(dòng)化程度明顯提高；自硬性化學(xué)型砂取代干型粘土砂和油砂；鑄造工藝技術(shù)由憑經(jīng)驗(yàn)走向科學(xué)化，如：計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)。這一系列的改革對(duì)提高生產(chǎn)效率，降低勞動(dòng)強(qiáng)度，改善生產(chǎn)環(huán)境，提高鑄件內(nèi)在質(zhì)量和外觀質(zhì)量，節(jié)約原材料和能源起了重大的作用。三、鑄造特點(diǎn)：1、鑄造的適應(yīng)性很廣，靈活性很大，產(chǎn)品要求及所處各種工況，可制造多種金屬材料的產(chǎn)品，如：鐵、碳素鋼、低合金鋼、銅、銅合金、鋁、鋁合金、鈦合金等等。與其他成型方式相比，鑄造不受零件的重量、尺寸和形狀限制。重量可從幾克到幾百噸，壁厚由 0.3mm 到 1m，形狀只要在鑄造工藝性范圍內(nèi)，是十分復(fù)雜的，還是機(jī)械加工困難的，甚至難以制

4、得的零件，都可通過(guò)鑄造的方式獲得。2、鑄造所用的原材料大多來(lái)源廣，價(jià)格低廉，如廢鋼、砂等。但由于近期國(guó)內(nèi)鑄造和鋼鐵業(yè)大量興起，這些原材料價(jià)格出現(xiàn)上漲。3、鑄件可通過(guò)先進(jìn)的鑄造工藝方法，提高鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量，使零件做到少切割和無(wú)切割。對(duì)產(chǎn)品制造達(dá)到省工省料的效果，節(jié)約總體的制作成本。3四、鑄造存在問(wèn)題：1、我國(guó)大多數(shù)鑄造企業(yè)，其鑄造工藝落后，機(jī)械化程度低，從而使鑄件的尺2、寸精度低、表面質(zhì)量差、能源和原材料消耗高、生產(chǎn)效率低、勞動(dòng)強(qiáng)度大、環(huán)境污染嚴(yán)重、企業(yè)效益差。3、鑄造是一個(gè)高危行業(yè)，同時(shí)又是一個(gè)苦、臟、累的工作，行業(yè)效益差，留不往人。不論技術(shù)人員還是具體的操作者都很難尋，后繼無(wú)人的現(xiàn)

5、象十分突出。4、鑄造工序較多，流程長(zhǎng)，對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量難以控制、廢品率較高，近期合金價(jià)格和人工費(fèi)上漲，鑄件成本大幅上升。第二節(jié) 核電閥鑄造工藝核電閥門(mén)鑄造零件考慮其使用的特殊性和使用要求，為穩(wěn)定鑄件的工藝質(zhì)量，所以對(duì)鑄件的鑄造工藝流程、材料、工藝、質(zhì)量控制有嚴(yán)格的規(guī)定。*一核電閥鑄造工藝流程*冶煉鑄造工藝設(shè)計(jì)木模制作 成分控制溫度控制型砂試驗(yàn)*澆鑄*冒口切割粗清整* 打磨造型配模*二鑄造工藝方案 *補(bǔ)焊射線探傷滲透或磁粉探傷熱處理滲透或磁粉探傷*噴丸（噴砂）不銹鋼酸洗鈍化 *入庫(kù)根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、大小及技術(shù)要求制定鑄造方式。制造方式通常分為兩種：砂鑄和精鑄。砂鑄：有粘土砂、樹(shù)脂砂（呋喃、堿性酚醛、聚尿烷

6、）、水玻璃砂CO2*法硬化法、VRHC真空 CO2置換太熱空氣硬化法（脫水硬化）、硅酸二鈣和赤泥等粉狀硬化劑的自硬砂、有機(jī)酯硬化。精鑄：又稱之為特種鑄造。有熔膜鑄造（失蠟鑄造）、陶瓷型鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、離心鑄造、真空吸鑄、磁性鑄造、殼型鑄造、實(shí)型鑄造（消失膜鑄造）等約 12 種。根據(jù)企業(yè)所具備的生產(chǎn)條件確定鑄造方式。三砂鑄鑄造工藝1、型砂型（芯）砂質(zhì)量對(duì)鑄件質(zhì)量有很大的影響，如：砂眼、氣孔、夾砂、裂紋等缺陷的產(chǎn)生常是由于型砂質(zhì)量不合格所致。型砂性能對(duì)鑄件質(zhì)量的影響：型砂應(yīng)具備如下性能：（1）強(qiáng)度 在外力作用下，其不易被破壞的性能稱為強(qiáng)度。這種性能在鑄型制造、搬運(yùn)以及液體金屬?zèng)_擊和壓力

7、作用下，不發(fā)生變形、損壞是非常重要的，否則會(huì)造成塌箱、沖砂和砂眼等缺陷。（2）透氣性 型砂由于各砂粒間存在空隙，具有能使氣體透過(guò)的能力稱為透氣性。（3）耐火度 型砂在高溫金屬液作用下不軟化、熔化的性能。當(dāng)耐火度不足時(shí)，砂粒將燒融而粘在鑄件表面形成一層硬皮，使切削時(shí)加快刀具磨損。因此粘砂嚴(yán)重時(shí)，也會(huì)使鑄件報(bào)廢，為彌補(bǔ)型砂耐火度不足，在鑄型型腔表面刷一層涂料。6（4）退讓性型（芯）砂具有隨著鑄件的冷卻收縮而被壓縮其體積的性能，澆注后，型砂高溫強(qiáng)度愈低，退讓性愈好，鑄件所受機(jī)械阻力也小。鑄件內(nèi)應(yīng)力減小；反之收縮受阻，內(nèi)應(yīng)力大，甚至產(chǎn)生裂紋。除此之外，還有回用性、發(fā)氣量，對(duì)于樹(shù)脂砂還有微粉、燒減量、堿

8、性樹(shù)脂的殘堿量等等。2、型砂的分類：按照粘結(jié)劑的不同，型砂可分為：（1）粘土砂 （2）水玻璃砂 （3）樹(shù)脂砂 (4)油砂及合脂砂。樹(shù)脂砂工藝是鑄造工藝上的一次大變革，它采用“樹(shù)脂”作為粘潔劑，使鑄造工藝在各個(gè)方面都上了一個(gè)臺(tái)階。樹(shù)脂砂工藝的種類很多如殼芯，熱芯盒、冷芯盒，自硬砂等等。我們采用的是“呋喃樹(shù)脂自硬砂工藝”。呋喃樹(shù)脂自硬砂工藝不僅適用大批量的機(jī)械化生產(chǎn)，同時(shí)也適用于單件、多品種、小批量生產(chǎn)，它同傳統(tǒng)粘士砂比較它具有如下優(yōu)點(diǎn)：生產(chǎn)鑄件尺寸精度高，表面粗糙度低，節(jié)省能源，提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，改善工人勞動(dòng)條件，舊砂回用率高，對(duì)環(huán)境污染小等等。 該工藝自八十年引入中國(guó)，尤其是生產(chǎn)線投入，相關(guān)技術(shù)

9、原材料問(wèn)題的解決。在我國(guó)發(fā)展很快，尤其在機(jī)床、造船、重機(jī)、電工等行業(yè)，所使用都取得較好的成果。但其也有本身的局限性，在澆注碳鋼薄壁鑄件時(shí)，因其高溫強(qiáng)度較高，故極易產(chǎn)生裂紋缺陷。這一點(diǎn)對(duì)于核電閥門(mén)來(lái)講是絕對(duì)不和行，同時(shí)也7有一個(gè)鑄件表面滲碳問(wèn)題，對(duì)生產(chǎn)超低碳不銹鋼最好不要采用該工藝。3、造型方法：造型方法分為手工造型和機(jī)器造型：手工造型適用于單件，小批量生產(chǎn)。按砂箱特征可分為：兩箱、三箱、地坑、脫箱幾種。按模型特征可分為：整模、挖砂、假箱、活塊、分模、車板等。四鑄造工藝圖的制定：鑄造生產(chǎn)的第一步，是根據(jù)零件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、技術(shù)要求、生產(chǎn)批量及生產(chǎn)條件等，來(lái)確定其鑄造工藝方案，并繪制鑄造工藝圖。鑄造工

10、藝圖是利用各種工藝符號(hào)和顏色，把制造模型和鑄型所需的資料直接繪在零件圖上的圖樣。圖中應(yīng)有: 鑄件的澆注位置，分型面，型芯的數(shù)量形狀、尺寸及其固定方法、機(jī)械加工余量、拔模斜度和收縮率，澆口、冒口、冷鐵的尺寸和位置等。1.澆注位置的選擇原則：鑄件的澆注位置是指澆注時(shí)鑄件在鑄型中所處的位置，這個(gè)位置對(duì)鑄件質(zhì)量有很大影響，選擇澆注位置應(yīng)考慮如下原則：把鑄件的重要部位和易產(chǎn)生缺陷的部位放在最有利的位置。（1）鑄件的重要加工面或主要工作面應(yīng)朝下或朝側(cè)面，因?yàn)殍T件上表面的缺陷（如砂眼、氣孔、夾渣等）通常比下部多，組織也不如下面致密。如果這些平面難以做到朝下，則盡力使其位于側(cè)面。當(dāng)鑄件的重要加工面有數(shù)個(gè)時(shí)，則

11、應(yīng)將較大的面朝下，并對(duì)朝上的表面采用加大加工余量的辦法來(lái)保證鑄件質(zhì)量。8圖 3-1 為閥體鑄件的澆注位置方案。由于法蘭面、密封面是關(guān)鍵表面，不允許有任何表面缺陷，而且要求組織均勻致密，因此，最理想是將這些面朝下澆注，但針對(duì)閥體又不可能，故只得采用如圖的方案，將其放置于側(cè)面。圖 3-1 閥體的澆注位置圖 3-2 法蘭澆注位置方案圖 3-2 是法蘭的澆注位置方案。因?yàn)榉ㄌm圓周表面的質(zhì)量要求比較高，不允許有鑄造缺陷。如果采用臥澆，雖然便于采用二箱造型，且合箱方便，但上部*圓周表面的質(zhì)量難以保證。若采用圖中所示的立澆方案，雖然造型、合箱的工作量加大，但法蘭的全部圓周表面均處于側(cè)面，其質(zhì)量均勻一致，易于

12、獲得合格鑄件。（2）鑄件的大平面應(yīng)朝下。這是由于在澆柱過(guò)程中，高溫的液態(tài)金屬對(duì)型腔上表面有強(qiáng)烈的熱幅射，有時(shí)型腔上表面型砂因急劇地?zé)崤蛎浂捌鸹蜷_(kāi)裂，使鑄件表面產(chǎn)生夾砂缺陷。很明顯，呈水平位置的平面愈厚大，上表面愈易產(chǎn)生夾砂。為此，對(duì)于平板類鑄件，要使大平面朝下（圖 3-3）。9圖 3-3 閥瓣的澆注位置 圖 3-4 薄件的澆注位置（3）為防止鑄件上大面積薄壁部分產(chǎn)生澆不足或冷隔缺陷，應(yīng)盡量將大面的薄壁部分放在鑄型的下部或垂直、傾斜，這對(duì)于流動(dòng)性差的合金尤為重要。圖 3-4 為油盤(pán)類鑄件的合理澆注方案，此時(shí)，平面處液體金屬的壓力比平面在上部高得多，液體金屬易于填滿鑄型。（4）鑄件易形成縮孔的的

13、熱節(jié)部位，澆注位置將其設(shè)置在分型面附近的上部或側(cè)面，這樣便于在鑄件厚處直接安置冒口，使之自下而上的順序凝固、進(jìn)行補(bǔ)縮，以防止縮孔。如上述法蘭鑄件（圖 3-2），厚端放在上部是合理的；反之，若厚端在下部，則難以補(bǔ)縮。（5）應(yīng)能減少型芯的數(shù)量，便于型芯的固定和排氣。2、鑄型分型面的選擇原則鑄型分型面的選擇也是鑄造的工藝是否合理的重要關(guān)鍵之一。如果選擇不當(dāng)，鑄件質(zhì)量難以保證，并使制模、造型、制芯、合箱，甚至切削加工等工序10復(fù)雜化。因此，分型面的選擇要在保證鑄件質(zhì)量的前提下，盡量簡(jiǎn)化工藝，節(jié)省人力物力。實(shí)踐證明，分型面的選擇應(yīng)考慮如下原則：（1）應(yīng)使鑄型有最少的分型面，并盡可能為整形造型或分一個(gè)分型

14、面。因?yàn)槎嘁粋€(gè)分型面，鑄型就多增加一些誤差，使鑄件的精確度降低。如果鑄件只有一個(gè)分型面，就可采用工藝簡(jiǎn)便的兩箱造型方法。圖 3-5 為閥蓋鑄件，在大批量生產(chǎn)時(shí)，為能在造型、合箱過(guò)程中方便操作，采用圖中 I 的分型方式，只有一個(gè)分型面。圖 3-5 閥蓋鑄件的分型面必須指出，實(shí)際選定分型面時(shí)要從實(shí)際出發(fā)，對(duì)一些大而復(fù)雜或具有特殊要求的鑄件， 有時(shí)采用二個(gè)以上的分型面，反而有利于保證鑄件質(zhì)量和簡(jiǎn)化工藝。 （2）分型面的選擇應(yīng)盡量使型芯和活塊數(shù)量少，以使制模、造型和合箱等工序簡(jiǎn)化。（3）應(yīng)盡量使鑄件全部或大放在同一砂箱內(nèi)，這樣易于保證鑄件精度。若鑄件的加工面多，也應(yīng)盡量使其加工基準(zhǔn)面與大部分加工面在同

15、一砂箱內(nèi)。11圖 3-6 為一閥瓣鑄件的兩種分型方案。圖中方案使鑄件整個(gè)位于一個(gè)砂箱中，有利于保證相互位置，有利于保證上下同心。 圖 3-6 閥瓣鑄件（4）為便于造型、下芯、合箱及檢驗(yàn)鑄件壁厚，應(yīng)盡量使型腔及主要型芯位于下箱。但下箱型腔也不宜過(guò)深，并力求避免使用吊芯和大的吊砂。（5）分型面盡量采用平直面，以簡(jiǎn)化模具制造及造型工藝。（6）充分利用砂箱高度。上述幾項(xiàng)原則，對(duì)于具體鑄件說(shuō)來(lái)，往往彼此矛盾，難以全面符合。因此，在確定澆注位置和分型面時(shí)，要全面考慮，注意抓住主要矛盾，至于次要矛盾則應(yīng)從工藝措施上設(shè)法解決。123、工藝參數(shù)的確定為了繪制鑄造工藝圖，在鑄造方案確定以后，還須選擇如下工藝參數(shù)：

16、（1）機(jī)械加工余量 鑄件為進(jìn)行機(jī)械加工而加大的尺寸稱為機(jī)械加工余量。其大小取決于合金的種類、鑄件的尺寸、生產(chǎn)批量、加工面與基準(zhǔn)面的距離、加工面在澆注時(shí)的位置等。鑄鋼件因澆注溫度高，鑄件表面不夠平整，加工余量應(yīng)比較大；大批量生產(chǎn)時(shí)，因采用機(jī)械造型，工藝裝備完整，故其加工余量可??；而單件、小批生產(chǎn)時(shí)，因手工造型誤差大，加工余量也相應(yīng)加大。表 3-1所示為我公司常規(guī)機(jī)械加工余量放置量。表 3-1 機(jī)械加工余量（mm）鑄件最大尺寸澆注時(shí)位置加 工 面 與 基 準(zhǔn) 面 的 距 離（mm）（mm）<50*50120120260260500*5008008001250<1201202602605

17、005008008001250頂 面底、側(cè)頂 面底、側(cè)頂 面底、側(cè)頂 面底、側(cè)頂 面底、側(cè)*3.54.54.04.5*2.53.53.03.5*4.05.04.55.05.05.5*3.04.03.54.04.04.5*4.56.05.06.06.07.0*3.54.54.04.54.55.0*5.07.06.07.06.57.0*4.05.04.55.04.55.0*6.07.07.07.07.08.0*4.05.55.05.55.06.06.57.05.06.07.08.05.06.07.58.05.56.07.59.05.57.0*8.09.08.510.0*5.57.06.57.5注：

18、加工余量數(shù)值中下限用于大批大量生產(chǎn)，上限用于單件小批生產(chǎn)。鑄件上待加工的孔、槽是否鑄出，必須視孔、槽尺寸的大小、生產(chǎn)批量、合金的種類等因素而定。一般說(shuō)來(lái)，在單件、小批生產(chǎn)條件下，鑄鐵件直徑小于 25mm 和鑄鋼件直徑小于 35mm 的加工孔，可不鑄出，因?yàn)闄C(jī)械加工時(shí)直接鉆孔反而經(jīng)濟(jì)合算。13（2）收縮率 鑄件冷卻后，由于合金的收縮其鑄件尺寸比鑄型型腔尺寸（即模型尺寸）要小，為保證鑄件應(yīng)有的尺寸，制造模型時(shí)，預(yù)先放置鋼的收縮和砂型的收縮的綜合收縮率，按比例將模型的尺寸放大。因此，要采用包括合金收縮率的“縮尺”來(lái)繪制模型圖。合金收縮率的大小，隨合金的種類及鑄件的尺寸、形狀、結(jié)構(gòu)而不同。通常鑄鋼約為

19、 1.53.0%。（3）拔模斜度 為了使模型（或型芯）易于從鑄型（或芯盒）中取出，凡垂直于分型面的立壁，在制造模型時(shí)必須留出一定的傾斜度，此斜度稱為拔模斜度或鑄造斜度（圖 3-7）。拔模斜度的大小取決于垂直壁的高度、造型方法、模型材料及其表面光潔度等，通常為 3?u65374X15?u12290X垂直的壁愈高，其斜度愈?。粰C(jī)器造型應(yīng)比手工造型為小。鑄件的內(nèi)壁應(yīng)比外壁斜度大，一般為 3?u65374X10?u12290X拔模斜度具體數(shù)值可查閱有關(guān)手冊(cè)。4型芯頭 型芯頭的形狀尺寸，對(duì)于型芯在鑄型裝配中的工藝性與穩(wěn)定性有很大的影響。圖 3-7 拔模斜度 圖 3-8 型芯頭的構(gòu)造型芯頭可分為垂直芯頭和

20、水平芯頭兩大類。單支點(diǎn)的水平芯頭，又常稱為懸臂芯頭。14*d垂直型芯 一般都有上下芯頭，但短而粗的型芯也可不留出上芯頭。芯頭的高度 H 主要取決于型芯頭上的直徑 d。芯頭必須留有一定的斜度 a。下芯頭斜度應(yīng)小些（510?u65289X，高度應(yīng)大些，以便增加型芯的穩(wěn)定性；而上芯頭斜度應(yīng)大些（615?u65289X，高度應(yīng)小此，以易于合箱。*d水平芯頭 （圖 3-8）長(zhǎng)度 L 主要取決于型芯頭的直徑 d 和型芯的長(zhǎng)度。為便于下芯及合箱，鑄型上的型芯座端部也應(yīng)留有一定斜度 a，懸壁型芯頭必須做得比較長(zhǎng)而大，以平衡支持型芯，防止型芯下垂或被液體金屬抬起。型芯頭與鑄型型芯座之間應(yīng)留有 14mm 間隙（S

21、）,以便于鑄型的裝配。 第三節(jié) 合金的鑄造性能鑄造生產(chǎn)中很少采用純金屬,一般都用各種合金。鑄造合金除應(yīng)具有符合要求的機(jī)械性能和物理、化學(xué)性能外，還必須考慮其鑄造性能。合金的鑄造性能主要有流動(dòng)性和收縮偏析性，這些性能對(duì)于是否容易獲得健全的鑄件是非常重要的。一、合金的流動(dòng)性金屬澆注時(shí)，液態(tài)金屬能夠填滿鑄型是獲得外形完整、尺寸精確、輪廓清晰鑄件的基本條件。但是，液態(tài)金屬在填充過(guò)程中因散熱而伴隨著結(jié)晶現(xiàn)象，同時(shí)還存在著鑄型對(duì)液態(tài)金屬的阻力，以及型腔中氣體的反壓力等等，這些都15有礙液態(tài)金屬的順利填滿。如果金屬的流動(dòng)性不足，在金屬還沒(méi)填滿鑄型前就停止流動(dòng)，鑄件將產(chǎn)生澆不足或冷隔缺陷。合金的流動(dòng)性是指液態(tài)

22、金屬本身的流動(dòng)能力和充填鑄型能力。合金流動(dòng)性愈好，液態(tài)金屬充填鑄型的能力就愈強(qiáng)，因此，也常將合金流動(dòng)性概括為液態(tài)金屬充填鑄型的能力。合金流動(dòng)性是合金重要鑄造性能之一。流動(dòng)性愈好，愈易于澆注出輪廓清晰、薄而復(fù)雜的鑄件。同時(shí)，還有利于液態(tài)金屬中的非金屬夾雜物和氣體的上浮和排除，易于對(duì)液態(tài)金屬在凝固過(guò)程中所產(chǎn)生的收縮進(jìn)行補(bǔ)縮。因此，在進(jìn)行鑄件設(shè)計(jì)與制定鑄造工藝時(shí)，都必須考慮合金的流動(dòng)性。二、合金的收縮*1. 合金的收縮及影響收縮的因素*（1）收縮鑄件在凝固和冷卻過(guò)程中，其體積和尺寸減小的現(xiàn)象稱為收縮。收縮是鑄造合金本身的物理性質(zhì)，是鑄件中許多缺陷（如縮孔、縮松、裂紋、變形、殘余內(nèi)應(yīng)力等）產(chǎn)生的基本原

23、因。為了獲得形狀和尺寸符合技術(shù)要求、組織致密的健全鑄件，必須對(duì)收縮的規(guī)律性加以研究，近于熔點(diǎn)的液態(tài)金屬，其結(jié)構(gòu)是由原子團(tuán)和空穴組成，其原子間距比固態(tài)大得多。在金屬澆入鑄型直到凝固前的冷卻過(guò)程中，由于溫度下降，空穴數(shù)量及原子間距減小，液態(tài)金屬的體積減縮。金屬結(jié)晶完畢，空穴完全消失，金屬原子間距進(jìn)一步縮小。在金屬凝固后的繼續(xù)冷卻中，直到室溫，原子間距還要縮小?？梢?jiàn)，金屬?gòu)臐沧囟壤鋮s到室溫要經(jīng)歷三個(gè)互相聯(lián)系的收縮階段：16 液態(tài)收縮 從澆濤溫度冷卻到凝固開(kāi)始溫度（液相線溫度）的收縮； 凝固收縮 從凝固開(kāi)始溫度冷卻到凝固終止溫度（固相線溫度）的收縮； 固態(tài)收縮 從凝固終止溫度卻到室溫的收縮。合金的液

24、態(tài)收縮和凝固收縮表現(xiàn)為合金的體積縮小，通常用體收縮率來(lái)表示，它們是鑄件產(chǎn)生縮孔、縮松缺陷的基本原因。合金的固態(tài)收縮，雖然也是體積變化，但它只引起鑄件外部尺寸的變化，因此，通常用線收縮率來(lái)表示。固態(tài)收縮是鑄件產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力、裂紋和變形等缺陷的主要原因。不同的合金收縮率不同，在常用合金中，鑄鋼收縮最大。表 3-2 所示為碳素鋼的體積收縮率。表 3-2 碳素鋼的體積收縮率*合金種類含碳量%澆鑄溫度液態(tài)收縮%凝固收縮%固態(tài)收縮%總體積收縮%*碳素鑄鋼03516101637861246* (2).影響收縮的因素影響收縮的因素有：化學(xué)成分、澆注溫度、鑄件結(jié)構(gòu)和鑄型條件等。* 化學(xué)成分碳素鋼隨含碳量增加，凝固收

25、縮增加，而固態(tài)收縮略減?；铱阼T鐵中，碳是形成石墨的元素，硅是促進(jìn)石墨化的元素，所以碳硅含量越多，收縮越小。硫能阻礙石墨的折出，使鑄件的收縮率增大，但適當(dāng)?shù)暮i量，但*適當(dāng)?shù)暮i量，可與硫結(jié)合成MnS，抵銷了硫?qū)κ淖璧K作用，使收縮率減小。若含錳過(guò)高，鑄鐵的收縮率又有所增加。 澆注溫度 澆注溫度越高，過(guò)熱度越大，液態(tài)收縮增加。 鑄件結(jié)構(gòu)與鑄型條件 合金在鑄型中并不是自由收縮，而是受阻收縮。17其阻力來(lái)源于如下兩個(gè)方面：1）鑄件的各個(gè)部門(mén)冷速不同，因互相制約而對(duì)收縮產(chǎn)生的阻力，2）鑄型和型芯對(duì)收縮的機(jī)械阻力。顯然，鑄件的實(shí)際線收縮率比合金的自由線收縮率小，因此，在設(shè)計(jì)模型時(shí)，必須根據(jù)合金的品種

26、、鑄件的具體形狀、尺寸、造型工藝等因素，選取適合的收縮率。2. 縮孔的形成及防止*（1）縮孔和縮松的形成液態(tài)金屬在鑄型內(nèi)凝固過(guò)程中，由于液態(tài)收縮和凝固收縮、體積縮減，若其收縮得不到補(bǔ)足，在鑄件最后凝固的部分將形成孔洞，這種孔洞稱為縮孔。*縮孔縮孔通常隱藏在鑄件上部或最后凝固部位，有時(shí)經(jīng)機(jī)械加工可暴露出來(lái)。在某些情況下，縮孔生產(chǎn)在鑄件的上表面，呈明顯凹坑，這種縮孔又常稱為“明縮孔”。縮孔的外形特征是：形狀不規(guī)則，但多近于倒圓錐形，其內(nèi)表面不光?？s孔的形成過(guò)程如圖 3-9 所示。液態(tài)金屬填滿鑄型（圖 3-9，a）后，由于鑄型的吸熱，靠近型腔表面的金屬很快就降低到凝固溫度，凝固成一層外殼（圖 3-9

27、，b）。3-9 圖縮孔形成過(guò)程示意圖18溫度繼續(xù)下降，凝固層加厚，內(nèi)部的剩余液體，由于液態(tài)收縮和補(bǔ)充凝固層的凝固收縮，體積縮減，液面下降，鑄件內(nèi)出現(xiàn)了空隙（圖 3-9，c）。溫度繼續(xù)下降，外殼繼續(xù)加厚，液面不斷下降。待內(nèi)部完全凝固，則在鑄件上部形成了縮孔（圖 3-9，d）。已經(jīng)產(chǎn)生縮孔的鑄件自凝固終止溫度冷卻到室溫，因固態(tài)收縮使外廓尺寸略縮小（圖 3-9，e）。*縮松縮松實(shí)質(zhì)上是將集中縮孔分散成為數(shù)量極多的小縮孔。對(duì)于相同的收縮容積，縮松的分布面積要比縮孔大得多?？s松的形成原因，雖然也是由于合金的液態(tài)收縮和凝固收縮未能補(bǔ)足所致，但具體因素與集中縮孔相比有其特殊性?？s松的形成可由圖 3-10 所

28、示的圓柱形鑄件來(lái)說(shuō)明。鑄件首先從外層開(kāi)始凝固，但凝固的前沿凹凸不平（圖 3-10a），由于鑄件在圓周方向散熱條件相近，所以在凝固后期凝固的前沿幾乎同時(shí)到達(dá)中心，形成一個(gè)同時(shí)凝固區(qū)。在這個(gè)區(qū)域內(nèi)，剩余液體被凹凸不平的凝固前沿分隔成許多小液體區(qū)（圖 3-10b）。最后，這些數(shù)量極多的小液體區(qū)凝固收縮時(shí)，因得不到補(bǔ)縮而形成縮松（圖 3-10c）。圖 3-10 縮松的形成過(guò)程圖 3-11 顯微縮松19當(dāng)合金的結(jié)晶間隔很大時(shí)，除上述原因的縮松增多外，還將在更大的面積上產(chǎn)生顯微縮松。此時(shí)，在很寬的凝固區(qū)域內(nèi)同時(shí)進(jìn)行結(jié)晶，既有正在長(zhǎng)大的固體，又有液態(tài)金屬（見(jiàn)圖 3-11），而初生的晶體常呈樹(shù)枝狀長(zhǎng)大，以致將

29、液體分隔成許多小液體區(qū)，若補(bǔ)縮條件不良，鑄件也會(huì)產(chǎn)生縮松，這種縮松更為細(xì)小，要在顯微鏡下來(lái)觀察。顯微縮松在鑄件中難以完全避免，對(duì)于一般鑄件通常不作為缺陷看待，但如果要求鑄件有高的氣密性，防止壓力下滲漏，或考慮物理、化學(xué)性能時(shí)，則應(yīng)設(shè)法防止或減少顯微縮松缺隱。從縮孔和縮松的形成可以看出：合金的液態(tài)收縮和凝固收縮越大（如鑄鋼、白口鑄鐵、鋁青銅等），收縮的容積越大，鑄件越容易形成縮孔。合金的澆注溫度越高，液態(tài)收縮也越大（通常每提高 100，體積收縮增加 1.6%左右），越易于產(chǎn)生縮孔。結(jié)晶間隔大的合金，易于形成縮松；純金屬或共晶成分的合金，縮松的傾向性很小，多易形成集中縮孔?？s松，特別是顯微縮松，分

30、布面廣，即難以補(bǔ)縮，又難以發(fā)現(xiàn)。集中縮孔較易于檢查和修補(bǔ)，也便于采取工藝措施來(lái)防止。因此，鑄造生產(chǎn)中多采用接近共晶成分的或結(jié)晶間隔小的合金來(lái)生產(chǎn)鑄件。任何形態(tài)的縮孔使鑄件的機(jī)械性能顯著下降，縮松還能影響鑄件的氣密性和物理、化學(xué)性能。因此，縮孔和縮松是鑄件的重大缺陷，必須根據(jù)鑄件技術(shù)要求，采取適當(dāng)?shù)墓に嚧胧枰苑乐埂?0*（2）縮孔的防止方法如前所述，收縮是合金的物理本性，對(duì)于正常澆注溫度下，已定成分的合金、其收縮容積是不能改變的，但這并不是說(shuō)鑄件的縮孔是不能避免的。實(shí)踐證明，盡管收縮很大的合金，只要合理控制鋼的凝固，使之實(shí)現(xiàn)順序凝固，是可以獲得沒(méi)有縮孔的致密鑄件的。所謂順序凝固，就是在鑄件可

31、能出現(xiàn)縮孔的熱節(jié)處（即內(nèi)接圓直徑最大的厚大部分）通過(guò)增設(shè)冒口或冷鐵等一系列工藝措施，使鑄件遠(yuǎn)離冒口的部分先凝固，爾后是靠近冒口部分凝固，最后才是冒口本身凝固。按照這個(gè)冷卻順序，使鑄件各個(gè)部位的凝固收縮均能得到液態(tài)金屬的補(bǔ)縮，而將縮孔轉(zhuǎn)移冒口之中。冒口為鑄件的多余部*分，在鑄件清理時(shí)予以切除。圖3-12為冒口補(bǔ)縮示意圖，圖中 a）所示為沒(méi)有安置冒口時(shí)，鑄件上部厚壁處產(chǎn)生了縮孔，圖中 b）為增設(shè)冒口后，鑄件按順序凝固，縮孔轉(zhuǎn)移到冒口中。底部法蘭筒身上部法蘭冒口冒口種類很多，圖 3-12 中所示的為普通冒口，其表面露于上箱，它是靠金屬的靜壓力起補(bǔ)縮作用的。這種冒口造型方便，操作靈活，便于澆注時(shí)補(bǔ)充熱

32、金屬，所以廣泛應(yīng)用。但其補(bǔ)縮效率差，耗費(fèi)金屬多，且對(duì)鑄件一些部位的使用上受限制。為彌補(bǔ)普通冒口的不足，在成批、大量生產(chǎn)中，還常采用各種形式的暗冒口。暗冒口散熱慢，補(bǔ)縮效率較高，同時(shí)還便于對(duì)鑄件的側(cè)面或下部進(jìn)行補(bǔ)縮。為進(jìn)一步提高補(bǔ)縮效率，還可采取措施提高冒口內(nèi)部溫度或壓力，如發(fā)熱冒口、大氣壓冒口等。21 為了控制鑄件的凝固，還可在鑄件熱節(jié)處安放冷鐵。冷鐵的作用是增大鑄件厚大部位的冷卻速度，防止產(chǎn)生縮孔，但冷鐵本身并不起補(bǔ)縮作用。冷鐵通常是用鑄鐵或鋼制成。圖 3-12 所示閥體形鑄件的補(bǔ)縮方法。圖 3-13 閥體鑄件的兩種鑄造方法：22 圖中左邊表示沒(méi)有冒口時(shí)熱節(jié)處可能產(chǎn)生的縮孔；圖中右邊表示增設(shè)

33、冒口及冷鐵后，鑄件實(shí)現(xiàn)了順序凝固，防止了縮孔。安置冒口、實(shí)行順序凝固，可有效地防止縮孔，但冒口浪費(fèi)金屬、耗費(fèi)工時(shí)、使鑄件成本增加，而且鑄件內(nèi)應(yīng)力加大，易于產(chǎn)生變形和裂紋。因此，它主要用于凝固收縮大、結(jié)晶間隔小的合金，如鑄鋼，高牌號(hào)灰口鑄鐵、球墨鑄鐵、可鍛鑄鐵、黃銅等。三 鑄造內(nèi)應(yīng)力、變形和裂紋鑄件在凝固以后的繼續(xù)冷卻過(guò)程中、其固態(tài)收縮若受到陰礙，便在鑄件內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，稱為鑄造內(nèi)應(yīng)力。這種內(nèi)應(yīng)力有時(shí)是冷卻過(guò)程中暫存的，有時(shí)一直殘留到室溫，后者稱為殘余內(nèi)應(yīng)力。鑄造內(nèi)應(yīng)力是鑄件產(chǎn)生變形、冷裂和熱裂等缺陷的主要原因。按其產(chǎn)生的原因，主要分為熱應(yīng)力和收縮應(yīng)力兩種。*1熱應(yīng)力熱應(yīng)力是由于鑄件壁厚不均勻，

34、各部分冷卻速度不同，以致在同一時(shí)期內(nèi)，鑄件各部分收縮不一致而產(chǎn)生的。為了分析熱應(yīng)力的形成，首先必須了解金屬自高溫降到室溫時(shí)狀態(tài)的改變，即區(qū)分塑性狀態(tài)和彈性狀態(tài)。*塑性狀態(tài)金屬?gòu)哪探K止溫度到再結(jié)晶溫度（鋼和鑄件為620-650），處于塑性狀態(tài)。此時(shí)，延伸率很高，塑性好，在較小的外力下，就發(fā)生塑性變形（即永久變形），且內(nèi)應(yīng)力自行消除。*彈性狀態(tài)低于再結(jié)晶溫度的金屬處于彈性狀態(tài)。此時(shí)，在外力作用下，金屬發(fā)生彈性變形，變形后應(yīng)力繼續(xù)存在。23*2收縮應(yīng)力它是收縮受到機(jī)械阻礙而形成的內(nèi)應(yīng)力，因此，又叫機(jī)械應(yīng)力。形成機(jī)械阻礙的原因很多，如型砂或型芯的高溫強(qiáng)度過(guò)高、退讓性差，砂箱箱帶或芯骨吃砂量過(guò)少等。收

35、縮應(yīng)力一般使鑄件產(chǎn)生拉伸或剪切應(yīng)力，這種應(yīng)力是暫時(shí)的，鑄件經(jīng)打箱或取出型芯后，應(yīng)力便可消失。但是，收縮應(yīng)力在鑄型中能與熱應(yīng)力共同起作用，增強(qiáng)了拉伸應(yīng)力，促使鑄件在高溫時(shí)產(chǎn)生熱裂或在低溫時(shí)產(chǎn)生冷裂。第四節(jié) 閥體鑄造工藝實(shí)例下面以閥體為例簡(jiǎn)要介紹一下鑄造工藝設(shè)計(jì)情況。圖 3-14、3-15 為一閥體的兩種工藝，在此作一簡(jiǎn)要分析:1澆注位置、分型面的選擇根據(jù)澆注位置的選擇原則，閥體的三法蘭、密封面為重要部位。由于閥體的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，為保證方便脫模并保證質(zhì)量，以三法蘭水平方向的中心線為分型面。采用哈夫面兩側(cè)法蘭的位置設(shè)計(jì)成澆注位置。這樣能保證泥芯數(shù)量最少也便于下芯和檢驗(yàn)（見(jiàn)圖 3-14）。242工藝參數(shù)根

36、據(jù)鑄件的主要尺寸查閱有關(guān)手冊(cè)即可，根據(jù)產(chǎn)品大小決定加工余量。、冒口設(shè)計(jì)冒口設(shè)計(jì)是鑄造工藝中的關(guān)鍵。是保證鑄件內(nèi)在質(zhì)量的關(guān)鍵所在。要達(dá)保證冒口比鑄件遲凝固，以使冒口中的金屬液能充分補(bǔ)給鑄件凝固過(guò)程中的體收縮量。首先分析鑄件熱節(jié)分布狀況，在鑄件厚大部即熱節(jié)處應(yīng)設(shè)置冒口。對(duì)閥體來(lái)講為三法蘭根部及密封圈部位為熱節(jié)區(qū)。因此在這幾個(gè)部位應(yīng)設(shè)置冒口。如下圖兩個(gè)閥體均是如此考慮的。但兩者也有些不同。圖 3-15 中采用暗邊冒口，且澆口通過(guò)冒口，有利于使冒口金屬液溫度高于鑄件。圖 3-14 中采用明頂冒口。雖冒口形式不同，但結(jié)果是一致的。均能保證冒口的補(bǔ)縮作用，具體冒口的計(jì)算方法略。圖 3-1525第五節(jié) 核電

37、閥門(mén)鑄件的補(bǔ)焊核電閥門(mén)因其工況的特殊性，故對(duì)鑄件的內(nèi)在質(zhì)量要求極為嚴(yán)格，一般均需進(jìn)行 RT 探傷，以確保其內(nèi)在質(zhì)量，但鑄件總存在著一定的缺陷，其中有的缺是允許存在的，而有的則是不允許存在的，對(duì)于不允許存在的缺陷，若其數(shù)量、大小符合鑄件焊補(bǔ)規(guī)范，則可以通過(guò)焊補(bǔ)來(lái)加以修復(fù)。就鑄造本身而言，在一定范圍內(nèi)的鑄造缺陷可以用挖補(bǔ)的方法加以消除。對(duì)于核電閥門(mén)鑄件，則對(duì)于補(bǔ)焊的控制則更為嚴(yán)格。具體補(bǔ)焊的控制要求有以下這些：1. 如實(shí)記錄缺陷情況對(duì)于鑄件的缺陷，均需做好缺陷記錄。對(duì)重要件（一般體、蓋、門(mén)），要求返修的每件鑄件都要有簡(jiǎn)圖并標(biāo)明缺陷類型、位置和挖鑿后留下的凹坑的尺寸大小。寫(xiě)清焊補(bǔ)時(shí)的具體操作參數(shù)。在

38、日后閥門(mén)使用中，用戶可以跟蹤這些部位。2履行焊補(bǔ)申請(qǐng)制度核電閥門(mén)鑄件出現(xiàn)超標(biāo)缺陷，在焊補(bǔ)前必須由鑄造單位提出申請(qǐng)，經(jīng)設(shè)計(jì)、工藝部門(mén)同意，制定具體實(shí)施方案，并報(bào)請(qǐng)總工程師批準(zhǔn)后方可進(jìn)行焊補(bǔ)。對(duì)鑄件焊補(bǔ)這一重大事件做到了層層把關(guān)。*3嚴(yán)肅焊補(bǔ)操作規(guī)范在鑄件的補(bǔ)焊過(guò)程中，必須由具有核電焊補(bǔ)資格的焊工進(jìn)行施焊，在焊補(bǔ)過(guò)程中必須嚴(yán)格按工藝要求和操作規(guī)范進(jìn)行，做好焊條烘干及在使用過(guò)程中的保溫，保持一定層間溫度。*4、做好焊后熱處理26鑄件補(bǔ)焊后在補(bǔ)焊區(qū)域發(fā)生了從液態(tài)到固態(tài)的變化，補(bǔ)焊的邊緣區(qū)經(jīng)受了加熱、冷卻過(guò)程使其產(chǎn)生應(yīng)力，同時(shí)焊補(bǔ)局部組織也發(fā)生了變化，為此鑄件經(jīng)補(bǔ)焊后必須進(jìn)行熱處理，使鑄件組織、性能一致

39、，應(yīng)力得到消除。但鑄件熱處理次數(shù)也不能過(guò)多，所以我們采用生坯 RT 和補(bǔ)焊，一般鑄件熱處理不超過(guò) 2 次。*第六節(jié)鑄件的質(zhì)量控制一 什么是鑄件質(zhì)量在鑄件生產(chǎn)中“質(zhì)量”二字，有兩方面的含義。一是鑄件本身的質(zhì)量，即鑄件在使用過(guò)程中滿足用戶要求的程度；二是工程質(zhì)量，即生產(chǎn)鑄件的工藝過(guò)程對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量提供保證的程度。兩者內(nèi)容不同，但有相關(guān)。如管理技術(shù)落后，工程質(zhì)量差的鑄造企業(yè)，通過(guò)精工細(xì)作，不惜工本也能制造出質(zhì)量好的鑄件，如設(shè)施和管理都好的鑄造企業(yè)在承制要求不高的鑄件時(shí)，也不必刻意求精。*1鑄件本身的質(zhì)量評(píng)定鑄件質(zhì)量依據(jù)，首先是看其是否能滿足使用條件和設(shè)計(jì)者對(duì)其結(jié)構(gòu)和功能的要求，其次是經(jīng)濟(jì)性，要求以最低的生產(chǎn)成本滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求，要用價(jià)值工程的觀點(diǎn)來(lái)分析生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)，對(duì)鑄件企業(yè)來(lái)講保持產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)能力。*2工程質(zhì)量工程質(zhì)量是指企業(yè)的管理水平和技術(shù)素質(zhì)對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量要求的保證程度，其主要因素是從業(yè)人員的素質(zhì)、工藝技術(shù)水