閥體鑄造工藝

閥門(mén)鑄造工藝蘭州理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院LanzhouUniversityofTechnology

報(bào)告人：閻峰云教授/博導(dǎo)工業(yè)流程控制工藝及閥門(mén)應(yīng)用技術(shù)講座2014.8.2～6蘇州2023/12/28主要內(nèi)容鑄造概述鑄造工藝簡(jiǎn)介及發(fā)展合金元素對(duì)鋼的鑄造性能影響鑄件的質(zhì)量控制鑄造CAE技術(shù)服務(wù)平臺(tái)簡(jiǎn)介，，，，。2023/12/281、鑄造概述一）何為鑄造：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。

三大要素：合金、造型、澆注凝固

最大優(yōu)勢(shì)：可以成形復(fù)雜零件

2023/12/28二）鑄造發(fā)展（以造型方法為主）

鑄造：工藝古老，歷史悠久，曾經(jīng)輝煌。青銅器的失蠟鑄造。

20世紀(jì)30年代開(kāi)始使用氣動(dòng)機(jī)器和人工粘土砂工藝生產(chǎn)。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)冷硬覆膜樹(shù)脂砂殼型；1955年出現(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。近50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，消失模造型等?；诮饘傩偷母鞣N鑄造方法。如離心鑄造、高壓壓鑄、低壓鑄造、液態(tài)擠壓等2023/12/28三）鑄造特點(diǎn)適應(yīng)性廣，靈活性大。所有的金屬材料產(chǎn)品。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，形狀可以是十分復(fù)雜的零件。所用的原輔材料大多來(lái)源廣，價(jià)格低廉，如廢鋼、砂等。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。鑄件綜合成本低，投資少，上馬快。鑄造部分企業(yè)工藝落后，機(jī)械化程度低，生產(chǎn)效率低。鑄件的尺寸精度低、表面質(zhì)量差、企業(yè)效益差。高耗能、高污染、高勞動(dòng)強(qiáng)度。鑄造屬于高危行業(yè)，工作苦、臟、累。行業(yè)效益差，人才流失嚴(yán)重。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，鑄件成本大幅上升。2023/12/282、鑄造工藝簡(jiǎn)介及發(fā)展根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、大小及技術(shù)要求制定鑄造方式。通常分為兩種：砂鑄和特種鑄造。

砂鑄：有粘土砂、樹(shù)脂砂（呋喃、堿性酚醛、聚尿烷等）、殼型鑄造

水玻璃砂(CO2法、真空CO2置換（VRH）、熱空氣法、硅酸二鈣和赤

泥等粉狀硬化劑的自硬砂、有機(jī)酯硬化〕。

特鑄：有熔模鑄造（失蠟鑄造）、陶瓷型鑄造、磁性鑄造、真空密封造型、

消失模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造（高、低、差）、離心鑄造、

真空吸鑄等。

企業(yè)根據(jù)所具備的生產(chǎn)條件確定鑄造方式。2023/12/28一）砂型鑄造工藝1、型砂型（芯）砂質(zhì)量對(duì)鑄件質(zhì)量有很大的影響，如：夾砂、砂眼、粘砂氣孔、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)量有重大影響。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。在鑄型制造、搬運(yùn)以及澆注時(shí)，不發(fā)生變形、損壞。否則造成塌箱、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。對(duì)應(yīng)型芯的發(fā)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)，形成粘砂，輕則使切削時(shí)加快刀具磨損。重則使鑄件報(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。

（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??；反之收縮受阻，內(nèi)應(yīng)力大，甚至產(chǎn)生裂紋。上述主要是鑄型的工作性能。還有回用性、潰散性、流動(dòng)性和可塑性等工藝性能，對(duì)于樹(shù)脂砂還有微粉、灼燒減量、堿性樹(shù)脂的殘堿量、原砂的酸耗值等。

2023/12/282、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”作為粘接劑，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。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)，改善工勞動(dòng)件，舊砂回率高，污染小等。該工藝自上世紀(jì)八十年代引入中國(guó)（蘭石、蘭高閥，自貢機(jī)床），尤其是生產(chǎn)線投入，相關(guān)技術(shù)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。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。高端閥門(mén)有問(wèn)題，同時(shí)也

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。

2023/12/2893、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。4、砂型鑄造工藝設(shè)計(jì)

正確而有效的控制鑄件凝固是獲得優(yōu)質(zhì)鑄鋼件的頭等重要條件。工藝措施如：澆注系統(tǒng)、冒口和冷鐵、工藝補(bǔ)正量等。閥門(mén)鑄鋼件由于其壁厚不均勻，應(yīng)該采取順序冷卻、順序凝固的原則，以減少內(nèi)應(yīng)力、縮孔和縮松等缺陷。

⑴控制鑄鋼件順序凝固的工藝措施：1）設(shè)計(jì)合理分型位置、澆注位置和澆注系統(tǒng)。2）冒口設(shè)計(jì)在鑄件最后凝固的部位，在起到補(bǔ)縮作用的同時(shí)，延緩冒口周圍鋼水的凝固，造成順序凝固的條件。保溫冒口應(yīng)用。3）澆注操作時(shí)，當(dāng)鋼水上升至冒口高度1/4時(shí)，改從冒口頂上澆注，其作用可以增加鋼水壓頭，還可以提高冒口溫度。2023/12/284）鑄鋼冒口尺寸的確定：其方法有模數(shù)法；比值法和熱節(jié)圓法。目前工廠里為了滿足便捷的設(shè)計(jì)要求，常用的是熱節(jié)圓法，來(lái)確定冒口的尺寸。

5）鑄件收縮率的選定：鑄鋼件在凝固冷卻的過(guò)程中，其體積和尺寸都會(huì)收縮減小，由液態(tài)凝固為固態(tài)的收縮量一般以長(zhǎng)度的改變量--線收縮率來(lái)表示（%）。

影響鑄造收縮率的因素很多，主要有金屬合金的種類、鑄件結(jié)構(gòu)和尺寸長(zhǎng)度，另外造型材料、型芯的緊實(shí)程度等也影響鑄件產(chǎn)生非自由收縮率。鋼種縮尺碳鋼WCBZG2520/1000不銹鋼CF8CF8MZG0Cr18Ni9ZG0Ci18Ni12Mo2Ti20-25/1000鉻鉬鋼ZGCr5MoC520-25/1000耐熱鋼WC6WC918-22/1000鑄鐵HT25010/10002023/12/28（2）典型的砂型鑄造生產(chǎn)流程型芯砂配制冷鐵芯骨準(zhǔn)備涂料準(zhǔn)備爐料配制鋼水溶煉鋼水成份化驗(yàn)檢查鑄造工藝設(shè)計(jì)模樣制作造型制芯刷涂料烘干型芯下芯合箱澆注落砂清砂切割澆冒口缺陷焊補(bǔ)鑄件熱處理精整完工2023/12/28（3）幾種砂鑄工藝1）濕型砂：粘結(jié)劑為膨潤(rùn)土。有一定的濕態(tài)強(qiáng)度，砂型退讓性較好。造型生產(chǎn)效率高，成本低，便于中小件大批量生產(chǎn)。缺點(diǎn)是：鑄件易產(chǎn)生氣孔、夾砂、粘砂等缺陷，內(nèi)在質(zhì)量不高。多用于低壓鑄鐵閥門(mén)。鑄鋼件閥門(mén)極少用。

鑄鋼件濕型砂的配比及性能表

序號(hào)配比（%）性能用途新砂舊砂膨潤(rùn)土碳酸鈉糊精紙漿含水量%透氣性AFS濕壓強(qiáng)度KPa粒度組別加入量1101009/110.20.2/0.43.8/4.3100/20056/77小鑄鋼件用砂215505030.40.6/1.24/4.710050/75機(jī)器造型用砂干型砂：國(guó)家明令禁止要淘汰?。?！

2023/12/282）水玻璃砂以水玻璃為粘結(jié)劑。多采用CO2硬化（普通CO2硬化，VRH法，熱CO2）氣硬化法造型和造芯的各種優(yōu)點(diǎn)，但存在型殼潰散性差，鑄件清砂困難以及舊砂再生、回用率低的缺點(diǎn)。最大特點(diǎn)：成本低，發(fā)氣性低。

水玻璃CO2硬化砂配比及性能表：序號(hào)配比%性能用途新砂水玻璃堿溶液15-20%膨潤(rùn)土含水量%濕透氣性濕壓強(qiáng)度KPa硬化強(qiáng)度MPa粒度級(jí)別加入量1151008-90.74-54-5≥10025-30≥1.5大鑄件2301006.5-7.54.5-5.5≥3005-15鑄鋼件型芯砂3211004-4.5LK-2潰散劑水0.4-0.6≤3.5≥150≥1.02023/12/28普通水玻璃CO2法大件。

水輪機(jī)球閥閥體，

碳鋼ZG230-400H重14T

（東方電機(jī)）原砂采用28/55目95%石英砂加約1%粘土混勻,然后加人水玻璃混勻水玻璃比重控制在1.8-2.5，濃度在50-52度模數(shù)控制：夏秋2.2-2.4,冬春2.4-2.6混碾時(shí)間:干混2min,濕混8min濕透氣性>250,濕壓強(qiáng)度0.07-0.15kg/cm2；干拉強(qiáng)度15kg/cm2（220~250℃烘干）2023/12/28VRH-CO2水玻璃砂工藝參數(shù)真空度:1995~2660Pa之間;水玻璃模數(shù):2.05~2.20,密度:1.50~1.54g/cm3;水玻璃加入量:面砂2.5%~4.0%,背砂1.5%~2.5%;CO2用量:CO2吹氣壓力0.04MPa左右,延時(shí)90~140s問(wèn)題：1）鑄型強(qiáng)度及表面穩(wěn)定性在VRH-CO2法中,日本工藝,面砂水玻璃加入量<3.0。面砂在3.5%左右,背砂在2.5%左右,鑄型強(qiáng)度及表面穩(wěn)定性較好。氣溫對(duì)硬化有很大影響。2）潰散性問(wèn)題比傳統(tǒng)水玻璃砂潰散性有所提高。潰散性的大小與水玻璃加入量及開(kāi)箱時(shí)間有關(guān)。一般控制在鑄型溫度＜200℃。3）閥體裂紋問(wèn)題：薄壁與壁厚不均勻的大口徑閥體易于產(chǎn)生裂紋。2023/12/28酯硬化水玻璃砂優(yōu)點(diǎn)水玻璃加入量低(一般2.5%～3.5%),強(qiáng)度高。型砂工藝性能優(yōu)良,冬季硬透性好,硬化速度通過(guò)粘結(jié)劑和固化劑種類的調(diào)整可調(diào)。型芯砂潰散性好,鑄件出砂清理容易。舊砂易于干法再生,回用率≥80%。鑄件質(zhì)量和尺寸精度可與樹(shù)脂砂工藝相似。型芯砂熱塑性好,發(fā)氣量較低,可防止鑄件產(chǎn)生裂紋和氣孔等缺陷。原砂的適用范圍廣,可以用硅砂、鉻、鐵礦砂或鎂橄欖石砂等。在各種自硬砂工藝中,其生產(chǎn)成本低,工作環(huán)境好。問(wèn)題：1）對(duì)水玻璃要求高，改性水玻璃研發(fā)，

2）對(duì)氣溫敏感。2023/12/283）呋喃樹(shù)脂自硬砂造型以呋喃樹(shù)脂為粘結(jié)劑。固化劑為無(wú)機(jī)、有機(jī)或混合酸。流動(dòng)性好，易于緊實(shí)；潰散性好，鑄件的型砂易于清理；鑄件尺寸精度高，表面光潔度好，可以大大提高鑄件質(zhì)量。缺點(diǎn)：對(duì)于原砂的質(zhì)量要求高，生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)有輕微的刺激性氣味，而且樹(shù)脂的成本也較高。呋喃樹(shù)脂自硬砂混合料配比及混制工藝：

原砂呋喃樹(shù)脂加入量占原砂重量比固化劑加入量占呋喃樹(shù)脂重量比硅烷加入量占呋喃樹(shù)脂重量比100%1-2%30-50%0.1-0.3%樹(shù)脂自硬砂最好采用連續(xù)式混砂機(jī)。各種原料的加入順序如下：原砂+固化劑（對(duì)甲苯磺酸水溶液）-（120～180S）-樹(shù)脂+硅烷-（60～90S）-出砂2023/12/281）樹(shù)脂中加入0.3%的硅烷。2）固化劑的濃度為70~80%，加入量（占樹(shù)脂）隨室溫與砂溫而變。如室溫、砂溫在10~15℃，固化劑加入量為605；室溫、砂溫15~20℃，固化劑加入量為50%；如室溫＜15℃，砂溫可加熱到20℃，固化劑加入量為50%。10in-300閘閥閥體，450Kg2023/12/281）熔模鑄造閥門(mén)行業(yè)常用的方法，主要生產(chǎn)中小鑄件。兩種工藝方法：①采用低溫蠟基模料（硬脂酸+石蠟）、低壓注蠟、水玻璃型殼、熱水脫蠟、大氣熔煉澆注工藝，主要用于質(zhì)量要求一般的碳素鋼和低合金鋼鑄件，鑄件尺寸精度可達(dá)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)ＣＴ７～９級(jí)。②采用中溫樹(shù)脂基模料、高壓注蠟、硅溶膠模殼、蒸汽脫蠟、快速大氣或真空熔煉澆注工藝，鑄件尺寸精度可達(dá)ＣＴ４～６級(jí)的精密鑄件。一）特種鑄造工藝2023/12/28熔模鑄造工藝優(yōu)勢(shì)與劣勢(shì)鑄件尺寸精度高，表面粗糙度值?。撼叽鏑T4-6級(jí)，表面粗糙度Ra3.2-12.5；可鑄造形狀復(fù)雜的鑄件：典型空心葉片，應(yīng)用于鑄件輕量化技術(shù)；合金材料不受限制：各種合金材料均可。生產(chǎn)靈活性高、適應(yīng)性強(qiáng)：由于工裝的靈活性，相應(yīng)生產(chǎn)不受批量的限制。A、優(yōu)勢(shì)2023/12/28鑄件尺寸不能太大：鑄件重量最大可做到1000Kg，超出重量鑄件難度較大；工藝流程繁瑣、生產(chǎn)周期長(zhǎng)。影響鑄件質(zhì)量因素太多，工序質(zhì)量控制難度增大；鑄件冷卻速度較慢：導(dǎo)致鑄件晶粒粗大，碳鋼件易脫碳。用于鑄造承壓薄殼閥門(mén)鑄件時(shí)，其承壓能力不能很高。B、劣勢(shì)2023/12/28工藝流程制模蠟?zāi)＝M樹(shù)制殼脫蠟型殼焙燒合金熔煉澆注脫殼落件模具制造磨澆口拋丸精整校正探傷防銹品質(zhì)檢查成品入庫(kù)熱處理2023/12/28流程示意圖注蠟制模組樹(shù)涂料撒砂脫蠟型殼焙燒澆注清理鑄件干燥2023/12/28制殼工藝工藝種類粘結(jié)劑硬化劑應(yīng)用硅溶膠工藝硅溶膠無(wú)表面及精度較高產(chǎn)品水玻璃工藝水玻璃結(jié)晶硬化鋁表面及精度較低產(chǎn)品復(fù)合制殼工藝硅溶膠+水玻璃結(jié)晶硬化鋁接近硅溶膠工藝產(chǎn)品序號(hào)工藝參數(shù)粘接劑粉料砂涂料粘度風(fēng)干溫度風(fēng)干時(shí)間硬化時(shí)間表面層硅溶膠精制石英粉(320目)精制石英砂(40-100目)粘度60-65S24±2℃6-7小時(shí)

二層硅溶膠精制石英粉(320目)莫來(lái)石砂(30-60目)粘度18-22S24±2℃8-9小時(shí)

加固一層水玻璃高鋁合成粉(200目)莫來(lái)石砂(16-30目)粘度8-10S30-40℃20-25分鐘18-20分鐘加固二層水玻璃高鋁合成粉(200目)莫來(lái)石砂(10-20目)粘度12-14S30-40℃20-25分鐘18-20分鐘加固三層水玻璃高鋁合成粉(200目)莫來(lái)石砂(10-20目)粘度16-26S30-40℃20-25分鐘18-20分鐘加固四層水玻璃高鋁合成粉(200目)莫來(lái)石砂(10-20目)粘度16-26S30-40℃20-25分鐘18-20分鐘2023/12/28不銹鋼閥門(mén)精鑄工藝美標(biāo)10英寸(254mm)41型閘閥閥體,公稱壓力為4.13MPa(600psi),美標(biāo)材質(zhì)為AISI/ASTM321,鑄件質(zhì)量439.5kg。面層采用鋯英砂較剛玉和石英砂的表面質(zhì)量要好些。加固層使用莫來(lái)石。制殼工藝采用硅溶膠+水玻璃作粘結(jié)劑的復(fù)合型殼。前3層硅溶膠型殼以較高的粉液比可獲得較高的表面質(zhì)量,加固層采用水玻璃涂料,一是可縮短制殼周期,二是利于水煮脫蠟工藝的實(shí)行,以彌補(bǔ)硅溶膠制殼的濕強(qiáng)度不高。2023/12/28圖a冒口比圖b冒口的靜壓頭要高一些,但截面積只有圖b冒口的83.8%,整體樣如同花瓶般,中間的鼓肚上有縮頸。2023/12/283、合金元素對(duì)鋼的鑄造性能影響2023/12/282023/12/282023/12/284、鑄件質(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。2023/12/281．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)水平、生產(chǎn)用原材料的控制和管理、設(shè)備狀況、工藝裝備的質(zhì)量和企業(yè)的質(zhì)量保證體系。2023/12/28二．

對(duì)鑄件的要求1．對(duì)鑄件材質(zhì)要求

實(shí)物的成分和機(jī)械性能應(yīng)滿足設(shè)計(jì)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)和選定的材料牌號(hào)。

2．尺寸公差、重量公差和表面粗糙程度

尺寸公差、質(zhì)量公差、表面粗糙度都是反映鑄件質(zhì)量的重要指標(biāo)，但對(duì)各種各類的鑄件要求程度卻不盡相同。2023/12/28（1）鑄件的尺寸公差

應(yīng)符合我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB/T6414《鑄件尺寸公差和機(jī)械加工余量》，其中分16個(gè)等級(jí)，根據(jù)鑄件的材質(zhì)和選用的生產(chǎn)方式確定鑄件公差等級(jí)CT（鑄件的尺寸公差等級(jí)），根據(jù)不同的公稱尺寸查找具體公差值。一般粘土砂選14級(jí)、自硬砂11~12級(jí)。（2）鑄件的重量公差MT重量公差按GB/T11351《鑄件重量公差》，同樣規(guī)定了16個(gè)等級(jí)，同上確定公差等級(jí)CT，根據(jù)不同重量查找公差數(shù)值。一般確認(rèn)方式有下列幾個(gè)：1)成批大量生產(chǎn)時(shí)，由供需雙方共同隨機(jī)抽10件，取其平均值；2)小批、單件以合格鑄件的實(shí)際重量，供需雙方確認(rèn)；3)以標(biāo)準(zhǔn)樣品的實(shí)際重量作為公稱重量。2023/12/28（3）

鑄件的表面粗糙度M

到目前為止，我國(guó)尚未制定鑄件粗糙度的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，國(guó)際也未制定有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，目前大多數(shù)國(guó)家評(píng)定表面粗糙度的參數(shù)是用鑄件表面的輪廓算術(shù)平均偏差（Ra），單位用微米（um）

檢測(cè)粗糙度需用專用儀器，當(dāng)前各工業(yè)國(guó)家都采用標(biāo)準(zhǔn)樣塊作對(duì)比法評(píng)定。2023/12/283.

鑄件的質(zhì)量（1）鑄件外觀質(zhì)量

通常鑄件的設(shè)計(jì)者根據(jù)鑄件的使用條件予以規(guī)定，或由供需雙方協(xié)商確定其鑄件上允許存在的缺陷，其缺陷一般通過(guò)檢驗(yàn)人員用目測(cè)方法來(lái)檢查。通常按MSS

SP-55

《閥門(mén)、法蘭及管件和其他管道元件鑄鋼件質(zhì)量體系－不規(guī)則表面的目測(cè)方法》。

如表面質(zhì)量要求高的可提出鑄件需通過(guò)滲透探傷或磁粉探傷法檢測(cè)，這兩種無(wú)損傷檢測(cè)應(yīng)按ASTM

B16.34附錄B規(guī)定驗(yàn)收。2023/12/28（2）鑄件的內(nèi)在質(zhì)量通常情況下不規(guī)定檢測(cè)鑄件的內(nèi)部缺陷，特殊產(chǎn)品才有要求。檢驗(yàn)鑄件內(nèi)部質(zhì)量狀態(tài)，一般的二種方式：一為鑄件解剖，二為無(wú)損檢測(cè)。無(wú)損檢測(cè)主要有滲透探傷（PT）、磁粉探傷（MT）、超聲波探傷（UT）和射線探傷（RT）。2023/12/28三．

對(duì)鑄造廠質(zhì)量保證體系考察鑄件的買方不僅注意鑄件本身的質(zhì)量，還要關(guān)心鑄件生產(chǎn)廠制造鑄造的工程質(zhì)量。對(duì)閥門(mén)的采購(gòu)而言，因鑄件在閥門(mén)中按重量來(lái)講占有整臺(tái)閥門(mén)重量的90%左右，可見(jiàn)其鑄造的重要性，而產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性和經(jīng)濟(jì)性與生產(chǎn)廠的工程質(zhì)量有重要的相依關(guān)系。因此購(gòu)買閥門(mén)時(shí)，對(duì)閥門(mén)的生產(chǎn)廠的實(shí)際能力，即鑄件是否自己生產(chǎn)，還是采購(gòu)，也可講其工程質(zhì)量是否能滿足你所采購(gòu)的物品的要求，對(duì)其進(jìn)行質(zhì)量保證考察。2023/12/28質(zhì)量保證考察對(duì)鑄造一方面主要有三方內(nèi)容：

1、生產(chǎn)單位的質(zhì)量保證體系，包括質(zhì)量管理機(jī)構(gòu)、質(zhì)量責(zé)任制、質(zhì)量信息網(wǎng)絡(luò)、標(biāo)準(zhǔn)化組織、計(jì)量工作、對(duì)從業(yè)人員的質(zhì)量教育、產(chǎn)品的技術(shù)檔案管理，技術(shù)資料等要求做到可追溯性2、生產(chǎn)單位的基本設(shè)施，包括生產(chǎn)設(shè)備（企業(yè)的機(jī)械化程度）工藝裝備（如砂箱的完好車，定位銷等輔助裝備）生產(chǎn)過(guò)程中的監(jiān)控2023/12/283、生產(chǎn)單位的人員素質(zhì)，包括

生產(chǎn)工人上崗前是否經(jīng)過(guò)技術(shù)培訓(xùn)

關(guān)鍵工序的操作者是否經(jīng)過(guò)必要的培訓(xùn)和上崗資格認(rèn)定

從業(yè)人員的文明生產(chǎn)習(xí)慣2023/12/28四、鑄件缺陷分析任何的鑄件內(nèi)部都是會(huì)有缺陷的，這些缺陷的存在給鑄件的內(nèi)在質(zhì)量帶來(lái)很大的隱患，在生產(chǎn)過(guò)程中為消除這些缺陷進(jìn)行的焊補(bǔ)也會(huì)給生產(chǎn)流程帶來(lái)很大的負(fù)擔(dān)。尤其是閥門(mén)作為承受壓力、溫度的薄殼鑄件，其內(nèi)部的組織致密性非常重要。因此，鑄件的內(nèi)部缺陷成為影響鑄件質(zhì)量的決定因素。閥門(mén)鑄件的內(nèi)部缺陷主要有氣孔、夾砂、砂眼、縮松和裂紋等。2023/12/28（1）氣孔：氣孔由氣體產(chǎn)生，孔洞表面光滑，產(chǎn)生在鑄件內(nèi)部或近表面，形狀多呈圓形或長(zhǎng)圓形。生成氣孔的氣體主要來(lái)源有：①金屬中溶解的氮、氫在鑄件凝固的過(guò)程中被包容于金屬之中，形成封閉的圓形或橢圓形內(nèi)壁有金屬光澤的氣孔。②造型材料中的水分或揮發(fā)物質(zhì)都會(huì)因受熱而變成氣體，形成內(nèi)壁為暗褐色的氣孔。③金屬在澆注過(guò)程中，由于流動(dòng)不穩(wěn)定，將空氣卷入而生成氣孔。2023/12/28孔洞類常見(jiàn)缺陷主要有：氣孔、渣氣孔、縮孔、縮松等缺陷。氣孔(集中性氣孔)特征：鑄件上存在著光滑孔眼缺陷,往往出現(xiàn)在鑄件個(gè)別部位。2023/12/28渣氣孔特征：鑄件表面存在著夾雜物與氣孔并存的孔眼，呈分散狀。2023/12/28氣孔缺陷的防止方法：①在冶煉方面應(yīng)盡量少用或不用銹蝕的金屬原料，工具和鋼水包要烘烤干燥。②鋼水澆注要高溫出爐、低溫澆注，鋼水要適當(dāng)鎮(zhèn)靜以利于氣體的上浮。③澆冒口的工藝設(shè)計(jì)要增大鋼水的壓頭，避免氣體卷入，并設(shè)置人工氣路，合理排氣。④造型材料要控制含水量、發(fā)氣量，增加透氣性，砂型和砂芯要盡量烘烤干燥。2023/12/28（2）縮孔（松）：它是產(chǎn)生在鑄件內(nèi)部的（尤其是在熱節(jié)部位）呈連貫或不連貫的圓形或不規(guī)則的空洞（腔），內(nèi)表面粗糙，顏色較暗，金屬晶粒粗大，多呈樹(shù)枝狀結(jié)晶，聚集在一處或多處，水壓試驗(yàn)時(shí)容易發(fā)生滲漏。產(chǎn)生縮孔（松）的原因：金屬由液態(tài)凝固為固態(tài)時(shí)發(fā)生體積收縮，此時(shí)如得不到足夠的鋼水補(bǔ)充，則必然產(chǎn)生縮孔。鑄鋼件的縮孔基本是由于對(duì)順序凝固過(guò)程控制不當(dāng)而造成的，原因可能有冒口設(shè)置不正確、鋼水澆注溫度過(guò)高，金屬收縮量大等。2023/12/28

縮孔特征：鑄件內(nèi)部存在的表面粗糙、形狀不規(guī)則的粗大且集中的孔洞。2023/12/28縮松

特征：鑄件內(nèi)部有許多細(xì)小、分散且形狀不規(guī)則孔壁粗糙的孔眼,稱為縮松。2023/12/28防止縮孔（松）產(chǎn)生的方法：①科學(xué)的設(shè)計(jì)鑄件的澆注系統(tǒng)，使鋼水實(shí)現(xiàn)順序凝固，先凝固的部位應(yīng)有鋼水補(bǔ)充。②正確、合理的設(shè)置冒口、補(bǔ)貼、內(nèi)外冷鐵，確保順序凝固。③在鋼水澆注時(shí)，最后從冒口處頂注補(bǔ)澆有利于保證鋼水溫度和補(bǔ)縮，減少縮孔的產(chǎn)生。④在澆注速度方面，低速澆注比高速澆注有利于順序凝固。⑸在澆注溫度方面不宜過(guò)高，鋼水高溫出爐，經(jīng)鎮(zhèn)靜后澆注，有利于減少縮孔。2023/12/28（3）砂（渣）眼：是在鑄件的內(nèi)部出現(xiàn)不連貫的圓形的或不規(guī)則的孔洞，孔內(nèi)夾雜著型砂或鋼渣，尺寸大小沒(méi)有規(guī)律，聚集在一處或多處，往往在上型的部分較多。2023/12/28產(chǎn)生砂（渣）眼的原因：渣眼是由于鋼水在冶煉或澆注過(guò)程中，離散的鋼渣隨著鋼水進(jìn)入鑄件形成的。砂眼是由于造型時(shí)型腔的緊實(shí)度不夠，當(dāng)鋼水澆入型腔時(shí)，型砂被鋼水沖起進(jìn)入鑄件內(nèi)部造成的。另外修型、合箱時(shí)操作不當(dāng)，有掉砂現(xiàn)象也是造成砂眼的原因。2023/12/28防止砂（渣）眼產(chǎn)生的方法：①鋼水冶煉時(shí)要盡量排氣排渣徹底，鋼水出爐后在鋼水包里鎮(zhèn)靜一下，有利于鋼渣的上浮。②鋼水的澆注包盡量不用翻包，而用茶壺包或底注包，以免鋼水上部的渣子順著鋼水進(jìn)入鑄件型腔。③在鋼水澆注時(shí)要采取蓖渣措施，盡量減少鋼渣隨鋼水進(jìn)入型腔。④為了減少夾砂的可能，在造型時(shí)要保證砂型的緊實(shí)度，修型時(shí)注意不要掉砂，合箱前要將型腔吹干凈。2023/12/28（4）夾砂、鼠尾B1、特征：夾砂—鑄件表面局部呈翹舌狀金屬疤塊，金屬疤塊與鑄件間夾有片狀型殼層（砂），又稱結(jié)疤夾砂。鼠尾—鑄件表面呈現(xiàn)條紋狀溝痕。夾砂鼠尾是熔模鑄造中常見(jiàn)的表面缺陷，常出現(xiàn)在鑄件大平面或過(guò)熱處。2023/12/28夾砂形成原因:

型殼分層，主要有以下幾種情況:①

面層涂料撒砂后干燥、硬化不良。②

面層撒砂太細(xì)，過(guò)度層撒砂太粗，造成過(guò)度層與面層結(jié)合不好及砂中粉塵太多。

③

涂下層時(shí)，上層存在浮砂未清除。④

涂料粘度過(guò)大，涂料流動(dòng)性不好，產(chǎn)生局部堆積造成硬化不良。⑤

殘余硬化液作用在下層涂料上，使涂料兩面硬化，但兩面都硬化不透，使涂料本身形成未硬化的夾層。

2023/12/28夾砂防止措施:①面層型殼充分干燥，硬化。②降低第二層涂料粘度,防止面涂料堆積。③面層撒砂不易過(guò)細(xì)，層間撒砂粒度差不易過(guò)于懸殊。④砂中粉塵含量及含水量要盡量小，并注意涂料前的浮砂去除。⑤型殼過(guò)濕不宜高溫入爐焙燒⑥盡量避免鑄件的大平面結(jié)構(gòu)平面向上或平面澆注。⑦必要時(shí)，在大平面結(jié)構(gòu)的鑄件上加設(shè)工藝筋、工藝孔，防止型殼分層導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生此類缺陷。2023/12/28（5）粘砂分為機(jī)械粘砂、化學(xué)粘砂在用石英砂型殼澆注高錳鋼或高合金鋼鑄件時(shí),會(huì)發(fā)生類似情況，金屬液中鎳、鉻、鈦、錳等元素易氧化。他們的氧化物在高溫時(shí)與型殼中SiO2反應(yīng)生成低熔點(diǎn)化合物，造成化學(xué)粘砂。當(dāng)石英粉中存在金屬氧化物Fe2O3等有害雜質(zhì)時(shí),會(huì)顯著降低型殼耐火度，使粘砂更為嚴(yán)重。

澆注溫度過(guò)高，鋼水氧化，與型殼發(fā)生界面反應(yīng),造成化學(xué)粘砂。澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)不合理，造成型殼局部過(guò)熱，也會(huì)造成化學(xué)粘砂。2023/12/28粘砂防止措施嚴(yán)格控制涂料中的雜質(zhì)含量，特別是Fe2O3含量。②

正確選擇耐火材料，做高錳鋼和高溫合金鋼鑄件時(shí)，應(yīng)選用中性耐火材料為宜，如電熔鋼玉或鋯英砂粉等。③

合金在熔煉及澆注時(shí)，應(yīng)盡可能避免金屬液氧化并充分脫氧、除氣。④

在可能的條件下，適當(dāng)降低金屬液澆注溫度，薄壁件以提高型殼溫度，盡量做到出殼后馬上澆注為宜。⑤

改進(jìn)澆注系統(tǒng)，改善型殼散熱條件，防止局部過(guò)熱。2023/12/28（6）裂紋：鑄件的裂紋大多為熱裂紋，其形狀不規(guī)則，有穿透或不穿透、連續(xù)或斷續(xù)，裂紋處的金屬呈暗色或有表面氧化。產(chǎn)生裂紋的原因：有兩個(gè)方面，即高溫應(yīng)力與液膜變形。2023/12/28冷裂紋特征：

鑄件上連續(xù)地直線或折線及圓滑曲線狀穿過(guò)晶體的裂紋，稱為冷裂。外型呈寬度均勻的細(xì)長(zhǎng)直線或折線及圓滑曲線，而且常常穿過(guò)整個(gè)鑄件截面，斷口干凈，具有金屬光澤或輕微的氧化色。（說(shuō)明裂紋出現(xiàn)在較低溫度)2023/12/28熱裂（常見(jiàn)及危害較大），是中碳鋼、合金鋼最常見(jiàn)和危險(xiǎn)較大的缺陷之一。特征：外裂：裂口從鑄件表面開(kāi)始，逐漸延伸到內(nèi)部呈表面寬而內(nèi)部窄,裂紋被氧化而變色。內(nèi)裂:通常產(chǎn)生在鑄件最后凝固的地方(熱節(jié)處)有時(shí)出現(xiàn)在縮孔的下部,不規(guī)則、有分叉。2023/12/28高溫應(yīng)力是鋼水在高溫下收縮變形受阻而形成的應(yīng)力，當(dāng)該應(yīng)力超過(guò)了金屬在該溫度下的強(qiáng)度或塑性變形極限時(shí)便產(chǎn)生了裂紋。液膜變形是鋼水在凝固結(jié)晶過(guò)程中晶粒之間產(chǎn)生液膜，隨著凝固結(jié)晶的進(jìn)行，液膜發(fā)生變形，變形量和變形速度超過(guò)一定極限時(shí)，便產(chǎn)生了裂紋。熱裂紋產(chǎn)生的溫度范圍約在1200～1450℃左右。2023/12/28產(chǎn)生裂紋的影響因素：①鋼中S、P元素是產(chǎn)生裂紋的有害因素，他們和鐵的共晶物降低了鑄鋼在高溫的強(qiáng)度和塑性，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。②鋼中的夾渣和偏析增加了應(yīng)力集中，因而增加了熱裂傾向。③鋼種的線收縮系數(shù)越大，熱裂的傾向越大。④鋼種的導(dǎo)熱系數(shù)越大，表面張力越大，高溫機(jī)械性能好，熱裂的傾向越小。⑤鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工藝性不好，如圓角太小、壁厚懸殊太大、應(yīng)力集中嚴(yán)重，都會(huì)產(chǎn)生裂紋。⑥砂型的緊實(shí)度太高，型芯的退讓性不良阻礙鑄件收縮會(huì)增加裂紋傾向。⑦其它如澆冒口排列不當(dāng)、鑄件冷卻速度太快、切割澆冒口及熱處理造成過(guò)大應(yīng)力等也都會(huì)影響裂紋的產(chǎn)生。2023/12/28針對(duì)以上裂紋產(chǎn)生的原因和影響因素，采取對(duì)應(yīng)的措施，就可以減少和避免裂紋缺陷的產(chǎn)生。綜合以上鑄造缺陷產(chǎn)生原因的分析，查找存在的問(wèn)題，采取相應(yīng)的改進(jìn)措施，就可以找到解決鑄造缺陷的方法，有利于鑄件質(zhì)量的提高。2023/12/285、鑄造CAE技術(shù)簡(jiǎn)介

平臺(tái)部署：提供完整CAD/CAE/CAM平臺(tái)搭建，定制和維護(hù)；開(kāi)發(fā)自主產(chǎn)權(quán)的系統(tǒng)，為客戶制定符合企業(yè)的戰(zhàn)略目標(biāo)企業(yè)信息化平臺(tái)的規(guī)劃，統(tǒng)籌信息化產(chǎn)品的管理

軟件系統(tǒng)：提供國(guó)際一流的專業(yè)工程軟件代理、銷售、培訓(xùn)和技術(shù)支持

咨詢服務(wù)：專注為制造企業(yè)或研發(fā)機(jī)構(gòu)提供專業(yè)、專家級(jí)、高附加值的工程技術(shù)咨詢服務(wù)鑄造CAE技術(shù)平臺(tái)功能2023/12/28鑄造CAE技術(shù)服務(wù)平臺(tái)鑄造技術(shù)難題鑄件工藝優(yōu)化鑄件工藝設(shè)計(jì)鑄件形狀輕量化設(shè)計(jì)鑄件工藝驗(yàn)證鑄件材料測(cè)試與研發(fā)……鑄件生產(chǎn)銷售企業(yè)鑄造CAE平臺(tái)企業(yè)發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)助力產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新

2023/12/28鑄件設(shè)計(jì)新理念（鑄造CAE）STL文件鑄件凝固模擬冒口計(jì)算鑄件+冒口凝固模擬澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)和充型模擬充型和凝固計(jì)算修改必要時(shí)重新計(jì)算冒口無(wú)缺陷鑄件2023/12/28

工藝優(yōu)化：全方位缺陷預(yù)測(cè)軟件解決的鑄造問(wèn)題模具壽命熱裂裹氣縮孔、縮松冷隔、澆不足…沖砂裂紋2023/12/28原始設(shè)計(jì)件減少:-29%鑄件鑄件輕量化設(shè)計(jì)2023/12/28鑄造類型

真空吸鑄

壓力鑄造

離心鑄造除重力鑄造以外2023/12/28第七屆鑄造專業(yè)委員會(huì)委員合影留念平臺(tái)的行業(yè)專家

學(xué)校作為中國(guó)鑄造專業(yè)委員會(huì)常務(wù)理事單位2023/12/28

徐志安研究員、博導(dǎo)。

1991

年至1994年在比利時(shí)根特大學(xué)

應(yīng)用科學(xué)學(xué)院學(xué)習(xí)(博士)，

1994年至1995年在比利時(shí)根特大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院博士后研究，1995年至今在比利時(shí)SIRRIS國(guó)家工業(yè)研究院研究員，主要從事鑄造CAE軟件ViewCast的研發(fā)，“鑄造CAD/CAE公共服務(wù)平臺(tái)”高級(jí)海外專家顧問(wèn)，為鑄造工程研究中心提供技術(shù)支持和咨詢主要技術(shù)帶頭人2023/12/28

已經(jīng)申請(qǐng)到甘肅省鑄造CAE工程實(shí)驗(yàn)室，可以為廣大企業(yè)提供相關(guān)服務(wù)2023/12/28合作伙伴

2023/12/28具備基礎(chǔ)條件

公共服務(wù)平臺(tái)服務(wù)設(shè)施、軟件、儀器設(shè)備清單

單位：萬(wàn)元序號(hào)項(xiàng)目名稱具體內(nèi)容數(shù)量設(shè)備原值備注1MAGMASoft軟件鑄造CAE模擬軟件1套120每年升級(jí)費(fèi)用8萬(wàn)元2ViewCast鑄造CAE模擬軟件1套80每年升級(jí)費(fèi)用5萬(wàn)元2Pro/Engineer三維造型軟件1套60

3Ansys有限元軟件1套55

4服務(wù)器IBMBladeCenterHS21(8853G7C)1臺(tái)5

5臺(tái)式電腦IBMThinkCentreM528113D6720臺(tái)0.5萬(wàn)元/臺(tái)

合計(jì)

330