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消失模铸造球墨铸铁管件工艺分析


在国内有多家铸造厂采用消失模铸造工艺生产球墨铸铁管件,产量颇大,并且产品质量均能达到国际标准要求。我公司为伊朗HANYCO公司生产各类规格型号的石油管道阀门管件,生产过程中积累了大量的经验,在此我们愿意与铸造界的同仁们探讨分析,互相学习,共同进步。同时存在不足之处还望大家批评指正。

球墨铸铁管件铸造工艺分析

消失模铸造工艺生产球墨铸铁管件具有相当大的优势,管件种类繁多,消失模铸造砂箱的通用性解决了不同规格型号管件的埋箱问题。同时消失模铸造模具生产的白模可以互换组装减少了生产成本,同时模型端面无需分型,法兰盘端面孔可以铸出,无需加工,适合大批量生产,人工成本也大大降低。综合来看,消失模铸造球铁管件成本相对较低。消失模铸造浇注过程中,泡沫遇到铁水后会迅速汽化,铁水温度会下降,如果浇注温度过低,容易出现冷隔、浇不足等缺陷,有时还会出现泡沫模型气化不完全,使部分泡沫残渣残留到铸件内部或是铸件表面,造成碳缺陷,这种缺陷会导致铸件内部组织疏松,不致密,对球墨管件管壁产生影响,这些缺陷的出现就会导致铸件在打压过程中出现渗水的现象。对此,我通过不断地努力和尝试完善工艺流程,采取相应的应对措施,生产出合格的铸件。

1.白区

(1)预发

使用电蒸汽预发机,发泡原料为龙王料,筒体温度控制在90℃左右,预发后珠粒密度22~23g/L,预发后烘干熟化至少5h后使用。电蒸汽预发机以蒸汽加热为主,同时加以电加热辅助,有效的控制筒体温度的均匀性,具有工作效率高、发泡均匀、珠粒熟化效果好等优点。

(2)成型

使用半自动成型机,运行平稳。外界条件设定:蒸汽压力0.4~0.6MPa,水压0.3~0.4 MPa,气压0.6~0.8 MPa,手动充料。调整设置好运行参数,注意防止白模变形。

(3)白模

将合格的白模放入烘干房内进行烘干。烘干房采用温湿度自动控制,蒸汽主烘干为主,电加热辅助。烘干房温度设置为45℃,湿度设置为16%以下。白模放入烘干房内烘干1天,以称重白模重量不变为准,方可进入涂刷环节。

(4)粘接、组型

打磨模型外表飞边毛刺,用纸胶带、双面胶、修补膏修补凹坑、破坏损坏等缺陷;均匀涂刷冷胶,将白模各分片粘接在一起,无论是粘接或者是修补,都要严格控制胶的用量,在保证粘接强度的情况下,胶的使用量越少越好,以减少其对铸件的影响。粘接缝隙用双面胶封严,铸件内侧无法用双面胶的位置可以采用报纸替代,此方法可以有效减少铸件渗水的缺陷。如组图1所示。

 

图1  白模修补

粘接模块时一定要注意同心度,保证形位公差在公差范围内,必要时要使用胎具,粘接时使用冷胶粘接,冷胶具有粘接牢固、凝固时间长等特点,方便粘接时有足够的时间调整白模粘接时法兰盘的同心度,粘接时注意粘接处不要有缝隙,当缝隙无法避免时可以采用修补膏进行修补,如组图2所示。

 

图2 白模粘接组型

2.黄区

(1)涂料按照规定配比进行搅拌。涂刷采用浸涂方式,搅拌120min,调整黏度,波美度达到1.6左右即可。

(2)对组好的白模分2-3次进行涂刷,涂刷方式为浸涂为主,烘干房温度设置在50℃,湿度设置为16%以下,以便每层涂料彻底干透。第一遍烘干1天,对露白处进行补涂,第二遍烘干12h候后,对浇口及进水口处加厚涂刷,继续烘干12-24h左右。两遍后黄模涂料厚度达到1.3mm左右,浇口及进水口处达到1.6mm左右。

(3)白模浸涂要点,首先管件贴字部位和法兰端面的涂料需要用刷子刷一下,防止沟槽棱角处出现气泡导致铸件粘砂多肉等缺陷。其次承口槽处一定不要堆积涂料,此处是极易粘砂的位置,对于较小管件来说可以采用预埋树脂砂或者涂料泥的方法来解决,对于较大管件来说可以采用多刷一遍石墨涂料的方法来解决。最后刷完涂料后的管件需静置1min待表面涂料均匀后,再调整放置位置放入烘干房内进行烘干,防止黄模有涂料堆积。

(4)涂刷涂料后的管件白模极易发生变形,尤其是承口和插口,防变形措施是必不可少的。防变形措施有多种,下面我来介绍一下比较常用的几种方法。

    第一种是砂衬圈防变形措施,操作方法是采用呋喃树脂砂混砂机混制或者是人工混制

成砂衬圈,砂圈尺寸根据需要防变形位置的插口或者承口内径大小而定。砂衬圈根据管件直径不同可以选择不同位置防止变形,如组图3所示。砂衬圈的安装在涂刷最后一遍涂料的时候,安装前砂衬圈也需要浸涂涂料。

 

图3 防变形措施

第二种是铁衬圈防变形措施,铁衬圈采用20mm扁铁制作而成,扁铁厚度根据管件大小选择。制作时将扁铁固定到工装上把对接口搭接焊好,焊十字支撑加强筋,一定要保证铁衬圈圆度,DN300-500椭圆度不大于2mm,DN600-900椭圆度不大于3mm。最后一遍上涂料时安装铁衬圈,铁衬圈要提前刷上一层涂料,涂料厚度控制在0.5-0.7mm并且烘干,如组图4所示。

 

图4 铁衬圈防变形措施

3.黑区

(1)在熔炼工艺方面,采用一吨电炉熔炼,熔炼过程中要对铁水成分严格控制,铁水设计成分为  C:3.6%~3.8%;Si:1.2%~2.5%;Mn:≤0.4%;P:≤0.07%;S:≤0.03%。熔炼过程中一定要严格控制原材料加入量以及原材料的质量。一般情况下生铁加入量65%左右,回炉铁加入量22%左右,废钢加入量12%左右,球化剂加入量1%左右,孕育剂加入量0.6%左右。尽量减少使用锈蚀严重的钢铁,熔炼过程中炉渣要去除干净,出炉温度1580℃左右。铁水出炉后要再次打渣,确保铁水无残渣,浇注过程中配合挡渣棉进行有效挡渣,确保无渣子进入铸件。

(2)球化孕育处理采用包底球化方式,孕育剂采用QRMg8Re2,加入量为1.0%~1.3%,采用75硅铁孕育剂,孕育及加入量控制在0.6%左右。将称好的孕育剂与球化剂放入球铁专用钢包,并用铁屑覆盖,防止球化反应过早进行,造成贴水球化不良,球化过程一定要严格控制,球化一定要完全。

(3)浇注系统设计一般采用开放式浇注系统,确保充型速度,防止塌箱。浇注温度不能过低,否则会导致泡沫气化不完全,残留物质过多,导致铸件产生碳缺陷,出现打压时漏水的现象。如组图5所示为各类管件浇注系统的设计,提供大家参考。

  

图5 浇注系统设计

4.铸件清理

铸件浇注完成后根据铸件结构大小与结构选择保温时间,一般控制在30min以上,翻箱后的铸件需要放置在没有风的地方进行自然冷却,防止铸件因冷却不均匀导致铸件变形造成不必要的损失,自然冷却后工人用等离子切割机对浇道进行切割,浇口部分用锤子将其敲下,如组图6所示。铸件经过去除浇口后需要后续工人对其进行抛丸处理,抛丸处理后用角磨机对浇口部位以及粘砂部位进行打磨,此过程需要操作熟练的工人进行操作。

 

图6 铸件清理过程

  5. 铸件打压

      管件打压采用专用打压设备,DN40-300最小实验压力2.5Mp,DN350-600最小实验压力1.6Mp,DN1100-2000最小实验压力1.0Mp,操作方法为将实验管件放入水压机,用油缸压紧管件,打开排水口和水泵加水等待管件内部加满水后关闭排气口打开增压泵加压至所需压力,并且保压15s以上。观察管件四周是否有漏水现象,并且加以标记,待进一步修补。

  6.铸件修补

 管件修补是一项重要的工作环节,对于渗漏较轻的管件采用气割对渗漏部位加热,加热后将硫酸粉撒到管件表面并且涂抹均匀,在受热后硫酸粉会液化并且渗漏到管件内部,从而达到补漏的作用,如组图7所示。

 

图7铸件修补过程

对于管件漏水严重的部位,要采用补焊的方法对其修补,首先要对漏水部位进行打磨,使用J422焊条对其进行修补,修补后打磨,铸件砂眼可采用铸铁焊条来进行修补,如组图8所示。

 

图8 铸件补焊过程

  7.内衬水泥标准作业

(1) 按照比例制作水泥 :     沙    水泥    水

                 夏季:  2  :   1   :  0.5

                 冬季:  1.5 :   1   :  0.5

(2)水泥厚度依客户需求衬泥厚度,如客户无需求,则按照国际标准进行内衬水泥。

(3)经打压合格后的铸件,在需要衬水泥的部位先涂上稀释后的建筑胶(801胶) 。然后放上适量水泥。

(4)使用工具将水泥抹平,一定要均匀。

(5)静待24小时以上风干。

(6) 使 用 工 具 :五分之一PVC管、勺子。

(7)注 意 事 项:建筑胶太稀,水泥易脱落。

8.管件打磨及喷漆

经过打压合格,完成清理,内衬水泥几道工序后到了最后喷漆环节,为了保证管件喷漆后表面的光洁度,要将残留到铸件表面的水泥用抛光机磨掉,对于清理过程中产生的磨痕,要在铸件表面涂覆一层原子灰,俗称腻子,使用时需要添加适量的固化剂,待腻子晾干后采用抛光机对铸件表面进行抛光处理,然后进入喷漆环节,如组图9所示。

 

图9 铸件上腻子

   9.总结

消失模铸造生产是环环相扣的,讲究一切工序向前推,所有问题在前面环节中得到解决,这样才能在最后生产出来合格的铸件。所以技术人员和工人需要有很丰富的操作经验和认真的态度,保证每个环节有序的进行,责任到人制度到位,才能够避免一些不必要的低级错误导致铸件报废,影响车间效益。

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