铸钢阀体的铸造工艺解决方案优化

1.铸钢阀体件的结构特点及技术要求

铸钢阀体在高压工况下工作。材质为ZG230-450。其结构较简单，但壁厚不均匀，三个法兰较厚，外形尺寸为φ180mm×254mm×220mm。阀体重量22kg。批量生产。

阀体要求水压试验，在6MPa压力下持续20min以上不得渗漏。因此，铸件不允许有缩孔、缩松等缺陷，内外表面必须打磨光滑、清除干净，不得有粘砂、氧化皮、飞翅、毛刺等缺陷。

2.铸造工艺解决方案

（1）浇注位置和分型面的选择 有两种工艺方案供分析选择：

方案一：垂直浇注方案（平作立浇）。即让φ180mm的法兰向上，采用顶冒口进行补缩。由于冒口位置高于阀体，有利于补缩。分型面通过三个法兰的中心线，容易起模。但此方案操作复杂，不宜采用。

方案二：模板造型、水平浇注方案（平作平浇）。如图3-47所示。分型面仍选择通过三个法兰的中心线。铸件按定向凝固原则，采用侧暗冒口进行补缩。但此方案侧暗冒口的补缩效果差于顶冒口，因此，采用大气压力冒口以增强补缩效果。这种“平作平浇”方案为拼箱、实现一型多铸提供了条件。

图3-47 铸钢阀体铸造工艺图

设置4个大小相同的大气压力侧暗冒口。每个冒口同时补缩两相邻铸件，冒口的补缩颈与两个厚法兰边相连。模板布置如图3-48所示。每型可布置4件阀体。砂箱尺寸为800mm×800mm/200mm。

采用水玻璃砂造型、热芯盒制芯；或采用树脂砂造型、制芯工艺。此方案操作方便，生产效率高，故采用此方案。

（2）冒口形式、位置、数量及尺寸的计算 采用拼箱浇注，一型4个铸件，同时也设4个冒口。可视为一个冒口补缩一个铸件。

图3-48 阀体在模板上的布置图

阀体材质是牌号为ZG230-450铸钢，其体收缩率为3%，钢的密度为7.8kg/dm³，主、侧法兰热节圆直径d₁=36mm。可计算出该件从浇注到凝固完毕所需要补缩的钢液体积。将此体积视为球形，计算出其直径d₀，把d₀加上热节圆直径d₁作为冒口的最小直径。d₀按下式求得：

冒口直径d=d₀+d_节=（55+36）mm=91mm，取95mm。

冒口高度按经验关系求得：(www.xing528.com)

H=1.7d=161mm，取160mm。

冒口全部放在上型内，使用φ18mm的大气压力砂芯，插入冒口深度为50mm。

（3）补缩通道与补贴方案 如图3-48所示，因铸钢的体收缩率较大，铸件壁厚不均匀，并且自然形成五个热节区，即三个法兰与本体相交处，存在三个热节圆直径d₁=36mm的环形热节。这三个热节可使用侧暗冒口实现定向凝固。因距侧暗冒口近，冒口中炽热的钢液直接补缩热节。此外，阀体中心部位还存在两个近似环形的热节区，其热节圆直径d₂=20mm。这两个热节被薄壁部分将冒口隔开，侧冒口无法对它进行补缩。为防止这两处产生缩孔、缩松，采用补贴的办法（此处是在薄壁上加工艺肋），在侧冒口和内部热节区之间造成补缩通道。减少了冒口数量，节约了钢液。

补贴有两种方案：第一种补贴方案如图3-49a所示。这种补贴（工艺肋）设在侧法兰和内部热节之间，需要在清理时割除掉，故有较大的切割工作量，并且影响外观质量，不宜采用。

第二种补贴方案如图3-49b所示。铸件外形变化不大，只增加了4mm×30mm两条扁平补贴，内部也只增加10mm厚的两条月牙形补贴。但对使用没有影响，且增加阀体的强度和刚度，清理时不用割掉。故采用此补贴方案。

补贴尺寸如下：补贴厚度按经验比例关系取1.2d₁=1.2×36mm=42mm。

补贴高度按冒口高度的0.4倍选取，则0.4H=0.4×160mm=64mm，取65mm。

为了使阀体内部阀座处的两个热节区（d₂=20mm）能得到补缩，按第二种补贴方案增加两条补贴。其大小根据热节圆滚圆法确定。因内腔过小，阀座处装配不变，所以补贴未全部加在内部，向阀体外部借出4mm，见图3-49b。

图3-49 补贴

a）第一种补贴方式 b）第二种补贴方式

3.铸造工艺参数

1）铸造线收缩率：2%。两侧法兰之间因收缩受到阻碍，线收缩率取1%。

2）加工余量：均取3～4mm。但考虑到起模斜度，加工余量最大处可增至7mm。

3）工艺出品率：每型金属总重量143kg，浇冒口重量为（143-88）kg=55kg。则铸件工艺出品率为

据资料，类似的铸钢阀体，水玻璃砂型、油砂芯、铸造工艺相同，因使用发热冒口使得工艺出品率达72%。可见，采用实用先进的工艺技术，有利于保证铸件质量，还有利于提高经济技术指标。