CN110586872B - 一种阀门用空心板铸钢件的铸造系统及其设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阀门用空心板铸钢件的铸造系统及其设计方法，所述铸造系统包括冒口、浇注系统和铸件，其中所述浇注系统包括直浇道、横浇道和内浇道，所述横浇道包括水平横浇道和竖直横浇道；所述水平横浇道的入口端与直浇道的出口端连接，且水平横浇道以垂直于直浇道的水平方向设置，所述水平横浇道具有两个出口端，以实现水平横浇道与直浇道之间的二分连接，且水平横浇道的出口端处均连接有竖直横浇道；所述竖直横浇道垂直于水平横浇道，且竖直横浇道上沿竖直方向叠层设有若干个内浇道；综上可实现钢液流速的多重减缓，从而减少了钢液紊流现象；并且还能保证直浇道被钢液完全充满，以避免钢液出现卷气氧化的问题。

Description

一种阀门用空心板铸钢件的铸造系统及其设计方法

技术领域

本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种阀门用空心板铸钢件的铸造系统及其设计方法。

背景技术

铸造是将液体金属浇铸到与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯的方法。如图1所示，是应用于蝶阀内部的一空心板铸件，其中a图为空心板铸件的外观图，b图为空心板铸件的剖视图；该铸件起到控制阀门流量的作用，而为保证阀门控流的精准性，则需保证该铸件表面无裂纹，夹砂、气孔等铸造缺陷。另外，在实际铸造过程中，图中所示铸件的最小壁厚仅有8mm，内部为空腔结构，空腔最小区域的宽度仅10mm，且空腔区域还具有无粘砂的要求，因此该空心板铸件存在铸造难度很大，铸件废品率较高的问题。

在现有的铸造工艺或铸造系统中，在铸件的顶部设置两个冒口，在铸件底部设置对称设置两个扁平内浇口，浇注时，钢液经过两个内浇口进入型腔，两股钢液发生“对撞”，钢液在铸件型腔中产生紊流现象，从而产生卷气、卷渣等问题，从而使铸件中间区域出现面积性气孔和夹渣缺陷。

另外，现有工艺在铸件顶部设置冒口，底部设置内浇口，铸件的两端与中间区域的温差大，从而形成铸件的应力过道，并使铸件在凝固过程容易在中间区域出现裂纹缺陷，甚至直接导致产品报废。

发明内容

鉴于此，本发明提供了一种阀门用空心板铸钢件的铸造系统及其设计方法，以有效解决上述背景技术中提出的问题，从而提高空心板铸件成品率和力学性能。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种阀门用空心板铸钢件的铸造系统：

该铸造系统包括冒口、浇注系统和铸件，其中所述浇注系统包括直浇道、横浇道和内浇道，且浇注系统实现铸件的浇注成型，所述冒口与铸件连接，实现铸件凝固时的补缩，所述横浇道包括水平横浇道和竖直横浇道；其中所述水平横浇道的入口端与直浇道的出口端连接，且水平横浇道以垂直于直浇道的水平方向设置，所述水平横浇道具有两个出口端，以实现水平横浇道与直浇道之间的二分连接，且水平横浇道的出口端处均连接有竖直横浇道；所述竖直横浇道垂直于水平横浇道，且竖直横浇道上沿竖直方向叠层设有若干个内浇道，所述内浇道的出口端连接于铸件型腔内，以实现浇注系统对铸件的浇注。

优选的，所述冒口的两侧均设有补贴，两个所述补贴均与铸件形成接触，且补贴与铸件的接触面均为弧形结构。

优选的，所述补贴上设有凸起，以此使补贴构成T型结构，且凸起的厚度与所接触的铸件部位厚度相同，并与铸件表壁直接接触。

优选的，所述直浇道、水平横浇道、竖直横浇道和内浇道之间的截面面积比为1:2:3.2:2.1。

优选的，所述内浇道的入口端高于水平横浇道的出口端，所述水平横浇道的出口端高于竖直横浇道的底端，且竖直横浇道的底端和顶端均为封闭式结构。

优选的，所述水平横浇道为圆管型结构，所述竖直横浇道为方管型结构，且水平横浇道和内浇道分别连接于竖直横浇道上相邻的两侧。

优选的，所述水平横浇道采用耐火陶瓷管，所述竖直横浇道的一侧板为耐火陶瓷板，且该侧板设置于水平横浇道出口端的正对面。

一种阀门用空心板铸钢件的铸造系统的设计方法，包括以下步骤：

S1.确定浇注位置，并保证铸件的浇注呈竖直状态；

S2.计算铸件浇注时所需的冒口和补贴，其中补贴上的凸起厚度与所接触的铸件部位厚度相同；

S3.设计浇注系统中所使用的各浇道，其中：

a.保证直浇道、水平横浇道、竖直横浇道和内浇道之间的截面面积比为1:2:3.2:2.1；

b.保证水平横浇道的出口端高于竖直横浇道的底端；

c.保证最底端内浇道的进口端高于水平横浇道的出口端。

本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

(1)本发明中改进了传统浇注系统中的横浇道和内浇道，其中横浇道包括将钢液一分为二的水平横浇道、以及实现钢液能量转化的竖直横浇道，从而实现钢液流速的多重减缓，有效减少了钢液紊流现象，并且在钢液缓流的过程中还能保证直浇道被钢液完全充满，从而避免钢液在直浇道内出现卷气氧化的问题；

另外内浇道则设有若干个，并设置为沿竖直方向叠层分布的方式，与竖直横浇道相互配合，使得缓流后钢液沿竖直方向逐层进入铸件型腔，从而保证钢液由下至上的温度分布均匀，避免因上下温差较大导致应力过大而出现铸件裂纹问题。

(2)上述竖直横浇道呈两端封闭的方管型结构，且水平横浇道的出口端和内浇道的入口端均高于竖直横浇道底端，从而使钢液在竖直横浇道内时能产生有效的缓流沉淀效果，以此保证钢液中携带的杂质能沉淀于竖直横浇道内，并避免铸件出现夹杂缺陷。

(3)本发明中水平横浇道采用耐火陶瓷管，竖直横浇道正对水平横浇道的一侧采用耐火陶瓷板，以此有效避免钢液直冲竖直横浇道而出现冲砂问题。

(4)本发明中还设置了T型结构的补贴，与冒口相互配合，以此在铸件补缩的同时调整铸件温差，提高冒口的补缩效果，进而减少铸件中的气孔缺陷。

附图说明

图1为现有空心板铸件的结构示意图；

图2为本发明中浇注系统的结构示意图；

图3为图2中的A处放大图；

图中：1-冒口、2-补贴、21-凸起、3-直浇道、4-水平横浇道、5-竖直横浇道、6-内浇道。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

1、根据现有技术浇注图1所示的空心板铸件，存在紊流、卷气、卷渣和中间部位温差过大等问题；

2、针对上述问题对现有浇注技术进行如下优化设计：

S1.确定浇注位置，并保证铸件的浇注呈竖直状态；

S2.计算铸件浇注时所需的冒口1，同时配合冒口1和铸件增设补贴2，并计算所需的补贴2，其中补贴2为T型结构，且T型结构上的凸起21厚度与所接触的铸件部位厚度相同；

S3.设计浇注系统中所使用的各浇道，其中浇注系统中的各浇道包括依次垂直连接的直浇道3、水平横浇道4、竖直横浇道5和内浇道6：

a.保证直浇道3、水平横浇道4、竖直横浇道5和内浇道6之间的截面面积比为1:2:3.2:2.1；

b.保证水平横浇道4的出口端高于竖直横浇道5的底端；

c.保证最底端内浇道6的入口端高于水平横浇道4的出口端。

3、根据上述改进设计，并结合图2-图3所示，形成了本发明提供的一种阀门用空心板铸钢件的铸造系统，通过该铸造系统能有效完成图1所示的空心板铸件的浇注成型；

该铸造系统包括冒口1、浇注系统和铸件，其中浇注系统包括直浇道3、横浇道和内浇道6，且浇注系统实现铸件的浇注成型，冒口1与铸件连接，实现铸件凝固时的补缩；

上述横浇道包括水平横浇道4和竖直横浇道5；其中水平横浇道4的入口端与直浇道3的出口端连接，且水平横浇道4以垂直于直浇道3的水平方向设置，水平横浇道4具有两个出口端，以实现水平横浇道4与直浇道3之间的二分连接，且水平横浇道4的出口端处均连接有竖直横浇道5；竖直横浇道5垂直于水平横浇道4，且竖直横浇道5上沿竖直方向叠层设有若干个内浇道6，内浇道6的出口端连接于铸件型腔内，以实现浇注系统对铸件的浇注。

优选的，内浇道6的入口端高于水平横浇道4的出口端，水平横浇道4的出口端高于竖直横浇道5的底端，且竖直横浇道5的底端和顶端均为封闭式结构。

具体，在应用该浇注系统进行浇注时，钢液通过浇口杯进入直浇道3，并通过直浇道3流向水平横浇道4内，水平横浇道4呈水平设置，能有效降低钢液流速，从而减少钢液紊流的现象，并且在前序导进钢液流速降低的情况下，使得后续导进的钢液能充满直浇道3，从而避免钢液在直浇道3内产生卷气氧化的现象；钢液进入水平横浇道4后一分为二，并分别流向两个出口端处，此过程中钢液流速被进一步降低，然后进入竖直横浇道5内，此时钢液首先落入竖直横浇道5的底端，而随着钢液的持续导进，使得竖直横浇道5内的钢液液面升高，在此过程中钢液流动的动能转化为液面升高的势能，使得钢液流速被进一步降低，并且钢液液面上升时仅实现钢液的升起，而钢液内部携带的杂质则由于重力左右沉淀于竖直横浇道5的底端，从而有效避免先进入浇注系统的钢液中的杂质进入型腔内，进而避免铸件出现夹杂缺陷，当钢液液面到达内浇道6的出口端处时，钢液流入内浇道6，而后再流入铸件型腔内以实现铸件的浇注。

进一步的，根据上述优化设计可知，直浇道3、水平横浇道4、竖直横浇道5和内浇道6之间的截面面积比为1:2:3.2:2.1；具体，根据该截面比实现上述钢液流速的多重减缓，最终可保证内浇道6内的钢液流速低于0.5m/s，从而保证钢液平稳进入铸件型腔，并有效避免钢液在型腔中出现紊流现象。

更进一步的，水平横浇道4为圆管型结构，竖直横浇道5为方管型结构，且水平横浇道4和内浇道6分别连接于竖直横浇道5上相邻的两侧。

具体，水平横浇道4采用耐火陶瓷管，竖直横浇道5的一侧板为耐火陶瓷板，且该侧板设置于水平横浇道4出口端的正对面，以此有效避免钢液在流动过程中直冲竖直横浇道5而出现冲砂问题。

本发明中，优选的，冒口1的两侧均设有补贴2，两个补贴2均与铸件形成接触，且补贴2与铸件的接触面均为弧形结构；

具体，补贴2上设有凸起21，以此使补贴2构成T型结构，且凸起21的厚度与所接触的铸件部位厚度相同，并与铸件表壁直接接触，以此在铸件补缩的同时调整铸件温差，提高冒口1的补缩效果，进而减少铸件中的气孔缺陷。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种阀门用空心板铸钢件的铸造系统，包括冒口(1)、浇注系统和铸件，其中所述浇注系统包括直浇道(3)、横浇道和内浇道(6)，且浇注系统实现铸件的浇注成型，所述冒口(1)与铸件连接，实现铸件凝固时的补缩，其特征在于：所述横浇道包括水平横浇道(4)和竖直横浇道(5)；其中所述水平横浇道(4)的入口端与直浇道(3)的出口端连接，且水平横浇道(4)以垂直于直浇道(3)的水平方向设置，所述水平横浇道(4)具有两个出口端，以实现水平横浇道(4)与直浇道(3)之间的二分连接，且水平横浇道(4)的出口端处均连接有竖直横浇道(5)；所述竖直横浇道(5)垂直于水平横浇道(4)，且竖直横浇道(5)上沿竖直方向叠层设有若干个内浇道(6)，所述内浇道(6)的出口端连接于铸件型腔内，以实现浇注系统对铸件的浇注；

直浇道(3)、水平横浇道(4)、竖直横浇道(5)和内浇道(6)之间的截面面积比为1:2:3.2:2.1；

所述内浇道(6)的入口端高于水平横浇道(4)的出口端，所述水平横浇道(4)的出口端高于竖直横浇道(5)的底端，且竖直横浇道(5)的底端和顶端均为封闭式结构；

所述水平横浇道(4)为圆管型结构，所述竖直横浇道(5)为方管型结构，且水平横浇道(4)和内浇道(6)分别连接于竖直横浇道(5)上相邻的两侧；

所述水平横浇道(4)采用耐火陶瓷管，所述竖直横浇道(5)的一侧板为耐火陶瓷板，且该侧板设置于水平横浇道(4)出口端的正对面。

2.根据权利要求1所述的一种阀门用空心板铸钢件的铸造系统，其特征在于：所述冒口(1)的两侧均设有补贴(2)，两个所述补贴(2)均与铸件形成接触，且补贴(2)与铸件的接触面均为弧形结构。

3.根据权利要求2所述的一种阀门用空心板铸钢件的铸造系统，其特征在于：所述补贴(2)上设有凸起(21)，以此使补贴(2)构成T型结构，且凸起(21)的厚度与所接触的铸件部位厚度相同，并与铸件表壁直接接触。

4.根据权利要求1所述的一种阀门用空心板铸钢件的铸造系统的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1.确定浇注位置，并保证铸件的浇注呈竖直状态；

S2.计算铸件浇注时所需的冒口(1)和补贴(2)，其中补贴(2)上的凸起(21)厚度与所接触的铸件部位厚度相同；

S3.设计浇注系统中所使用的各浇道，其中：

a.保证直浇道(3)、水平横浇道(4)、竖直横浇道(5)和内浇道(6)之间的截面面积比为1:2:3.2:2.1；

b.保证水平横浇道(4)的出口端高于竖直横浇道(5)的底端；

c.保证最底端内浇道(6)的入口端高于水平横浇道(4)的出口端。

Images