CN110918923B - 一种顺序定向凝固的双层锥壳结构铸件的铸造工艺 - Google Patents
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Abstract
一种顺序定向凝固的双层锥壳结构铸件的铸造工艺，通过采用锥形加厚、外冷铁的优化设计、补缩通道设计及排气孔的布局设计，使铸件在凝固时始终存在着与冒口贯通的补缩通道，使冒口能进行充分的补缩，获得无缩孔和无缩松的致密铸件，解决了铸造多层壳体铸件时，在未浇注完，后期先凝固，前面未凝固产生的缺陷，使铸件达到了良好的铸造质量。
Description
技术领域
本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种顺序定向凝固的双层锥壳结构铸件的铸造工艺。
背景技术
随着铸造技术的飞速发展，对于铸造的要求越来越高，产品不再是单一的结构型壳体，出现了双层等复杂的结构，口径大壁厚薄并且带筋的铸件，往往从外壁到筋的浇注过程中还未到内层，就会在筋的部位成型凝固无法达到内壁，并且对铸件的质量要求高，需要满足射线探伤的要求，以往的铸造工艺难以达到，此时需要一种行之有效的工艺满足用户对复杂壳体提出的要求。
发明内容
本发明提供一种顺序定向凝固的双层锥壳结构铸件的铸造工艺，以达到多层复杂结构的壳体在铸造时达到良好的铸造质量。
本发明所采用的技术方案为：
一种顺序定向凝固的双层锥壳结构铸件的铸造工艺，具体步骤如下：
A）将双层锥壳外锥体的外壁采取上部加厚且斜坡至下法兰颈部，使得其纵断面上存在向着冒口温度递增的温度差，即形成温度梯度，从而使双层锥壳铸件的外锥体在凝固时始终存在着与冒口贯通的补缩通道；外锥体外壁加厚的斜度及尺寸确定方法由双层锥壳外锥体最底部的壁厚及外锥体内壁为基准，向上、向外壁方向依次做一系列相接的内切圆，该内切圆的外围切线形成了外锥体的外壁，相邻内切圆的直径呈1.3~1.8倍；所述内切圆到达铸件的顶部后，再向上以1.3~1.8倍的直径作多个内切圆形成冒口，该多个内切圆水平方向上的直径形成冒口的宽度尺寸，多个内切圆高度方向上的直径形成冒口高度；
b）将双层锥壳下法兰的上、下端面及下法兰颈部外围放置有外冷铁，外冷铁分块设置，每块的长度是宽度的2倍，宽度为放置外冷铁位置处铸件宽度的1~1.5倍，每块冷铁间有30°~60°的夹角,相互间距离3~5mm,并且外冷铁的厚度为该处铸件厚度的1~1.5倍；
c)将双层锥壳内锥体的内壁采取上部加宽斜坡至内锥体锥度底部，内锥体内壁加厚的斜度及尺寸确定方法：以内锥体锥度底部的壁厚及内锥体外壁为基准，向上、向内壁方向依次做一系列相接的内切圆，该内切圆的内围切线形成了内锥体的内壁，相邻内切圆的直径呈1.3~1.8倍；所述内切圆到达铸件的顶部后，再向上以1.3~1.8倍的直径作多个内切圆形成冒口，该多个内切圆水平方向上的直径形成冒口的宽度尺寸，多个内切圆高度方向上的直径形成冒口高度；
d) 双层锥壳的内锥体头部圆弧部位的壁厚为此处产品壁厚的130%，铸造时在该处砂芯上扎通多个Ф6的排气孔，制芯时此处放置隔砂外冷铁；
e) 双层锥壳铸造砂芯分为三个，外锥体外放的砂芯按20‰缩尺制作，内锥体、外锥体之间的通道及内锥体内腔的砂芯按15‰缩尺制作；
f) 双层锥壳铸件均放在下箱, 且内锥体的芯头要压住外锥体的流道口，外锥体的芯头重量要达到外锥体流道内芯子的一倍重量；
g) 浇注系统采用从底部法兰处切线注入钢液。
本发明采用锥形加厚、外冷铁的优化设计、补缩通道设计及排气孔的布局从而形成一种顺序定向凝固的多层铸造工艺，解决了困扰铸造多层壳体铸件时，在未浇注完，后期先凝固，前面未凝固产生的缺陷等问题，使铸件达到了良好的铸造质量。
本发明适用于高温、高压、临氢、高压氧气、抗高硫、低温及其它危险介质工况的阀门承压铸件及对于有射线探伤要求的阀门铸件的铸造工艺。
本发明得到的产品质量检测结果：
铸件目视检验MSS SP-55《阀门、法兰、管件和其他管道部件用铸钢件质量标准——表面缺陷评定的目视检验方法》，A级合格。
射线探伤按JB/T6440-2008《阀门受压铸钢件射线照相检测》，Ⅱ级合格。
磁粉探伤按JB/T6439-2008《阀门受压件磁粉检测》Ⅰ级合格。
机加工面(除筋板两端)超声波探伤,按照GB/T7233.1-2009《铸钢件 超声检测》，Ⅰ级合格。
检测要求是：能布片的地方要求100%进行射线探伤及100%进行磁粉探伤和超声波探伤，全部区域磁粉探伤,按JB/T11484-2013《高压加氢装置用阀门技术规范》的(或ANSEB16-34标准)的要求进行射线探伤。
附图说明
图1是本发明外锥体壁厚加厚的形成过程；
图2是本发明外冷铁的布置方式；
图3是本发明产品前壳体的铸造工艺图；
图4是本发明明冒口的布置示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本实施例中的双层锥体结构为产品前壳体，由内外锥体通过连接筋连为一体，内外锥体的上下端面为法兰结构，具体结构参照图3。前壳体是一个典型的且均匀的薄壁件，壁厚为20mm,如果铸造工艺设计师不采取特殊措施，是无法铸造出来的，也根本不可能铸成满足要求的铸件。
一种顺序定向凝固的双层锥壳结构铸件的铸造工艺，具体步骤如下：
a)将双层锥壳外锥体的外壁采取上部加厚且斜坡至下法兰颈部（图3外锥体涂黑部分），使得其纵断面上存在向着冒口温度递增的温度差，即形成温度梯度，从而使双层锥壳铸件的外锥体在凝固时始终存在与冒口贯通的补缩通道；使冒口能对外锥体进行充分的补缩，获得无缩孔和无缩松的致密外锥体；外锥体外壁加厚的斜度及尺寸确定方法：如图1所示，由双层锥壳外锥体最底部的壁厚及外锥体内壁为基准，向上、向外壁方向依次做一系列相接的内切圆，该内切圆的外围切线形成了外锥体的外壁，相邻内切圆的直径呈1.3~1.8倍；所述内切圆到达铸件的顶部后，再向上以1.3~1.8倍的直径作两个内切圆形成冒口，该两个内切圆水平方向上的直径形成冒口的宽度尺寸，两个内切圆高度方向上的直径形成冒口高度。
b）双层锥壳下法兰的上、下端面及下法兰颈部外围放置有外冷铁，外冷铁分块设置，如图2所示，每块的长度是宽度的2倍，宽度为放置外冷铁位置处铸件宽度的1~1.5倍，每块冷铁间有30°~60°的夹角,相互间距离3~5mm,并且外冷铁的厚度为该处铸件厚度的1~1.5倍；这样的布置方法确保下法兰及下法兰颈部优先于前壳体的外锥体凝固，从而配合前壳体的外锥体实现顺序定向凝固，以获得致密的外锥体铸件。
c)将双层锥壳内锥体的内壁采取上部加宽斜坡至内锥体锥度底部（图3内锥体涂黑部分），使得在纵断面上形成向着冒口温度递增的温度差，即形成温度梯度，从而使铸件的内锥体在凝固时始终存在着与冒口贯通的补缩通道，使冒口能对内锥体进行充分的补缩，获得无缩孔和无缩松的致密内锥体；内锥体内壁加厚的斜度及尺寸确定方法：以内锥体锥度底部的壁厚及内锥体外壁为基准，向上、向内壁方向依次做一系列相接的内切圆，该内切圆的内围切线形成了内锥体的内壁，相邻内切圆的直径呈1.3~1.8倍；所述内切圆到达铸件的顶部后，再向上以1.3~1.8倍的直径作两个内切圆形成冒口，该两个内切圆水平方向上的直径形成冒口的宽度尺寸，两个内切圆高度方向上的直径形成冒口高度。
d) 由于《前壳体》的内锥体是通过6根拉筋（厚度20mm）进钢液后成形的，因此，进来的钢液是降低了温度的较冷钢液，而首先进入的钢液最先到达的部位是内锥体的圆弧头部，所以，经过钢水损失模拟计算，将《前壳体》的内锥体头部圆弧部位的壁厚为此处产品壁厚的130%，即内壁20 mm加厚了6 mm，使其厚度变成了26 mm，以提高钢液的容量和温度。同时，在该处砂芯上扎通3个Ф6的排气孔，制芯时又放了隔砂外冷铁，目的是让该部位（最低点、又被外锥体的钢液包围）快速凝固，以免钢液吸气而产生气渣孔，保证能浇注出无缺陷的内锥体的头部。
e) 前壳体铸件的内锥体、外锥体之间的通道，是该铸件将来作为阀门的关键流量空间，铸造时必须要保证该部位的尺寸要求。为此，设计铸造工艺时，采用了№1砂芯、№2砂芯、№3砂芯（见图3 ），三个砂芯组合成型，外锥体外放的砂芯按20‰缩尺制作，内锥体、外锥体之间的通道及内锥体内腔的砂芯按15‰缩尺制作；以确保铸件尺寸符合设计的图纸要求。
f) 铸造时，将整个双层锥壳铸件均放在下箱（铸造造型时用的砂箱）, 且内锥体的芯头要压住外锥体的流道口，外锥体的芯头重量要达到外锥体流道内芯子的一倍重量，这样确保不飘芯，确保铸件尺寸不因造型和合箱时产生偏差。
g) 铸造时，浇注系统采用先从前壳体下部法兰处切线注入钢液，以便能将铸型内部的气体和钢液冲刷的脏物螺旋上升旋转排出至冒口。
为了达到更好地补缩的目的，所述双层锥壳铸件上设计有横跨其上法兰上端面及内锥体上端面的四个保温发热明冒口，浇注时当钢液上升至明冒口高度的三分之一时，改为直接以明冒口对角线的方式，轮换从明冒口中浇注入钢液。这样做：一是浇注的钢液是高温的，有利于提高冒口中钢液的温度，形成更好的温度梯度；二是浇注钢液时产生的动能，可以将原来冒口中的枝晶打碎熔化，而且浇注钢液时产生的动能有利于更好的补缩铸件。
当浇注完成后，在保温发热明冒口上部加盖保温覆盖剂。对冒口中的钢液进行保温，以延迟冒口中的钢液的凝固时间，增强冒口对铸件的补缩功能。
Claims (3)
1.一种顺序定向凝固的双层锥壳结构铸件的铸造工艺，该双层锥壳结构由内外锥体通过连接筋连为一体，内外锥体的上下端面为法兰结构，该内外锥体均呈上宽下窄的结构，其特征在于，具体步骤如下：
A）将双层锥壳外锥体的外壁采取上部加厚且斜坡至下法兰颈部，使得其纵断面上存在向着冒口温度递增的温度差，即形成温度梯度，从而使双层锥壳铸件的外锥体在凝固时始终存在着与冒口贯通的补缩通道；外锥体外壁加厚的斜度及尺寸确定方法以双层锥壳外锥体最底部的壁厚及外锥体内壁为基准，向上、向外壁方向依次做一系列相接的内切圆，该内切圆的外围切线形成了外锥体的外壁，相邻内切圆的直径以1.3~1.8倍增长；所述内切圆到达铸件的顶部后，再向上以1.3~1.8倍的直径作多个内切圆形成冒口；
b）将双层锥壳下法兰的上、下端面及下法兰颈部外围放置有外冷铁，外冷铁分块设置，每块的长度是宽度的2倍，宽度为放置外冷铁位置处铸件宽度的1~1.5倍，每块冷铁间有30°~60°的夹角,相互间距离3~5mm,并且外冷铁的厚度为该处铸件厚度的1~1.5倍；
c)将双层锥壳内锥体的内壁采取上部加宽斜坡至内锥体锥度底部，内锥体内壁加厚的斜度及尺寸确定方法：以内锥体锥度底部的壁厚及内锥体外壁为基准，向上、向内壁方向依次做一系列相接的内切圆，该内切圆的内围切线形成了内锥体的内壁，相邻内切圆的直径以1.3~1.8倍增长；所述内切圆到达铸件的顶部后，再向上以1.3~1.8倍的直径作多个内切圆形成冒口；
d) 双层锥壳的内锥体头部圆弧部位的壁厚为此处产品壁厚的130%，铸造时在该处砂芯上扎通多个Ф6mm的排气孔，制芯时此处放置隔砂外冷铁；
e) 双层锥壳铸造砂芯分为三个，外锥体外放的砂芯按20‰缩尺制作，内锥体、外锥体之间的通道及内锥体内腔的砂芯按15‰缩尺制作；
f) 双层锥壳铸件均放在下箱, 且内锥体的芯头要压住外锥体的流道口，外锥体的芯头重量要达到外锥体流道内芯子的一倍重量；
g) 浇注系统采用从底部法兰处切线注入钢液。
2.根据权利要求1所述的一种顺序定向凝固的双层锥壳结构铸件的铸造工艺，其特征在于，步骤A）中所述冒口为保温发热明冒口，设计有四个，其横跨双层锥壳铸件上法兰上端面及内锥体上端面；浇注时当钢液上升至明冒口高度的三分之一时，改为直接以明冒口对角线的方式，轮换从明冒口中浇注入钢液。
3.根据权利要求2所述的一种顺序定向凝固的双层锥壳结构铸件的铸造工艺，其特征在于，浇注完成后，在保温发热明冒口上部加盖保温覆盖剂。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: A casting process of double-layer conical shell structure castings with sequential directional solidification Effective date of registration: 20220315 Granted publication date: 20210525 Pledgee: China Construction Bank Corporation Lanzhou Xigu sub branch Pledgor: LANZHOU HIGH PRESSURE VALVE Co.,Ltd. Registration number: Y2022620000005 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Granted publication date: 20210525 Pledgee: China Construction Bank Corporation Lanzhou Xigu sub branch Pledgor: LANZHOU HIGH PRESSURE VALVE Co.,Ltd. Registration number: Y2022620000005 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Casting process of a double-layer conical shell structure casting with sequential directional solidification Granted publication date: 20210525 Pledgee: Lanzhou rural commercial bank Limited by Share Ltd. Xigu branch Pledgor: LANZHOU HIGH PRESSURE VALVE Co.,Ltd. Registration number: Y2024620000001 |