CN113864501A - 阀门主体和阀门主体的制造方法 - Google Patents

Abstract

在通过铸造而制造的阀门主体中，能够合适地控制从用于铸造的浇口直至颈部的凝固过程而抑制缩孔的产生，从而提供铸造性优异的阀门主体。为阀门主体（1）及其制造方法，其特征在于：作为铸造时的浇注口的堰部（6）在主体的圆筒表面（2）上以隆起的状态形成，且从堰部（6）直至颈部（3）之间的部位即第一区域（7）的壁厚比主体的其它区域的壁厚更厚地形成，并且该更厚地形成的状态的第一区域（7）的壁厚形成为从堰部（6）朝向颈部的根部部位（8）逐渐变薄。

Description

阀门主体和阀门主体的制造方法

技术领域

本发明涉及能够抑制铸造缺陷的产生的阀门主体和阀门主体的制造方法。

背景技术

阀门主体是耐压容器，因而主要采用通过利用金属的铸造法来制造的方法。

特别是如这种阀门中的球阀或蝶形阀那样，在将（使颈部从大致圆筒状的主体突出而设置轴装部、并在该轴装部配置填料或手柄等而使阀体进行开关动作的）阀门的主体本体通过铸造来制造时，在颈部的根部部位容易产生被称为缩孔的铸造缺陷，成为在铸造主体本体时产生成品率下降的原因。

在铸造中，向铸模内浇注的金属熔体若进行冷却开始凝固，则体积收缩，因而其收缩的部分的金属熔体从周围向凝固而收缩了的部位填补，但在最后凝固的最终凝固部（在最后冷却凝固的部位）处不能从周围填补金属熔体，因而收缩了的部分作为空隙残留而成为缩孔。在使颈部从大致圆筒状的主体突出而设置轴装部的阀门的主体本体，主体的上部与颈部的根部部位形成截面L字状的交叉部，由于这样的交叉部难以冷却凝固容易成为最终凝固部，其结果在该交叉部容易产生缩孔。

不论利用什么样的金属材料铸造主体本体都难以完全防止产生这样的缩孔，而在以不锈钢为原料的不锈钢铸钢制品（SCS）的主体本体中，不锈钢在冷却凝固时几乎没有石墨结晶所引起的体积膨胀，因而特别容易产生缩孔。

作为防止缩孔等铸造缺陷的产生而铸造使颈部从大致圆筒状的主体突出而设置轴装部的主体本体的技术，例如在专利文献1中公开有如下的球阀的阀箱铸态制品：在处于主体的大致中央部的轴装部直接设置浇口，并且将轴装部的壁厚保持为主体的最小壁厚以上而使金属熔体定向凝固，从而防止主体的上部与轴装部的根部部位形成的交叉部处的缩孔的产生。

【现有技术文献】

【专利文献】

【专利文献1】日本特开平5-50209号公报。

发明内容

【发明要解决的课题】

然而，专利文献1所公开的球阀的阀箱铸态制品在处于主体的大致中央部的轴装部直接设置浇口，因而在从铸模取出的状态（铸态状态）下在轴装部的上部残留浇口部，且轴装部以实心状态形成。

因而，在从铸模取出后，不仅切除直接设置于轴装部的浇口部，而且若不进行形成用于在轴装部插入贯通阀杆的插入贯通孔、或用于装配密封件等的台阶部或槽部等的加工，则不能得到可使用的主体本体，因而由于与之对应的加工工时的增加，制造成本上升。

本发明为了解决上述的课题点而开发，其目的在于，在通过铸造而制造的阀门主体中，能够合适地控制从用于铸造的浇口直至颈部的凝固过程，抑制缩孔的产生，从而提供铸造性优异的阀门主体。

【解决课题的方法】

为达成上述目的，技术方案1所涉及的发明是一种阀门主体，是具有使颈部相对于圆筒状的主体朝向交叉方向突出的轴装部的主体本体，其特征在于：作为铸造时的浇注口的堰部的痕迹在主体的圆筒表面上以隆起的状态形成，且从堰部的痕迹直至颈部之间的部位即第一区域的壁厚比主体的其它区域的壁厚更厚地形成，并且该更厚地形成的状态的第一区域的壁厚形成为从堰部的痕迹朝向颈部的根部部位逐渐变薄。

技术方案2所涉及的发明是作为第一区域的部位的主体的壁厚至少比颈部的根部部位更厚地形成的阀门主体。

技术方案3所涉及的发明是第一区域的宽度形成为从堰部的痕迹朝向颈部的根部逐渐变窄的阀门主体。

技术方案4所涉及的发明是堰部的痕迹形成为宽度比颈部的根部部位更宽的阀门主体。

技术方案5所涉及的发明是阀门主体的制造方法，其是具有使颈部相对于圆筒状的主体朝向交叉方向突出的轴装部的阀门主体的制造方法，特征在于：形成为铸造铸模时的浇注口与成为颈部的位置错开设置，且从浇注口直至成为颈部根部的位置的第一区域的金属熔体通道的高度和除此以外的区域的高度相比更高地形成，从浇注口朝向颈部根部的位置逐渐降低金属熔体通道的高度，从而在利用铸模进行铸造时，抑制在阀门主体产生的缩孔。

【发明的效果】

依据技术方案1所涉及的发明，从堰部的痕迹直至颈部之间的部位即第一区域的壁厚比主体的其它区域的壁厚更厚地形成，并且该更厚地形成的状态的第一区域的壁厚形成为从堰部的痕迹朝向颈部的根部部位逐渐变薄，因而在铸造时颈部的根部部位变得难以成为最终凝固点，因而能够抑制从前容易在主体本体的颈部的根部部位产生的缩孔等铸造缺陷的产生。

另外，第一区域的壁厚形成为比周围的主体的圆筒表面的壁厚更厚，因而能够促进铸造时金属熔体从颈部的根部朝向堰部的痕迹（浇注口）的定向凝固，抑制在颈部的根部部位的缩孔等铸造缺陷的产生。

依据技术方案2所涉及的发明，作为第一区域的部位的主体的壁厚至少比颈部的根部部位的壁厚更厚地形成，因而在铸造时至少颈部的根部部位的金属熔体的凝固比第一区域的部位的金属熔体更快地产生，从而颈部的根部部位不会成为最终凝固点，因而能够抑制在颈部的根部部位的缩孔等铸造缺陷的产生。

依据技术方案3所涉及的发明，第一区域的宽度形成为从堰部的痕迹朝向颈部的根部逐渐变窄，因而在铸造时进一步容易促进从颈部的根部部位朝向堰部定向凝固金属熔体，能够更有效地抑制在颈部的根部部位的缩孔等铸造缺陷的产生。

依据技术方案4所涉及的发明，堰部的痕迹形成为宽度比颈部的根部部位更宽，因而在堰部的金属熔体的凝固比主体部位更迟，变得容易在堰部产生金属熔体的最终凝固部，因而不仅在颈部的根部部位，而且在主体整体都难以产生缩孔等铸造缺陷，此外能够在铸造时从堰部高效地向阀门主体的铸模内送入金属熔体。

依据技术方案5所涉及的发明，通过如下形成的铸模进行铸造：铸造时的浇注口（堰部）与成为颈部的位置错开设置，且从浇注口直至成为颈部根部的位置的第一区域的金属熔体通道的高度和除此以外的区域的高度相比更高地形成，从浇注口朝向颈部根部的位置逐渐降低金属熔体通道的高度。因而容易从颈部的根部朝向堰部定向凝固金属熔体，能够更有效地抑制在颈部成为根部的位置处的缩孔的产生。

另外，若通过该制造方法铸造阀门主体，则仅施加在堰部处分离铸造后的主体本体部的最小限度的加工就能够得到没有瑕疵的主体本体，而不会增加加工工时。

附图说明

图1是示出本发明的阀门主体的一个实施方式的外观立体图。

图2是与图1的阀门主体的流路成直角的截面图。

图3是示出通过失蜡法铸造图1的阀门主体时的蜡树（ワックスツリー）的一个示例的图。

图4（a）是在从前的阀门主体的铸造方法中使用的主体铸模的图，图4（b）是在本发明的阀门主体的铸造方法中使用的主体铸模的图。

图5是用于说明本发明的阀门主体的铸造方法中使用的浇注到主体铸模内的金属熔体凝固的过程的示意图。

具体实施方式

以下，基于附图详细地说明本发明中的阀门主体的一个实施方式及其制造方法。图1是示出作为本发明中的阀门主体的一个实施方式的球阀的主体本体的外观的立体图，图2是与图1的球阀的主体本体的流路成直角的截面图。

依据图1，主体本体1具有使圆筒形的颈部3相对于圆筒状的主体2朝向交叉方向突出的轴装部4，在主体2的圆筒表面5，作为铸造时的浇注口的痕迹（在以下的本说明中，方便起见称为“堰部6”）的堰部6以隆起的状态形成，并且在从堰部6直至颈部3之间形成有从圆筒表面5隆起的状态的第一区域7。

另外，堰部6形成为宽度比颈部3的根部部位8更宽，第一区域7的宽度形成为从颈部3的根部部位8朝向堰部6逐渐变大。

进而，依据图2，从堰部6直至颈部3之间的第一区域7部位的主体2的壁厚至少比颈部3的根部部位8的壁厚更厚地形成，即比主体2的其它区域的壁厚更厚地形成，其更厚地形成的状态的第一区域7部位的主体的壁厚形成为从颈部3的根部部位8朝向堰部6逐渐变厚。

另外，通过设置第一区域7，从而如图2所示，第一区域7部位的主体2的壁厚比主体2的其它区域的壁厚更厚，且从颈部3的根部部位8朝向堰部6逐渐增加，并且如图1所示，第一区域7的宽度也从颈部3的根部部位8朝向堰部6逐渐增加。

因而，以第一区域7部位的壁厚从颈部3的根部部位8朝向堰部6逐渐变厚、并且第一区域7的宽度从颈部3的根部部位8朝向堰部6逐渐增加的状态连接到堰部6。此外，图2所表示的堰部6是在铸造后在堰部部位从流道分离主体本体1时残留的部分，因而铸造时的堰部6的厚度比第一区域7部位的壁厚更厚。

如此，在本发明的阀门主体中，如图2所示第一区域7部位的主体的壁厚比颈部3的根部部位8的壁厚更厚地形成，其结果第一区域7部位的主体部分在铸造时变得比其他部分更难被冷却，因而至少颈部3的根部部位8与第一区域7的部位的主体相比更快被冷却，因而能够抑制颈部3的根部部位8成为最终凝固部而产生缩孔。

另外，以从颈部3的根部部位8朝向堰部6逐渐增加壁厚和宽度的状态设置第一区域7而连接到堰部6，因而在冷却金属熔体时，从颈部3的根部部位8朝向堰部6定向凝固被促进，变得容易在堰部6产生金属熔体的最终凝固部，因而能够不仅在颈部3的根部部位8，而是在主体本体1的整体抑制缩孔的产生。

接下来，关于本发明的阀门主体的制造方法，依据附图对利用失蜡法铸造以上说明的球阀用的主体本体的情况进行说明。

在本发明的阀门主体的制造方法中，使用以如下方式形成的主体铸造用的主体铸模：铸造时的浇注口与成为颈部的位置错开设置，且从浇注口直至成为颈部根部的位置的第一区域的金属熔体通道的高度和除此以外的区域的高度相比更高地形成，从浇注口朝向颈部根部的位置逐渐降低金属熔体通道的高度。

在通过失蜡法使用这样的主体铸模而制造阀门主体的情况下，首先制造主体本体的蜡原型14。蜡原型14除了设置于主体本体的表面的成为铸造时的浇注口的堰部之外，还具有与应当制造的主体本体相同的形状，使用既定的模具、型芯而利用制模用蜡（waxpattern）制造。

制造所需个数的该蜡原型14后，制造如在图3所例示的那样的蜡树11。关于蜡树11，预先利用制模用蜡制造并准备成为铸造时的浇口的部位12和成为流道的部位13，使用电烙铁或粘合用蜡，经由未图示的堰部将蜡原型14接合于成为流道的部位13而做成树状。

接下来，在该蜡树11的表面附着成为模具的材料（陶瓷等），涂层处理后干燥，之后将内部的蜡树由高温融化来脱蜡，形成在内部具有与蜡树相同形状的空间的模具。其后，对应需要进行模具的烧制等，完成铸造铸模。在该铸造铸模形成有与所使用的蜡原型14相同数量的主体铸模。

对如此得到的铸造铸模从浇口浇注使主体的原材料（不锈钢、铸铁、黄铜合金等）熔融了的金属熔体，经由流道和堰部向多个主体铸模中的每个流入金属熔体。其后，金属熔体被冷却而凝固后，若加以振动、打击等打破铸造铸模而取出内部的铸件，则能够得到与蜡树相同形状的铸件，若从该铸件在堰部部位分离所铸造的主体，则能够得到被铸造为既定的形状的球阀的主体本体。

在以上的包含失蜡法的主体本体的铸造中，金属熔体被从浇口导入到铸造铸模内的流道，并且经由堰部将金属熔体浇注到主体铸模。在图4（a）所示的从前的主体铸模15中，以圆筒状的主体的壁厚大致恒定的方式形成有浇铸空间16，另外，以圆筒状的轴装部的壁厚大致恒定的方式形成有浇铸空间17，浇铸空间16与浇铸空间17的连接部是截面L字状的交叉部18。另外，堰部19设置于从成为颈部根部的位置20起在主体圆筒的圆周方向上旋转90 °的位置。

如前所述，在铸造中，这样的交叉部18难以冷却凝固，容易成为最终凝固部，因而有在最终凝固部容易产生缩孔21等铸造缺陷的倾向。这是由于若金属熔体被冷却而开始凝固，则其体积收缩，因而其收缩的部分会由周围的金属熔体填补，随着进行金属熔体的凝固而依次产生同样的现象，因而在最后凝固的最终凝固部不能从周围填补金属熔体，因而收缩了的部分作为空隙残留。

对此，在本发明的阀门主体的制造方法中，如图4（b）所示，使用以如下方式形成的主体铸模25：铸造时的浇注口（堰部26）与颈部的根部部位27错开设置，且从浇注口直至颈部的根部部位27的第一区域30部分的浇注的通道（浇铸空间）31的高度和除此以外的区域的浇铸空间的高度相比更高地形成，从浇注口朝向颈部的根部部位27逐渐降低金属熔体通道31的高度。

因此，从堰部26向主体铸模25内的浇铸空间浇注金属熔体，其后在金属熔体依次被冷却凝固时，能够从颈部的根部部位27朝向堰部26促进金属熔体的定向凝固。其结果从前容易成为最终凝固部的交叉部不会成为最终凝固部，因而能够抑制容易在该部分产生的缩孔等铸造缺陷的产生。

此外，在本发明的阀门主体的制造方法中使用的主体铸模25中，堰部26比从颈部的根部部位27起在主体圆筒的圆周方向上旋转90 °的位置更靠近颈部的根部部位27方向而设置。如此通过将堰部26接近颈部的根部部位27而设置，从而能够从对主体铸模25的浇注口即堰部26向颈部的根部部位27的浇铸空间迅速送入金属熔体，使金属熔体比其它部分更早凝固，并且因凝固引起收缩时有利于从堰部26向颈部补充金属熔体，因而更容易抑制在颈部的根部部位27的缩孔的产生。

特别是关于在本发明的阀门主体的制造方法中使用的主体铸模25，除了颈部的根部部位27以外不存在明显的交叉部，因而厚度最大的堰部26容易成为最终凝固部，能够使得缩孔等铸造缺陷在堰部26产生。因此，在金属熔体完全凝固之后，从铸造铸模取出铸件后从铸件分离各主体本体时，若以在残留于主体本体的堰部不残留缩孔的方式在堰部部位进行分离，则能够得到高精度地铸造的主体本体。

在失蜡法中，使用相同的模具等制作蜡原型，因而全部的蜡原型的堰部比从成为颈部根部的位置起在主体圆筒的圆周方向上旋转90 °的位置更靠近颈部根部方向而设置，能够向想要铸造的全部主体的颈部的根部部位迅速送入金属熔体，使金属熔体比其它部位更早凝固，因而容易抑制在颈部的根部部位的缩孔的产生。

以下，依据图5（a）至（e），更详细地说明向主体铸模25浇注的金属熔体凝固的过程。图中，以从右上至左下方向的斜线施加了阴影的部分表示金属熔体还未凝固的部分，以从左上至右下方向的斜线施加了阴影的部分表示金属熔体被冷却而凝固的部分。

如（a）所示，若经由从未图示的铸造铸模的流道向主体铸模25的浇注口即堰部26如由箭头32示出那样，在主体铸模25内浇注金属熔体，则金属熔体通过主体铸模25内的金属熔体通道31、33朝向主体的铸模25的底部侧如箭头34、35示出那样流入。

接下来，如（b）所示，流入到主体铸模25的底部侧的金属熔体37被冷却而凝固，因而如由箭头38示意性地示出那样朝向铸模的底部侧依次收缩。

如（c）所示，在主体铸模25内的浇铸空间和堰部26全部被浇注有金属熔体的状态下，主体铸模25内的金属熔体通道31的高度和除此以外的区域的高度相比更高地形成，且形成为金属熔体通道31的高度从作为浇注口的堰部26朝向颈部的根部部位27逐渐变低，因而在主体铸模25内浇注的金属熔体从颈部的根部部位27朝向堰部26的定向凝固得到促进。

另外，特别地，在厚度方向上观察时，金属熔体从表面和背面（与铸模的接触面）附近起凝固，厚度方向的中央附近在最后凝固。因此，有时在颈部的根部部位27的交叉部处先从外侧进行凝固，中心附近被封闭。这样则会无法从堰部26向该中心附近补充金属熔体，从而产生缩孔。与此相对，本发明中金属熔体通道31的高度从颈部的根部部位27朝向堰部26逐渐变高，因而难以变成交叉部的中心附近被凝固区域封闭的状态，变得容易抑制缩孔的产生。

其结果在包含堰部26的主体铸模25的上侧的浇铸空间残留有未凝固的金属熔体40，而在其下侧的浇铸空间的金属熔体41依次凝固时如由箭头43示意性地示出那样，朝向铸模的底部侧收缩。如此，在堰部26金属熔体的凝固最迟而成为最终凝固部，因而堰部26内的金属熔体40从堰部26向主体铸模25内的凝固部移动而填补其收缩的部分。

如（d）所示，在主体铸模25内的金属熔体被冷却而完全凝固的状态下，在成为最终凝固部的堰部26不能从周围填补金属熔体，结果在堰部26的上部产生缩孔45、气孔46等铸造缺陷。

然而，通过沿切断线47在堰部26处分离铸造的主体本体，从而主体本体不包含产生了铸造缺陷的部位，因而如（e）所示，能够得到没有铸造缺陷的没有瑕疵的主体本体。

如此，依据本发明的阀门主体的制造方法，从颈部的根部部位朝向堰部在主体的圆筒表面设置促进定向凝固的第一区域，从而解决了从前在颈部的根部部位（交叉部）因铸造时的金属熔体的凝固比周围更迟而容易产生缩孔等铸造缺陷的问题，因而仅仅在堰部分离铸造后的主体本体而不用施加其以上的附加加工，即能够得到高精度地铸造的主体本体。

用于制造本发明的阀门主体的金属材料只要为可铸造的金属材料就没有特别限制，特别是在金属材料中，不锈钢因为需要在高温下进行铸造，在铸模内会容易马上被冷却而凝固，另外在冷却凝固时几乎没有石墨结晶所引起的体积膨胀，因而是容易在最终凝固部产生缩孔的金属材料，所以不锈钢作为适用本发明的阀门主体和制造方法的金属材料特别有效。

此外，在本发明的制造方法的说明中，举例说明了通过失蜡法的铸造，但本发明的制造方法在通过失蜡法以外的铸造方法进行阀门主体的制造的情况下也防止在颈部的根部部位产生缩孔，因而同样有效。

另外，阀门的主体形状也不限于如本实施方式那样的单件型，在两件及以上的模具中也朝向交叉部逐渐减薄从浇注口直至交叉部的厚度，以使交叉部不会成为最终凝固部，从而同样能够抑制缩孔的产生。

进而，在上述的示例中，在第一区域中，举出从堰部朝向颈部的根部部位壁厚逐渐变薄且宽度逐渐变窄的示例，但不一定需要满足该双方，可以仅壁厚逐渐变薄，也可以仅宽度逐渐变窄。或者，若满足第一区域的截面积从堰部朝向颈部逐渐变小的条件，即使第一区域的壁厚不逐渐变薄，宽度不逐渐变窄，有时也能够抑制颈部的根部部位处的缩孔的产生。

【符号说明】

1 主体本体

2 主体

3 颈部

4 轴装部

5 圆筒表面

6 堰部的痕迹

7 第一区域

8 颈部的根部部位。

Claims (5)

1.一种阀门主体，是具有使颈部相对于圆筒状的主体朝向交叉方向突出的轴装部的主体本体，其特征在于：作为铸造时的浇注口的堰部的痕迹在所述主体的圆筒表面上以隆起的状态形成，且从所述堰部的痕迹直至所述颈部之间的部位即第一区域的壁厚比所述主体的其它区域的壁厚更厚地形成，并且该更厚地形成的状态的所述第一区域的壁厚形成为从所述堰部的痕迹朝向所述颈部的根部部位逐渐变薄。

2.根据权利要求1所述的阀门主体，其中，作为所述第一区域的部位的主体的壁厚至少比所述颈部的根部部位更厚地形成。

3.根据权利要求1所述的阀门主体，其中，所述第一区域的宽度形成为从所述堰部的痕迹朝向所述颈部的根部逐渐变窄。

4.根据权利要求1所述的阀门主体，其中，所述堰部的痕迹形成为宽度比所述颈部的根部部位更宽。

5.一种阀门主体的制造方法，是具有使颈部相对于圆筒状的主体朝向交叉方向突出的轴装部的阀门主体的制造方法，特征在于：形成为铸造铸模时的浇注口与成为所述颈部的位置错开设置，且从所述浇注口直至成为所述颈部根部的位置的第一区域的金属熔体通道的高度和除此以外的区域的高度相比更高地形成，从所述浇注口朝向所述颈部根部的位置逐渐降低金属熔体通道的高度，从而在利用所述铸模进行铸造时，抑制在所述阀门主体产生的缩孔。

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