Het gieten van het klephuis is een belangrijk onderdeel van het fabricageproces van kleppen, en de kwaliteit van het klepgietwerk bepaalt de kwaliteit van de klep. Hieronder worden enkele gietmethoden beschreven die veelvuldig in de kleppenindustrie worden gebruikt:
Zandgieten:
Zandgieten, dat veelvuldig wordt gebruikt in de ventielindustrie, kan, afhankelijk van het gebruikte bindmiddel, worden onderverdeeld in groenzand, droogzand, waterglaszand en zelfhardend zand met furanhars.
(1) Groenzand is een vormproces waarbij bentoniet als bindmiddel wordt gebruikt.
De kenmerken ervan zijn:De afgewerkte zandvorm hoeft niet te worden gedroogd of uitgehard, de zandvorm heeft een zekere natte sterkte en de zandkern en vormwand hebben een goede vloeigrens, waardoor het gemakkelijk is om de gietstukken te reinigen en uit de vorm te schudden. De productie-efficiëntie van het gieten is hoog, de productiecyclus is kort, de materiaalkosten zijn laag en het is gemakkelijk om een assemblagelijn te organiseren.
De nadelen zijn:Gietstukken zijn gevoelig voor defecten zoals poriën, zandinsluitingen en zandaanhechting, en de kwaliteit van gietstukken, met name de intrinsieke kwaliteit, is niet ideaal.
Tabel met verhoudingen en prestaties van groenzand voor staalgieten:
(2) Droog zand is een vormproces waarbij klei als bindmiddel wordt gebruikt. Door een beetje bentoniet toe te voegen, kan de natte sterkte ervan worden verbeterd.
De kenmerken ervan zijn:De zandvorm moet droog zijn, een goede luchtdoorlaatbaarheid hebben, niet gevoelig zijn voor gebreken zoals zanduitspoeling, zandaanhechting en poriën, en de intrinsieke kwaliteit van het gietstuk moet goed zijn.
De nadelen zijn:Het vereist apparatuur voor het drogen van zand en de productiecyclus is lang.
(3) Waterglaszand is een modelleerproces waarbij waterglas als bindmiddel wordt gebruikt. De kenmerken ervan zijn: waterglas heeft de eigenschap dat het automatisch uithardt wanneer het wordt blootgesteld aan CO2, en kan verschillende voordelen bieden van de gashardingsmethode voor het modelleren en maken van kernen. Er zijn echter ook nadelen, zoals de slechte vervormbaarheid van de vormschaal, de moeilijkheid om het zand uit de gietstukken te verwijderen en de lage regeneratie- en recyclinggraad van oud zand.
Tabel met verhoudingen en prestaties van CO2-hardingszand voor waterglas:
(4) Zelfhardend zandvormen met furanhars is een gietproces waarbij furanhars als bindmiddel wordt gebruikt. Het vormzand stolt door de chemische reactie van het bindmiddel onder invloed van het uithardingsmiddel bij kamertemperatuur. Kenmerkend is dat de zandvorm niet hoeft te worden gedroogd, wat de productiecyclus verkort en energie bespaart. Vormzand met hars is gemakkelijk te verdichten en heeft goede desintegratie-eigenschappen. Het vormzand van de gietstukken is gemakkelijk te reinigen. De gietstukken hebben een hoge maatnauwkeurigheid en een goede oppervlakteafwerking, wat de kwaliteit van de gietstukken aanzienlijk kan verbeteren. Nadelen zijn: hoge kwaliteitseisen voor het ruwe zand, een licht penetrante geur op de productielocatie en de hoge kosten van de hars.
Samenstelling en mengproces van een mengsel van furanhars en zand dat niet gebakken hoeft te worden:
Het mengproces van zelfhardend furan-harszand: Het is het beste om een continue zandmixer te gebruiken voor het maken van zelfhardend harszand. Ruw zand, hars, uithardingsmiddel, enz. worden achtereenvolgens toegevoegd en snel gemengd. Het kan op elk gewenst moment worden gemengd en gebruikt.
De volgorde waarin de verschillende grondstoffen worden toegevoegd bij het mengen van harszand is als volgt:
Ruw zand + uithardingsmiddel (waterige oplossing van p-tolueensulfonzuur) – (120 ~ 180S) – hars + silaan – (60 ~ 90S) – zandproductie
(5) Typisch productieproces voor zandgieten:
Precisiegieten:
De laatste jaren besteden ventielfabrikanten steeds meer aandacht aan de uiterlijke kwaliteit en maatnauwkeurigheid van gietstukken. Omdat een fraai uiterlijk een basisvereiste is in de markt, vormt het tevens de maatstaf voor de eerste bewerkingsstap.
De meest gebruikte precisiegietmethode in de ventielindustrie is investeringsgieten, die hieronder kort wordt toegelicht:
(1) Twee procesmethoden voor het gieten van oplossingen:
①Door gebruik te maken van een wasachtig vormmateriaal voor lage temperaturen (stearinezuur + paraffine), lagedrukwasinjectie, een waterglazen omhulsel, ontwassen met heet water, atmosferisch smelten en gieten, wordt deze methode hoofdzakelijk gebruikt voor gietstukken van koolstofstaal en laaggelegeerd staal met algemene kwaliteitseisen. De maatnauwkeurigheid van de gietstukken kan voldoen aan de nationale norm CT7~9.
② Door gebruik te maken van een vormmateriaal op basis van hars voor middelhoge temperaturen, hogedrukwasinjectie, een vormschaal van silicagel, stoomontwassing en een snel smeltproces onder atmosferische of vacuümomstandigheden, kan de dimensionale nauwkeurigheid van de gietstukken CT4-6 precisiegietstukken bereiken.
(2) Typisch procesverloop van precisiegieten:
(3) Kenmerken van investeringsgieten:
①Het gietstuk heeft een hoge maatnauwkeurigheid, een glad oppervlak en een goede uiterlijke kwaliteit.
② Het is mogelijk om onderdelen te gieten met complexe structuren en vormen die met andere processen moeilijk te verwerken zijn.
③ De gietmaterialen zijn niet beperkt; diverse legeringen zijn mogelijk, zoals koolstofstaal, roestvrij staal, gelegeerd staal, aluminiumlegeringen, hittebestendige legeringen en edelmetalen, met name legeringen die moeilijk te smeden, lassen en snijden zijn.
④ Goede productieflexibiliteit en sterk aanpassingsvermogen. Het kan in grote hoeveelheden worden geproduceerd, maar is ook geschikt voor productie per stuk of in kleine series.
⑤ Precisiegieten kent ook bepaalde beperkingen, zoals een omslachtig proces en een lange productiecyclus. Door de beperkte giettechnieken die gebruikt kunnen worden, kan het drukdragend vermogen niet erg hoog zijn wanneer het gebruikt wordt voor het gieten van dunwandige, drukdragende kleponderdelen.
Analyse van gietfouten
Elk gietstuk vertoont interne defecten. Het bestaan van deze defecten brengt grote, verborgen risico's met zich mee voor de interne kwaliteit van het gietstuk. Bovendien legt het lassen om deze defecten tijdens het productieproces te verhelpen een aanzienlijke belasting op het productieproces. Met name kleppen zijn dunwandige gietstukken die bestand zijn tegen druk en temperatuur, waardoor de compactheid van hun interne structuur van groot belang is. Daarom vormen interne defecten in gietstukken een doorslaggevende factor die de kwaliteit ervan beïnvloedt.
De interne defecten van klepgietstukken omvatten hoofdzakelijk poriën, slakinsluitingen, krimp porositeit en scheuren.
(1) Poriën:Poriën worden gevormd door gas, het oppervlak van de poriën is glad en ze ontstaan in of nabij het oppervlak van het gietstuk. Hun vorm is meestal rond of langwerpig.
De belangrijkste gasbronnen die poriën genereren zijn:
① De in het metaal opgeloste stikstof en waterstof blijven tijdens de stolling van het gietstuk in het metaal aanwezig en vormen gesloten, cirkelvormige of ovale binnenwanden met een metaalglans.
②Vocht of vluchtige stoffen in het vormmateriaal zullen door verhitting in gas veranderen, waardoor poriën met donkerbruine binnenwanden ontstaan.
③ Tijdens het gieten van het metaal wordt, door de instabiele stroming, lucht ingesloten, wat leidt tot de vorming van poriën.
Preventiemethode van stomatale defecten:
① Bij het smelten moeten roestige metalen grondstoffen zo min mogelijk of helemaal niet worden gebruikt, en gereedschap en gietpannen moeten worden gebakken en gedroogd.
②Het gieten van gesmolten staal moet bij hoge temperatuur gebeuren en bij lage temperatuur worden uitgevoerd, en het gesmolten staal moet goed worden belucht om het opstijgen van gas te vergemakkelijken.
③ Het ontwerp van de gietstijgbuis moet de drukhoogte van het gesmolten staal verhogen om gasinsluiting te voorkomen en een kunstmatig gaspad creëren voor een redelijke afvoer.
④ Bij het vormen van de materialen moet het watergehalte en het gasvolume worden gecontroleerd, de luchtdoorlaatbaarheid worden verhoogd, en de zandvorm en zandkern moeten zo lang mogelijk worden gebakken en gedroogd.
(2) Krimpholte (los):Het betreft een samenhangende of niet-samenhangende cirkelvormige of onregelmatige holte (caviteit) die zich in het gietstuk bevindt (vooral op de hete plek), met een ruw binnenoppervlak en een donkere kleur. Grove kristalkorrels, meestal in de vorm van dendrieten, zijn op een of meer plaatsen samengeklonterd en kunnen tijdens een hydraulische test lekken.
De oorzaak van de krimpholte (speling):Volumekrimp treedt op wanneer het metaal stolt van vloeibare naar vaste toestand. Als er op dat moment onvoldoende gesmolten staal wordt aangevoerd, zal er onvermijdelijk een krimpholte ontstaan. De krimpholte in stalen gietstukken wordt in principe veroorzaakt door een onjuiste beheersing van het opeenvolgende stollingsproces. De oorzaken kunnen onder andere onjuiste instellingen van de stijgbuis, een te hoge giettemperatuur van het gesmolten staal en een te grote metaalkrimp zijn.
Methoden om krimpholtes (loslaten) te voorkomen:① Ontwerp het gietsysteem voor gietstukken wetenschappelijk om een sequentiële stolling van het gesmolten staal te bereiken, waarbij de delen die het eerst stollen, moeten worden aangevuld met gesmolten staal. ② Stel de stijgbuis, hulpstukken, interne en externe koelijzers correct en redelijk in om een sequentiële stolling te garanderen. ③ Bij het gieten van het gesmolten staal is injectie van bovenaf via de stijgbuis gunstig om de temperatuur van het gesmolten staal en de toevoer te waarborgen en de vorming van krimpholtes te verminderen. ④ Wat betreft de gietsnelheid: gieten met een lage snelheid bevordert een sequentiële stolling meer dan gieten met een hoge snelheid. ⑸ De giettemperatuur mag niet te hoog zijn. Het gesmolten staal wordt op hoge temperatuur uit de oven gehaald en na afkoeling gegoten, wat gunstig is om krimpholtes te verminderen.
(3) Zandinsluitingen (slak):Zandinsluitingen (slakken), ook wel blaren genoemd, zijn onregelmatige, cirkelvormige of onregelmatige gaten die in gietstukken voorkomen. De gaten zijn gevuld met vormzand of staalslakken van onregelmatige grootte en klonteren erin samen. Ze komen op één of meerdere plaatsen voor, vaak meer aan de bovenkant.
Oorzaken van zand (slak) insluiting:Slakinsluitingen worden veroorzaakt door afzonderlijke staalslakken die samen met het gesmolten staal in het gietstuk terechtkomen tijdens het smelt- of gietproces. Zandinsluitingen worden veroorzaakt door onvoldoende afdichting van de vormholte tijdens het gieten. Wanneer gesmolten staal in de vormholte wordt gegoten, wordt het vormzand door het gesmolten staal meegevoerd en komt het in het gietstuk terecht. Daarnaast zijn onjuiste handelingen tijdens het afwerken en sluiten van de vorm, en het uitvallen van zand, ook oorzaken van zandinsluitingen.
Methoden om insluitingen in zand (slakken) te voorkomen:① Wanneer het gesmolten staal is gesmolten, moeten de uitlaatgassen en slakken zo grondig mogelijk worden afgevoerd. ② Probeer de gietzak met gesmolten staal niet om te keren, maar gebruik een theepotzak of een bodemzak om te voorkomen dat de slakken boven het gesmolten staal samen met het gesmolten staal in de gietvorm terechtkomen. ③ Neem bij het gieten van gesmolten staal maatregelen om te voorkomen dat slakken samen met het gesmolten staal in de vormholte terechtkomen. ④ Om de kans op zandinsluitingen te verkleinen, moet u ervoor zorgen dat de zandvorm tijdens het modelleren goed afsluit, voorzichtig zijn met het verwijderen van zand tijdens het bijwerken en de vormholte schoonblazen voordat u de vorm sluit.
(4) Scheuren:De meeste scheuren in gietstukken zijn warmtescheuren, met onregelmatige vormen, al dan niet doordringend, continu of onderbroken, en het metaal bij de scheuren is donker of vertoont oppervlakteoxidatie.
oorzaken van scheuren, namelijk hoge temperatuurspanning en vervorming van de vloeistoffilm.
Hoogtemperatuurspanning is de spanning die ontstaat door het krimpen en vervormen van gesmolten staal bij hoge temperaturen. Wanneer de spanning de sterkte- of plastische vervormingslimiet van het metaal bij deze temperatuur overschrijdt, ontstaan er scheuren. Vloeistoffilmvervorming is de vorming van een vloeistoffilm tussen kristalkorrels tijdens het stollings- en kristallisatieproces van gesmolten staal. Naarmate de stolling en kristallisatie voortschrijden, vervormt de vloeistoffilm. Wanneer de mate en snelheid van de vervorming een bepaalde grens overschrijden, ontstaan er scheuren. Het temperatuurbereik waarin thermische scheuren ontstaan, ligt tussen de 1200 en 1450 °C.
Factoren die van invloed zijn op scheuren:
① De elementen zwavel (S) en fosfor (P) in staal zijn schadelijke factoren voor scheurvorming, en hun eutectica met ijzer verminderen de sterkte en plasticiteit van gietstaal bij hoge temperaturen, wat resulteert in scheuren.
② Slakinsluitingen en -segregatie in staal verhogen de spanningsconcentratie, waardoor de neiging tot warmscheuren toeneemt.
③ Hoe groter de lineaire krimpcoëfficiënt van het staaltype, hoe groter de neiging tot warmscheuren.
④ Hoe hoger de thermische geleidbaarheid van het staaltype, hoe hoger de oppervlaktespanning, hoe beter de mechanische eigenschappen bij hoge temperaturen en hoe kleiner de neiging tot warmscheuren.
⑤ Het structurele ontwerp van de gietstukken is slecht te produceren, bijvoorbeeld door te kleine afgeronde hoeken, grote verschillen in wanddikte en ernstige spanningsconcentraties, wat tot scheuren kan leiden.
⑥De compactheid van de zandvorm is te hoog en de geringe opbrengst van de kern belemmert de krimp van het gietstuk en verhoogt de neiging tot scheuren.
⑦Andere factoren, zoals een onjuiste plaatsing van de opstijgbuis, te snelle afkoeling van het gietstuk, overmatige spanning veroorzaakt door het snijden van de opstijgbuis en warmtebehandeling, enz., kunnen ook bijdragen aan het ontstaan van scheuren.
Afhankelijk van de oorzaken en beïnvloedende factoren van de bovengenoemde scheuren, kunnen passende maatregelen worden genomen om het ontstaan van scheurdefecten te verminderen en te voorkomen.
Op basis van bovenstaande analyse van de oorzaken van gietfouten, het vaststellen van de bestaande problemen en het nemen van de bijbehorende verbeteringsmaatregelen, kunnen we een oplossing vinden voor gietfouten, wat bijdraagt aan de verbetering van de gietkwaliteit.
Geplaatst op: 31 augustus 2023