[发明专利]一种消除ZG35阀门铸件缺陷的铸造系统及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及铸钢工艺技术领域，具体是一种消除ZG35阀门铸件缺陷的铸造系统及其设计方法。

背景技术

铸造生产是金属液成型的生产方法，金属液进入铸型中经过冷却、凝固后形成金属制品的过程称为铸造生产，简称铸造。生产的金属制品称为铸件。绝大多数铸件被用作毛坯，需要经过机加工后才能成为各种机器零件；少数达到使用尺寸精度和表面粗糙度要求的铸件可直接作为成品或零件使用。

陈飞和曹海平在《阀门外观常见缺陷与评定》的一篇文章中提到阀门在铸造过程中容易出现裂纹、缩孔缩松和砂眼等缺陷。裂纹一般出现在阀门阀体两壁交接的热节部位和结构突变部位，例如法兰根部和阀体外壁凸起的表面处。裂纹的出现严重减低阀门铸件的工艺出品率。热裂纹外形曲折而不规则、缝隙较宽、断面处有氧化现象、无金属光泽、裂纹沿晶界产生和发展。冷裂纹一般都是直的，开裂处金属表面未氧化，裂纹常穿过晶粒延伸到整个断面。缩孔和缩松一般位于铸件阀门最后凝固的部位(热节处)或结构突变部位处，缩孔和缩松内表面没有氧化色，形状不规则、孔壁粗糙并伴有许多杂质和细小的气孔。砂眼主要出现在阀门外表面，砂眼内部有砂或白色的渣，外形不规整，深浅不一。缺陷的存在严重降低阀门铸件的使用寿命。

阀门铸件的材质为ZG35(中碳铸钢)。在液态合金钢冷却凝固过程中，由于铸件各部分金属液的冷却速度不同，使得各部位的收缩量不一致，再加上型芯和砂型的阻力，使铸件的凝固收缩受到制约而产生了铸造应力。一般阀门零件结构复杂，在使用砂型铸造法铸造阀门时，若浇注系统的设计和工艺参数设置不当容易导致铸件出现裂纹、缩松、缩孔等缺陷。阀体的铸件毛坯不允许存在砂眼、裂纹、缩孔及气孔等铸造缺陷，而且由于阀门铸件都属于中大型铸件，金属材料浪费不起。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种消除ZG35阀门铸件缺陷的铸造系统及其设计方法。该铸造系统能够有效消除ZG35阀门铸件缩孔、缩松和裂纹缺陷，提高成品率，提高ZG35阀门铸件力学性能。

本发明解决所述系统技术问题的技术方案是，提供一种消除ZG35阀门铸件缺陷的铸造系统，其特征在于该铸造系统包括冒口、浇注系统和冷铁；所述浇注系统采取阶梯式浇注系统，包括浇口杯、直浇道、底层内浇道和上层内浇道；所述浇口杯用于熔融的金属液的倒入；所述浇口杯与直浇道连接；所述直浇道分别与底层内浇道和上层内浇道连接；所述冷铁设置在铸件底部的热节处；所述冒口包括顶冒口和侧冒口；所述顶冒口设置在铸件顶部法兰的正上方，侧冒口设置在铸件底部法兰的侧面。

本发明解决所述方法技术问题的技术方案是，提供一种消除ZG35阀门铸件缺陷的铸造系统的设计方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

第一步、确定浇筑位置：铸件的浇注位置呈直立状态；

第二步、冒口设计：

(1)计算铸件模数，计算公式为：

式中：Mc为铸件模数；D为热节圆直径；b为法兰宽度；c为管厚度；

(2)计算冒口模数Mr：

对于顶冒口，Mc:Mr＝1:1.2；

对于侧冒口，Mr＝(1～1.2)Mc；

(3)计算顶冒口的数量：

冒口的有效补缩距离L，计算公式为：

式中：T为铸件法兰处的壁厚；用铸件顶部的周长除以冒口的有效补缩距离即是冒口的数目；

第三步，冷铁设计：

冷铁采用梯形冷铁，设置在铸件底部法兰的热节处；冷铁厚度δ＝(0.3～0.8)D，D为热节圆直径；

第四步，浇注系统设计：采用阻流截面设计法进行浇注系统的设计，并根据奥赞公式，计算阻流截面积，按照预定截面比，进一步计算其余各单元截面积；

(1)计算阻流截面积的水力学公式是：

式中：v为流经阻流截面的金属液流速；μ₁为从浇口杯顶端到阻流截面的流量系数；g为重力加速度；H₁为从浇口杯顶端到阻流截面的垂直距离；m为流经阻流截面的金属液质量；ρ为金属液的密度；τ为充填型腔的总时间即浇注时间；

(2)直浇道的横截面积是阻流截面积的1～2倍；直浇道与铸件等高；

(3)底层内浇道的横截面积是阻流截面积的0.96～1.2倍；

(4)上层内浇道与铸件法兰之间的夹角为30°；上层内浇道的横截面积是阻流截面积的0.48～0.6倍。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：