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高压阀体的工艺设计及铸造生产

作者:易发棋牌最新网站 发布时间:2020-08-13 09:31 点击数:

  高压阀体的工艺设计及铸造生产_电力/水利_工程科技_专业资料。特殊结构大型低合金高压阀体的工艺设计及铸造生产 秦皇岛冶金机械有限公司 贾泽春 摘要: 叙述了一种出口国外的特殊结构大型高压阀体低合金铸钢件的工艺设计过程, 总 结了该铸件的生产经验,并针对其厚大结构

  特殊结构大型低合金高压阀体的工艺设计及铸造生产 秦皇岛冶金机械有限公司 贾泽春 摘要: 叙述了一种出口国外的特殊结构大型高压阀体低合金铸钢件的工艺设计过程, 总 结了该铸件的生产经验,并针对其厚大结构、耐高压、尺寸精度高的特点,提出了中箱组芯 造型的新思路,采取加放冷铁,使用保温冒口及冒口覆盖剂等措施,加强补缩效果,为类似 铸件的生产提供了借鉴方法。 关键词:高压阀体;冷铁;保温冒口;组芯造型。 特殊结构大型高压阀体低合金铸钢件是出口国外油田钻井用预防石油井喷设备上一种 重要的关键部件。 最大外形尺寸为 1485×982×981 (图 1) , 净重 7.5t, 材质牌号 ZG25CrNiMo。 工作压力 70Mpa,须进行 105Mpa 的水压强度试验,不得出现渗漏和明显变形等现象。磁粉 探伤按 API 16A 规范、依 ASTM E-709 规定进行检测,重点是内腔和法兰颈部表面;超声波 探伤执行 GB7233-87Ⅱ级标准,探伤位置为所有加工面;铸件不允许有任何铸造缺陷。铸件 尺寸精度要求达到 CT8-CT10,铸件非加工表面粗糙度要求达到 Ra≤25μ m 。如此特殊结构 大型低合金高压阀体,无论是造型还是冶炼生产难度都非常大。 1、铸造工艺设计 1.1 铸件的铸造工艺性分析 该高压阀体属于厚大铸件,壁厚在 250mm—350mm 范围。在厚实部位的心部非常容易产 生缩孔或缩松;铸件在收缩过程中会因型、芯阻碍作用产生铸造应力,很易出现裂纹;砂芯 的砂量大其定位、排气及芯铁强度都是待解决的问题,必须事先予以重视,想办法在工艺上 进行解决。 图1 铸件结构尺寸简图 1.2 确定浇注位置和分型面 如图 2 所示,铸件较高,因此采用三箱造型,以上下平面为分型面,上箱为冒口,下箱 为冷铁和浇口,中箱采取中间对开组芯造型。这样,铸件的整体结构全部在中箱内,有利于 保证铸件尺寸,形成自下而上的顺序凝固,以最大限度地消除内部缩松倾向。 1.3 浇注系统 采用开放式浇注系统,内浇道底返进入,这样的浇注系统结构简单、可靠,便于清理, 连续充型平稳,能获得轮廓完整清晰的铸件。依经验选择直浇口 2 个(采用φ 70 瓷管)分 布于两侧,其中一侧直浇口直接与铸件本体浇口相通,直浇道中心至壳体中心线mm(上、 中、下箱直浇道对正),横浇口 1 个(φ 65 瓷管) ,底返式内浇口 4 个(φ 55 瓷管) ;另一侧 直浇口直接与冒口相通,横浇口(φ 65 瓷管)1 个,内浇口(φ 40 瓷管)3 个。 图2 铸造工艺方案图 1.4 冒口 在铸件厚大部位处放置保温明冒口 400×600×875 两个、460×700×875 一个,经校验 冒口的补缩能力足够。 1.5 补贴 圆法兰颈上部设置 200mm 宽×600mm 长的补贴、下部增加 20mm 厚的随形防裂拉筋,方 台端补贴为厚 80mm×长 600mm,以增强垂直补缩距离。 1.6 冷铁 圆法兰端面及方台端面处两侧下部放置 140×180×δ 100 扇形随弧外冷铁共 4 块 (圆法 兰端面明冷铁 2 块,方端面隔砂暗冷铁 2 块) ;下箱冷铁共 7 块,其中明冷铁 3 块(中间 250 ×400×δ 150 一块,两侧 180×400×δ 130 各一块) ,隔砂(砂层厚 15—20mm)暗冷铁 200 ×160×δ 90 共 4 块。 暗冷铁设置和使用, 既起激冷作用又可防止收缩受阻, 以免产生裂纹。 1.7 砂芯 +3 +6 该铸件两个方孔 510±5、280-4 、182 -2 不允许超出给定的公差范围。因此,上下两半 砂芯采用换活块的方式共用一个芯盒,用φ 90×20 的厚壁钢管开设排气孔并缠绕草绳做芯 铁,以加强排气、增大退让性,方孔上部与下部均不留芯头,只在圆孔轴向两端预留 300mm 芯头进行定位,以保证型腔尺寸准确, 。 2、铸造生产控制 2.1 模样的制作 模样采用半实样,冒口补贴及拉筋为活块;加工余量为 10mm;铸造收缩率为 2%;起模 斜度 2.5°;分型负数 10mm(便于合箱调整壁厚) 。 2.2 造型方法 造型材料选用福建平潭天然硅砂,粒度 40—70 目,含泥量≤0.5%,水分≤0.5%,SiO2 含量大于 97%。使用型砂表面强度高、流动性好、退让性好、铸件表面光滑的新型水玻璃酯 硬化砂。混砂设备使用悬臂式混砂机,型砂(80%再生砂+20%新砂)+3%水玻璃+0.5%有机酯 固化剂;芯砂(60%再生砂+40%新砂)+3%水玻璃+0.5%有机酯固化剂。 在型腔表面和砂芯表面铺设 15mm 厚的铬铁矿砂, 其余地方刷锆英粉醇基涂料 2—3 遍以 防粘砂。 2.3 合箱 首先将内腔砂芯按正确位置组合好,其次码放中箱砂芯(注意方向) ,检查铸件尺寸保 证壁厚上下一致, 确保上箱浇冒口和下箱冷铁位置与中箱对正, 在芯头部位塞好石棉绳防止 跑火并引草绳至箱外以便排气。 2.4 冶炼浇注 ZG25CrNiMo 化学成分为(%) :C 0.26—0.30,Si 0.20—0.35,Mn 0.80—1.00, Cr 0.60 —1.00,Ni 0.50—0.95,Mo 0.20—0.30,Cu ≤0.18,P≤0.025,S≤0.025。给定的化学 成分范围窄,P、S 含量低。冶炼时加强脱硫除磷,贵金属镍、钼铁合金的加入量一定控制 在给定的范围内,准确配料,以确保铸件材质合格。 熔炼设备为 15 吨电弧炉,铸件毛坯包括浇冒口总重为 13.5t,一炉浇一件,浇注温度 为 1580℃。钢液脱氧一定要干净彻底,以防产生气孔。先浇通工件的底返式浇口,待冒口 中钢水上来高度接近其内浇口后,及时加保温剂,移动浇包继续浇注另一侧通冒口的浇口, 直到浇满为止。不用点冒口补缩,钢水消耗少,补缩效率高,且保证铸件的化学成分不变。 2.5 清理 铸件浇注成型在砂型内保温四天后开箱、回收冷铁,将型腔内芯砂清理干净,切除浇冒 口及补贴与拉筋,取出芯铁。 2.6 热处理工艺 铸件必须经过一次高温正火 940—950℃保温 12 小时,然后出炉空冷。二次细化晶粒正 火 880—900℃保温 10 小时,然后出炉空冷。粗加工检验合格后进行调质热处理,其中淬火 850±10℃保温 8 小时,然后迅速出炉水淬;回火 660—680℃保温 10 小时,然后出炉空冷。 铸件经调质热处理后,机械性能应达到: σ 0.2 ≥ 517MPa , σ b ≥ 655MPa , ψ ≥ 35%, δ ≥ 18%,AKV-29℃≥21J,表面硬度 HB 210—234。 2.7 铸件的补焊 该厚大的铸件在浇注充型过程中对型腔烘烤时间过长, 因此在铸件的顶部易产生局部小 块落砂或夹砂缺陷。铸件铸造缺陷的补焊,执行 ASME《锅炉压力容器规范》 。调质前外表面 用 J757Ni 焊条、内腔和通孔用 J857Cr 焊条,调质后全部使用 GQC 焊丝(保护气体为 80%氩 气+20%二氧化碳) 。 铸件表面 8mm 以下的缺陷用普通焊丝补焊, 大于 8mm 的用规定焊材补焊。 对于较大的缺陷剖净后均匀预热烘烤 300—350℃以上,磨净表面气刨渗碳层,再分层焊补。 对补焊处均匀预热并覆盖石棉布保温冷却至常温再修磨,直至探伤检验合格为止。 2.8 生产验证 依照该工艺铸造的特殊结构大型高压阀体低合金铸钢件,外观光洁耐看,表面美观。经 机加工做水压试验无渗漏和变形缺陷、 磁粉探伤无裂纹。 我公司生产的产品已经出口国外且 使用效果良好,无论是内在质量还是外在质量都得到了用户的好评。 3、结束语 特殊结构大型高压阀体低合金铸钢件的铸造生产, 采取中箱组芯造型铸造工艺, 来保证 铸件尺寸精度,此工艺方案合理可行;正确运用保温冒口、补贴、保温覆盖剂、冷铁,可获 得组织致密的铸件,力学性能达到技术条件要求。 作者简介:贾泽春 1962 年 4 月生人 大学文化 工程师 多年从事铸造理论研究与工艺设 计工作, 在全国知名刊物多次发表有价值的学术论文, 曾两次荣获秦皇岛市政府嘉奖。 地址: 秦皇岛市海港区海阳路 299 号 电线 E-mail:


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