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1、2020/9/3,閥門鑄造工藝,,蘭州理工大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,Lanzhou University of Technology,報告人：閻峰云 教授/博導(dǎo),工業(yè)流程控制工藝及閥門應(yīng)用技術(shù)講座 2014.8.26 蘇州,2020/9/3,主要內(nèi)容,鑄造概述 鑄造工藝簡介及發(fā)展 合金元素對鋼的鑄造性能影響 鑄件的質(zhì)量控制 鑄造CAE技術(shù)服務(wù)平臺簡介,，，，，。,2020/9/3,1、鑄造概述,一）何為鑄造：將液體金屬澆到具有與零件形狀相適應(yīng)的鑄型空腔中，待其凝固后，以獲得一定形狀尺寸和表面質(zhì)量的零件的產(chǎn)品，稱之為鑄造。 三大要素：合金、造型、澆注凝固 最大優(yōu)勢：可以成形復(fù)雜零件,202

2、0/9/3,二）鑄造發(fā)展（以造型方法為主） 鑄造：工藝古老，歷史悠久，曾經(jīng)輝煌。青銅器的失蠟鑄造。 20世紀30年代開始使用氣動機器和人工粘土砂工藝生產(chǎn)。 1933年出現(xiàn)水泥砂型， 1967年出現(xiàn)水泥流態(tài)砂型； 1944年出現(xiàn)冷硬覆膜樹脂砂殼型； 1955年出現(xiàn)熱法覆膜樹脂砂殼型， 1958年出現(xiàn)呋喃樹脂自硬砂型； 1947年出現(xiàn)CO2硬化水玻璃砂型， 1968年出現(xiàn)了有機硬化劑的水玻璃。 近50年來，用物理手段制造鑄型的新方法，如：磁丸造型，真空密封造型法，消失模造型等。 基于金屬型的各種鑄造方法。 如離心鑄造、高壓壓鑄、低壓鑄造、液態(tài)擠壓等,2020/9/3,三）鑄造特點 適應(yīng)性

3、廣，靈活性大。所有的金屬材料產(chǎn)品。鑄造不受零件的重量、尺寸和形狀限制。重量可從幾克到幾百噸，壁厚由0.3mm到1m，形狀可以是十分復(fù)雜的零件。 所用的原輔材料大多來源廣，價格低廉，如廢鋼、砂等。 鑄件可通過先進的鑄造工藝方法，提高鑄件的尺寸精度和表面質(zhì)量，使零件做到少切割和無切割。 鑄件綜合成本低，投資少，上馬快。 鑄造部分企業(yè)工藝落后，機械化程度低，生產(chǎn)效率低。 鑄件的尺寸精度低、表面質(zhì)量差、企業(yè)效益差。高耗能、高污染、高勞動強度。 鑄造屬于高危行業(yè)，工作苦、臟、累。行業(yè)效益差，人才流失嚴重。 鑄造工序較多，流程長，對產(chǎn)品質(zhì)量難以控制、廢品率較高，鑄件成本大幅上升。,2020/9/3,2、鑄

4、造工藝簡介及發(fā)展,根據(jù)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、大小及技術(shù)要求制定鑄造方式。通常分為兩種：砂鑄和特種鑄造。砂鑄：有粘土砂、樹脂砂（呋喃、堿性酚醛、聚尿烷等）、殼型鑄造 水玻璃砂(CO2法、真空CO2置換（VRH）、熱空氣法、硅酸二鈣和赤 泥等粉狀硬化劑的自硬砂、有機酯硬化。特鑄：有熔模鑄造（失蠟鑄造）、陶瓷型鑄造、磁性鑄造、真空密封造型、 消失模鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造（高、低、差）、離心鑄造、 真空吸鑄等。 企業(yè)根據(jù)所具備的生產(chǎn)條件確定鑄造方式。,2020/9/3,一）砂型鑄造工藝,1、型砂型（芯）砂質(zhì)量對鑄件質(zhì)量有很大的影響，如：夾砂、砂眼、粘砂氣孔、裂紋等缺陷的產(chǎn)生常是由于型砂質(zhì)量不合格所致

5、。 型砂性能對鑄件質(zhì)量有重大影響。型砂應(yīng)具備如下性能： （1）強度在外力作用下，其不易被破壞的性能稱為強度。在鑄型制造、搬運以及澆注時，不發(fā)生變形、損壞。否則造成塌箱、沖砂和砂眼等缺陷。 （2）透氣性型砂由于各砂粒間存在空隙，具有能使氣體透過的能力稱為透氣性。對應(yīng)型芯的發(fā)氣性。 （3）耐火度型砂在高溫金屬液作用下不軟化、熔化的性能。當(dāng)耐火度不足時，形成粘砂，輕則使切削時加快刀具磨損。重則使鑄件報廢，為彌補型砂耐火度不足，在鑄型型腔表面刷一層涂料。 （4）退讓性型（芯）砂具有隨著鑄件的冷卻收縮而被壓縮其體積的性能，澆注后，型砂高溫強度愈低，退讓性愈好，鑄件所受機械阻力也小。鑄件內(nèi)應(yīng)力減??；反之

6、收縮受阻，內(nèi)應(yīng)力大，甚至產(chǎn)生裂紋。 上述主要是鑄型的工作性能。還有回用性、潰散性、流動性和可塑性等工藝性能，對于樹脂砂還有微粉、灼燒減量、堿性樹脂的殘堿量、原砂的酸耗值等。,2020/9/3,2、型砂的分類：按照粘結(jié)劑的不同，型砂可分為： （1）粘土砂（2）水玻璃砂（3）樹脂砂(4)油砂及合脂砂。 樹脂砂工藝是鑄造工藝上的一次大變革，它采用“樹脂”作為粘接劑，使鑄造工藝在各個方面都上了一個臺階。 樹脂砂工藝的種類很多如殼芯，熱芯盒、冷芯盒，自硬砂等等。 呋喃樹脂自硬砂工藝不僅適用大批量的機械化生產(chǎn)，同時也適用于單件、多品種、小批量生產(chǎn)，它同傳統(tǒng)粘士砂比較它具有如下優(yōu)點：生產(chǎn)鑄件尺寸精度高，表

7、面粗糙度低，節(jié)省能源，提高勞動生產(chǎn)，改善工勞動件，舊砂回率高，污染小等。 該工藝自上世紀八十年代引入中國（蘭石、蘭高閥，自貢機床），尤其是生產(chǎn)線投入，相關(guān)技術(shù)原材料問題的解決。在我國發(fā)展很快，尤其在機床、造船、重機、電工等行業(yè)，所使用都取得較好的成果。 局限性，在澆注碳鋼薄壁鑄件時，因其高溫強度較高，故極易產(chǎn)生裂紋缺陷。高端閥門有問題，同時也有一個鑄件表面滲碳問題，對生產(chǎn)超低碳不銹鋼最好不要采用該工藝。,2020/9/3,9,3、造型方法： 造型方法分為手工造型和機器造型：手工造型適用于單件，小批量生產(chǎn)。 按砂箱特征可分為：兩箱、三箱、地坑、脫箱幾種。 按模型特征可分為：整模、挖砂、假箱、活塊

8、、分模、車板等。 4、砂型鑄造工藝設(shè)計 正確而有效的控制鑄件凝固是獲得優(yōu)質(zhì)鑄鋼件的頭等重要條件。工藝措施如：澆注系統(tǒng)、冒口和冷鐵、工藝補正量等。閥門鑄鋼件由于其壁厚不均勻，應(yīng)該采取順序冷卻、順序凝固的原則，以減少內(nèi)應(yīng)力、縮孔和縮松等缺陷。 控制鑄鋼件順序凝固的工藝措施： 1）設(shè)計合理分型位置、澆注位置和澆注系統(tǒng)。 2）冒口設(shè)計在鑄件最后凝固的部位，在起到補縮作用的同時，延緩冒口周圍鋼水的凝固，造成順序凝固的條件。保溫冒口應(yīng)用。 3）澆注操作時，當(dāng)鋼水上升至冒口高度1/4時，改從冒口頂上澆注，其作用可以增加鋼水壓頭，還可以提高冒口溫度。,2020/9/3,4）鑄鋼冒口尺寸的確定：其方法有模數(shù)法

9、；比值法和熱節(jié)圓法。目前工廠里為了滿足便捷的設(shè)計要求，常用的是熱節(jié)圓法，來確定冒口的尺寸。5）鑄件收縮率的選定：鑄鋼件在凝固冷卻的過程中，其體積和尺寸都會收縮減小，由液態(tài)凝固為固態(tài)的收縮量一般以長度的改變量--線收縮率來表示（%）。 影響鑄造收縮率的因素很多，主要有金屬合金的種類、鑄件結(jié)構(gòu)和尺寸長度，另外造型材料、型芯的緊實程度等也影響鑄件產(chǎn)生非自由收縮率。,2020/9/3,（2）典型的砂型鑄造生產(chǎn)流程,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2020/9/3,（3）幾種砂鑄工藝,1） 濕型砂：粘結(jié)劑為膨潤土。有一定的濕態(tài)強度，砂型退讓性較好。造型生產(chǎn)效率高，成本低，

10、便于中小件大批量生產(chǎn)。缺點是：鑄件易產(chǎn)生氣孔、夾砂、粘砂等缺陷，內(nèi)在質(zhì)量不高。多用于低壓鑄鐵閥門。鑄鋼件閥門極少用。 鑄鋼件濕型砂的配比及性能表,,干型砂：國家明令禁止要淘汰?。。?2020/9/3,2）水玻璃砂,以水玻璃為粘結(jié)劑。多采用CO2硬化（普通CO2硬化，VRH法，熱CO2）氣硬化法造型和造芯的各種優(yōu)點，但存在型殼潰散性差，鑄件清砂困難以及舊砂再生、回用率低的缺點。最大特點：成本低，發(fā)氣性低。 水玻璃CO2硬化砂配比及性能表：,,2020/9/3,普通水玻璃CO2法大件。水輪機球閥閥體，碳鋼ZG230-400H 重14T（東方電機）,原砂采用 28/55目95%石英砂

11、加約1% 粘土混勻 ,然后加人水玻璃混勻 水玻璃比重控制在1.8-2.5，濃度在50-52度 模數(shù)控制：夏秋2.2-2.4,冬春2.4-2.6 混碾時間: 干混2min,濕混8min 濕透氣性250,濕壓強度0.07-0.15kg/cm2； 干拉強度15kg/cm2（220250烘干）,2020/9/3,VRH-CO2水玻璃砂,工藝參數(shù) 真空度: 19952660Pa之間; 水玻璃 模數(shù):2.052.20, 密度:1.501.54g/cm3; 水玻璃加入量:面砂 2.5%4.0%,背砂 1.5%2.5%; CO2用量: CO2吹氣壓力0.04MPa左右,延時 90140s,問題： 1）鑄型強度

12、及表面穩(wěn)定性 在VRH-CO2法中, 日本工藝, 面砂水玻璃加入量< 3. 0。面砂在3.5%左右, 背砂在2.5%左右, 鑄型強度及表面穩(wěn)定性較好。氣溫對硬化有很大影響。 2）潰散性問題 比傳統(tǒng)水玻璃砂潰散性有所提高。潰散性的大小與水玻璃加入量及開箱時間有關(guān)。一般控制在鑄型溫度 200。 3） 閥體裂紋問題：薄壁與壁厚不均勻的大口徑閥體易于產(chǎn)生裂紋。,2020/9/3,酯硬化水玻璃砂,優(yōu)點 水玻璃加入量低 ( 一般 2. 5% 3. 5% ) ,強度高。 型砂工藝性能優(yōu)良, 冬季硬透性好 , 硬化速度通過粘結(jié)劑和固化劑種類的調(diào)整可調(diào)。 型芯砂潰散性好 , 鑄件出砂清理容易。舊砂易于干法再生

13、, 回用率 80%。 鑄件質(zhì)量和尺寸精度可與樹脂砂工藝相似。 型芯砂熱塑性好 , 發(fā)氣量較低 , 可防止鑄件產(chǎn)生裂紋和氣孔等缺陷。 原砂的適用范圍廣 , 可以用硅砂、鉻、鐵礦砂或鎂橄欖石砂等。 在各種自硬砂工藝中, 其生產(chǎn)成本低 , 工作環(huán)境好。 問題：1）對水玻璃要求高，改性水玻璃研發(fā)， 2）對氣溫敏感。,2020/9/3,3）呋喃樹脂自硬砂造型,以呋喃樹脂為粘結(jié)劑。固化劑為無機、有機或混合酸。流動性好，易于緊實；潰散性好，鑄件的型砂易于清理；鑄件尺寸精度高，表面光潔度好，可以大大提高鑄件質(zhì)量。缺點：對于原砂的質(zhì)量要求高，生產(chǎn)現(xiàn)場有輕微的刺激性氣味，而且樹脂的成本也較高。 呋喃樹脂自硬砂

14、混合料配比及混制工藝：,樹脂自硬砂最好采用連續(xù)式混砂機。各種原料的加入順序如下： 原砂+固化劑（對甲苯磺酸水溶液）-（120180S）-樹脂+硅烷-（6090S）-出砂,2020/9/3,1）樹脂中加入0.3%的硅烷。 2）固化劑的濃度為7080%，加入量（占樹脂）隨室溫與砂溫而變。如室溫、砂溫在1015，固化劑加入量為605；室溫、砂溫1520，固化劑加入量為50%；如室溫15，砂溫可加熱到20，固化劑加入量為50%。,10in-300閘閥閥體，450Kg,2020/9/3,1）熔模鑄造 閥門行業(yè)常用的方法，主要生產(chǎn)中小鑄件。 兩種工藝方法： 采用低溫蠟基模料（硬脂酸+石蠟）、低壓注蠟、

15、水玻璃型殼、熱水脫蠟、大氣熔煉澆注工藝，主要用于質(zhì)量要求一般的碳素鋼和低合金鋼鑄件，鑄件尺寸精度可達國家標準級。 采用中溫樹脂基模料、高壓注蠟、硅溶膠模殼、蒸汽脫蠟、快速大氣或真空熔煉澆注工藝，鑄件尺寸精度可達級的精密鑄件。,一）特種鑄造工藝,2020/9/3,熔模鑄造工藝優(yōu)勢與劣勢,鑄件尺寸精度高，表面粗糙度值?。撼叽鏑T4-6級，表面粗糙度Ra3.2-12.5； 可鑄造形狀復(fù)雜的鑄件：典型空心葉片，應(yīng)用于鑄件輕量化技術(shù)； 合金材料不受限制：各種合金材料均可。 生產(chǎn)靈活性高、適應(yīng)性強：由于工裝的靈活性，相應(yīng)生產(chǎn)不受批量的限制。,A、優(yōu)勢,2020/9/3,鑄件尺寸不能太大：鑄件重量最大可做到

16、1000Kg，超出重量鑄件難度較大； 工藝流程繁瑣、生產(chǎn)周期長。 影響鑄件質(zhì)量因素太多，工序質(zhì)量控制難度增大； 鑄件冷卻速度較慢：導(dǎo)致鑄件晶粒粗大，碳鋼件易脫碳。 用于鑄造承壓薄殼閥門鑄件時，其承壓能力不能很高。,B、劣勢,2020/9/3,工藝流程,制模,蠟?zāi)＝M樹,制殼,脫 蠟,型殼焙燒,合 金 熔 煉,澆 注,脫 殼,落 件,模具制造,磨澆口,,,,,,,,,,,,拋丸,,精整,校正,,探傷防銹,,品質(zhì)檢查,,成品入庫,,熱處理,,,2020/9/3,流程示意圖,注蠟,制模,組樹,涂料,撒砂,脫蠟,型殼焙燒,澆注,清理,鑄件,干燥,2020/9/3,制殼工藝,,2020/9/3,不銹鋼閥

17、門精鑄工藝,美標10 英寸(254 mm)41 型閘閥閥體, 公稱壓力為4.13MPa(600psi ) , 美標材質(zhì)為AISI/ASTM 321, 鑄件質(zhì)量439.5kg。,面層采用鋯英砂較剛玉和石英砂的表面質(zhì)量要好些。加固層使用莫來石。 制殼工藝采用硅溶膠+ 水玻璃作粘結(jié)劑的復(fù)合型殼。前3 層硅溶膠型殼以較高的粉液比可獲得較高的表面質(zhì)量, 加固層采用水玻璃涂料, 一是可縮短制殼周期, 二是利于水煮脫蠟工藝的實行, 以彌補硅溶膠制殼的濕強度不高。,2020/9/3,,,圖a冒口比圖b冒口的靜壓頭要高一些, 但截面積只有圖b冒口的83.8%, 整體樣如同花瓶般, 中間的鼓肚上有縮頸。,2020

18、/9/3,3、合金元素對鋼的鑄造性能影響,2020/9/3,,,2020/9/3,,,2020/9/3,4、鑄件質(zhì)量控制,一什么是鑄件質(zhì)量 在鑄件生產(chǎn)中“質(zhì)量”二字，有兩方面的含義。一是鑄件本身的質(zhì)量，即鑄件在使用過程中滿足用戶要求的程度；二是工程質(zhì)量，即生產(chǎn)鑄件的工藝過程對產(chǎn)品質(zhì)量提供保證的程度。兩者內(nèi)容不同，但有相關(guān)。如管理技術(shù)落后，工程質(zhì)量差的鑄造企業(yè)，通過精工細作，不惜工本也能制造出質(zhì)量好的鑄件，如設(shè)施和管理都好的鑄造企業(yè)在承制要求不高的鑄件時，也不必刻意求精。,2020/9/3,1鑄件本身的質(zhì)量 評定鑄件質(zhì)量依據(jù)，首先是看其是否能滿足使用條件和設(shè)計者對其結(jié)構(gòu)和功能的要求，其次是經(jīng)濟性

19、，要求以最低的生產(chǎn)成本滿足產(chǎn)品的質(zhì)量要求，要用價值工程的觀點來分析生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)，對鑄件企業(yè)來講保持產(chǎn)品的競爭能力。 2工程質(zhì)量 工程質(zhì)量是指企業(yè)的管理水平和技術(shù)素質(zhì)對產(chǎn)品質(zhì)量要求的保證程度，其主要因素是從業(yè)人員的素質(zhì)、工藝技術(shù)水平、生產(chǎn)用原材料的控制和管理、設(shè)備狀況、工藝裝備的質(zhì)量和企業(yè)的質(zhì)量保證體系。,2020/9/3,二對鑄件的要求,1對鑄件材質(zhì)要求 實物的成分和機械性能應(yīng)滿足設(shè)計規(guī)定的標準和選定的材料牌號。 2尺寸公差、重量公差和表面粗糙程度 尺寸公差、質(zhì)量公差、表面粗糙度都是反映鑄件質(zhì)量的重要指標，但對各種各類的鑄件要求程度卻不盡相同。,2020/9/3,（1）鑄件的尺寸公差 應(yīng)符合

20、我國標準GB/T6414鑄件尺寸公差和機械加工余量，其中分16個等級，根據(jù)鑄件的材質(zhì)和選用的生產(chǎn)方式確定鑄件公差等級CT（鑄件的尺寸公差等級），根據(jù)不同的公稱尺寸查找具體公差值。一般粘土砂選14級、自硬砂1112級。 （2）鑄件的重量公差MT 重量公差按GB/T11351鑄件重量公差，同樣規(guī)定了16個等級，同上確定公差等級CT，根據(jù)不同重量查找公差數(shù)值。一般確認方式有下列幾個： 1)成批大量生產(chǎn)時，由供需雙方共同隨機抽10件，取其平均值； 2)小批、單件以合格鑄件的實際重量，供需雙方確認； 3)以標準樣品的實際重量作為公稱重量。,2020/9/3,,（3）鑄件的表面粗糙度M 到目前為止，我國尚

21、未制定鑄件粗糙度的分級標準，國際也未制定有關(guān)標準，目前大多數(shù)國家評定表面粗糙度的參數(shù)是用鑄件表面的輪廓算術(shù)平均偏差（Ra），單位用微米（um） 檢測粗糙度需用專用儀器，當(dāng)前各工業(yè)國家都采用標準樣塊作對比法評定。,2020/9/3,,3.鑄件的質(zhì)量 （1）鑄件外觀質(zhì)量 通常鑄件的設(shè)計者根據(jù)鑄件的使用條件予以規(guī)定，或由供需雙方協(xié)商確定其鑄件上允許存在的缺陷，其缺陷一般通過檢驗人員用目測方法來檢查。通常按MSSSP-55閥門、法蘭及管件和其他管道元件鑄鋼件質(zhì)量體系不規(guī)則表面的目測方法。如表面質(zhì)量要求高的可提出鑄件需通過滲透探傷或磁粉探傷法檢測，這兩種無損傷檢測應(yīng)按ASTMB16.34附錄B規(guī)定驗收。

22、,2020/9/3,,（2）鑄件的內(nèi)在質(zhì)量 通常情況下不規(guī)定檢測鑄件的內(nèi)部缺陷，特殊產(chǎn)品才有要求。檢驗鑄件內(nèi)部質(zhì)量狀態(tài)，一般的二種方式：一為鑄件解剖，二為無損檢測。 無損檢測主要有滲透探傷（PT）、磁粉探傷（MT）、超聲波探傷（UT）和射線探傷（RT）。,2020/9/3,三對鑄造廠質(zhì)量保證體系考察,鑄件的買方不僅注意鑄件本身的質(zhì)量，還要關(guān)心鑄件生產(chǎn)廠制造鑄造的工程質(zhì)量。對閥門的采購而言，因鑄件在閥門中按重量來講占有整臺閥門重量的90%左右，可見其鑄造的重要性，而產(chǎn)品的質(zhì)量可靠性和經(jīng)濟性與生產(chǎn)廠的工程質(zhì)量有重要的相依關(guān)系。因此購買閥門時，對閥門的生產(chǎn)廠的實際能力，即鑄件是否自己生產(chǎn)，還是采購，

23、也可講其工程質(zhì)量是否能滿足你所采購的物品的要求，對其進行質(zhì)量保證考察。,2020/9/3,質(zhì)量保證考察對鑄造一方面主要有三方內(nèi)容：,1、生產(chǎn)單位的質(zhì)量保證體系，包括質(zhì)量管理機構(gòu)、質(zhì)量責(zé)任制、質(zhì)量信息網(wǎng)絡(luò)、標準化組織、計量工作、對從業(yè)人員的質(zhì)量教育、產(chǎn)品的技術(shù)檔案管理，技術(shù)資料等要求做到可追溯性 2、生產(chǎn)單位的基本設(shè)施，包括 生產(chǎn)設(shè)備（企業(yè)的機械化程度） 工藝裝備（如砂箱的完好車，定位銷等輔助裝備） 生產(chǎn)過程中的監(jiān)控,2020/9/3,,3、生產(chǎn)單位的人員素質(zhì)，包括 生產(chǎn)工人上崗前是否經(jīng)過技術(shù)培訓(xùn) 關(guān)鍵工序的操作者是否經(jīng)過必要的培訓(xùn)和上崗資格認定 從業(yè)人員的文明生產(chǎn)習(xí)慣,2020/9/3,四、鑄

24、件缺陷分析,任何的鑄件內(nèi)部都是會有缺陷的，這些缺陷的存在給鑄件的內(nèi)在質(zhì)量帶來很大的隱患，在生產(chǎn)過程中為消除這些缺陷進行的焊補也會給生產(chǎn)流程帶來很大的負擔(dān)。尤其是閥門作為承受壓力、溫度的薄殼鑄件，其內(nèi)部的組織致密性非常重要。因此，鑄件的內(nèi)部缺陷成為影響鑄件質(zhì)量的決定因素。 閥門鑄件的內(nèi)部缺陷主要有氣孔、夾砂、砂眼、縮松和裂紋等。,2020/9/3,（1）氣孔：氣孔由氣體產(chǎn)生，孔洞表面光滑，產(chǎn)生在鑄件內(nèi)部或近表面，形狀多呈圓形或長圓形。 生成氣孔的氣體主要來源有：金屬中溶解的氮、氫在鑄件凝固的過程中被包容于金屬之中，形成封閉的圓形或橢圓形內(nèi)壁有金屬光澤的氣孔。造型材料中的水分或揮發(fā)物質(zhì)都會因受熱而

25、變成氣體，形成內(nèi)壁為暗褐色的氣孔。金屬在澆注過程中，由于流動不穩(wěn)定，將空氣卷入而生成氣孔。,2020/9/3,,孔洞類常見缺陷主要有： 氣孔、渣氣孔、縮孔、縮松等缺陷。,氣孔(集中性氣孔) 特征：鑄件上存在著光滑孔眼缺陷,往往出現(xiàn)在鑄件個別部位。,2020/9/3,渣氣孔特征：鑄件表面存在著夾雜物與氣孔并存的孔眼，呈分散狀。,2020/9/3,,氣孔缺陷的防止方法： 在冶煉方面應(yīng)盡量少用或不用銹蝕的金屬原料，工具和鋼水包要烘烤干燥。 鋼水澆注要高溫出爐、低溫澆注，鋼水要適當(dāng)鎮(zhèn)靜以利于氣體的上浮。 澆冒口的工藝設(shè)計要增大鋼水的壓頭，避免氣體卷入，并設(shè)置人工氣路，合理排氣。 造型材料要控制含水量、

26、發(fā)氣量，增加透氣性，砂型和砂芯要盡量烘烤干燥。,2020/9/3,,（2）縮孔（松）：它是產(chǎn)生在鑄件內(nèi)部的（尤其是在熱節(jié)部位）呈連貫或不連貫的圓形或不規(guī)則的空洞（腔），內(nèi)表面粗糙，顏色較暗，金屬晶粒粗大，多呈樹枝狀結(jié)晶，聚集在一處或多處，水壓試驗時容易發(fā)生滲漏。 產(chǎn)生縮孔（松）的原因：金屬由液態(tài)凝固為固態(tài)時發(fā)生體積收縮，此時如得不到足夠的鋼水補充，則必然產(chǎn)生縮孔。鑄鋼件的縮孔基本是由于對順序凝固過程控制不當(dāng)而造成的，原因可能有冒口設(shè)置不正確、鋼水澆注溫度過高，金屬收縮量大等。,2020/9/3,縮孔特征：鑄件內(nèi)部存在的表面粗糙、形狀不規(guī)則的粗 大且集中的孔洞。,2020/9/3,縮松 特征：鑄

27、件內(nèi)部有許多細小、分散且形狀不規(guī)則孔壁粗糙的孔眼,稱為縮松。,2020/9/3,,防止縮孔（松）產(chǎn)生的方法： 科學(xué)的設(shè)計鑄件的澆注系統(tǒng)，使鋼水實現(xiàn)順序凝固，先凝固的部位應(yīng)有鋼水補充。 正確、合理的設(shè)置冒口、補貼、內(nèi)外冷鐵，確保順序凝固。 在鋼水澆注時，最后從冒口處頂注補澆有利于保證鋼水溫度和補縮，減少縮孔的產(chǎn)生。 在澆注速度方面，低速澆注比高速澆注有利于順序凝固。在澆注溫度方面不宜過高，鋼水高溫出爐，經(jīng)鎮(zhèn)靜后澆注，有利于減少縮孔。,2020/9/3,,（3）砂（渣）眼： 是在鑄件的內(nèi)部出現(xiàn)不連貫的圓形的或不規(guī)則的孔洞，孔內(nèi)夾雜著型砂或鋼渣，尺寸大小沒有規(guī)律，聚集在一處或多處，往往在上型的部分較

28、多。,2020/9/3,,產(chǎn)生砂（渣）眼的原因：渣眼是由于鋼水在冶煉或澆注過程中，離散的鋼渣隨著鋼水進入鑄件形成的。砂眼是由于造型時型腔的緊實度不夠，當(dāng)鋼水澆入型腔時，型砂被鋼水沖起進入鑄件內(nèi)部造成的。另外修型、合箱時操作不當(dāng)，有掉砂現(xiàn)象也是造成砂眼的原因。,2020/9/3,,防止砂（渣）眼產(chǎn)生的方法： 鋼水冶煉時要盡量排氣排渣徹底，鋼水出爐后在鋼水包里鎮(zhèn)靜一下，有利于鋼渣的上浮。 鋼水的澆注包盡量不用翻包，而用茶壺包或底注包，以免鋼水上部的渣子順著鋼水進入鑄件型腔。 在鋼水澆注時要采取蓖渣措施，盡量減少鋼渣隨鋼水進入型腔。 為了減少夾砂的可能，在造型時要保證砂型的緊實度，修型時注意不要掉砂

29、，合箱前要將型腔吹干凈。,2020/9/3,（4）夾砂、鼠尾,B1、特征： 夾砂 鑄件表面局部呈翹舌狀金屬 疤塊， 金屬疤塊與鑄件間夾 有片狀型殼層（砂），又稱 結(jié)疤夾砂。 鼠尾 鑄件表面呈現(xiàn)條紋狀溝痕。 夾砂鼠 尾是熔模鑄造中常 見的表面缺陷， 常出現(xiàn)在 鑄件大平面或過熱處。,,,2020/9/3,夾砂形成原因: 型殼分層，主要有以下幾種情況: 面層涂料撒砂后干燥、硬化不良。 面層撒砂太細，過度層撒砂太粗，造成過度層與面層結(jié)合不好及砂中粉塵太多。 涂下層時，上層存在浮砂未清除。 涂料粘度過大，涂料流動性不好，產(chǎn)生局部堆積造成硬化不良。

30、 殘余硬化液作用在下層涂料上，使涂料兩面硬化，但兩面都硬化不透，使涂料本身形成未硬化的夾層。,2020/9/3,夾砂防止措施: 面層型殼充分干燥，硬化。 降低第二層涂料粘度,防止面涂料堆積。 面層撒砂不易過細，層間撒砂粒度差不易過于懸殊。 砂中粉塵含量及含水量要盡量小，并注意涂料前的浮砂去除。 型殼過濕不宜高溫入爐焙燒 盡量避免鑄件的大平面結(jié)構(gòu)平面向上或平面澆注。 必要時，在大平面結(jié)構(gòu)的鑄件上加設(shè)工藝筋、工藝孔，防止型殼分層導(dǎo)致鑄件產(chǎn)生此類缺陷。,2020/9/3,（5）粘砂,分為機械粘砂、化學(xué)粘砂 在用石英砂型殼澆注高錳鋼或高合金鋼鑄件時, 會發(fā)生類似情況，金屬液中鎳、鉻、鈦、錳等元素

31、易氧化。他們的氧化物在高溫時與型殼中SiO2反應(yīng)生成低熔點化合物，造成化學(xué)粘砂。 當(dāng)石英粉中存在金屬氧化物Fe2O3等有害雜質(zhì)時, 會顯著降低型殼耐火度，使粘砂更為嚴重。 澆注溫度過高，鋼水氧化，與型殼發(fā)生界面反應(yīng),造成化學(xué)粘砂。 澆注系統(tǒng)設(shè)計不合理，造成型殼局部過熱，也會造成化學(xué)粘砂。,2020/9/3,粘砂防止措施 嚴格控制涂料中的雜質(zhì)含量，特別是Fe2O3含量。 正確選擇耐火材料，做高錳鋼和高溫合金鋼鑄件時，應(yīng)選用中性耐火材料為宜，如電熔鋼玉或鋯英砂粉等。 合金在熔煉及澆注時，應(yīng)盡可能避免金屬液氧化并充分脫氧、除氣。 在可能的條件下，適當(dāng)降低金屬液澆注溫度，薄壁件以提高型殼溫度，盡量做到

32、出殼后馬上澆注為宜。 改進澆注系統(tǒng)，改善型殼散熱條件，防止局部過熱。,2020/9/3,,（6）裂紋：鑄件的裂紋大多為熱裂紋，其形狀不規(guī)則，有穿透或不穿透、連續(xù)或斷續(xù)，裂紋處的金屬呈暗色或有表面氧化。 產(chǎn)生裂紋的原因：有兩個方面，即高溫應(yīng)力與液膜變形。,2020/9/3,冷裂紋特征： 鑄件上連續(xù)地直線或折線及圓滑曲線狀穿過晶體的裂紋，稱為冷裂。外型呈寬度均勻的細長直線或折線 及圓滑曲線，而且常常穿過整個鑄件截面，斷口干凈，具有金屬光澤或輕微的氧化色。（說明裂紋出現(xiàn)在較低溫度),,2020/9/3,熱裂（常見及危害較大），是中碳鋼、合金鋼最常見和危險較大的缺陷之一。,特征 ：外裂：裂口從鑄件表面

33、開始，逐漸延伸到內(nèi)部呈表面寬而內(nèi)部窄,裂紋被氧化而變色。 內(nèi)裂: 通常產(chǎn)生在鑄件最后凝固的地方(熱節(jié)處) 有時出現(xiàn)在縮孔的下部,不規(guī)則、有分叉。,2020/9/3,,高溫應(yīng)力是鋼水在高溫下收縮變形受阻而形成的應(yīng)力，當(dāng)該應(yīng)力超過了金屬在該溫度下的強度或塑性變形極限時便產(chǎn)生了裂紋。液膜變形是鋼水在凝固結(jié)晶過程中晶粒之間產(chǎn)生液膜，隨著凝固結(jié)晶的進行，液膜發(fā)生變形，變形量和變形速度超過一定極限時，便產(chǎn)生了裂紋。熱裂紋產(chǎn)生的溫度范圍約在12001450左右。,2020/9/3,,產(chǎn)生裂紋的影響因素： 鋼中S、P元素是產(chǎn)生裂紋的有害因素，他們和鐵的共晶物降低了鑄鋼在高溫的強度和塑性，導(dǎo)致裂紋產(chǎn)生。 鋼

34、中的夾渣和偏析增加了應(yīng)力集中，因而增加了熱裂傾向。 鋼種的線收縮系數(shù)越大，熱裂的傾向越大。 鋼種的導(dǎo)熱系數(shù)越大，表面張力越大，高溫機械性能好，熱裂的傾向越小。 鑄件的結(jié)構(gòu)設(shè)計工藝性不好，如圓角太小、壁厚懸殊太大、應(yīng)力集中嚴重，都會產(chǎn)生裂紋。 砂型的緊實度太高，型芯的退讓性不良阻礙鑄件收縮會增加裂紋傾向。 其它如澆冒口排列不當(dāng)、鑄件冷卻速度太快、切割澆冒口及熱處理造成過大應(yīng)力等也都會影響裂紋的產(chǎn)生。,2020/9/3,,針對以上裂紋產(chǎn)生的原因和影響因素，采取對應(yīng)的措施，就可以減少和避免裂紋缺陷的產(chǎn)生。 綜合以上鑄造缺陷產(chǎn)生原因的分析，查找存在的問題，采取相應(yīng)的改進措施，就可以找到解決鑄造缺陷的方

35、法，有利于鑄件質(zhì)量的提高。,2020/9/3,5、鑄造CAE技術(shù)簡介,平臺部署：提供完整CAD/CAE/CAM平臺搭建，定制和維護；開發(fā)自主產(chǎn)權(quán)的系統(tǒng)，為客戶制定符合企業(yè)的戰(zhàn)略目標企業(yè)信息化平臺的規(guī)劃，統(tǒng)籌信息化產(chǎn)品的管理,軟件系統(tǒng)：提供國際一流的專業(yè)工程軟件代理、銷售、培訓(xùn)和技術(shù)支持,咨詢服務(wù)：專注為制造企業(yè)或研發(fā)機構(gòu)提供專業(yè)、專家級、高附加值的工程技術(shù)咨詢服務(wù),鑄造CAE技術(shù)平臺功能,2020/9/3,,鑄造CAE技術(shù)服務(wù)平臺,,,鑄造技術(shù)難題,鑄件工藝優(yōu)化 鑄件工藝設(shè)計 鑄件形狀輕量化設(shè)計 鑄件工藝驗證 鑄件材料測試與研發(fā) ,鑄件生產(chǎn)銷售,,,,,,鑄造 CAE平臺,發(fā)揮各自優(yōu)勢 助力產(chǎn)

36、業(yè)創(chuàng)新,2020/9/3,鑄件設(shè)計新理念（鑄造CAE）,2020/9/3,工藝優(yōu)化：全方位缺陷預(yù)測,軟件解決的 鑄造問題,模具壽命熱裂,裹氣,縮孔、縮松,冷隔、澆不足,沖砂,裂紋,2020/9/3,原始設(shè)計件,減少: -29%,鑄件,鑄件輕量化設(shè)計,2020/9/3,鑄造類型,真空吸鑄,壓力鑄造,離心鑄造,除重力鑄造以外,2020/9/3,,,第七屆鑄造專業(yè)委員會委員合影留念,平臺的行業(yè)專家,學(xué)校作為中國鑄造專業(yè)委員會常務(wù)理事單位,2020/9/3,徐志安研究員、博導(dǎo)。 1991 年至1994年在比利時根特大學(xué) 應(yīng)用科學(xué)學(xué)院學(xué)習(xí)(博士)， 1994年至1995年在

37、比利時根特 大學(xué)應(yīng)用科學(xué)學(xué)院博士后研究，1995年至今在比利時 SIRRIS國家工業(yè)研究院研究員，主要從事鑄造CAE軟件 ViewCast的研發(fā)，“鑄造CAD/CAE公共服務(wù)平臺”高級 海外專家顧問，為鑄造工程研究中心提供技術(shù)支持和咨詢,主要技術(shù)帶頭人,2020/9/3,已經(jīng)申請到甘肅省鑄造CAE工程實驗室，可以為廣大企業(yè)提供相關(guān)服務(wù),2020/9/3,合作伙伴,,,,,,,2020/9/3,,具備基礎(chǔ)條件,2020/9/3,,校企合作,與企業(yè)聯(lián)合成立了鑄造工程技術(shù)研究中心，開發(fā)了一批技術(shù)含量高的產(chǎn)品，攻克了多項技術(shù)難關(guān)。,產(chǎn)學(xué)研合作,2020/9/3,,與10余家企業(yè)簽訂了服務(wù)協(xié)議。,校企合

38、作,產(chǎn)學(xué)研合作,2020/9/3,成功實施的案例,建立了溫州泵閥企業(yè)鑄造CAE技術(shù)服務(wù)中心,成功實施的案例,與10余家企業(yè)建立合作關(guān)系,2020/9/3,模擬計算鑄件縮孔縮松區(qū)域,內(nèi)部缺陷透視圖,澆注系統(tǒng)充型平穩(wěn),熔模鑄造不銹鋼高壓閥殼，企業(yè)原使用工藝鑄造產(chǎn)品打壓不合格，表面和內(nèi)部均有缺陷,成功實施的案例,2020/9/3,內(nèi)部和表面的缺陷消失，打壓合格，出品率55%,改進工藝表面缺陷消失,改進工藝,成功實施的案例,2020/9/3,,成功實施的案例,針對蘭煉集團公司鑄鋼廠生產(chǎn)的不銹鋼閥體件 (重量大約5.6噸)、澆注溫度高以及流動性差等生產(chǎn)問題，對其鑄造工藝進行了模擬與改進，較大程度地指導(dǎo)了

39、生產(chǎn)實際 。,成功實施的案例,2020/9/3,,,,焦化塔底閥前閥蓋的工藝優(yōu)化,泵體零件的鑄造工藝模擬,成功實施的案例,2020/9/3,成功實施的案例,對蘭州高壓閥門公司各類閥體的應(yīng)力、應(yīng)變、流場等模擬優(yōu)化,高溫高壓閥門應(yīng)力、應(yīng)變分析,平板閘閥總裝圖,閥體等效應(yīng)力云圖,閥體流場云圖,閥內(nèi)流體跡線分布俯視圖,成功實施的案例,2020/9/3,成功實施的案例,消失模鑄造實施案例,2020/9/3,用戶使用報告,產(chǎn)學(xué)研合作,2020/9/3,,取得一批成果,產(chǎn)學(xué)研合作,2020/9/3,,獲得獎勵,產(chǎn)學(xué)研合作,2020/9/3,獲得獎勵,,,,2020/9/3,獲得獎勵,,,2020/9/3,實施效果,鑄造CAE實現(xiàn)了鑄造可視化，是一項綠色的、先進的技術(shù)，改變了鑄造工藝設(shè)計的理念，是現(xiàn)代鑄造工藝設(shè)計的方向,有效地解決企業(yè)所面臨的資金、技術(shù)、人才、風(fēng)險等問題,幫助企業(yè)大幅度地提高生產(chǎn)效率和回收率，降能耗，顯著地節(jié)約成本；提高研發(fā)能力，縮短研發(fā)周期，快速推出高質(zhì)量、高性能新產(chǎn)品；降低信息化開發(fā)費和維護費；提高產(chǎn)品研發(fā)的速度、效率和質(zhì)量,2020/9/3,謝 謝 ！,歡迎到蘭州理工大學(xué)材料學(xué)院考察指導(dǎo)工作！,