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        三方公告

        淺析鑄鐵管件生產工藝選擇

        2019-06-19   瀏覽次數:2570
        內容摘要:球墨鑄鐵管及管件是城鎮供水、燃氣管網的理想管材,集強度高、塑性好、耐侵蝕性強的長處,具有鐵的實質、鋼的功能,是傳統鑄鐵管和普通鋼管的更新換代產物。
            球墨鑄鐵管及管件是城鎮供水、燃氣管網的理想管材,集強度高、塑性好、耐侵蝕性強的長處,具有鐵的實質、鋼的功能,是傳統鑄鐵管和普通鋼管的更新換代產物,是一種普遍用于壓力供水、燃氣輸送的管材,具有強度高、韌性好、耐腐蝕、易安裝等特點,是傳統灰鐵管和普通鋼管的更新換代產品,已成為供水、輸氣行業的****材料。
            球墨鑄鐵是通過球化和孕育處理得到球狀石墨,有效地提高了鑄鐵的機械性能,特別是提高了塑性和韌性,從而得到比碳鋼還高的強度。球墨鑄鐵是20世紀50年代發展起來的一種高強度鑄鐵材料,其綜合性能接近于鋼,正是基于其優異的性能,已成功地用在鑄造一些受力復雜鑄件上,球墨鑄鐵已迅速發展為****于灰鑄鐵的、應用十分廣泛的鑄鐵材料。所謂“以鐵代鋼”,主要指球墨鑄鐵。
            球墨鑄鐵管及管件是鑄鐵管及管件的一種。質量上要求鑄鐵管的球化等級控制為1~3級(球化率»80%),因而材料本身的機械性能得到了較好的改善,具有鐵的本質、鋼的性能。退火后的球墨鑄鐵管,其金相組織為鐵素體加少量珠光體,機械性能良好,防腐性能優異、延伸性能好,密封效果好,安裝簡易,主要用于市政、工礦企業給水、輸氣、輸油等。
            在鐵素體和珠光體基體上分布有一定數量的球狀石墨,根據公稱口徑及對延伸率的要求不同,基體組織中的鐵素體和珠光體的比例有所不同,小口徑的珠光體比例一般不大于20%,大口徑的一般控制在25%左右。
            進入21世紀,我國鑄造企業達到突飛猛進的發展與增長;到2013年鑄件產量已經達4,500萬t;我國鑄鐵管的年產量約為600萬t,其中供水管道用的離心球墨鑄鐵管約為500萬t,離心灰鑄鐵排水管約80萬t;各類鑄鐵管件約25萬t;鑄鐵管件一般均采用黏土砂、覆膜砂、水玻璃砂、樹脂砂、消失模、V法鑄造工藝生產;排水灰口管件采用黏土砂、覆膜砂工藝偏多。
        1 球墨鑄鐵管件
        1.1 球墨鑄鐵管件的性能指標
        (1)最小抗拉強度:420MPa;
        (2)最小屈服強度:300MPa;
        (3)最小伸長率:7%;
        (相當于我國QT450-10、GB/T13295、ISO2531。)
        (4)口徑:DN80~DN2600。
        1.2 球墨鑄鐵管及管件的三大功能
        (1)防止爆管;
        (2)小口徑大流量;
        (3)高壓遠距離輸送。
        1.3 球墨鑄鐵管常用生產工藝
        (1)水冷金屬型離心鑄造;
        (2)樹脂砂襯離心鑄造;
        (3)熱模法離心鑄造。
        1.4 球墨鑄鐵管件常用生產工藝
        (1)黏土砂鑄造工藝;
        (2)覆膜砂鑄造工藝;
        (3)樹脂砂鑄造工藝;
        (4)水玻璃砂鑄造工藝(水玻璃工藝因為水玻璃砂殘留強度高,不易清理,現逐步淘汰該工藝在鑄鐵管件上的應用);
        (5)消失模鑄造工藝;
        (6)V法鑄造工藝。
        1.5 球墨鑄鐵管件常用生產工藝適用管件管徑
        (1)黏土砂鑄造工藝(DN80-DN300);
        (2)覆膜砂鑄造工藝(DN80-DN200);
        (3)樹脂砂鑄造工藝(DN80-DN2600);
        (4)消失模鑄造工藝(DN400-DN1200);
        (5)V法鑄造工藝 (DN80-DN2600)。
        2 球墨鑄鐵管件常用生產工藝特點
        2.1 黏土砂鑄造工藝
        黏土砂是以黏土(陶土)作黏結劑的型(芯)砂。黏土砂造型由于其生產成本低廉,所以目前仍然作為球墨鑄鐵管件生產的一種生產方式。
        (1)優點:生產成本低,生產靈活性大,生產率高,生產周期短。
        (2)缺點:容易產生夾砂、結疤、鼠尾、氣孔、砂眼、脹砂等鑄造缺陷;不適合在中、大口徑球鐵管件生產;****口徑≤DN300。

        圖1 鑄件生產工藝過程
        2.1 覆膜砂鑄造工藝
            采用熱塑性酚醛樹脂加潛伏性固化劑(如烏洛托品)與潤滑劑(如硬脂酸鈣)通過一定的覆膜工藝配制成覆膜砂,覆膜砂受熱時包覆在砂粒表面的樹脂熔融,在烏洛托品分解出的亞甲基的作用下,熔融的樹脂由線性結構迅速轉變成不熔體的體型結構,從而使覆膜砂固化成形。
        (1)優點:產品精度高且表面光潔;生產效率高;用人少;占地面積小。
        (2)缺點:生產成本高;模具投資大;不適合在中、大口徑球鐵管件生產;****口徑≤DN200。
        2.2 樹脂砂鑄造工藝
           樹脂砂鑄造就是把原砂和樹脂、固化劑混合均勻后放入砂箱、模樣中造型制芯,合箱后進行澆注,是現在廣泛采用的一種鑄造方式,雖然尺寸精度比覆膜砂造型差一些,但其適合于多品種小批量的鑄件,被管件企業廣泛采用。
        (1)優點:鑄件尺寸精度高,外形輪廓清晰,鑄件表面光潔,外觀質量好,適應范圍廣,適合所有口徑管件。
        (2)缺點:造型硬化反應需一定時間,其生產效率低;球鐵管件表面因滲硫可能造成球化不良,澆注時有剌激性氣味及一些有害氣體發生;與黏土砂相比,成本較高。


        圖2 覆膜砂鑄造工藝流程

        2.3 消失模鑄造工藝
           消失模鑄造是把涂有耐火材料涂層的泡沫塑料模樣放入砂箱,模樣四周用干砂充填,采用微震加負壓緊實,在沒有芯子的情況下澆注液態金屬,在澆注和凝固過程中繼續保持一定的負壓,使泡沫塑料氣化繼而被金屬取代形成鑄件的一種新型鑄造工藝方法。
        (1)優點:鑄件精度高,壁厚均勻;設計靈活,通過泡沫塑料模片組合鑄造出各種變徑管件;機械加工余量小,甚至直接把法蘭止水圈和法蘭孔鑄出。
        (2)缺點:并非所有的球體管件都適合消失模鑄造工藝;管件表面容易出現皺皮,波紋狀、滴瘤狀、冷隔狀、渣狀、夾氣夾雜狀缺陷;工藝流程長;控制點多,技術要求高,管理難度大,管理人員、操作人員素質要求高;只適合中、大口徑球鐵管件生產。


        圖3 樹脂砂鑄造工藝


        圖4 消失模鑄造工藝流程

        圖5  V法鑄造工藝
        2.4  V法鑄造工藝
           真空密封造型(V法造型)與傳統砂型鑄造方法有很大的不同,是一種物理造型法。它將真空技術與砂型鑄造結合,用不加水分和黏結劑的原砂造型,靠塑料薄膜將砂型的型腔面和背面密封起來,借助真空泵抽氣產生負壓,造成砂型內、外壓差使型砂緊固成形,經下芯、合箱、澆注,待鑄件凝固,解除負壓或停止抽氣,型砂便隨之潰散而獲得鑄件。
        (1)優點:管件表面光潔、輪廓清晰、尺寸準確;工藝流程短,生產成本低;金屬利用率高,工藝出品率高;投資少;運行費用低;適應范圍廣;適合所有口徑管件單件小批量。
        (2)缺點:模具投資較大;造型效率不高。
        3 管件鑄造工藝方法選擇原則
        (1)優先采用低成本鑄造工藝。
        (2)鑄造方法應和生產批量相適應。
        (3)造型方法應適合工廠條件。
        (4)要兼顧鑄件的精度要求和成本。
        不同口徑管件的****工藝:
        ≤DN300:黏土砂、覆膜砂、V法等鑄造工藝;
        ≥DN400:消失模、樹脂砂、V法等鑄造工藝。
        V法、樹脂砂、消失模鑄造的球墨鑄鐵管件表面光潔度比較(圖6)。

        圖6  V法、樹脂砂、消失模鑄造的球墨鑄鐵管件表面光潔度比較
            當下客戶對鑄鐵管件產品質量、鑄造精度、使用性能等要求在不斷提高,鑄鐵管件生產技術向著精密化、高質量、自動化和清潔化、綠色制造的方向發展。
            鑄鐵管件生產的主要工藝過程包括:金屬熔煉、模型制造、澆注凝固和脫模清理打壓精整等。鑄鐵管件生產常用黏土砂鑄造工藝;覆膜砂鑄造工藝;樹脂砂鑄造工藝;消失模鑄造工藝;V法鑄造等工藝;采用什么工藝要根據企業自身實際情況進行選擇。
           單件小批是大口徑和特大口徑鑄鐵管件生產的特點及特性,樹脂砂手工造型仍是重要的方法,手工造型能適應各種復雜的要求,比較靈活,不要求很多工藝裝備。樹脂砂鑄造對于單件小批量生產的大型球墨鑄鐵管件最為適宜,采用地坑造型法成本低,投產快。
           小口徑球墨鑄鐵管件采用機械造型覆膜砂芯工藝,其生產效率快;質量保證;合格率高;出口和幾何尺寸與表面質量要求高的產品優先選擇V法鑄造工藝。
           不同的企業生產條件(包括設備、場地、員工素質等)、生產習慣、所積累的經驗各不一樣,應該根據這些條件考慮適合做什么和不適合做什么?各種鑄造方法所獲得的鑄件精度不同,初投資和生產率也不一致,最終的經濟效益也有差異。因此,要做到多、快、好省,就應當兼顧到各個方面。應對所選用的鑄造工藝方法進行初步的成本估算,以確定經濟效益高又能保證鑄件要求的。
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