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三方公告

浅析铸铁管件生产工艺选择

2019-06-19   浏览次数:59
内容摘要:球墨铸铁管及管件是城镇供水、燃气管网的理想管材,集强度高、塑性好、耐侵蚀性强的长处,具有铁的实质、钢的功能,是传统铸铁管和普通钢管的更新换代产物。
    球墨铸铁管及管件是城镇供水、燃气管网的理想管材,集强度高、塑性好、耐侵蚀性强的长处,具有铁的实质、钢的功能,是传统铸铁管和普通钢管的更新换代产物,是一种普遍用于压力供水、燃气输送的管材,具有强度高、韧性好、耐腐蚀、易安装等特点,是传统灰铁管和普通钢管的更新换代产品,已成为供水、输气行业的首选材料。
    球墨铸铁是通过球化和孕育处理得到球状石墨,有效地提高了铸铁的机械性能,特别是提高了塑性和韧性,从而得到比碳钢还高的强度。球墨铸铁是20世纪50年代发展起来的一种高强度铸铁材料,其综合性能接近于钢,正是基于其优异的性能,已成功地用在铸造一些受力复杂铸件上,球墨铸铁已迅速发展为仅次于灰铸铁的、应用十分广泛的铸铁材料。所谓“以铁代钢”,主要指球墨铸铁。
    球墨铸铁管及管件是铸铁管及管件的一种。质量上要求铸铁管的球化等级控制为1~3级(球化率»80%),因而材料本身的机械性能得到了较好的改善,具有铁的本质、钢的性能。退火后的球墨铸铁管,其金相组织为铁素体加少量珠光体,机械性能良好,防腐性能优异、延伸性能好,密封效果好,安装简易,主要用于市政、工矿企业给水、输气、输油等。
    在铁素体和珠光体基体上分布有一定数量的球状石墨,根据公称口径及对延伸率的要求不同,基体组织中的铁素体和珠光体的比例有所不同,小口径的珠光体比例一般不大于20%,大口径的一般控制在25%左右。
    进入21世纪,我国铸造企业达到突飞猛进的发展与增长;到2013年铸件产量已经达4,500万t;我国铸铁管的年产量约为600万t,其中供水管道用的离心球墨铸铁管约为500万t,离心灰铸铁排水管约80万t;各类铸铁管件约25万t;铸铁管件一般均采用黏土砂、覆膜砂、水玻璃砂、树脂砂、消失模、V法铸造工艺生产;排水灰口管件采用黏土砂、覆膜砂工艺偏多。
1 球墨铸铁管件
1.1 球墨铸铁管件的性能指标
(1)最小抗拉强度:420MPa;
(2)最小屈服强度:300MPa;
(3)最小伸长率:7%;
(相当于我国QT450-10、GB/T13295、ISO2531。)
(4)口径:DN80~DN2600。
1.2 球墨铸铁管及管件的三大功能
(1)防止爆管;
(2)小口径大流量;
(3)高压远距离输送。
1.3 球墨铸铁管常用生产工艺
(1)水冷金属型离心铸造;
(2)树脂砂衬离心铸造;
(3)热模法离心铸造。
1.4 球墨铸铁管件常用生产工艺
(1)黏土砂铸造工艺;
(2)覆膜砂铸造工艺;
(3)树脂砂铸造工艺;
(4)水玻璃砂铸造工艺(水玻璃工艺因为水玻璃砂残留强度高,不易清理,现逐步淘汰该工艺在铸铁管件上的应用);
(5)消失模铸造工艺;
(6)V法铸造工艺。
1.5 球墨铸铁管件常用生产工艺适用管件管径
(1)黏土砂铸造工艺(DN80-DN300);
(2)覆膜砂铸造工艺(DN80-DN200);
(3)树脂砂铸造工艺(DN80-DN2600);
(4)消失模铸造工艺(DN400-DN1200);
(5)V法铸造工艺 (DN80-DN2600)。
2 球墨铸铁管件常用生产工艺特点
2.1 黏土砂铸造工艺
黏土砂是以黏土(陶土)作黏结剂的型(芯)砂。黏土砂造型由于其生产成本低廉,所以目前仍然作为球墨铸铁管件生产的一种生产方式。
(1)优点:生产成本低,生产灵活性大,生产率高,生产周期短。
(2)缺点:容易产生夹砂、结疤、鼠尾、气孔、砂眼、胀砂等铸造缺陷;不适合在中、大口径球铁管件生产;最佳口径≤DN300。

图1 铸件生产工艺过程
2.1 覆膜砂铸造工艺
    采用热塑性酚醛树脂加潜伏性固化剂(如乌洛托品)与润滑剂(如硬脂酸钙)通过一定的覆膜工艺配制成覆膜砂,覆膜砂受热时包覆在砂粒表面的树脂熔融,在乌洛托品分解出的亚甲基的作用下,熔融的树脂由线性结构迅速转变成不熔体的体型结构,从而使覆膜砂固化成形。
(1)优点:产品精度高且表面光洁;生产效率高;用人少;占地面积小。
(2)缺点:生产成本高;模具投资大;不适合在中、大口径球铁管件生产;最佳口径≤DN200。
2.2 树脂砂铸造工艺
   树脂砂铸造就是把原砂和树脂、固化剂混合均匀后放入砂箱、模样中造型制芯,合箱后进行浇注,是现在广泛采用的一种铸造方式,虽然尺寸精度比覆膜砂造型差一些,但其适合于多品种小批量的铸件,被管件企业广泛采用。
(1)优点:铸件尺寸精度高,外形轮廓清晰,铸件表面光洁,外观质量好,适应范围广,适合所有口径管件。
(2)缺点:造型硬化反应需一定时间,其生产效率低;球铁管件表面因渗硫可能造成球化不良,浇注时有剌激性气味及一些有害气体发生;与黏土砂相比,成本较高。


图2 覆膜砂铸造工艺流程

2.3 消失模铸造工艺
   消失模铸造是把涂有耐火材料涂层的泡沫塑料模样放入砂箱,模样四周用干砂充填,采用微震加负压紧实,在没有芯子的情况下浇注液态金属,在浇注和凝固过程中继续保持一定的负压,使泡沫塑料气化继而被金属取代形成铸件的一种新型铸造工艺方法。
(1)优点:铸件精度高,壁厚均匀;设计灵活,通过泡沫塑料模片组合铸造出各种变径管件;机械加工余量小,甚至直接把法兰止水圈和法兰孔铸出。
(2)缺点:并非所有的球体管件都适合消失模铸造工艺;管件表面容易出现皱皮,波纹状、滴瘤状、冷隔状、渣状、夹气夹杂状缺陷;工艺流程长;控制点多,技术要求高,管理难度大,管理人员、操作人员素质要求高;只适合中、大口径球铁管件生产。


图3 树脂砂铸造工艺


图4 消失模铸造工艺流程

图5  V法铸造工艺
2.4  V法铸造工艺
   真空密封造型(V法造型)与传统砂型铸造方法有很大的不同,是一种物理造型法。它将真空技术与砂型铸造结合,用不加水分和黏结剂的原砂造型,靠塑料薄膜将砂型的型腔面和背面密封起来,借助真空泵抽气产生负压,造成砂型内、外压差使型砂紧固成形,经下芯、合箱、浇注,待铸件凝固,解除负压或停止抽气,型砂便随之溃散而获得铸件。
(1)优点:管件表面光洁、轮廓清晰、尺寸准确;工艺流程短,生产成本低;金属利用率高,工艺出品率高;投资少;运行费用低;适应范围广;适合所有口径管件单件小批量。
(2)缺点:模具投资较大;造型效率不高。
3 管件铸造工艺方法选择原则
(1)优先采用低成本铸造工艺。
(2)铸造方法应和生产批量相适应。
(3)造型方法应适合工厂条件。
(4)要兼顾铸件的精度要求和成本。
不同口径管件的最佳工艺:
≤DN300:黏土砂、覆膜砂、V法等铸造工艺;
≥DN400:消失模、树脂砂、V法等铸造工艺。
V法、树脂砂、消失模铸造的球墨铸铁管件表面光洁度比较(图6)。

图6  V法、树脂砂、消失模铸造的球墨铸铁管件表面光洁度比较
    当下客户对铸铁管件产品质量、铸造精度、使用性能等要求在不断提高,铸铁管件生产技术向着精密化、高质量、自动化和清洁化、绿色制造的方向发展。
    铸铁管件生产的主要工艺过程包括:金属熔炼、模型制造、浇注凝固和脱模清理打压精整等。铸铁管件生产常用黏土砂铸造工艺;覆膜砂铸造工艺;树脂砂铸造工艺;消失模铸造工艺;V法铸造等工艺;采用什么工艺要根据企业自身实际情况进行选择。
   单件小批是大口径和特大口径铸铁管件生产的特点及特性,树脂砂手工造型仍是重要的方法,手工造型能适应各种复杂的要求,比较灵活,不要求很多工艺装备。树脂砂铸造对于单件小批量生产的大型球墨铸铁管件最为适宜,采用地坑造型法成本低,投产快。
   小口径球墨铸铁管件采用机械造型覆膜砂芯工艺,其生产效率快;质量保证;合格率高;出口和几何尺寸与表面质量要求高的产品优先选择V法铸造工艺。
   不同的企业生产条件(包括设备、场地、员工素质等)、生产习惯、所积累的经验各不一样,应该根据这些条件考虑适合做什么和不适合做什么?各种铸造方法所获得的铸件精度不同,初投资和生产率也不一致,最终的经济效益也有差异。因此,要做到多、快、好省,就应当兼顾到各个方面。应对所选用的铸造工艺方法进行初步的成本估算,以确定经济效益高又能保证铸件要求的。
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