แนะนำกระบวนการหล่อวาล์ว

การหล่อตัววาล์วเป็นส่วนสำคัญของกระบวนการผลิตวาล์ว และคุณภาพของการหล่อวาล์วเป็นตัวกำหนดคุณภาพของวาล์ว ต่อไปนี้เป็นการแนะนำวิธีการหล่อหลายวิธีที่ใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมวาล์ว:

การหล่อทราย:

การหล่อทรายซึ่งเป็นที่นิยมใช้ในอุตสาหกรรมวาล์ว สามารถแบ่งออกได้เป็น ทรายเปียก ทรายแห้ง ทรายผสมแก้วน้ำ และทรายแข็งตัวได้เองด้วยเรซินฟิวแรน ตามชนิดของสารยึดเกาะที่แตกต่างกัน

(1) ทรายสีเขียวเป็นกระบวนการขึ้นรูปโดยใช้เบนโทไนต์เป็นสารยึดเกาะ

ลักษณะเด่นของมันคือ:แม่พิมพ์ทรายที่ทำเสร็จแล้วไม่จำเป็นต้องอบแห้งหรือทำให้แข็งตัว แม่พิมพ์ทรายมีความแข็งแรงในระดับหนึ่งเมื่อเปียก และแกนทรายและเปลือกแม่พิมพ์มีผลผลิตที่ดี ทำให้ทำความสะอาดและนำชิ้นงานหล่อออกได้ง่าย ประสิทธิภาพการผลิตแม่พิมพ์สูง วงจรการผลิตสั้น ต้นทุนวัสดุต่ำ และสะดวกในการจัดสายการผลิต

ข้อเสียของมันคือ:ชิ้นงานหล่อมีโอกาสเกิดข้อบกพร่อง เช่น รูพรุน สิ่งเจือปนของทราย และการเกาะติดของทราย ส่งผลให้คุณภาพของชิ้นงานหล่อ โดยเฉพาะคุณภาพที่แท้จริง ไม่สมบูรณ์แบบ

ตารางแสดงสัดส่วนและประสิทธิภาพของทรายเขียวสำหรับงานหล่อเหล็ก:

(2) ทรายแห้งเป็นกระบวนการขึ้นรูปโดยใช้ดินเหนียวเป็นสารยึดเกาะ การเติมเบนโทไนต์เล็กน้อยสามารถปรับปรุงความแข็งแรงเมื่อเปียกได้

ลักษณะเด่นของมันคือ:แม่พิมพ์ทรายต้องแห้งสนิท มีการระบายอากาศที่ดี ไม่เกิดข้อบกพร่อง เช่น ทรายไหลย้อน ทรายติด และรูพรุน และคุณภาพของชิ้นงานหล่อจะดี

ข้อเสียของมันคือ:ต้องใช้เครื่องอบแห้งทราย และวงจรการผลิตใช้เวลานาน

(3) ทรายแก้วน้ำเป็นกระบวนการขึ้นรูปโดยใช้แก้วน้ำเป็นสารยึดเกาะ คุณลักษณะของมันคือ แก้วน้ำมีคุณสมบัติในการแข็งตัวโดยอัตโนมัติเมื่อสัมผัสกับ CO2 และมีข้อดีหลายประการของวิธีการแข็งตัวด้วยแก๊สสำหรับการขึ้นรูปและการทำแกน แต่มีข้อเสีย เช่น ความสามารถในการยุบตัวของเปลือกแม่พิมพ์ต่ำ ความยากในการทำความสะอาดทรายหล่อ และอัตราการสร้างใหม่และการนำกลับมาใช้ใหม่ของทรายเก่าต่ำ

ตารางแสดงสัดส่วนและประสิทธิภาพของทรายแข็งตัวด้วยคาร์บอนไดออกไซด์ (CO2)

(4) การหล่อทรายแข็งตัวด้วยเรซินฟิวแรนเป็นกระบวนการหล่อที่ใช้เรซินฟิวแรนเป็นสารยึดเกาะ ทรายหล่อจะแข็งตัวเนื่องจากปฏิกิริยาเคมีของสารยึดเกาะภายใต้การทำงานของสารเร่งปฏิกิริยาที่อุณหภูมิห้อง ลักษณะเด่นคือไม่จำเป็นต้องอบแห้งแม่พิมพ์ทราย ซึ่งช่วยลดระยะเวลาการผลิตและประหยัดพลังงาน ทรายหล่อเรซินอัดแน่นได้ง่ายและมีคุณสมบัติการแตกตัวที่ดี ทรายหล่อทำความสะอาดง่าย ชิ้นงานหล่อมีความแม่นยำของขนาดสูงและผิวเรียบดี ซึ่งสามารถปรับปรุงคุณภาพของชิ้นงานหล่อได้อย่างมาก ข้อเสียคือ: ต้องมีคุณภาพของทรายดิบสูง มีกลิ่นฉุนเล็กน้อยในบริเวณการผลิต และต้นทุนของเรซินสูง

สัดส่วนและกระบวนการผสมของส่วนผสมทรายที่ไม่ต้องอบด้วยเรซินฟิวแรน:

กระบวนการผสมทรายแข็งตัวได้เองจากเรซินฟิวแรน: วิธีที่ดีที่สุดคือใช้เครื่องผสมทรายแบบต่อเนื่องในการทำทรายแข็งตัวได้จากเรซิน โดยเติมทรายดิบ เรซิน สารเร่งปฏิกิริยา ฯลฯ ตามลำดับ แล้วผสมอย่างรวดเร็ว สามารถผสมและใช้งานได้ทุกเมื่อ

ลำดับการเติมวัตถุดิบต่างๆ เมื่อผสมทรายเรซินมีดังนี้:

ทรายดิบ + สารเร่งปฏิกิริยา (สารละลายกรดพี-โทลูอีนซัลโฟนิกในน้ำ) – (120 ~ 180S) – เรซิน + ไซเลน – (60 ~ 90S) – การผลิตทราย

(5) กระบวนการผลิตหล่อทรายทั่วไป:

การหล่อแบบแม่นยำ:

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา ผู้ผลิตวาล์วให้ความสำคัญกับคุณภาพรูปลักษณ์และความแม่นยำของขนาดของชิ้นส่วนหล่อมากขึ้นเรื่อยๆ เนื่องจากรูปลักษณ์ที่ดีเป็นข้อกำหนดพื้นฐานของตลาด และยังเป็นเกณฑ์มาตรฐานในการกำหนดตำแหน่งสำหรับขั้นตอนแรกของการผลิตอีกด้วย

กระบวนการหล่อขึ้นรูปที่มีความแม่นยำสูงที่นิยมใช้กันทั่วไปในอุตสาหกรรมวาล์วคือ การหล่อแบบแม่พิมพ์ (investment casting) ซึ่งจะอธิบายโดยสังเขปดังต่อไปนี้:

(1) วิธีการหล่อสารละลายสองวิธี:

①ใช้แม่พิมพ์วัสดุแว็กซ์อุณหภูมิต่ำ (กรดสเตียริก + พาราฟิน) การฉีดแว็กซ์แรงดันต่ำ เปลือกแก้วน้ำ การกำจัดแว็กซ์ด้วยน้ำร้อน กระบวนการหลอมและการเทที่บรรยากาศปกติ ส่วนใหญ่ใช้สำหรับการหล่อเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าอัลลอยต่ำที่มีคุณภาพทั่วไป ความแม่นยำของขนาดชิ้นงานหล่อสามารถเป็นไปตามมาตรฐานแห่งชาติ CT7~9

② ด้วยการใช้วัสดุแม่พิมพ์เรซินอุณหภูมิปานกลาง การฉีดแว็กซ์แรงดันสูง เปลือกแม่พิมพ์ซิลิกาโซล การกำจัดแว็กซ์ด้วยไอน้ำ กระบวนการหล่อแบบหลอมเหลวในบรรยากาศปกติหรือสุญญากาศอย่างรวดเร็ว ทำให้ความแม่นยำของขนาดชิ้นงานหล่อสามารถเข้าถึงระดับความแม่นยำ CT4-6 ได้

(2) ขั้นตอนการผลิตการหล่อแบบทั่วไป:

(3) ลักษณะเฉพาะของการหล่อแบบลงทุน:

①ชิ้นงานหล่อมีขนาดแม่นยำสูง ผิวเรียบ และมีคุณภาพรูปลักษณ์ที่ดี

② สามารถหล่อชิ้นส่วนที่มีโครงสร้างและรูปทรงซับซ้อน ซึ่งยากต่อการแปรรูปด้วยกระบวนการอื่นๆ ได้

③ วัสดุที่ใช้ในการหล่อไม่จำกัดเฉพาะวัสดุโลหะผสมชนิดต่างๆ เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าไร้สนิม เหล็กกล้าผสม โลหะผสมอะลูมิเนียม โลหะผสมทนความร้อนสูง และโลหะมีค่า โดยเฉพาะอย่างยิ่งวัสดุโลหะผสมที่ยากต่อการตีขึ้นรูป เชื่อม และตัด

④ มีความยืดหยุ่นในการผลิตสูงและปรับตัวได้ดี สามารถผลิตได้ในปริมาณมาก และยังเหมาะสำหรับการผลิตชิ้นเดียวหรือชุดเล็กอีกด้วย

⑤ การหล่อแบบแม่พิมพ์โลหะยังมีข้อจำกัดบางประการ เช่น กระบวนการที่ยุ่งยากและวงจรการผลิตที่ยาวนาน เนื่องจากเทคนิคการหล่อที่สามารถใช้ได้มีจำกัด ความสามารถในการรับแรงดันจึงไม่สูงมากนักเมื่อนำไปใช้ในการหล่อวาล์วเปลือกบางที่รับแรงดันได้

การวิเคราะห์ข้อบกพร่องในการหล่อ

ชิ้นงานหล่อทุกชิ้นย่อมมีข้อบกพร่องภายใน การมีอยู่ของข้อบกพร่องเหล่านี้จะนำมาซึ่งอันตรายที่ซ่อนเร้นต่อคุณภาพภายในของชิ้นงานหล่อ และการซ่อมแซมด้วยการเชื่อมเพื่อกำจัดข้อบกพร่องเหล่านี้ในกระบวนการผลิตก็จะสร้างภาระอย่างมากต่อกระบวนการผลิตเช่นกัน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง วาล์วเป็นชิ้นงานหล่อเปลือกบางที่ทนต่อแรงดันและอุณหภูมิ และความแน่นหนาของโครงสร้างภายในจึงมีความสำคัญมาก ดังนั้น ข้อบกพร่องภายในของชิ้นงานหล่อจึงกลายเป็นปัจจัยชี้ขาดที่ส่งผลต่อคุณภาพของชิ้นงานหล่อ

ข้อบกพร่องภายในของชิ้นส่วนหล่อวาล์วส่วนใหญ่ได้แก่ รูพรุน สิ่งเจือปนจากตะกรัน รูพรุนจากการหดตัว และรอยแตก

(1) รูพรุน:รูพรุนเกิดจากก๊าซ พื้นผิวของรูพรุนเรียบ และเกิดขึ้นภายในหรือใกล้กับพื้นผิวของชิ้นงานหล่อ โดยส่วนใหญ่มีรูปร่างกลมหรือยาวรี

แหล่งกำเนิดก๊าซหลักที่ก่อให้เกิดรูพรุน ได้แก่:

① ไนโตรเจนและไฮโดรเจนที่ละลายอยู่ในโลหะจะคงอยู่ในโลหะระหว่างการแข็งตัวของการหล่อ ทำให้เกิดผนังด้านในเป็นรูปวงกลมหรือวงรีปิดสนิทที่มีความมันวาวแบบโลหะ

②ความชื้นหรือสารระเหยในวัสดุขึ้นรูปจะกลายเป็นก๊าซเนื่องจากความร้อน ทำให้เกิดรูพรุนที่มีผนังด้านในสีน้ำตาลเข้ม

③ ในระหว่างกระบวนการเทโลหะ เนื่องจากกระแสการไหลที่ไม่คงที่ อากาศจึงเข้าไปเกี่ยวข้องและก่อให้เกิดรูพรุน

วิธีการป้องกันความผิดปกติของช่องปาก:

① ในกระบวนการถลุงโลหะ ควรใช้โลหะที่เป็นสนิมให้น้อยที่สุด หรือไม่ใช้เลย และควรนำเครื่องมือและทัพพีไปอบให้แห้ง

②การเทเหล็กหลอมเหลวควรทำที่อุณหภูมิสูงและเทที่อุณหภูมิต่ำ และควรทำให้เหล็กหลอมเหลวสงบลงอย่างเหมาะสมเพื่อช่วยให้ก๊าซลอยตัวได้ง่ายขึ้น

③ การออกแบบกระบวนการเทเหล็กหลอมเหลวควรเพิ่มแรงดันของเหล็กหลอมเหลวเพื่อป้องกันการกักเก็บก๊าซ และจัดตั้งทางเดินก๊าซเทียมเพื่อการระบายก๊าซอย่างเหมาะสม

④วัสดุที่ใช้ในการขึ้นรูปควรควบคุมปริมาณน้ำและปริมาตรของก๊าซ เพิ่มการซึมผ่านของอากาศ และควรอบและทำให้แม่พิมพ์ทรายและแกนทรายแห้งให้มากที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้

(2) โพรงหดตัว (หลวม):เป็นโพรงรูปวงกลมหรือรูปทรงไม่สม่ำเสมอที่เกิดขึ้นภายในชิ้นงานหล่อ (โดยเฉพาะบริเวณจุดร้อน) มีลักษณะเป็นโพรงที่เกิดขึ้นภายในโดยมีความต่อเนื่องหรือไม่ต่อเนื่องก็ได้ มีพื้นผิวด้านในขรุขระและมีสีเข้มกว่า ประกอบด้วยผลึกขนาดใหญ่ ส่วนใหญ่อยู่ในรูปของเดนไดรต์ รวมตัวกันในหนึ่งหรือหลายจุด ซึ่งมีแนวโน้มที่จะรั่วซึมระหว่างการทดสอบด้วยแรงดันน้ำ

สาเหตุของการหดตัว (ความหลวม):การหดตัวของปริมาตรเกิดขึ้นเมื่อโลหะแข็งตัวจากสถานะของเหลวเป็นของแข็ง หากไม่มีการเติมเหล็กหลอมเหลวอย่างเพียงพอในขั้นตอนนี้ โพรงจากการหดตัวจะเกิดขึ้นอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้ โพรงจากการหดตัวของเหล็กหล่อโดยพื้นฐานแล้วเกิดจากการควบคุมกระบวนการแข็งตัวตามลำดับที่ไม่เหมาะสม สาเหตุอาจรวมถึงการตั้งค่าท่อป้อนเหล็กหลอมเหลวที่ไม่ถูกต้อง อุณหภูมิการเทเหล็กหลอมเหลวที่สูงเกินไป และการหดตัวของโลหะมากเกินไป

วิธีการป้องกันการหดตัวของฟันผุ (ฟันหลวม):① ออกแบบระบบการเทหล่ออย่างเป็นวิทยาศาสตร์เพื่อให้เหล็กหลอมเหลวแข็งตัวอย่างต่อเนื่อง และส่วนที่แข็งตัวก่อนควรได้รับการเติมเหล็กหลอมเหลว ② ติดตั้งท่อป้อนเหล็กหลอมเหลว ท่อส่งเหล็กเสริม เหล็กเย็นภายในและภายนอกอย่างถูกต้องและเหมาะสม เพื่อให้แน่ใจว่าเหล็กหลอมเหลวแข็งตัวอย่างต่อเนื่อง ③ เมื่อเทเหล็กหลอมเหลว การฉีดเหล็กหลอมเหลวจากด้านบนผ่านท่อป้อนเหล็กหลอมเหลวจะเป็นประโยชน์ในการรักษาอุณหภูมิของเหล็กหลอมเหลวและการป้อนเหล็กหลอมเหลว และลดการเกิดโพรงจากการหดตัว ④ ในแง่ของความเร็วในการเท การเทด้วยความเร็วต่ำจะช่วยให้เหล็กหลอมเหลวแข็งตัวอย่างต่อเนื่องได้ดีกว่าการเทด้วยความเร็วสูง ⑸ อุณหภูมิในการเทไม่ควรสูงเกินไป การนำเหล็กหลอมเหลวออกจากเตาหลอมที่อุณหภูมิสูงและเทหลังจากที่เย็นตัวลงแล้ว จะเป็นประโยชน์ในการลดการเกิดโพรงจากการหดตัว

(3) สิ่งเจือปนในทราย (ตะกรัน):สิ่งเจือปนในทราย (ตะกรัน) หรือที่รู้จักกันทั่วไปว่าตุ่มพอง คือรูวงกลมหรือรูรูปร่างไม่สม่ำเสมอที่ปรากฏอยู่ภายในชิ้นงานหล่อ รูเหล่านี้ผสมกับทรายหล่อหรือตะกรันเหล็ก มีขนาดไม่สม่ำเสมอและรวมตัวกันเป็นก้อน อาจพบได้ในหนึ่งหรือหลายจุด โดยส่วนใหญ่มักพบในส่วนบนของชิ้นงาน

สาเหตุของการปนเปื้อนของทราย (ตะกรัน):การปนเปื้อนของตะกรันเกิดจากเศษตะกรันเหล็กที่ปนเข้าไปในชิ้นงานหล่อพร้อมกับเหล็กหลอมเหลวในระหว่างกระบวนการหลอมหรือการเท ส่วนการปนเปื้อนของทรายเกิดจากความแน่นหนาของแม่พิมพ์ไม่เพียงพอในระหว่างการหล่อ เมื่อเหล็กหลอมเหลวถูกเทลงในแม่พิมพ์ ทรายหล่อจะถูกชะล้างโดยเหล็กหลอมเหลวและเข้าไปในชิ้นงานหล่อ นอกจากนี้ การทำงานที่ไม่เหมาะสมในระหว่างการตกแต่งและการปิดแม่พิมพ์ และปรากฏการณ์ทรายร่วงหล่นก็เป็นสาเหตุของการปนเปื้อนของทรายเช่นกัน

วิธีการป้องกันการปนเปื้อนของทราย (ตะกรัน):① เมื่อหลอมเหล็กแล้ว ควรระบายไอเสียและตะกรันออกให้หมดจดที่สุด ② พยายามอย่าคว่ำถุงเทเหล็กหลอมเหลว แต่ให้ใช้ถุงแบบมีฐานรองหรือถุงเทแบบก้นแบน เพื่อป้องกันไม่ให้ตะกรันที่อยู่เหนือเหล็กหลอมเหลวเข้าไปในแม่พิมพ์พร้อมกับเหล็กหลอมเหลว ③ เมื่อเทเหล็กหลอมเหลว ควรมีมาตรการป้องกันไม่ให้ตะกรันเข้าไปในแม่พิมพ์พร้อมกับเหล็กหลอมเหลว ④ เพื่อลดโอกาสที่ทรายจะเข้าไปในแม่พิมพ์ ควรตรวจสอบให้แน่ใจว่าแม่พิมพ์ทรายแน่นสนิทเมื่อทำการขึ้นรูป ระวังอย่าให้ทรายหลุดออกเมื่อทำการตกแต่ง และเป่าทำความสะอาดแม่พิมพ์ก่อนปิดกล่อง

(4) รอยแตก:รอยแตกส่วนใหญ่ในชิ้นงานหล่อเป็นรอยแตกที่เกิดจากความร้อน มีรูปร่างไม่สม่ำเสมอ อาจทะลุผ่านหรือไม่ทะลุผ่านก็ได้ อาจเป็นรอยแตกต่อเนื่องหรือเป็นรอยแตกไม่ต่อเนื่อง และโลหะบริเวณรอยแตกจะมีสีเข้มหรือมีออกซิเดชันที่ผิวหน้า

สาเหตุของการแตกร้าวกล่าวคือ ความเครียดจากอุณหภูมิสูงและการเสียรูปของฟิล์มของเหลว

ความเค้นที่อุณหภูมิสูงคือความเค้นที่เกิดจากการหดตัวและการเสียรูปของเหล็กหลอมเหลวที่อุณหภูมิสูง เมื่อความเค้นเกินขีดจำกัดความแข็งแรงหรือการเสียรูปพลาสติกของโลหะที่อุณหภูมินี้ จะเกิดรอยแตกขึ้น การเสียรูปของฟิล์มของเหลวคือการก่อตัวของฟิล์มของเหลวระหว่างผลึกในระหว่างกระบวนการแข็งตัวและการตกผลึกของเหล็กหลอมเหลว เมื่อกระบวนการแข็งตัวและการตกผลึกดำเนินไป ฟิล์มของเหลวจะเกิดการเสียรูป เมื่อปริมาณและความเร็วในการเสียรูปเกินขีดจำกัดที่กำหนด จะเกิดรอยแตกขึ้น ช่วงอุณหภูมิที่เกิดรอยแตกจากความร้อนอยู่ที่ประมาณ 1200~1450℃

ปัจจัยที่ส่งผลต่อการเกิดรอยแตก:

① ธาตุ S และ P ในเหล็กเป็นปัจจัยที่ก่อให้เกิดรอยแตก และสารประกอบยูเทคติกของธาตุเหล่านี้กับเหล็กจะลดความแข็งแรงและความยืดหยุ่นของเหล็กหล่อที่อุณหภูมิสูง ส่งผลให้เกิดรอยแตก

② การปนเปื้อนและการแยกตัวของตะกรันในเหล็กทำให้เกิดการกระจุกตัวของความเค้น ส่งผลให้มีแนวโน้มเกิดรอยแตกร้าวขณะร้อนมากขึ้น

③ ยิ่งค่าสัมประสิทธิ์การหดตัวเชิงเส้นของเหล็กชนิดนั้นสูงเท่าไร แนวโน้มที่จะเกิดการแตกร้าวขณะร้อนก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น

④ ยิ่งเหล็กชนิดนั้นมีค่าการนำความร้อนสูงเท่าไร แรงตึงผิวก็จะยิ่งมากขึ้นเท่านั้น คุณสมบัติทางกลที่อุณหภูมิสูงก็จะยิ่งดีขึ้น และแนวโน้มการเกิดรอยแตกร้าวขณะร้อนก็จะยิ่งน้อยลงเท่านั้น

⑤ การออกแบบโครงสร้างของชิ้นส่วนหล่อขึ้นรูปนั้นไม่เหมาะสมต่อกระบวนการผลิต เช่น มุมโค้งมนเล็กเกินไป ความหนาของผนังไม่สม่ำเสมอ และมีการกระจุกตัวของความเค้นสูง ซึ่งจะทำให้เกิดรอยแตก

⑥ความหนาแน่นของแม่พิมพ์ทรายสูงเกินไป และผลผลิตของแกนที่ไม่ดี ทำให้การหดตัวของชิ้นงานหล่อถูกขัดขวาง และเพิ่มแนวโน้มการเกิดรอยแตก

⑦ปัจจัยอื่นๆ เช่น การจัดวางท่อป้อนโลหะหลอมเหลวที่ไม่เหมาะสม การระบายความร้อนของชิ้นงานหล่อเร็วเกินไป ความเครียดที่มากเกินไปจากการตัดท่อป้อนโลหะหลอมเหลว และการอบชุบความร้อน เป็นต้น ก็จะส่งผลต่อการเกิดรอยแตกเช่นกัน

ตามสาเหตุและปัจจัยที่ส่งผลต่อรอยแตกข้างต้น สามารถดำเนินมาตรการที่เหมาะสมเพื่อลดและป้องกันการเกิดรอยแตกได้

จากการวิเคราะห์สาเหตุของข้อบกพร่องในการหล่อข้างต้น การค้นหาปัญหาที่มีอยู่และดำเนินการปรับปรุงที่เหมาะสม จะช่วยให้เราพบวิธีแก้ไขข้อบกพร่องในการหล่อ ซึ่งเอื้อต่อการปรับปรุงคุณภาพการหล่อ