阀门制造工艺讲座
第一章阀门制造的工艺特点
初看起来阀门零件不多、结构简单、精度一般，在机械行业属于简单部件，但是阀门的核心密封部位却要求特别高、密封吻合必须零对零才能达到气密试验的零泄漏。所以其制造工艺复杂，技术难度也大，有下面一些特点：
1)从制造材料上讲，由于阀门的品种规格繁多，应用在国民经济的各个领域，其适用场合千差万别，如高温高压、低温深冷、易燃易爆、剧毒、强腐蚀介质工况条件，对阀门的材质提出了苛刻的要求。除铸铁、碳素钢、合金结构钢外，还大量采用CrNi不锈钢、CrMoAl渗氮钢、CrMoV耐热钢、CrMnN耐酸刚、沉淀硬化钢、双相不锈钢、低温钢、钛合金、蒙耐尔合金、因科乃尔合金、哈氏合金和GoCrW硬质合金等。这些高合金材料的铸造、焊接、加工性能很差，给制造工艺带来很大难度。加上这些材料大多是高合金、高强度、高硬度的贵重材料，从材料的选择、备料、采购方面都存在着很多困难。有些材料由于使用量小，难以采购供货。
2)从铸造毛坯结构上讲，大部分的阀门毛坯采用的是结构复杂的薄壳铸件，不仅要求有良好的外观质量，更要有致密的内在质量和良好的金相结构，不能有气孔、缩孔、夹砂、裂纹等缺陷。因此其铸造工艺复杂、热处理技术难度高。在机械行业里，阀门的承压薄壳铸件毛坯的铸造难度远较其他机械构件的复杂、困难更多。
3)从机械加工工艺上讲，由于大多数的高强、高硬、高耐腐蚀材料的切削性能都不好，如高合金的不锈钢、耐酸刚都具有韧性大、强度高、散热差、切削性大和加工硬化倾向强等缺点，很难达到要求的尺寸精度和光洁度，给机加工的刀具、工艺和设备带来一定困难。另外，阀门密封面在加工精度、配合角度、光洁度和配对密封副的要求也很高，给机加工带来很大难度。
4)从阀门零件的工艺安排上讲，阀门的主要零件个数不多，结构相对简单，大部分尺寸的加工精度不高，外部比较粗糙，这就给人一种属于简单机械的印象。其阀门的心脏密封部位可是极其精密的，其密封面的“三度”（平整度、光洁度、硬度）要求很高，以及两个密封面组成的密封副的吻合度都要达到零对零要求，就是阀门加工的最大工艺难点。
5)从阀门的实验和检验上讲，阀门是压力管道重要的启闭、调节元件，而压力管道的使用工况是千差万别的，高温高压、低温深冷、易燃易爆、剧毒强腐蚀。可是阀门制造的实验和检验条件不可能达到工况的同等要求，国际、国内各种阀门实验标准规定都是在接近常温的条件下，用气体或水作为介质进行试验的。这就存在一个最根本的隐患，就是正常出厂试验合格的阀门产品，在苛刻的实际工况条件下可能会产生由于材料选用、铸件质量和密封破坏等问题而难以满足使用要求，还会发生重大的质量事故。难怪有些干了一辈子的老阀门专家，越老越拘谨、越干越担心了。
第二章阀门铸造工艺
阀门的铸造是阀门制造过程的重要环节，有了好的铸件就决定了好阀门成功的重大比例。下面介绍铸造工艺设计和阀门行业常用的几种铸造工艺方法：
㈠ 铸件的铸造工艺设计：
正确而有效的控制铸件凝固是获得优质铸钢件的头等重要条件，采取正确的工艺措施如：浇注系统、冒口和冷铁、工艺补正量等，形成合理的工艺方案。阀门铸钢件由于其壁厚不均匀，因采取顺序冷却、顺序凝固的原则，以减少铸件内部的应力、缩孔和缩松等缺陷。⑴ 控制铸钢件顺序凝固的工艺措施：1）2）
设计合理分型位置、浇注位置和浇注系统。
冒口设计在铸件最后凝固的部位，再起到补缩作用的同时，延缓冒口周围钢水的凝固，造成顺序凝固的条件。3）
浇注操作时，当钢水上升至冒口高度1/4时，该从冒口顶上浇注，其作用可以增加钢水压头，还可以提高冒口温度。4）
铸钢冒口尺寸的确定：其方法有模数法（按铸件的热容量确定）；体积收缩法（鞍钢水凝固收缩率确定）；比值法（按铸件的补缩类型确定）和热节圆法（按铸件的热节圆确定）。目前工厂里为了满足便捷的设计要求，常用的是热节圆法，来确定冒口的尺寸。5）
铸件收缩率的选定：铸钢件在凝固冷却的过程中，其体积和尺寸都会收缩减小，由液态凝固为固态的收缩量一般以长度的改变量—线收缩率来表示（﹪）。
影响铸造收缩率的因素很多，铸件在铸型中固态收缩时还受外界阻力的影响，会使其实际的收缩量减少，此时称为非自有收缩，而非自由收缩率总是小于自由收缩率。影响铸造收缩率的因素主要有金属合金的种类、铸件结构和尺寸长度，另外造型材料、型芯的紧实程度等也影响铸件产生非自有收缩率。
根据阀门的生产实践，为了方便模具设计，缩尺一般参考下表选取：
钢
碳 钢不锈钢
ZG0Ci18Ni12Mo2Ti
铬钼钢耐热钢铸 铁
ZGCr5Mo C5WC6 WC9HT250
20-25/100018-22/100010/1000
种
缩 尺20/100020-25/1000
WCB ZG25CF8 CF8M ZG0Cr18Ni9
㈡ 砂型铸造：阀门行业常用的砂型铸造，按粘接剂的不同还可分为：湿型砂、干型砂、水玻璃砂和呋喃树脂自硬砂等。
⑴ 湿型砂是以膨润土为粘接剂的造型工艺方法，它的特点是：造好的砂型不需要烘干，不需要经过硬化处理，砂型有一定的湿态强度，砂芯、型壳的退让性较好，便于铸件的清理落砂。造型生产效率高，生产周期短，材料成本低，便于组织流水线生产。他的缺点是：铸件易产生气孔、夹砂、粘砂等缺陷，铸件的质量尤其是内在质量不够理想。
铸钢件湿型砂的配比及性能表：
配 比
序号
新 砂
（%）
碳酸钠
性 能
湿压
用途
强度KPa
粒度组别
加入量
旧砂膨润土糊 精纸 浆含水量%透气性AFS
12
1015
10050
50
9/113
0.20.4
0.2/0.4
0.6/1.2
3.8/4.3
4/4.7
100/200100
56/7750/75
小铸钢件用砂机器造型用砂
⑵ 干型砂是以粘土为粘接剂的造型工艺方法，稍加膨润土可以提高其湿强度。它的特点是：砂型需要烘干，有良好的透气性，不易产生冲砂、粘砂、气孔等缺陷，铸件的内在质量较好。特的缺点是需要砂型烘干设备，生产的周期较长。
⑶水玻璃砂是以水玻璃为粘接剂的造型工艺方法，它的特点是：水玻璃遇CO2后有自动硬化的功能，可有气硬法造型和造芯的各种优点，但存在型壳溃散性差，铸件清砂困难以及旧砂再生、回用率低的缺点。 水玻璃CO2硬化砂配比及性能表：序号123
粒度
级别153021
加入量100100100
配 比 %
水玻璃
碱溶液15-20%0.7
膨润土
含水量%
性 能湿透湿压气 强度性KPa≥100≥300≥150
25-305-15
≥1.0硬化强度MPa≥1.5
用途
大铸件铸钢件 型芯砂
8-96.5-7.54-4.5
4-54-54.5-5.5
LK-2溃散剂水
0.4-0.6
≤3.5
⑷ 呋喃树脂自硬砂造型是以呋喃树脂为粘接剂的铸造工艺方法，
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