Le moulage du corps de vanne est une étape importante du processus de fabrication, et la qualité de cette pièce détermine la qualité de la vanne. Voici quelques méthodes de moulage couramment utilisées dans l'industrie des vannes :
Moulage au sable :
Le moulage en sable couramment utilisé dans l'industrie des vannes peut être divisé en sable vert, sable sec, sable de silicate de sodium et sable autodurcissant à base de résine furanique selon les différents liants.
(1) Le sable vert est un procédé de moulage utilisant la bentonite comme liant.
Ses caractéristiques sont :Le moule en sable fini ne nécessite ni séchage ni durcissement. Il présente une certaine résistance à l'état humide, et le noyau et la coque du moule offrent un bon rendement, facilitant ainsi le nettoyage et le démoulage des pièces. La productivité est élevée, le cycle de production court, le coût des matériaux faible et l'intégration dans une chaîne de production est aisée.
Ses inconvénients sont les suivants :Les pièces moulées sont sujettes à des défauts tels que des pores, des inclusions de sable et l'adhérence du sable, et leur qualité, notamment leur qualité intrinsèque, n'est pas idéale.
Tableau des proportions et des performances du sable vert pour la fonderie d'acier :
(2) Le sable sec est un procédé de moulage utilisant l'argile comme liant. L'ajout d'un peu de bentonite peut améliorer sa résistance à l'état humide.
Ses caractéristiques sont :Le moule en sable doit être sec, présenter une bonne perméabilité à l'air, ne pas être sujet à des défauts tels que le lavage du sable, l'adhérence du sable et les pores, et la qualité intrinsèque de la pièce moulée doit être bonne.
Ses inconvénients sont les suivants :Cela nécessite un équipement de séchage du sable et le cycle de production est long.
(3) Le sable de silicate de sodium est un procédé de modelage utilisant le silicate de sodium comme liant. Ses caractéristiques sont les suivantes : le silicate de sodium durcit automatiquement au contact du CO2 et présente divers avantages par rapport aux méthodes de durcissement gazeux pour le modelage et la fabrication de noyaux. Cependant, il présente des inconvénients tels qu’une faible aptitude au moulage, une difficulté de nettoyage du sable après moulage et un faible taux de régénération et de recyclage du sable usagé.
Tableau des proportions et des performances du sable durcisseur au CO2 à base de verre soluble :
(4) Le moulage au sable autodurcissant à la résine furanique est un procédé de fonderie utilisant cette résine comme liant. Le sable de moulage se solidifie par réaction chimique du liant sous l'action d'un agent de durcissement à température ambiante. Ce procédé présente l'avantage de ne pas nécessiter de séchage du moule, ce qui raccourcit le cycle de production et permet des économies d'énergie. Le sable de moulage à la résine est facile à compacter et présente une bonne désagrégation. Le sable des pièces moulées est facile à nettoyer. Les pièces moulées présentent une grande précision dimensionnelle et un bon état de surface, ce qui améliore considérablement leur qualité. Ses inconvénients sont : des exigences élevées en matière de qualité du sable brut, une légère odeur piquante sur le site de production et un coût élevé de la résine.
Proportion et procédé de mélange du mélange de sable sans cuisson à base de résine furanique :
Procédé de fabrication du sable autodurcissant à base de résine furanique : Il est préférable d’utiliser un mélangeur de sable continu. Le sable brut, la résine, le durcisseur, etc., sont ajoutés successivement et mélangés rapidement. Le sable ainsi obtenu peut être utilisé immédiatement.
L'ordre d'ajout des différentes matières premières lors du mélange de sable résineux est le suivant :
Sable brut + agent de durcissement (solution aqueuse d'acide p-toluènesulfonique) – (120 ~ 180 s) – résine + silane – (60 ~ 90 s) – production de sable
(5) Procédé de production typique de moulage au sable :
Moulage de précision :
Ces dernières années, les fabricants de vannes ont accordé une attention croissante à la qualité esthétique et à la précision dimensionnelle des pièces moulées. L'aspect esthétique étant une exigence fondamentale du marché, il constitue également un critère de choix pour la première étape d'usinage.
Le procédé de fonderie de précision le plus couramment utilisé dans l'industrie des vannes est la fonderie à cire perdue, que l'on peut brièvement présenter comme suit :
(1) Deux procédés de coulée en solution :
①Utilisation d'un matériau de moule à base de cire à basse température (acide stéarique + paraffine), injection de cire à basse pression, coquille de verre soluble, déparaffinage à l'eau chaude, processus de fusion et de coulée atmosphérique, principalement utilisé pour les pièces moulées en acier au carbone et en acier faiblement allié avec des exigences de qualité générales, la précision dimensionnelle des pièces moulées peut atteindre la norme nationale CT7~9.
② En utilisant un matériau de moule à base de résine à température moyenne, une injection de cire à haute pression, une coque de moule en sol de silice, un déparaffinage à la vapeur, un procédé de coulée par fusion atmosphérique ou sous vide rapide, la précision dimensionnelle des pièces moulées peut atteindre les pièces moulées de précision CT4-6.
(2) Flux de processus typique du moulage à la cire perdue :
(3) Caractéristiques du moulage à la cire perdue :
① La pièce moulée présente une grande précision dimensionnelle, une surface lisse et une bonne qualité d'aspect.
② Il est possible de couler des pièces aux structures et formes complexes difficiles à traiter par d'autres procédés.
③ Les matériaux de fonderie ne sont pas limités, divers matériaux d'alliage tels que : acier au carbone, acier inoxydable, acier allié, alliage d'aluminium, alliage haute température et métaux précieux, en particulier les matériaux d'alliage difficiles à forger, à souder et à couper.
④ Grande flexibilité de production et forte adaptabilité. Elle peut être produite en grandes quantités et convient également à la production à l'unité ou en petites séries.
⑤ Le moulage à la cire perdue présente également certaines limitations, telles qu'un processus complexe et un cycle de production long. En raison des techniques de moulage limitées, sa capacité de résistance à la pression ne peut être très élevée lorsqu'il est utilisé pour le moulage de vannes à paroi mince soumises à la pression.
Analyse des défauts de fonderie
Toute pièce moulée présente des défauts internes. L'existence de ces défauts représente un risque important pour la qualité interne de la pièce, et les réparations par soudage nécessaires pour les éliminer constituent une contrainte majeure pour le processus de production. En particulier, les vannes sont des pièces moulées à paroi mince qui résistent à la pression et à la température, et la compacité de leur structure interne est primordiale. Par conséquent, les défauts internes des pièces moulées deviennent un facteur déterminant pour leur qualité.
Les défauts internes des pièces moulées de vannes comprennent principalement les pores, les inclusions de scories, la porosité de retrait et les fissures.
(1) Pores :Les pores sont produits par le gaz, leur surface est lisse, ils se forment à l'intérieur ou près de la surface de la pièce moulée et leur forme est généralement ronde ou oblongue.
Les principales sources de gaz qui génèrent des pores sont :
① L'azote et l'hydrogène dissous dans le métal sont contenus dans le métal pendant la solidification de la pièce coulée, formant des parois intérieures circulaires ou ovales fermées avec un éclat métallique.
② L'humidité ou les substances volatiles présentes dans le matériau de moulage se transformeront en gaz sous l'effet de la chaleur, formant des pores aux parois internes brun foncé.
③ Lors du processus de coulée du métal, en raison de l'écoulement instable, l'air est impliqué pour former des pores.
Méthode de prévention des défauts stomatiques :
① En fusion, les matières premières métalliques rouillées doivent être utilisées le moins possible, voire pas du tout, et les outils et les louches doivent être cuits et séchés.
② La coulée de l'acier fondu doit être effectuée à haute température et coulée à basse température, et l'acier fondu doit être correctement calmé pour faciliter la flottation du gaz.
③ La conception du processus de coulée doit augmenter la pression de l'acier fondu pour éviter l'emprisonnement de gaz et mettre en place un chemin de gaz artificiel pour une évacuation raisonnable.
④Les matériaux de moulage doivent contrôler la teneur en eau et le volume de gaz, augmenter la perméabilité à l'air, et le moule en sable et le noyau en sable doivent être cuits et séchés autant que possible.
(2) Cavité de retrait (lâche) :Il s'agit d'une cavité circulaire ou irrégulière, cohérente ou incohérente, présente à l'intérieur de la pièce moulée (notamment au niveau du point chaud), avec une surface interne rugueuse et une couleur plus foncée. Des grains cristallins grossiers, principalement sous forme de dendrites, sont regroupés en un ou plusieurs endroits et sont susceptibles de provoquer des fuites lors de l'essai hydraulique.
La cause de la cavité de retrait (relâchement) :Le retrait volumique se produit lors de la solidification du métal, de l'état liquide à l'état solide. Si l'apport d'acier liquide est insuffisant à ce stade, des cavités de retrait se forment inévitablement. Ces cavités, présentes dans les pièces moulées en acier, sont principalement dues à un contrôle inadéquat du processus de solidification. Parmi les causes possibles, on peut citer un réglage incorrect des masselottes, une température de coulée trop élevée de l'acier liquide et un retrait important du métal.
Méthodes pour prévenir les cavités de retrait (relâchement) :① Concevoir scientifiquement le système de coulée des pièces moulées afin d'obtenir une solidification séquentielle de l'acier liquide. Les parties qui se solidifient en premier doivent être alimentées en acier liquide. ② Régler correctement et judicieusement la masselotte, le système de remplissage et les zones de fusion interne et externe pour assurer une solidification séquentielle. ③ Lors de la coulée de l'acier liquide, l'injection par le haut depuis la masselotte est bénéfique pour maintenir la température de l'acier liquide et assurer une alimentation régulière, tout en réduisant l'apparition de retassures. ④ En termes de vitesse de coulée, une coulée lente favorise une solidification séquentielle plus efficace qu'une coulée rapide. ⑸ La température de coulée ne doit pas être trop élevée. L'acier liquide est extrait du four à haute température puis coulé après un refroidissement, ce qui contribue à réduire les retassures.
(3) Inclusions de sable (laitier) :Les inclusions de sable (laitier), communément appelées cloques, sont des cavités circulaires ou irrégulières et discontinues qui apparaissent à l'intérieur des pièces moulées. Ces cavités sont composées de sable de moulage ou de laitier d'acier mélangés à du sable de moulage ou à du laitier d'acier, de tailles irrégulières et agglomérés. Elles se trouvent à un ou plusieurs endroits, souvent plus nombreux sur la partie supérieure.
Causes de l'inclusion de sable (scories) :Les inclusions de laitier sont dues à la présence de scories d'acier qui pénètrent dans la pièce moulée avec l'acier en fusion lors de la fusion ou de la coulée. Les inclusions de sable sont causées par une étanchéité insuffisante de la cavité du moule pendant le moulage. Lorsque l'acier en fusion est coulé dans la cavité, le sable de moulage est entraîné par l'acier liquide et pénètre à l'intérieur de la pièce moulée. De plus, des opérations incorrectes lors de l'ébavurage et de la fermeture de la boîte, ainsi que le phénomène de chute de sable, sont également des causes d'inclusions de sable.
Méthodes pour prévenir les inclusions de sable (scories) :① Lors de la fusion de l'acier, les gaz d'échappement et les scories doivent être évacués aussi complètement que possible. ② Évitez de retourner le sac de coulée d'acier en fusion ; utilisez plutôt un sac de type « théière » ou un sac de coulée par le bas pour empêcher les scories situées au-dessus de l'acier en fusion de pénétrer dans la cavité de coulée avec ce dernier. ③ Lors de la coulée de l'acier en fusion, prenez des précautions pour éviter que les scories ne pénètrent dans la cavité du moule avec l'acier en fusion. ④ Afin de réduire le risque d'inclusions de sable, assurez-vous de l'étanchéité du moule en sable lors du modelage, veillez à ne pas perdre de sable lors de l'ébarbage et nettoyez la cavité du moule à l'air comprimé avant de refermer le moule.
(4) Fissures :La plupart des fissures dans les pièces moulées sont des fissures à chaud, de formes irrégulières, pénétrantes ou non, continues ou intermittentes, et le métal au niveau des fissures est sombre ou présente une oxydation superficielle.
raisons des fissures, à savoir les contraintes thermiques élevées et la déformation du film liquide.
Les contraintes thermiques sont dues au retrait et à la déformation de l'acier en fusion à haute température. Lorsque ces contraintes dépassent la limite de résistance ou de déformation plastique du métal à cette température, des fissures apparaissent. La déformation par film liquide correspond à la formation d'un film liquide entre les grains cristallins lors de la solidification et de la cristallisation de l'acier en fusion. Au fur et à mesure de la solidification et de la cristallisation, ce film liquide se déforme. Lorsque l'amplitude et la vitesse de déformation dépassent un certain seuil, des fissures se forment. La plage de température d'apparition des fissures thermiques se situe entre 1200 et 1450 °C environ.
Facteurs influençant les fissures :
① Les éléments S et P dans l'acier sont des facteurs nuisibles pour les fissures, et leurs eutectiques avec le fer réduisent la résistance et la plasticité de l'acier coulé à haute température, ce qui entraîne des fissures.
② L’inclusion et la ségrégation de scories dans l’acier augmentent la concentration des contraintes, augmentant ainsi la tendance à la fissuration à chaud.
③ Plus le coefficient de retrait linéaire du type d'acier est élevé, plus la tendance à la fissuration à chaud est grande.
④ Plus la conductivité thermique du type d'acier est élevée, plus la tension superficielle est élevée, meilleures sont les propriétés mécaniques à haute température et plus la tendance à la fissuration à chaud est faible.
⑤ La conception structurelle des pièces moulées est peu facile à fabriquer, avec des angles arrondis trop petits, une grande disparité d'épaisseur de paroi et une forte concentration de contraintes, ce qui provoque des fissures.
⑥La compacité du moule en sable est trop élevée et le faible rendement du noyau entrave le retrait de la pièce coulée et augmente la tendance aux fissures.
⑦ D'autres facteurs, tels qu'une disposition incorrecte de la colonne montante, un refroidissement trop rapide de la pièce moulée, des contraintes excessives causées par la découpe de la colonne montante et le traitement thermique, etc., peuvent également affecter la formation de fissures.
En fonction des causes et des facteurs influençant les fissures mentionnées ci-dessus, des mesures appropriées peuvent être prises pour réduire et éviter l'apparition de défauts de fissuration.
Sur la base de l'analyse ci-dessus des causes des défauts de fonderie, en identifiant les problèmes existants et en prenant les mesures d'amélioration correspondantes, nous pouvons trouver une solution aux défauts de fonderie, ce qui est propice à l'amélioration de la qualité de la fonderie.
Date de publication : 31 août 2023