Le moulage du corps de vanne est une étape importante de sa fabrication, et sa qualité conditionne sa qualité. Voici quelques méthodes de moulage couramment utilisées dans l'industrie des vannes :
Moulage au sable :
Le moulage au sable couramment utilisé dans l'industrie des vannes peut être divisé en sable vert, sable sec, sable de verre soluble et sable autodurcissant à base de résine furanique selon 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 bonne résistance à l'humidité, et le noyau et l'enveloppe du moule offrent un bon rendement, facilitant ainsi le nettoyage et le démoulage des pièces moulées. Le moulage se caractérise par un rendement élevé, un cycle de production court, un faible coût des matériaux et une organisation aisée de la production sur chaîne.
Ses inconvénients sont :Les pièces moulées sont sujettes à des défauts tels que des pores, des inclusions de sable et une adhérence du sable, et la qualité des pièces moulées, en particulier la qualité intrinsèque, n'est pas idéale.
Tableau des proportions et des performances du sable vert pour les pièces moulées en 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'humidité.
Ses caractéristiques sont :le moule en sable doit être séché, a une bonne perméabilité à l'air, n'est pas sujet aux défauts tels que le lavage du sable, le collage du sable et les pores, et la qualité inhérente du moulage est bonne.
Ses inconvénients sont :il nécessite un équipement de séchage du sable et le cycle de production est long.
(3) Le sable de verre soluble est un procédé de modelage utilisant le verre soluble comme liant. Il se caractérise par sa capacité à durcir automatiquement au CO2 et offre divers avantages par rapport à la méthode de durcissement au gaz pour le modelage et la fabrication de noyaux. Cependant, il présente des inconvénients, tels qu'une faible élasticité de la coque du moule, des difficultés de nettoyage du sable des pièces moulées et un faible taux de régénération et de recyclage du sable usagé.
Tableau des proportions et des performances du sable de durcissement au CO2 du verre soluble :
(4) Le moulage au sable autodurcissant à base de résine furanique est un procédé de moulage utilisant la résine furanique comme liant. Le sable de moulage se solidifie grâce à la réaction chimique du liant sous l'action du durcisseur à température ambiante. Il se caractérise par l'absence de séchage du moule, ce qui raccourcit le cycle de production et économise l'énergie. Le sable de moulage à base de résine est facile à compacter et présente de bonnes propriétés de désintégration. Il est également facile à nettoyer. Les pièces moulées présentent une grande précision dimensionnelle et un bon état de surface, ce qui améliore considérablement la qualité des pièces moulées. Ses inconvénients sont : des exigences de qualité élevées pour le sable brut, une légère odeur âcre sur le site de production et un coût élevé de la résine.
Procédé de dosage et de mélange du mélange de sable sans cuisson à base de résine furanique :
Procédé de mélange du sable autodurcissant à base de résine furanique : il est préférable d'utiliser un mélangeur à sable continu pour fabriquer du sable autodurcissant à base de résine. Le sable brut, la résine, le durcisseur, etc. sont ajoutés séquentiellement et mélangés rapidement. Le mélange peut être utilisé à tout moment.
L'ordre d'ajout des différentes matières premières lors du mélange du sable de résine est le suivant :
Sable brut + agent de durcissement (solution aqueuse d'acide p-toluènesulfonique) – (120 ~ 180S) – résine + silane – (60 ~ 90S) – production de sable
(5) Processus de production de moulage au sable typique :
Moulage de précision :
Ces dernières années, les fabricants de vannes accordent une attention croissante à la qualité esthétique et à la précision dimensionnelle des pièces moulées. L'esthétique étant une exigence fondamentale du marché, elle constitue également une référence pour la première étape de l'usinage.
Le moulage de précision couramment utilisé dans l'industrie des vannes est le moulage à la cire perdue, qui est brièvement présenté comme suit :
(1) Deux méthodes de procédé de coulée en solution :
1. En utilisant un matériau de moule à base de cire à basse température (acide stéarique + paraffine), une injection de cire à basse pression, une coque en verre soluble, un déparaffinage à l'eau chaude, un 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 décirage à la vapeur, un processus de coulée rapide sous atmosphère ou sous vide, 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 :
①Le moulage présente une grande précision dimensionnelle, une surface lisse et une bonne qualité d'apparence.
2 Il est possible de couler des pièces aux structures et formes complexes qui sont difficiles à traiter avec d’autres procédés.
③ Les matériaux de moulage ne sont pas limités, divers matériaux d'alliage tels que : l'acier au carbone, l'acier inoxydable, l'acier allié, l'alliage d'aluminium, l'alliage haute température et les métaux précieux, en particulier les matériaux d'alliage difficiles à forger, à souder et à couper.
④ Excellente flexibilité de production et grande adaptabilité. Produit en grandes quantités, il convient également à la production de pièces uniques ou de petites séries.
⑤ Le moulage à la cire perdue présente également certaines limites, notamment un processus complexe et un cycle de production long. En raison des techniques de moulage limitées, sa capacité de charge sous pression est limitée pour la fabrication de pièces moulées de soupapes à coque mince.
Analyse des défauts de moulage
Toute pièce moulée présente des défauts internes, qui compromettent gravement la qualité interne de la pièce. La réparation par soudage visant à les éliminer en cours de production représente également un sérieux obstacle à la production. Les vannes, en particulier, sont des pièces moulées à coque mince qui résistent à la pression et à la température. La compacité de leurs structures internes est donc essentielle. Par conséquent, les défauts internes des pièces moulées deviennent un facteur déterminant pour leur qualité.
Les défauts internes des pièces moulées de soupapes comprennent principalement des pores, des inclusions de scories, des porosités de retrait et des fissures.
(1) Pores :Les pores sont produits par le gaz, la surface des pores est lisse et ils sont générés à l'intérieur ou à proximité de la surface de la pièce moulée, et leurs formes sont généralement rondes ou oblongues.
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 lors de la solidification de la pièce moulée, formant des parois intérieures fermées circulaires ou ovales avec un éclat métallique.
②L'humidité ou les substances volatiles présentes dans le matériau de moulage se transformeront en gaz en raison du chauffage, formant des pores avec des parois intérieures brun foncé.
③ Pendant le 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. Lors de la 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. Le coulage de l'acier en fusion doit être effectué à haute température et coulé à basse température, et l'acier en fusion doit être correctement sédaté pour faciliter la flottaison du gaz.
③ La conception du processus de la colonne montante de coulée doit augmenter la pression de l'acier en fusion pour éviter le piégeage du gaz et mettre en place un chemin de gaz artificiel pour un échappement 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 non, présente à l'intérieur de la pièce moulée (notamment au point chaud), avec une surface intérieure rugueuse et une couleur plus foncée. De gros grains de cristaux, principalement sous forme de dendrites, se rassemblent en un ou plusieurs endroits, sujets aux fuites lors des essais hydrauliques.
La raison de la cavité de retrait (desserrage) :Le retrait volumique se produit lors de la solidification du métal de l'état liquide à l'état solide. Si l'apport d'acier fondu est insuffisant à ce stade, des cavités de retrait se forment inévitablement. Ces cavités sont principalement dues à un mauvais contrôle du processus de solidification séquentielle. Les causes peuvent inclure un mauvais réglage de la colonne montante, une température de coulée de l'acier fondu trop élevée et un retrait important du métal.
Méthodes pour éviter les cavités de retrait (desserrage) :1. Concevoir scientifiquement le système de coulée des pièces moulées pour obtenir une solidification séquentielle de l'acier en fusion. Les pièces solidifiées en premier doivent être remplies d'acier en fusion. 2. Régler correctement et judicieusement la colonne montante, la subvention et le fer froid interne et externe pour assurer une solidification séquentielle. 3. Lors de la coulée de l'acier en fusion, l'injection par le haut depuis la colonne montante permet de maintenir la température de l'acier en fusion et de l'alimentation, et de réduire l'apparition de cavités de retrait. 4. En termes de vitesse de coulée, une coulée à basse vitesse est plus propice à la solidification séquentielle qu'une coulée à grande vitesse. 5. La température de coulée ne doit pas être trop élevée. L'acier en fusion est retiré du four à haute température et coulé après sédation, ce qui permet de réduire les cavités de retrait.
(3) Inclusions de sable (scories) :Les inclusions de sable (scories), communément appelées cloques, sont des trous circulaires ou irréguliers discontinus qui apparaissent à l'intérieur des pièces moulées. Ces trous sont mélangés à du sable de moulage ou à des scories d'acier, de tailles irrégulières et agrégés. Ils sont localisés à un ou plusieurs endroits, souvent plus en haut.
Causes de l'inclusion de sable (scorie) :L'inclusion de laitier est due à la pénétration de laitier d'acier dans la pièce moulée avec l'acier en fusion lors de la fusion ou du coulage. L'inclusion de sable est due à une étanchéité insuffisante de la cavité du moule lors du moulage. Lorsque l'acier en fusion est coulé dans la cavité, le sable de moulage est entraîné par l'acier en fusion et pénètre à l'intérieur de la pièce moulée. De plus, des opérations incorrectes lors de l'ébavurage et de la fermeture du caisson, ainsi que des chutes de sable, sont également à l'origine de l'inclusion de sable.
Méthodes pour éviter les inclusions de sable (scories) :1 Lorsque l'acier en fusion est fondu, les gaz d'échappement et les scories doivent être évacués aussi complètement que possible. 2 Essayez de ne pas retourner le sac de coulée d'acier en fusion, mais utilisez un sac de théière ou un sac de coulée inférieur pour empêcher les scories au-dessus de l'acier en fusion de pénétrer dans la cavité de coulée avec l'acier en fusion. 3 Lors de la coulée d'acier en fusion, des mesures doivent être prises pour empêcher les scories de pénétrer dans la cavité du moule avec l'acier en fusion. 4 Afin de réduire la possibilité d'inclusion de sable, assurez-vous de l'étanchéité du moule en sable lors de la modélisation, veillez à ne pas perdre de sable lors de la découpe et soufflez la cavité du moule pour la nettoyer avant de fermer la boîte.
(4) Fissures :La plupart des fissures dans les pièces moulées sont des fissures à chaud, de formes irrégulières, pénétrantes ou non pénétrantes, continues ou intermittentes, et le métal au niveau des fissures est foncé ou présente une oxydation superficielle.
raisons des fissures, à savoir les contraintes à haute température et la déformation du film liquide.
La contrainte à haute température est la contrainte créée par le retrait et la déformation de l'acier en fusion à haute température. Lorsque la contrainte dépasse la limite de résistance ou de déformation plastique du métal à cette température, des fissures apparaissent. La déformation par film liquide est la formation d'un film liquide entre les grains cristallins lors du processus de solidification et de cristallisation de l'acier en fusion. Au fur et à mesure de la solidification et de la cristallisation, le film liquide se déforme. Lorsque l'ampleur et la vitesse de déformation dépassent une certaine limite, des fissures apparaissent. La plage de température des fissures thermiques est d'environ 1200 à 1450 °C.
Facteurs affectant les fissures :
1 Les éléments S et P dans l'acier sont des facteurs nocifs pour les fissures, et leurs eutectiques avec le fer réduisent la résistance et la plasticité de l'acier moulé à haute température, ce qui entraîne des fissures.
2. L'inclusion et la ségrégation de scories dans l'acier augmentent la concentration de 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 faible est la tendance à la fissuration à chaud.
⑤ La conception structurelle des pièces moulées présente une faible fabricabilité, notamment des coins arrondis trop petits, une grande disparité d'épaisseur de paroi et une forte concentration de contraintes, ce qui peut provoquer des fissures.
6. La compacité du moule en sable est trop élevée et le faible rendement du noyau entrave le retrait de la pièce moulée et augmente la tendance aux fissures.
7. D'autres facteurs, tels qu'une mauvaise disposition de la colonne montante, un refroidissement trop rapide de la pièce moulée, une contrainte excessive causée par la découpe de la colonne montante et le traitement thermique, etc., affecteront également la génération de fissures.
Selon les causes et les facteurs d'influence des fissures ci-dessus, des mesures correspondantes peuvent être prises pour réduire et éviter l'apparition de défauts de fissures.
Sur la base de l'analyse ci-dessus des causes des défauts de moulage, de la découverte des problèmes existants et de la prise des mesures d'amélioration correspondantes, nous pouvons trouver une solution aux défauts de moulage, ce qui est propice à l'amélioration de la qualité de moulage.
Date de publication : 31 août 2023