1.3研究内容

本文的研究对象为大型球墨铸铁水阀阀体，根据相关的设计要求，利用《铸造手册》、《铸造工艺设计》等工具书进行传统的铸造工艺设计，查阅相关的论文文献，了解砂型铸造工艺领域的背景及最新进展。在设计过程中，根据零件图分析球铁水阀的铸造工艺性；根据手册和铸件的要求，设计或选择合适的铸造工艺参数，然后设计合理的浇注系统、冒口、冷铁等。在传统铸造工艺的基础上，利用三维造型软件对水阀铸件及其浇注系统和冒口等进行建模，然后利用铸造过程数值模拟软件(ProCast)对水阀阀体的充型、凝固过程进行数值模拟。对浇注过程中可能出缺陷的位置、类型、大小等进行分析研究，找出出现缺陷的原因，提出改进方案，优化铸造工艺设计，以期得到产品合格的水阀铸件。

第二章水阀的铸造工艺设计

2.1零件结构的铸造工艺性

2.1.1零件的主要技术要求

(1)生产条件 指定零件为水阀，生产性质为单件或小批量生产。

(2)铸件材质 零件材质为QT400。

(3)造型材料及造型方法该水阀铸件属于大型铸件，采用单件、小批量生产。不适合使用机械化自动造型，而手工造型能适应各种复杂的要求，操作比较灵活，对工艺装备的要求不是很高，故选择手工造型，但手工造型会导致造型操作工人的劳动强度增加。由于该水阀铸件为大型铸铁件，而且结构较为复杂，使用自硬树脂砂工艺能够减少造型、修模和铸件清理的劳动强度，同时不需要大型烘窑，消除了烘型过程，节约能源和时间，提高生产效率和场地的利用率，消除了因烘型导致的铸型变形的问题，提高了铸型精度[10]。

造型时采用冷硬呋喃树脂砂进行铸造生产,不仅可获得轮廓清晰、尺寸精确、表面光洁的铸件,而且具有在常温下自硬、固化时间可调,型芯强度高,溃散性好等突出特点,特别适合于制作形状复杂、尺寸精度要求高,不易清理的铸型和砂芯,有着粘土砂和植物油砂不可替代的优点[11]。

2.1.2水阀的材质分析

(1)力学性能QT400为铁素体型球墨铸铁，具有中高等强度、中等韧性和塑性，综合性能较高，耐磨性和减振性良好，铸造工艺性能良好等特点。能通过各种热处理改变其性能。具有良好的综合力学性能，在常温下冲击韧性高。而且塑性较好。脆性转变温度低，同时低温韧性也较好。常用来制造能承受高冲击振动及产生交变载荷的零件。

(2)铸造性能 球墨铸铁原铁液经过球化，孕育处理后温度会下降很多，而且球墨铸铁件的金属液极易氧化和二次造渣，铁液黏度较高，流动充型能力较差，缩孔、缩松倾向大，容易产生氧化皮夹渣和皮下气孔，浇注温度对流动性影响很大。球铁共晶凝固的温度范围比较大,固—液相区间较宽,导致液体补缩困难[12]。当铁液进入型腔后,其体积会发生变化,在理论上讲，由液体下1.56%的收缩、凝固期间3%的收缩量以及凝固期间因石墨化引起的4.7%的体积膨胀量这三项体积变化共同作用的结果。数值中可以看出三者的体积变化之和几乎趋近于零。而大型球墨铸铁件属胀缩部分重合型，膨胀可以大部分被利用[13]。

2.1.3水阀的结构分析

阀门作为流体输送系统中的重要要控制装置，其产品的性能对装置的安全，可靠运行起着决定性的作用。其铸造工艺决定了承压壳体的压力边界的安全性和可靠性。对于阀体铸件，要求表面光洁，尤其是要组织致密，不允许出现气孔、缩孔、疏松、裂纹、包砂等铸造缺陷[14]。