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CN104493084A - 一种不锈钢阀的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种不锈钢阀的制造方法，其阀座、阀盖、阀芯、或气门帽中的至少一个采用不锈钢铸造工艺制成，步骤包括：(1)制树脂砂模：根据产品的内孔形状以及外观形状采用树脂砂制备内芯和外模；(2)涂料：在内芯外表面和外模内表面涂覆耐高温涂料，干燥；(3)浇注：熔融不锈钢，注入内芯和外模之间空间构成的型腔中；(4)开模：降温后开模取出不锈钢铸件；(5)铸件清理、机械加工，得不锈钢成品。本发明通过改变制备工艺，使不锈钢材质得以用于制备阀，例如不锈钢截止阀、水阀等，其工艺简单易行，所得产品质量稳定，不会出现应力裂纹导致的泄露，环保且更耐腐蚀。

Description

一种不锈钢阀的制造方法
技术领域
本发明涉及阀领域，特别是一种不锈钢阀的制造方法。
背景技术
现有阀，例如截止阀由阀座、阀盖、阀芯、气门帽等组成。由于阀座通常形状复杂，考虑到制造成本，一般采用延展性极好的材料进行热锻，同时需要考虑截止阀的防锈性(例如应用在空调室外机)，所以现有截止阀一般采用黄铜或不锈钢。
不锈钢的杨氏模量约为黄铜的2倍，因此锻造时黄铜所需要的力远小于不锈钢。从延展性方面进行对比，600℃左右时黄铜远好于不锈钢四倍以上。研究中发现，不锈钢应力及组织变化大，不利于锻造，即使温度在900℃以上，延展性有所提高，但仍不如黄铜，加工难度很大。因此目前大部分的截止阀还是以黄铜为主。
但是黄铜材料一般含铅，不符合越来越高的环保要求，而锻造工艺本身又会令到黄铜材料硬化，应力集中，组织发生变化，易产生应力裂纹从而导致泄露，且其耐腐蚀性低于不锈钢。因此，如何开发出一种工艺能使不锈钢得以广泛应用于截止阀上成为业内研究的重要方向。
发明内容
为解决上述问题，本发明的目的是提供一种不锈钢阀的制造方法，其工艺简单，加工容易，产品质量稳定。
本发明的目的是这样实现的：一种不锈钢阀的制造方法，其阀座、阀盖、阀芯、或气门帽中的至少一个采用不锈钢铸造工艺制成，步骤包括：(1)制树脂砂模：根据产品的内孔形状以及外观形状采用树脂砂制备内芯和外模；(2)涂料：在内芯外表面和外模内表面涂覆耐高温涂料，干燥；(3)浇注：熔融不锈钢，注入内芯和外模之间空间构成的型腔中；(4)开模：降温后开模取出不锈钢铸件；(5)铸件清理、机械加工，得不锈钢成品。
所述步骤(1)中，树脂砂为耐高温砂与粘合剂的混合物，根据内芯和外模的形状制作模具；通过射砂工艺向模具内腔射入树脂砂，对模具加热180～400℃，3～60秒令树脂砂模成型，或者，采用自然风干的方式令树脂砂模成型；开模，取出内芯、外模。
所述步骤(1)中的内芯和外模为一体制成的，或者，内芯和外模是分体制得的，再通过粘结或夹紧机构将内芯和外模固定成一个整体，内芯表面设有可与外模内表面抵触用于固定两者相对位置的凸起，或外模内表面设有可与内芯表面抵触用于固定两者相对位置的凸起，该凸起高度为≥0.05mm；至少在内芯或外模之一上均设有用于逸出型腔内气体的0.2～0.3mm宽的排气通道。
所述步骤(1)中制得的内芯的外径比不锈钢成品的内径小0.3～1.2mm，不锈钢成品的内径不小于3mm；制得的外模内腔需后续机械加工的位置的尺寸比不锈钢成品对应该部位的外轮廓大0.3～1.2mm。
所述步骤(2)中的耐高温涂料采用耐1560℃以上高温的水基或醇基涂料；使用水基耐高温涂料时的干燥温度为200～400℃，烘干时间为20～60分钟，或室温下风干24小时以上，使用醇基耐高温涂料时可点燃烧结干燥或室温下风干4小时以上。
所述步骤(3)中，不锈钢熔融成1560～1620℃液体，浇注温度保持在1540℃以上；所述步骤(4)中，在温度降至820℃以下后开模。
所述不锈钢的成分按重量百分比计算为：C＜0.18、Si＜1.5、Mn＜2.0、S＜0.06、P＜0.06、Ni 3.0～22.0、Cr 16.0～28.0、Mo 0～6.0、Ti＜0.8、Cu 3.0～5.0，其余为Fe及不可避免杂质。
所述不锈钢采用奥氏体系不锈钢或马氏体系不锈钢。
所述不锈钢采用奥氏体系不锈钢制得的不锈钢铸体，后续可以进行或不进行热处理；所述不锈钢采用马氏体系不锈钢制得的不锈钢铸体，后续应进行热处理：①淬火：950～1100℃油冷，②低温回火：180～300℃油冷或空冷，或者，高温回火：600～750空冷，③退火：800～920缓冷。
所述的不锈钢阀为不锈钢截止阀、水阀。
本发明通过改变制备工艺，使不锈钢材质得以用于制备阀，工艺简单易行，所得产品质量稳定，不会出现应力裂纹导致的泄露，环保且更耐腐蚀。
附图说明
图1是是本发明的阀座的生产流程图；
图2是本发明的阀盖的生产流程图；
图3是本发明的阀芯的生产流程图。
具体实施方式
本发明是一种不锈钢阀的制造方法，其阀座1、阀盖2、阀芯3、或气门帽中的至少一个采用不锈钢铸造工艺制成。根据产品的内孔形状以及外观形状采用树脂砂制备内芯和外模，内芯和外模为一体制成的，或者，内芯和外模是分体制得的，再通过粘结或夹紧机构将内芯和外模固定成一个整体。制备方法得到的不锈钢阀可以为不锈钢截止阀、水阀等。实施例1：阀座1的制备，如图1所示。
(1)制树脂砂模：根据产品的内孔形状以及外观形状采用树脂砂分别制备内芯11和外模12，其中外模12由两半组成。在本实施例中外模14设置成两排每排四个，通过浇道19与浇注口贯通连接，从而提高工作效率。较好的，制得的内芯11的外径比不锈钢成品的内径小0.3～1.2mm，不锈钢阀座成品的内径一般不小于3mm，因此均可采用内芯的方式。制得的外模12内腔在需后续机械加工的位置的尺寸比不锈钢成品对应该部位的外轮廓大0.6～1.2mm，预留加工位，不需后续加工的部位无需预留。
本发明所使用的树脂砂又叫覆膜砂，是耐高温砂与粘合剂的混合物。制树脂砂模时，首先根据内芯11和外模12的形状制作模具；然后通过射砂工艺向模具内腔射入树脂砂，对模具加热180～400℃，3～60秒令树脂砂模成型(热砂工艺)，或者，采用自然干燥的方式令树脂砂模成型(冷砂工艺)；最后开模，取出内芯11或外模12即可。
内芯、外模上可设计有约0.2～0.3mm宽的排气通道，用于型腔气体逸出。内芯表面设有可与外模内表面抵触用于固定两者相对位置的凸起；或者，外模内表面设有可与内芯表面抵触用于固定两者相对位置的凸起。优选的，凸起高度为≥0.05mm，至少对称设置两个。
(2)涂料：在内芯11表面和外模12内表面涂覆(浸、喷或刷涂)耐高温涂料，烘干，得已涂料的的内芯11和外模12。铸造工艺的树脂砂模用的耐高温涂料采用耐1560℃以上高温的水基或醇基涂料，目的是进一步提高树脂砂的耐火度，同时还能改善不锈钢铸件的外观，令其表面光洁，改善粗糙度，减少气孔。优选的，使用水基耐高温涂料时的干燥温度为200～400℃，烘干时间为20～60分钟，或室温下风干24小时以上，使用醇基耐高温涂料时可点燃烧结干燥或室温下风干4小时以上。
(3)组模：将内芯11放置于其中一半的外模12中，再组合上另一半外模12，通过粘结或夹紧机构将内芯11和外模12固定成一个整体15，内芯11和外模12之间空间构成型腔17，例如，通过黏胶(快干胶)密封对半开的两个外模12的模缝，风干；或者，采用由螺固元件和夹板组成的夹紧机构16将对半开的两个外模12夹紧，从而形成一个整体15，并防止浇注过程中模型的移位。在本实施例的整体15中，八个型腔17分别通过浇道19与浇注口14贯通连接。
(4)浇注：熔融不锈钢，注入步骤(3)组装成的整体15中，即注入内芯11和外模12之间空间构成的型腔17中。不锈钢熔融成1560～1620℃液体，浇注温度保持在1540℃以上，选择在产品比较厚、大的位置注入，即选择在在产品比较厚、大的位置与浇道19连通。
(5)开模：降温后开模取出不锈钢铸件18。在温度降至820℃以下后可以开模，最好低于300℃，防止因开模温度过高而造成的产品变形。
(6)铸件清理。例如：喷丸除去表面残留的异物(如砂、氧化皮等)，切冒口、打磨使冒口形状规则，抛光等。
(7)机械加工，将内外径多余的料去除至产品所需尺寸，攻牙，除毛刺、清洗，最后得不锈钢成品阀座1。
上述不锈钢的成分按重量百分比计算为：C＜0.18、Si＜1.5、Mn＜2.0、S＜0.06、P＜0.06、Ni 3.0～22.0、Cr 16.0～28.0、Mo 0～6.0、Ti＜0.8、Cu 3.0～5.0，其余为Fe及不可避免杂质。不锈钢采用奥氏体系不锈钢或马氏体系不锈钢，优选为奥氏体系不锈钢，例如SUS304、SUS316、SUS304L或SUS316L等，考虑到成本及性能，最优选SUS304、SUS304L。本实施例采用SUS304。
当不锈钢采用奥氏体系不锈钢制得的不锈钢铸体时，后续步骤可以进行或不进行热处理，如进行热处理，工艺为：920～1150℃，快冷(为空气自然冷却速度的3倍以上)。由于通过高温使材料中的碳化物充分溶解，形成均一的奥氏体单相结构，然后迅速冷却，就可得到过饱和的单相组织结构，使材料的耐腐蚀性能强化。浇注完成后铸件产品基本上可以形成奥氏体组织为主的基体的不锈钢。当产品需要极高的耐腐蚀性要求时，可根据需要进行热处理进行组织调整，将其组织绝大部分调整为以奥氏体组织为主的基体的不锈钢(基本接近全部为奥氏体组织)。
当不锈钢采用马氏体系不锈钢制得的不锈钢铸体时，后续应进行热处理：①淬火：950～1100℃油冷，②低温回火：180～300℃油冷或空冷，或者，高温回火：600～750空冷，③退火：800～920缓冷(为空气自然冷却速度的1/2以下)。由于马氏体系不锈钢浇注完后产品组织已经不是不锈钢组织，抗腐蚀性极差，故需考虑组织转变，让其形成以马氏体为基体的不锈钢组织。以部品力学性能要求来定，高强度则用低温回火，低强度高韧性则用高温回火。通过淬火生成马氏体组织，使用不同的回火温度得到不同强度的基体材料，使之适用于不同强度要求的结构用件，低温回火品耐腐蚀性更优。
实施例2：阀盖2的制备，如图2所示。
(1)制树脂砂模：根据产品的内孔形状以及外观形状采用树脂砂分别制备内芯21和外模22。制得的内芯21的外径比不锈钢成品的内径小0.3～1.2mm。制得的外模22内腔在需后续机械加工的位置的尺寸比不锈钢成品对应该部位的外轮廓大0.6～1.2mm，预留加工位，不需后续加工的部位无需预留。在本实施例中内芯21、外模22均设置成三排每排四个，且外模22通过浇道25与浇注口27贯通连接，从而提高工作效率。
(2)涂料步骤同实施例1。涂料后，将每个内芯21放置于对应位置的外模22中，通过粘结或夹紧机构将内芯21和外模22固定成一个整体23，内芯21和外模22之间空间构成型腔24。在本实施例的整体23中，十二个型腔24分别通过浇道25与浇注口27贯通连接。
(3)浇注：同实施例1，熔融不锈钢，注入内芯21和外模22之间空间构成的型腔24中。
(4)开模：同实施例1，降温后开模取出不锈钢铸件26；
(5)铸件清理、机械加工，得不锈钢成品阀盖2。
实施例3：阀芯3的制备，如图3所示。
(1)制树脂砂模：根据产品的内孔形状以及外观形状采用树脂砂制备一体成型的多个内芯31和外模32。制得的内芯31的外径比不锈钢成品的内径小0.3～1.2mm。制得的外模32内腔在需后续机械加工的位置的尺寸比不锈钢成品对应该部位的外轮廓大0.6～1.2mm，预留加工位，不需后续加工的部位无需预留。在本实施例中，内芯31设置于外模32内，内芯31和外模32之间空间构成型腔33，多个内芯31和外模32构成一个整体39，每个整体39包括八个按圆周均匀分布的型腔33，每个型腔33通过横浇道34与直浇道35贯通连接，从而提高工作效率。
(2)涂料步骤同实施例1。涂料后，将多个整体39(本实施例为四个)上下叠放，各直浇道35对准，放置于筒型的砂型夹紧外框36中，顶部盖上盖板37压紧固定，盖板37上设有浇口杯38，直浇道35通过浇口杯38与外界连通。位于上方的整体39的底面构成位于下方的整体39的上盖面。
(3)浇注：同实施例1，熔融不锈钢，注入内芯31和外模32之间空间构成的型腔33中。
(4)开模：同实施例1，降温后开模取出不锈钢铸件3’；
(5)铸件清理、机械加工，得不锈钢成品阀芯3。

Claims (10)

1.一种不锈钢阀的制造方法，其阀座、阀盖、阀芯、或气门帽中的至少一个采用不锈钢铸造工艺制成，步骤包括：
(1)制树脂砂模：根据产品的内孔形状以及外观形状采用树脂砂制备内芯和外模；
(2)涂料：在内芯外表面和外模内表面涂覆耐高温涂料，干燥；
(3)浇注：熔融不锈钢，注入内芯和外模之间空间构成的型腔中；
(4)开模：降温后开模取出不锈钢铸件；
(5)铸件清理、机械加工，得不锈钢成品。
2.根据权利要求1所述的一种不锈钢阀的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中，树脂砂为耐高温砂与粘合剂的混合物，根据内芯和外模的形状制作模具；通过射砂工艺向模具内腔射入树脂砂，对模具加热180～400℃，3～60秒令树脂砂模成型，或者，采用自然风干的方式令树脂砂模成型；开模，取出内芯、外模。
3.根据权利要求1所述的一种不锈钢阀的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中的内芯和外模为一体制成的，或者，内芯和外模是分体制得的，再通过粘结或夹紧机构将内芯和外模固定成一个整体，内芯表面设有可与外模内表面抵触用于固定两者相对位置的凸起，或外模内表面设有可与内芯表面抵触用于固定两者相对位置的凸起，该凸起高度为≥0.05mm；至少在内芯或外模之一上均设有用于逸出型腔内气体的0.2～0.3mm宽的排气通道。
4.根据权利要求1所述的一种不锈钢阀的制造方法，其特征在于：所述步骤(1)中制得的内芯的外径比不锈钢成品的内径小0.3～1.2mm，不锈钢成品的内径不小于3mm；制得的外模内腔需后续机械加工的位置的尺寸比不锈钢成品对应该部位的外轮廓大0.3～1.2mm。
5.根据权利要求1所述的一种不锈钢阀的制造方法，其特征在于：所述步骤(2)中的耐高温涂料采用耐1560℃以上高温的水基或醇基涂料；使用水基耐高温涂料时的干燥温度为200～400℃，烘干时间为20～60分钟，或室温下风干24小时以上，使用醇基耐高温涂料时可点燃烧结干燥或室温下风干4小时以上。
6.根据权利要求1所述的一种不锈钢阀的制造方法，其特征在于：所述步骤(3)中，不锈钢熔融成1560～1620℃液体，浇注温度保持在1540℃以上；所述步骤(4)中，在温度降至820℃以下后开模。
7.根据权利要求1所述的一种不锈钢阀的制造方法，其特征在于：所述不锈钢的成分按重量百分比计算为：C＜0.18、Si＜1.5、Mn＜2.0、S＜0.06、P＜0.06、Ni 3.0～22.0、Cr 16.0～28.0、Mo 0～6.0、Ti＜0.8、Cu 3.0～5.0，其余为Fe及不可避免杂质。
8.根据权利要求1所述的一种不锈钢阀的制造方法，其特征在于：所述不锈钢采用奥氏体系不锈钢或马氏体系不锈钢。
9.根据权利要求8所述的一种不锈钢阀的制造方法，其特征在于：所述不锈钢采用奥氏体系不锈钢制得的不锈钢铸体，后续可以进行或不进行热处理；所述不锈钢采用马氏体系不锈钢制得的不锈钢铸体，后续应进行热处理：①淬火：950～1100℃油冷，②低温回火：180～300℃油冷或空冷，或者，高温回火：600～750空冷，③退火：800～920缓冷。
10.权利要求1-9所述的制造方法制得的不锈钢阀，为不锈钢截止阀、水阀。
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