Disco di valvole a farfalla mediante casting di investimenti

1. Introduzione

Nelle valvole a farfalla, Il disco funge da elemento di controllo del flusso primario, influenzare direttamente la caduta di pressione, Integrità di sigillatura, e coppia di attuazione.

Di conseguenza, La progettazione e la produzione del disco determinano le prestazioni della valvola molto più dei componenti periferici.

Colata di investimento è emerso come il metodo preferito per produrre complessi, dischi di alta precisione che soddisfano severi requisiti di servizio.

In questo articolo, Esploriamo ogni fase: dal design e dalla selezione dei materiali alla fusione, finitura, e validazione: professionista, approfondimenti basati sui dati e enfatizzando le migliori pratiche.

2. Panoramica del casting degli investimenti

Colata di investimento, detta anche fusione a cera persa, è un metodo testato nel tempo per creare intricati componenti metallici.

Il processo inizia con uno schema di cera, che è rivestito con un guscio di ceramica per formare uno stampo.

Dopo la dewax e il fuoco ad alta temperatura, il metallo fuso viene versato nella cavità, e l'ultima parte è finita attraverso il colpo di tiro e la lavorazione.

Rispetto alla fusione di sabbia o alla lavorazione, Il casting per gli investimenti offre geometria a forma quasi netta con tolleranze strette (± 0,1 mm) e la superficie termina liscia come RA ≤ 1.6 µm.

Questa precisione è vitale per i dischi della valvola a farfalla, dove anche le deviazioni minori possono compromettere l'integrità.

Le dimensioni tipiche del disco vanno da 50 mm a 1,500 mm di diametro, con pesi che vanno 0.5 da kg a 50 kg, a seconda dell'applicazione.

3. Selezione dei materiali per dischi di valvole a farfalla

Scegliere la lega giusta per un cast di investimento valvola a farfalla Disc richiede il bilanciamento resistenza alla corrosione, resistenza meccanica, capacità di temperatura, E costo.

Sotto, Esploriamo quattro famiglie materiali - ciascuna con i suoi vantaggi - e evidenzia gli obiettivi di proprietà quantitativa per guidare le specifiche.

Acciai inossidabili austenitici (CF8 / CF8M / CF3 / CF3M)

Perché sceglierli? I voti austenitici offrono un'eccellente resistenza alla corrosione del servizio generale in acqua, acidi lievi, e girare fino a 200 °C.

Grazie al loro cubico incentrato sul viso (FCC) struttura, Mantengono la tenacità fino a -50 ° C.

Nota di transizione:

Per valvole esposte a cloruri o acidi deboli, Aggiornamento da CF8 a CF8M (316) raddoppia il numero equivalente alla resistenza alla corpi (Legna) da ~ 18 a ~ 25, estendendo notevolmente la vita di servizio nell'acqua di mare o nella salamoia.

Duplex & Acciai inossidabili super-duplex (per esempio., SAF 2205, 2507)

Perché sceglierli? I gradi duplex combinano fasi di austenite e ferrite per fornire una maggiore resistenza alla snervamento (~ 800 MPa) e cracking di corrosione a stress di cloruro superiore (SCC) resistenza.

Approfondimento dei dati:

In acqua di mare a tutta resistenza (3.5 % NaCl), 2205 i dischi resistono alla cornamplia fino a 80 °C, contro solo ~ 60 ° C per 316l, rendendoli il punto di riferimento per le valvole sottomarine.

Leghe a base di nichel (Inconel 625, Monel 400)

Perché sceglierli? Le superloy a base di nichel resistono alle temperature sopra 550 ° C e resistere all'ossidazione, solfidazione, e clorazione - Ideale per alta temperatura E gas acido applicazioni.

Esempio di applicazione:

Una valvola di iniezione a vapore in un sistema di turbina a gas ha specificato un incontro di investimenti 625 disco,

che ha operato senza perdite a 575 ° C e 40 bar per over 18 mesi.

4. Considerazioni sulla progettazione del disco della valvola farfalla

La progettazione di un disco valvola a farfalla comporta un delicato equilibrio tra prestazioni idrauliche, integrità strutturale, e colabilità.

Di conseguenza, Gli ingegneri devono valutare la geometria, carico di pressione, Dinamica del flusso, Distribuzione del materiale,

e strategia di gating: ogni fattore che contribuisce a un funzionamento affidabile su milioni di cicli.

Profilo del disco: Cambered vs. Piatto

Prima di tutto, IL Profilo del disco Detta resistenza al flusso e coppia.

UN Camberato o un disco "a vita", incurnato su entrambe le facce - riduce la separazione del flusso fino a 20% Rispetto a un disco piatto e abbassa la coppia di attuazione di approssimativamente 25% in tipico 150 mm, Valvole PN16.

Inoltre, Camber crea una forza idrodinamica egocentrica, che migliora la stabilità a medio raggruppamento e estende la vita di sigillo.

Al contrario, dischi piatti rimanere popolare in bassa pressione (≤ 10 sbarra) e applicazioni semplici on/off, Mentre semplificano gli strumenti e le lavorazioni.

Spessore della parete & Rigidità strutturale

Andare avanti, spessore del muro determina sia la rigidità che la qualità del cast.

Per dischi di investimento, uno spessore nominale di 4–8 mm Supporta le valutazioni di pressione fino a 40 sbarra Evitando la porosità del restringimento.

Inoltre, raggi di filetto di transizione di 3–5 mm Nella giunzione hub -Disc prevenire la concentrazione di stress e promuovere la solidificazione uniforme.

Analisi ad elementi finiti (FEA) conferma regolarmente che tali sezioni deviano meno di 0.2 mm sotto a 16 differenziale bar, mantenendo così l'integrità del sigillo.

Bilanciamento della pressione & Rinforzo

Inoltre, I designer spesso incorporano buchi di bilanciamento della pressione O scanalature di soccorso in dischi di valvole a farfalla più grande (≥ 300 mm) per equalizzare le pressioni di ingresso e uscita.

Riducendo la forza non bilanciata di rete fino a 60%, Queste caratteristiche riducono il dimensionamento dell'attuatore per una classe.

Inoltre, localizzato nervature Sul faccia a valle, in genere 4–6 costole Di 5 Spessore mm: rinforza il disco senza un aumento di peso apprezzabile.

Idrodinamica & Riduzione della coppia

Altrettanto importante, contorni idrodinamici Garantire transizioni fluide fluide.

Fluidodinamica computazionale (CFD) Le analisi evidenziano che i bordi principali arrotondati con un raggio di curvatura di 0.1× diametro del disco Separazione del flusso di ritardo,

Migliorare il coefficiente di scarico (CD) da ~ 0,65 a ~ 0,75 a 50% apertura.

Di conseguenza, La coppia di attuazione scende 15–20%, tradurre direttamente in minori costi energetici operativi.

Gating, Posizionamento del riser & Colabilità

Finalmente, Gating e design del riser Adatta la geometria del disco per un casting senza difetti.

Gli ingegneri posizionano il cancello principale sull'hub del disco, Dove i pool di metallo promuovono la solidificazione direzionale verso un singolo riser periferico.

Questo layout garantisce l'alimentazione nelle ultime zone di solidificazione, Ridurre i difetti di restringimento a sotto 0.5% di getti.

In tandem, uno spessore del guscio di 6 mm e velocità di raffreddamento controllate (≤ 5 ° C/min) Evita lo shock termico e il microcracking.

5. Disco di valvole farfalla mediante dettagli sul processo di fusione degli investimenti

Casting per gli investimenti, spesso chiamato cera persa—Sforma un modello di cera di precisione in un disco della valvola a farfalla metallica tramite uno stampo in ceramica.

Tra i vari sistemi di shell, silica‐sol I leganti sono emersi come standard del settore per l'alta integrità, getti dimensionalmente accurati.

Strumenti di cera & Produzione di modelli

• Stampi ad alta precisione: Le cavità del dado machined CNC producono motivi di cera all'interno ±0,05 % di dimensioni nominali.
• Assemblaggio del modello: Ingegneri Attaccano cannoni e sistemi di gate - progettato per il flusso di metallo per mozzo - ad ogni modello, Assemblaggio su alberi di cera che contengono 20-50 dischi per versare.

Edificio a conchiglia in ceramica (Rivestimento di silice sol):

Il gruppo di cera è immerso in a Silico di silice Sol (Una soluzione colloidale di silice colloidale e particelle refrattari fine) e ricoperto di stucco (zircone o sabbia di silice fusa).

Questo processo si ripete 8-12 volte, con ogni strato essiccato a 70–100 ° C per costruire uno spessore del guscio di 5-7 mm.

I conchiglie SOL di silice offrono una stabilità termica superiore e una finitura superficiale rispetto ai sistemi di vetro d'acqua o silicato etilico.

Dewaxing e sparare:

Il guscio viene riscaldato a 850-950 ° C in un forno controllato per sciogliere la cera (Dewaxing) e Sinter the Ceramic Shell.

Questo passaggio elimina gli idrocarburi residui e rafforza il guscio per resistere al metallo fuso.

La temperatura di fuoco è accuratamente calibrata per evitare il crack, garantendo al contempo che la refrattarietà del guscio corrisponda alla lega che viene lanciata (per esempio., 1,500–1.600 ° C per acciai inossidabile).

Filting in metallo & Pratiche di versamento

• Crogiolo & Forno: Utilizzo Forni di induzione a vuoto (VIM) Per sciogliere le leghe, senza stanni, duplex, o Nickel -Base: mantenimento di O₂ < 50 ppm e h₂ < 5 ppm per getti puliti.
• Temperatura di versamento: Mantenere 1 480–1 520 °C per CF8/CF8M; 1 550–1 600 °C per Inconel 625.
• Soludo inerte & Pressione per: Impiegare le protezioni di argon o azoto sullo stampo e applicare una leggera pressione positiva (0.1–0.3 bar) per guidare il metallo in sezioni sottili, Ridurre la porosità del gas a < 0.2 %.

Rimozione e finitura della shell:

Dopo la solidificazione, Il guscio di ceramica viene rimosso tramite colpi di scena (Usando la grinta dell'ossido di alluminio) per rivelare il disco di forma vicina.

La finitura finale include il taglio di cancelli/riser e la lucidatura per raggiungere la rugosità superficiale (Ra) ≤ 1.6 µm,

Critico per ridurre al minimo la turbolenza del flusso nella valvola.

Trattamento termico finale

• Ricottura della soluzione: Dischi di calore a 1 050 °C (CF8/CF3M) O 1 100 °C (leghe di nichel) per 30 min,
  Quindi cuocere d'acqua per sciogliere le fasi separate e ottimizzare la resistenza alla corrosione.
• Sollievo dallo stress (Opzionale): UN 650 °C, 1-L'ora di attesa può mitigare le sollecitazioni residue dalle operazioni di finitura.

Vantaggi di Silice Sol per dischi di valvole a farfalla

• Finitura superficiale: I conchiglie di silice Sol producono superfici più fluide rispetto ai metodi tradizionali, Ridurre la necessità di una lavorazione post-casting.
  Questo è vitale per i dischi che operano in ambienti di alta purezza come i sistemi di acqua farmaceutica o potabile.
• Precisione dimensionale: La struttura del guscio rigido mantiene tolleranze strette (± 0,1 mm), Garantire la concentrità e la planarità critiche per l'allineamento del seggio del disco.
• Stabilità termica: L'alta rifrazione di Silica Sol (fino a 1.600 ° C.) impedisce la distorsione del guscio durante il versamento, preservare le intricate caratteristiche di bilanciamento della pressione sul disco.
• Compatibilità dei materiali: Ideale per lanciare acciai austenitici, leghe duplex, e SuperAlloys a base di nichel, che sono comuni nelle applicazioni della valvola a farfalla.

6. Integrità della superficie & Resistenza alla corrosione

Finitura superficiale as -calibro e lucidatura post -taglio

Anche con gusci di silice -sole ad alta preca, I dischi as -tasti in genere emergono con RA 2,5-3,5 µm.

Tuttavia, I grani in ceramica fine del casting limitano i picchi di superficie a sotto 10 µm in altezza. Per soddisfare gli standard del settore valvola, che spesso richiedono Ra ≤ 1.6 µm—Pilutano i produttori:

• Caduta vibratoria: I media in ceramica e gli abrasivi della luce riducono l'AR del 30-40% in 2-4 ore.
• Lucidatura di precisione: Soluzione guidata da CNC con pasta di diamanti (3 µm di grinta) raggiunge RA ≤ 0.8 µm su facce di tenuta, Garantire prestazioni senza perdite.

Questi passaggi eliminano i micro -otch di superficie che potrebbero avviare fosse di corrosione o danni sedili elastomerici.

Decapaggio & Cicli di passivazione

Per costruire un film passivo uniforme e rimuovere le inclusioni incorporate, I dischi della valvola a farfalla sono sottoposti a:

• Decapaggio: Immersione in a 10 % Hno₃ - 2 % Hf soluzione a 50 ° C per 20-30 minuti dissolve gli ossidi di superficie e la scala.
• Risciacquo & Neutralizzazione: Rinsingimento successivo in acqua deionizzata e un bagno di bicarbonato di sodio neutralizza gli acidi residui.
• Passivazione: Un secondo tuffo in 20 % Hno₃ A 60 ° C per 30 Min promuove la formazione di a 2–5 nm Cr₂O₃ film,
  verificato via ASTM A967 Test di citrato.

Studi analitici di superficie mostrano a 30 % aumento nel contenuto di CR al di fuori 50 nm,

tradurre in un potenziale aumento del potenziale di rottura passivo di +50 MV In test potenzialidinamici.

Performance di corrosione nei media rappresentativi

Ambiente	Materiale del disco	Tasso di corrosione	Standard di prova
Acqua di mare (3.5% Nacl at 25 °C)	CF8M / 316	0.05 mm/anno	ASTM B117 SPINT salino
Cloruro ferrico (Test di pitting)	CF8M / 316	Nessuna corridore < 24 H	Metodo ASTM G48 A
10% H₂so₄ a temperatura ambiente	CF3M / 316l	0.10 mm/anno	Immersione ASTM G31
Steam surriscaldato @ 550 °C	Inconel 625	0.02 mm/anno	Test di ossidazione di Ni -lega

Ossidazione ad alta temperatura e rottura della corrosione da stress

Per applicazioni al di sopra dell'ambiente:

• Resistenza all'ossidazione: Inconel 625 esposizione di dischi < 0.02 mm/anno di crescita su scala di ossido nell'aria a 550 °C.
• Resistenza SCC: Duplex -Cast SAF 2205 I dischi non mostrano cloruro SCC quando testati per ASTM G36 A 80 ° C e 1000 psi per 720 H, sovraperformare 316L di 40 %.

7. Tolleranza di fusione del disco valvola a farfalla

Il mantenimento di tolleranze dimensionali strette sul disco del cast garantisce una vestibilità adeguata, sigillatura affidabile, e una lavorazione minima post-cast.

Il casting di investimento offre tolleranze più fini del casting di sabbia, Ma i progettisti devono ancora specificare aspettative realistiche per bilanciare i costi e le prestazioni.

Di seguito sono tipici tolleranza Linee guida per i dischi di valvole a farfalla cast di investimento, Basato su ISO 8062-3 (CT8) e pratica del settore:

Caratteristica	Gamma di dimensioni nominali	Tolleranza	Note
Diametro complessivo	Fino a 200 mm	± 0.10 mm	Garantisce concentricità con il corpo della valvola; Critico per applicazioni full-bore
	200–400 mm	± 0.15 mm
	> 400 mm	± 0.20 mm
Spessore della parete	3–8 mm	± 10 % di nominale	I progettisti mantengono sezioni da 4-8 mm per evitare la porosità di restringimento
Diametro del foro del mozzo	Fino a 50 mm	− 0 / + 0.05 mm	Fil; può richiedere la risalto a H7 per gli attuatori di precisione
	50–100 mm	− 0 / + 0.10 mm
Bolt Circle & Buchi	PCD Ø Fino a 300 mm	± 0.10 mm	Abbina gli standard della flangia del tubo (per esempio., Ansi, DA)
	PCD Ø > 300 mm	± 0.15 mm
Out-of-Roundness	Qualsiasi caratteristica circolare	≤ 0.05 % di diametro	Garantisce l'uniformità della compressione del sigillo
Planarità (Faccia a sedere)	Attraverso il viso del disco	≤ 0.05 mm	Critico per l'arresto della valvola; Spesso macinato a dimensione finale
Raggi del profilo edge	Filetti / smussi	± 0.5 mm	I progettisti specificano i raggi da 3-5 mm per il flusso di bilanciamento e la concentrazione di sollecitazione

Implicazioni pratiche

1. Impegno di sigillo: Le tolleranze sui sedili e sui sedili hanno un impatto diretto sull'imballaggio e la compressione dell'o-ring, influenzare la tenuta delle perdite.
2. Allineamento di attuazione: L'accuratezza del foro di hub garantisce la rotazione del disco concentrico, Ridurre il carico eccentrico su cuscinetti e attuatori.
3. Indennità di lavorazione: Mentre molti dischi di valvole a farfalla incontrano le tolleranze di finitura as-cast, Le superfici di sigillatura critiche spesso ricevono una leggera routine (0.2–0,5 mm di scorta) per garantire planarità e finitura superficiale.
4. Strategia di ispezione: Macchina a misurazione delle coordinate (CMM) audit di 100 % di dischi convalidano la conformità; Controllo statistico del processo (SPC) Le tendenze delle bandiere prima che superano i limiti CT8.

8. QUESTO Servizi a valore aggiunto dell'offerta

Oltre la produzione del disco di investimento stesso, QUESTO Ora raggruppa una suite di servizi a valore aggiunto che accelerano il time-to-market, Ridurre il carico di lavoro interno:

Lavorazione di precisione

• Tornitura CNC & Fresatura: I fornitori forniscono spesso dischi con fori di hub finiti, scanalature per chiavette,
  e motivi a foro a bullone a tolleranze H7/H8 (± 0,02 mm), Eliminare la lavorazione secondaria.
• Bilanciamento & Perforazione: Bilanciamento statico o dinamico con limiti di grado G6.3 (< 2.5 µm sbilanciamento per mm) per dischi ≥ 300 diametro mm, più perforazione di sanguinamento o buco del bilanciamento opzionale.

Trattamento termico

• Soluzione Ricottura: Aspirapolvere o sale-baglio 1 050–1 100 ° C seguito
  mediante rapida estinzione restaura duplex e microstrutture austenitiche, Garantire la piena resistenza alla corrosione.
• Sollievo dallo stress: Le prime sub-critiche a 600-650 ° C per 1-2 ore riducono le sollecitazioni residue
  dalla lavorazione o dalla saldatura fino a 60%, prevenire la distorsione nell'assemblaggio finale.

Trattamenti superficiali

• Lucidatura & Lapping: Finisce finale fino a RA ≤ 0.4 µm sulle facce di tenuta assicurano prestazioni prive di perdite; inversione tipica: 1–3 giorni per lotto di 20-50 dischi.
• Rivestimenti & Rivestimenti: Epossidico, PTFE, o i rivestimenti in ceramica aggiungono una resistenza chimica nei media aggressivi; Il controllo dello spessore a ± 10 µm soddisfa le specifiche OEM.

Imballaggio personalizzato & Logistica

• Crabbia protettiva: Casse di legno iso-conforte con inserti VCI anticorrosivi, Sensori di monitoraggio degli shock, e indicatori di umidità di salvaguardia durante il transito.
• Spedizione rapida: Il consolidamento rapido accelerato o il consolidamento dei tagli di consolidamento a 2–3 settimane Dall'ordine in porta, Rispetto alla fine del mare standard di 6-8 settimane.

9. Conclusioni

Il casting di investimento fornisce un file Un passo Percorso verso dischi di valvole a farfalla ad alte prestazioni, Fornire geometrie complesse, tolleranze strette (± 0,1 mm), e finiture di superficie superiori (Ra ≤ 1.6 µm).

Selezionando le leghe appropriate, che si lanciano da CF8M inossidabile a Inconel 625 - e applicando rigorosi controlli e ispezioni di processo,

I produttori ottengono dischi che raggiungono obiettivi meccanici (trazione ≥ 550 MPa; allungamento ≥ 25 %), esibire un'eccezionale resistenza alla corrosione,

e sostenere condizioni di servizio impegnative attraverso il trattamento delle acque, olio & gas, e settori della generazione di energia.