投資キャスティングによるバタフライバルブディスク

1. 導入

バタフライバルブで, ディスクは、主要なフローコントロール要素として機能します, 圧力降下に直接影響します, シーリングの完全性, および作動トルク.

その結果, ディスクの設計と製造は、バルブのパフォーマンスを末梢コンポーネントよりもはるかに決定します.

インベストメント鋳造 複合体を生成するための好ましい方法として浮上しています, 厳しいサービス要件を満たす高精度ディスク.

この記事では, デザインや材料の選択からキャストまで、あらゆる段階を探ります, 仕上げ, および検証 - 提供する専門家, データ駆動型の洞察とベストプラクティスの強調.

2. 投資キャスティングの概要

インベストメント鋳造, ロストワックス鋳造とも呼ばれます, 複雑な金属コンポーネントを作成するための時間テストされた方法です.

このプロセスは、ワックスパターンから始まります, 型を形成するためにセラミックシェルでコーティングされています.

脱ワックスおよび高温発火後, 溶融金属が空洞に注がれます, そして最後の部分はショットブラストと機械加工によって終了します.

砂の鋳造または機械加工と比較して, 投資キャスティングは、強烈な耐性を備えたネットの形状の幾何学を提供します (±0.1 mm) ra≤のように表面が滑らかに終了します 1.6 μm.

この精度は、バタフライバルブディスクに不可欠です, わずかな逸脱でさえ、シーリングの完全性を損なう可能性がある場合.

典型的なディスクの寸法はからです 50 mmから 1,500 直径のmm, 重みが広がっています 0.5 kg to 50 kg, アプリケーションに応じて.

3. バタフライバルブディスクの材料選択

投資キャストに適した合金を選択します バタフライバルブ ディスクはバランスをとる必要があります 耐食性, 機械的強度, 温度能力, そして 料金.

下に, 4つの材料ファミリ（それには利点があります）を探り、仕様をガイドするための定量的プロパティターゲットを強調しています.

オーステナイト系ステンレス鋼 (CF8 / CF8M / CF3 / CF3M)

なぜそれらを選ぶのか? オーステナイトグレードは、水中の優れた一般サービス腐食抵抗を提供します, 軽度の酸, そして蒸します 200 ℃.

彼らの顔中心のキュービックに感謝します (FCC) 構造, タフネスを–50°Cまで維持します.

トランジショナルノート:

塩化物または弱酸にさらされるバルブ用, CF8からCF8Mへのアップグレード (316) ピッティング抵抗相当数を2倍にします (木材) 〜18から〜25まで, 海水または塩水でのサービス寿命を著しく延長します.

デュプレックス & 超二重ステンレス鋼 (例えば, SAF 2205, 2507)

なぜそれらを選ぶのか? デュプレックスグレードは、オーステナイトとフェライトの位相を組み合わせて、より高い降伏強度を実現します (～ 800 MPa) 塩化物ストレス腐食の上部 (SCC) 抵抗.

データ洞察:

全強度の海水で (3.5 % 塩化ナトリウム), 2205 ディスクは、最大の孔食に抵抗します 80 ℃, 対数〜 60 316Lの°C, それらを海中バルブの頼みにする.

ニッケルベース合金 (インコネル 625, モネル 400)

なぜそれらを選ぶのか? ニッケルベースの超合金は、上記の温度に耐えます 550 °Cおよび酸化に抵抗します, 硫化, および塩素化 - IDEALの 高温 そして サワーガス アプリケーション.

アプリケーションの例:

ガスタービンシステムの蒸気噴射バルブは、投資キャストインコールを指定しました 625 ディスク,

でリークフリーで動作しました 575 °Cおよび 40 オーバーのためのバー 18 数ヶ月.

4. バタフライバルブディスクの設計上の考慮事項

バタフライバルブディスクの設計には、油圧パフォーマンス間の微妙なバランスが含まれます, 構造的完全性, キャスタビリティ.

その結果, エンジニアはジオメトリを評価する必要があります, 圧力負荷, フローダイナミクス, 材料分布,

ゲーティング戦略 - 数百万サイクルの信頼できる操作に貢献している要因.

ディスクプロファイル: キャンバーとキャンバー. フラット

何よりもまず, の ディスクプロファイル 流れ抵抗とトルクを決定します.

あ キャンバー付き または、両方の顔で湾曲した「ウエスト」ディスク - までの流れの分離を削減します 20% 平らなディスクと比較して、ほぼ順番に作動トルクを下げます 25% 典型的に 150 mm, PN16バルブ.

加えて, キャンバーは、自己中心的な流体力学的力を作成します, 脳卒中中の安定性を高め、シールの寿命を延ばします.

逆に, フラットディスク 低圧で人気を博したままです (≤ 10 バー) 単純なオン/オフアプリケーション, ツールと機械加工を簡素化するため.

肉厚 & 構造的剛性

先に進みます, 壁の厚さ 剛性と鋳造品質の両方を決定します.

投資キャストディスク用, の名目上の厚さ 4–8 mm までの圧力評価をサポートします 40 バー 収縮の多孔性を避けながら.

さらに, の過渡的なフィレット半径 3–5 mm ハブとディスクの接合部では、ストレス集中を防ぎ、均一な固化を促進します.

有限要素分析 (FEA) そのようなセクションがより少ない偏向を偏向させることを日常的に確認します 0.2 mm aの下 16 バーディファレンシャル, それにより、シールの完全性を維持します.

圧力バランス & 強化

さらに, デザイナーはしばしば組み込まれます 圧力バランスの穴 または 救援溝 大きなバタフライバルブディスクで (≥ 300 mm) 入口と出口の圧力を均等にするため.

正味の不均衡な力を減らすことにより 60%, これらの機能は、1つのクラスごとにアクチュエータのサイジングを縮小します.

加えて, ローカライズ リブ 下流の顔に - 典型的には 4–6リブ の 5 mmの厚さ - かなりの体重増加なしにディスクを硬化させます.

流体力学 & トルクの減少

同様に重要です, 流体力学的輪郭 滑らかな流れの遷移を確保します.

数値流体力学 (CFD) 分析では、曲率半径を持つ丸い先頭のエッジが強調表示されます 0.1×ディスクの直径 遅延フロー分離,

排出係数の改善 (CD) 〜0.65から〜0.75まで 50% オープニング.

結果として, 作動トルクが倒れます 15–20％, より低い運用エネルギーコストに直接翻訳します.

ゲーティング, ライザー配置 & キャスタビリティ

ついに, ゲーティングとライザーのデザイン 欠陥のないキャストのためにディスクジオメトリを適応させます.

エンジニアは、ディスクハブにメインゲートを配置します, 金属プールが単一の末梢ライザーに向かって方向性凝集を促進する場所.

このレイアウトにより、最後の固化ゾーンに給餌することが保証されます, 収縮の欠陥を下回る 0.5% キャスティングの.

タンデム, のシェルの厚さ 6 mm 制御された冷却速度 (≤ 5 °C/min) 熱ショックやマイクロクラッキングを避けてください.

5. 投資鋳造プロセスの詳細によるバタフライバルブディスク

投資キャスティング - しばしば呼び出されました ロストワックス - 精密なワックスパターンをセラミック型を介して金属蝶バルブディスクに変換します.

さまざまなシェルシステムの中で, シリカ - ソル バインダーは、高統合の業界標準として浮上しています, 寸法的に正確な鋳物.

ワックスツール & パターン生産

• 高精度が死にます: CNCマシンのダイキャビティは、内部にワックスパターンを生成します ±0.05 % 名目上の寸法の.
• パターンの組み立て: エンジニアは、ハブファーストメタルフロー用に設計されたスプルーとゲーティングシステムを各パターンに取り付けます, 注入あたり20〜50枚のディスクを保持するワックスの木に組み立てる.

セラミックシェルビルディング (シリカゾルコーティング):

ワックスアセンブリはaに浸されます シリカソルスラリー (コロイドシリカと細かい耐衝撃性粒子のコロイド溶液) スタッコでコーティングされています (ジルコンまたは融合シリカ砂).

このプロセスは8〜12回繰り返されます, 各層が70〜100°Cで乾燥して、5〜7 mmの殻の厚さを構築する.

シリカソルシェルは、水ガラスまたはケイ酸エチルシステムと比較して、優れた熱安定性と表面仕上げを提供します.

脱線と発砲:

シェルは制御された炉で850〜950°Cに加熱され、ワックスを溶かします (脱線) セラミックシェルを焼いてください.

このステップは、残留炭化水素を排除し、溶融金属に耐えるためにシェルを強化します.

発火温度は、シェルの屈折率が鋳造されている合金と一致するようにしながら、ひび割れを避けるために慎重に較正されています (例えば, 1,500ステンレス鋼の–1,600°C).

金属融解 & 注ぐ慣行

• 坩堝 & 炉: 使用 真空誘導炉 (VIM) 合金を溶かすために - ステンレス, デュプレックス, またはニッケルベース - o₂を維持します < 50 ppmおよびh₂ < 5 きれいな鋳物用のppm.
• 注ぐ温度: 維持する 1 480–1 520 ℃ CF8/CF8Mの場合; 1 550–1 600 ℃ インコネル用 625.
• 無効シュラウド & 圧力: 金型の上にアルゴンまたは窒素シュラウドを使用し、わずかな陽圧をかけます (0.1–0.3バー) 金属を薄いセクションに駆り立てる, ガスの多孔度を減らす < 0.2 %.

シェルの取り外しと仕上げ:

固化後, セラミックシェルは、ショットブラストを介して除去されます (酸化アルミニウムグリットを使用します) ネットに近い形状ディスクを明らかにするため.

最終仕上げには、表面の粗さを実現するためのゲート/ライザーのトリミングと研磨が含まれます (ラ) ≤ 1.6 μm,

バルブの流れ乱流を最小化するために重要です.

最終熱処理

• 溶体化焼鈍: ヒートディスクに 1 050 ℃ (CF8/CF3M) または 1 100 ℃ (ニッケル合金) のために 30 分,
  次に、水を消費して分離相を溶解し、耐食性を最適化します.
• ストレス解消 (オプション): あ 650 ℃, 1-時間保留は、終了操作から残留応力を軽減することができます.

バタフライバルブディスクのシリカソルの利点

• 表面仕上げ: シリカソルシェルは、従来の方法よりも滑らかな表面を生成します, キャスティング後の機械加工の必要性を減らす.
  これは、医薬品や飲料水システムなどの高純度環境で動作するディスクに不可欠です.
• 寸法精度: 剛性シェル構造は、緊密な許容範囲を維持します (±0.1 mm), ディスクシートのアライメントに重要な同心性と平坦性を確保します.
• 熱安定性: Silica Solの高い不応 (最大1,600°C) 注ぐ際のシェルの歪みを防ぎます, ディスク上の複雑な圧力バランス機能を保存します.
• 材質の適合性: オーステナイト鋼のキャストに最適です, 二重合金, ニッケルベースの超合金, バタフライバルブアプリケーションで一般的です.

6. 表面の完全性 & 耐食性

キャスト表面仕上げとキャスト後の研磨

高精度のシリカソールシェルでも, As -Castディスクは通常、出現します RA 2.5-3.5 µm.

しかし, 投資キャスティングの細かいセラミック穀物は、表面のピークを下に制限します 10 μm 高さ. バルブ産業基準を満たすためには、多くの場合必要です ra≤ 1.6 μm - 製造業者が適用されます:

• 振動する: セラミックメディアと軽い研磨剤は、2〜4時間でRAを30〜40％減少させます.
• 精密研磨: ダイヤモンドペーストを備えたCNC誘導研磨 (3 µmグリット) RA≤を達成します 0.8 シーリング面でµm, リークフリーパフォーマンスを確保します.

これらのステップは、腐食ピットを開始したり、エラストマーシートを損傷したりする可能性のある表面マイクロノッチを排除します.

酸洗い & 危険性サイクル

均一なパッ​​シブフィルムを構築し、埋め込み包含物を削除​​する, バタフライバルブディスクが受ける:

• 酸洗い: aに没頭します 10 % hno₃– 2 % HF 解決策 50 °Cは20〜30分間、表面の酸化物とスケールを溶解します.
• リンス & 中和: 脱イオン水でのその後のすすぎと重炭酸ナトリウムの浴場は、残留酸を中和します.
• 不動態化: 2番目のディップイン 20 % hno₃ で 60 °C for 30 minはaの形成を促進します 2–5 nm cr₂o₃film,
  経由で確認されました ASTM A967 クエン酸テスト.

表面分析研究はaを示しています 30 % 増加 最も外側のCRコンテンツで 50 nm,

パッシブフィルムの崩壊に変換する潜在的な上昇の潜在的 +50 MV ポテンシオダイナミックテストで.

代表的なメディアの腐食性能

環境	ディスク素材	腐食率	テスト標準
海水 (3.5% nacl at 25 ℃)	CF8M / 316	0.05 MM/年	ASTM B117塩スプレー
塩化第二鉄 (ピッティングテスト)	CF8M / 316	ピットはありません < 24 h	ASTM G48メソッドa
10% 室温でのh₂so₄	CF3M / 316L	0.10 MM/年	ASTM G31イマージョン
過熱した蒸気 @ 550 ℃	インコネル 625	0.02 MM/年	Ni -Alloy酸化試験

高温酸化とストレス腐食亀裂

周囲のアプリケーション用:

• 耐酸化性: インコネル 625 ディスク展示 < 0.02 MM/年の酸化物スケールでの空気の成長 550 ℃.
• SCC抵抗: デュプレックスキャストSAF 2205 ディスクは、テストされたときに塩化物SCCを示しません ASTM G36 で 80 °Cおよび 1000 psi for 720 h, 316Lのアウトパフォーマンス 40 %.

7. バタフライバルブディスク鋳造耐性

キャストディスクに緊密な寸法許容範囲を維持することで、適切にフィットすることが保証されます, 信頼できるシーリング, キャスト後の最小機械加工.

投資鋳造は、砂の鋳造よりもより細かい許容範囲を提供します, しかし、デザイナーは、コストとパフォーマンスのバランスをとるために現実的な期待をまだ指定する必要があります.

以下は典型的です 許容範囲 投資キャストバタフライバルブディスクのガイドライン, ISOに基づいています 8062-3 (CT8) 業界の実践:

特徴	公称サイズ範囲	許容範囲	注意事項
全体的な直径	まで 200 mm	± 0.10 mm	バルブ本体と同心性を保証します; フルボアアプリケーションにとって重要です
	200–400 mm	± 0.15 mm
	> 400 mm	± 0.20 mm
肉厚	3–8 mm	± 10 % 名目の	デザイナーは、気孔の収縮を避けるために、4〜8 mmのセクションを維持します
ハブボアの直径	まで 50 mm	− 0 / + 0.05 mm	シャフトに滑ります; 精密アクチュエーターのためにH7にリーミングが必要になる場合があります
	50–100 mm	− 0 / + 0.10 mm
ボルトサークル & 穴	PCDØまで 300 mm	± 0.10 mm	パイプフランジ標準に一致します (例えば, ansi, から)
	PCDØ > 300 mm	± 0.15 mm
ラウンド性の外	循環機能	≤ 0.05 % 直径の	シール圧縮の均一性を保証します
平面度 (座席フェイス)	ディスクの顔を横切って	≤ 0.05 mm	バルブのシャットオフにとって重要です; 多くの場合、最終寸法に接地します
エッジプロファイルの半径	切り身 / 面取り	± 0.5 mm	設計者は、3〜5 mmの半径を指定して、流れとストレス集中のバランスをとる

実用的な意味

1. シールエンゲージメント: 座席面の許容範囲とラウンド性の外れは、梱包とOリング圧縮に直接影響を与えます, 漏れの強さに影響を与えます.
2. 作動アライメント: ハブボアの精度により、同心円状のディスクの回転が保証されます, ベアリングとアクチュエーターへの偏心荷重を減らす.
3. 機械加工手当: 一方、多くのバタフライバルブディスクは、キャストとしての仕上げ許容度を満たしています, 重要なシーリング表面は、しばしば軽い粉砕を受け取ります (0.2–0.5 mmストック) 平坦性と表面仕上げを保証する.
4. 検査戦略: 座標測定マシン (三次元測定機) の監査 100 % コンプライアンスを検証するディスクの; 統計プロセス制御 (SPC) CT8の制限を超える前のトレンドのフラグ.

8. これ 付加価値サービスを提供します

投資キャストディスク自体の生産を超えています, これ 現在、市場までの時間を加速する付加価値サービスのスイートをバンドルします, 社内のワークロードを減らします:

精密加工

• CNC旋削加工 & フライス加工: サプライヤは、しばしば完成したハブボアを備えたディスクを提供します, キー溝,
  H7/H8トレランスへのボルトホールパターン (±0.02 mm), 二次機械加工を排除します.
• バランス & 掘削: G6.3グレードの制限に対する静的または動的バランス (< 2.5 mmあたりのµmの不均衡) ディスク≥ 300 mm直径, さらに、オプションのブリードまたはバランスホール掘削.

熱処理

• 解決 アニーリング: 真空または塩のバスアニールで 1 050–1 100 °Cが続きました
  迅速な消光により、二重およびオーステナイト微細構造を回復します, 完全な腐食抵抗を確保します.
• ストレス解消: サブクリティカルは600〜650°Cで1〜2時間保持します残留応力を減らします
  機械加工または溶接から 60%, 最終アセンブリの歪みを防ぎます.

表面処理

• 研磨 & ラッピング: 最終仕上げはra≤まで下がります 0.4 シーリングフェイスのµmは、リークフリーのパフォーマンスを確保します; 典型的なターンアラウンド: 1-20〜50枚のディスクのバッチあたり3日.
• コーティング & 裏地: エポキシ, PTFE, または、セラミックコーティングは、攻撃的な媒体に耐薬品性を追加します; ±10 µmの厚さ制御は、OEM仕様を満たしています.

カスタムパッケージ & ロジスティクス

• 保護用のクレート: 腐食防止VCIインサートを備えたISOに準拠した木製の木枠, ショックモニタリングセンサー, 湿度指標は輸送中のディスクを保護します.
• ファストトラック配送: 迅速な空気フロイトまたは「ミルクラン」の統合により、リードタイムが削減されます 2–3週 命令からドアまで, 6〜8週間の標準的な海底と比較.

9. 結論

投資キャスティングはaを提供します ワンステップ 高性能バタフライバルブディスクへのルート, 複雑なジオメトリを提供します, 厳しい公差 (±0.1 mm), 優れた表面仕上げ (ra≤ 1.6 μm).

CF8Mステンレスからインコルエル625までの適切な合金を選択し、厳密なプロセスコントロールと検査を適用することにより,

メーカーは、機械的ターゲットを満たすディスクを実現します (引張≥ 550 MPa; 伸長≥ 25 %), 優れた腐食抵抗を示します,

水処理全体で厳しいサービス条件を維持します, 油 & ガス, 発電部門.