Butterfly Valve Disc, Investment Casting

1. Įvadas

Drugeliuose vožtuvuose, diskas yra pagrindinis srauto valdymo elementas, tiesiogiai veikiantis slėgio kritimą, sandarinimo vientisumas, ir paleidimo sukimo momentas.

Todėl, disko konstrukcija ir gamyba lemia vožtuvo veikimą daug labiau nei periferiniai komponentai.

Investicijų liejimas tapo tinkamiausiu komplekso gamybos metodu, didelio tikslumo diskai, atitinkantys griežtus aptarnavimo reikalavimus.

Šiame straipsnyje, tyrinėjame kiekvieną etapą – nuo ​​dizaino ir medžiagų pasirinkimo iki liejimo, apdaila, ir patvirtinimas – teikiantis profesionalų, duomenimis pagrįstų įžvalgų ir pabrėžiant geriausią praktiką.

2. Investicijų liejimo apžvalga

Investicijų liejimas, taip pat žinomas kaip prarasto vaško liejimas, yra laiko patikrintas sudėtingų metalinių komponentų kūrimo metodas.

Procesas prasideda vaško raštu, kuris yra padengtas keraminiu apvalkalu, kad būtų suformuota forma.

Po vaško pašalinimo ir išdegimo aukštoje temperatūroje, į ertmę pilamas išlydytas metalas, and the final part is finished through shot-blasting and machining.

Compared to sand casting or machining, investment casting offers near-net shape geometry with tight tolerances (±0.1 mm) and surface finishes as smooth as Ra ≤ 1.6 µm.

This precision is vital for butterfly valve discs, where even minor deviations can compromise sealing integrity.

Typical disc dimensions range from 50 mm iki 1,500 mm in diameter, with weights spanning 0.5 kg į 50 kg, priklausomai nuo taikymo.

3. Medžiagų pasirinkimas sklendės vožtuvų diskams

Choosing the right alloy for an investment-cast drugelio vožtuvas disc demands balancing atsparumas korozijai, Mechaninis stiprumas, temperatūros galimybė, ir Kaina.

Žemiau, we explore four material families—each with its advantages—and highlight quantitative property targets to guide specification.

Austenitinis nerūdijantis plienas (CF8 / CF8M / CF3 / CF3M)

Why Choose Them? Austenitic grades offer excellent general-service corrosion resistance in water, švelnios rūgštys, and steam up to 200 ° C..

Thanks to their face-centered cubic (FCC) struktūra, jie išlaiko kietumą iki –50 °C.

Pereinamoji pastaba:

Vožtuvams, veikiamiems chloridų arba silpnų rūgščių, atnaujinimas iš CF8 į CF8M (316) padvigubina pasipriešinimo įdubimui ekvivalentinį skaičių (Mediena) nuo ~18 iki ~25, žymiai pailgina tarnavimo laiką jūros vandenyje arba sūryme.

Duplex & Super-Duplex nerūdijantis plienas (Pvz., SAF 2205, 2507)

Why Choose Them? Dvipusės klasės sujungia austenito ir ferito fazes, kad užtikrintų didesnį takumo ribą (~ 800 MPA) ir aukščiausios kokybės chlorido įtempių ir korozijos įtrūkimų (SCC) pasipriešinimas.

Duomenų įžvalga:

Viso stiprumo jūros vandenyje (3.5 % NaCl), 2205 diskai atsparūs įdubimams iki 80 ° C., prieš tik ~ 60 °C už 316L, todėl jie yra pagrindiniai povandeniniai vožtuvai.

Nikelio pagrindo lydiniai (Inconel 625, Monel 400)

Why Choose Them? Nikelio pagrindu pagaminti superlydiniai atlaiko aukštesnę temperatūrą 550 °C ir atsparus oksidacijai, sulfidavimas, ir chloravimas – idealiai tinka aukšta temperatūra ir rūgščiųjų dujų paraiškos.

Taikymo pavyzdys:

Garo įpurškimo vožtuvas dujų turbinos sistemoje nurodė investicinį Inconel 625 diskas,

kuris veikė be nuotėkio 575 °C ir 40 baras per daug 18 mėnesiai.

4. Butterfly vožtuvo disko dizaino svarstymai

Projektuojant drugelio vožtuvo diską, reikia subtiliai suderinti hidraulinį veikimą, Struktūrinis vientisumas, ir liejamumas.

Todėl, inžinieriai turi įvertinti geometriją, slėgio apkrova, srauto dinamika, medžiagų paskirstymas,

ir blokavimo strategija – kiekvienas veiksnys prisideda prie patikimo veikimo per milijonus ciklų.

Disko profilis: Kambarinis vs. Butas

Pirmiausia ir svarbiausia, the disko profilis diktuoja srauto pasipriešinimą ir sukimo momentą.

A kambarinis arba „juostinis“ diskas – išlenktas abiejose pusėse – sumažina srauto atskyrimą iki 20% palyginti su plokščiu disku ir maždaug sumažina sukimo momentą 25% tipiškai 150 mm, PN16 vožtuvai.

Be to, kampelis sukuria savaime centruojančią hidrodinaminę jėgą, kuris padidina stabilumą eigos viduryje ir pailgina sandariklio tarnavimo laiką.

Ir atvirkščiai, plokšti diskai išlieka populiarūs esant žemam slėgiui (≤ 10 Baras) ir paprastos įjungimo / išjungimo programos, nes jie supaprastina įrankius ir apdirbimą.

Sienos storis & Struktūrinis tvirtumas

Judėjimas toliau, sienos storis lemia ir standumą, ir liejimo kokybę.

Investiciniams diskams, nominalus storis 4– 8 mm palaiko slėgio reitingus iki 40 Baras tuo pačiu išvengiant susitraukimo poringumo.

Be to, pereinamieji filė spinduliai iš 3–5 mm stebulės ir disko sandūroje neleidžia susikaupti įtempiams ir skatina tolygų kietėjimą.

Baigtinių elementų analizė (Fea) reguliariai patvirtina, kad tokios atkarpos nukrypsta mažiau nei 0.2 mm pagal a 16 juostos diferencialas, taip išlaikant sandariklio vientisumą.

Slėgio balansavimas & Sustiprinimas

Be to, dizaineriai dažnai įtraukia slėgio balansavimo skylės arba reljefo grioveliai didesniuose drugelių vožtuvų diskuose (≥ 300 mm) išlyginti įėjimo ir išėjimo slėgį.

Sumažinus grynąją nesubalansuotą jėgą iki 60%, Šios savybės sumažina pavaros dydį viena klase.

Be to, lokalizuota briaunoti pasroviui – paprastai 4– 6 šonkauliai iš 5 mm storio – dar labiau standina diską be pastebimo svorio padidėjimo.

Hidrodinamika & Sukimo momento mažinimas

Lygiai taip pat svarbu, hidrodinaminiai kontūrai užtikrinti sklandų srauto perėjimą.

Skaičiavimo skysčio dinamika (CFD) analizės pabrėžia, kad suapvalinti priekiniai kraštai, kurių kreivio spindulys 0.1× disko skersmuo atidėti srauto atskyrimą,

gerinant iškrovos koeficientą (Cd) nuo ~0,65 iki ~0,75 val 50% atidarymas.

Dėl to, paleidimo sukimo momentas sumažėja 15– 20 proc., tiesiogiai reiškia mažesnes eksploatacines energijos sąnaudas.

Vartai, Pakylos padėjimas & Liejamumas

Pagaliau, vartų ir stovų dizainas pritaikykite disko geometriją liejimui be defektų.

Inžinieriai pagrindinius vartus pastato prie disko stebulės, kur metaliniai baseinai skatina kryptingą kietėjimą link vieno periferinio stovo.

Šis išdėstymas užtikrina padavimą į paskutines kietėjimo zonas, susitraukimo defektų sumažinimas iki mažesnio 0.5% liejinių.

Kartu, apvalkalo storis 6 mm ir kontroliuojamas aušinimo greitis (≤ 5 ° C/min) išvengti terminio šoko ir mikroįtrūkimų.

5. Butterfly vožtuvo diskas pagal investicinio liejimo procesą

Investicijų liejimas – dažnai vadinamas prarado vašką- per keraminę formą paverčia precizinį vaško raštą į metalinį drugelio vožtuvo diską.

Tarp įvairių apvalkalo sistemų, silicio dioksidas rišikliai tapo pramonės standartu, užtikrinančiu aukštą vientisumą, matmenų tikslūs liejiniai.

Vaško įrankiai & Šablonų gamyba

• Didelio tikslumo štampai: CNC apdirbtos štampavimo ertmės viduje sukuria vaško raštus ±0,05 % vardinių matmenų.
• Modelio rinkinys: Inžinieriai prie kiekvieno modelio pritvirtina spyruokles ir užtvarų sistemas, skirtas metalo srautui į stebulę., surinkti juos ant vaško medžių, kuriuose telpa 20–50 diskų vienam užpylimui.

Keramikos apvalkalo pastatas (Silica Sol danga):

Vaško mazgas panardinamas į a silicio dioksido srutos (koloidinis koloidinio silicio dioksido ir smulkių ugniai atsparių dalelių tirpalas) ir padengtas tinku (cirkonis arba lydytas silicio smėlis).

Ši procedūra kartojama 8–12 kartų, kiekvieną sluoksnį išdžiovinus 70–100 °C temperatūroje, kad būtų sukurtas 5–7 mm storio apvalkalas.

Silicio dioksido apvalkalai pasižymi puikiu šiluminiu stabilumu ir paviršiaus apdaila, palyginti su vandens stiklo ar etilo silikato sistemomis.

Vaškavimas ir deginimas:

Korpusas kaitinamas iki 850–950°C kontroliuojamoje krosnyje, kad išsilydytų vaškas (vaško šalinimas) ir sukepinkite keraminį apvalkalą.

Šis žingsnis pašalina angliavandenilių likučius ir sustiprina apvalkalą, kad jis atlaikytų išlydytą metalą.

Uždegimo temperatūra yra kruopščiai sukalibruota, kad būtų išvengta įtrūkimų, tuo pačiu užtikrinant, kad korpuso atsparumas ugniai atitiktų liejamą lydinį (Pvz., 1,500–1600°C nerūdijančiam plienui).

Metalo lydymas & Liejimo praktika

• Tiglis & Krosnis: Naudokite vakuuminės indukcinės krosnys (VIM) lydiniams išlydyti – nerūdijančiojo, Duplex, arba nikelio pagrindu – palaikantis O₂ < 50 ppm ir H₂ < 5 ppm švariems liejiniams.
• Pilimo temperatūra: Prižiūrėti 1 480–1 520 ° C. skirtas CF8/CF8M; 1 550–1 600 ° C. už Inconel 625.
• Inertiškas gaubtas & Slėgis Už: Ant formos uždėkite argono arba azoto gaubtus ir naudokite nedidelį teigiamą slėgį (0.1– 0,3 baro) metalą įpjauti į plonas dalis, sumažinti dujų poringumą iki < 0.2 %.

Apvalkalo pašalinimas ir apdaila:

Po sukietėjimo, keraminis apvalkalas pašalinamas šratiniu būdu (naudojant aliuminio oksido grūdelius) kad atskleistų beveik tinklo formos diską.

Galutinė apdaila apima vartų / stovų apipjaustymą ir poliravimą, kad būtų pasiektas paviršiaus šiurkštumas (Ra) ≤ 1.6 µm,

labai svarbu siekiant sumažinti srauto turbulenciją vožtuve.

Galutinis terminis apdorojimas

• Tirpalo atkaitinimas: Įkaitinkite diskus iki 1 050 ° C. (CF8/CF3M) arba 1 100 ° C. (Nikelio lydiniai) už 30 min,
  tada gesinkite vandeniu, kad ištirpintumėte atskirtas fazes ir optimizuotumėte atsparumą korozijai.
• Streso mažinimas (Neprivaloma): A 650 ° C., 1-Valandinis palaikymas gali sušvelninti liekamuosius įtempius, atsirandančius atliekant apdailos darbus.

Silicio dioksido Sol privalumai, skirti drugelių vožtuvų diskams

• Paviršiaus apdaila: Silicio dioksido apvalkalai sukuria lygesnius paviršius nei tradiciniai metodai, sumažinant apdirbimo po liejimo poreikį.
  Tai labai svarbu diskams, naudojamiems didelio grynumo aplinkoje, pavyzdžiui, farmacijos ar geriamojo vandens sistemose.
• Matmenų tikslumas: Tvirta korpuso struktūra išlaiko griežtus nuokrypius (±0.1 mm), užtikrina koncentriškumą ir plokštumą, būtiną disko sėdynės išlygiavimui.
• Šiluminis stabilumas: Didelis silicio dioksido atsparumas ugniai (iki 1600°C) apsaugo nuo apvalkalo iškraipymo pilant, išsaugant sudėtingas slėgio balansavimo funkcijas ant disko.
• Medžiagos suderinamumas: Idealiai tinka austenitinio plieno liejimui, dvipusiai lydiniai, ir nikelio pagrindu pagaminti superlydiniai, kurios yra paplitusios naudojant drugelio vožtuvus.

6. Paviršiaus vientisumas & Atsparumas korozijai

As-Cast paviršiaus apdaila ir poliravimas po liejimo

Net ir su didelio tikslumo silicio dioksido apvalkalais, kaip išlieti diskai paprastai atsiranda su Ra 2.5–3.5 µm.

Tačiau, Investicinio liejimo smulkūs keraminiai grūdeliai riboja paviršiaus smailes 10 µm aukštyje. Kad atitiktų vožtuvų pramonės standartus, kurių dažnai reikalaujama Ra ≤ 1.6 µm– taiko gamintojai:

• Vibracinis sukimasis: Keraminės medžiagos ir lengvi abrazyvai sumažina Ra 30–40 % per 2–4 valandas.
• Tikslus poliravimas: CNC valdomas poliravimas deimantine pasta (3 µm smėlio) pasiekia Ra ≤ 0.8 µm ant sandarinimo paviršių, užtikrinant veikimą be nuotėkio.

Šie veiksmai pašalina paviršiaus mikro įpjovas, kurios gali sukelti korozijos duobes arba pažeisti elastomerines sėdynes.

Marinavimas & Pasyvavimo ciklai

Sukurti vienodą pasyvią plėvelę ir pašalinti įterptus inkliuzus, atliekami drugelio vožtuvo diskai:

• Marinavimas: Panardinimas į a 10 % HNO₃–2 % HF sprendimas at 50 °C 20–30 min. ištirpina paviršiaus oksidus ir nuosėdas.
• Nuplaukite & Neutralizavimas: Vėlesnis skalavimas dejonizuotame vandenyje ir natrio bikarbonato vonioje neutralizuoja likusias rūgštis.
• Pasyvavimas: Antras panirimas 20 % HNO₃ adresu 60 °C už 30 min skatina susidarymą a 2-5 nm Cr₂O3 plėvelė,
  patvirtinta per ASTM A967 citrato tyrimas.

Paviršiaus analitiniai tyrimai rodo a 30 % padidinti Cr kiekis atokiausiais 50 nm,

virsta pasyviojo plėvelės skilimo potencialo padidėjimu +50 mV potenciodinamikos testuose.

Korozijos efektyvumas reprezentacinėje terpėje

Aplinka	Disko medžiaga	Korozijos greitis	Testo standartas
Jūros vanduo (3.5% NaCl prie 25 ° C.)	CF8M / 316	0.05 mm per metus	ASTM B117 druskos purškalas
Geležies chloridas (duobių bandymas)	CF8M / 316	Be duobių < 24 h	ASTM G48 A metodas
10% H₂SO₂ kambario temperatūroje	CF3M / 316L	0.10 mm per metus	ASTM G31 panardinimas
Perkaitinti garai @ 550 ° C.	Inconel 625	0.02 mm per metus	Ni-lydinio oksidacijos bandymas

Aukštos temperatūros oksidacija ir įtempių korozijos įtrūkimai

Naudojimui aukštesnėje nei aplinkos temperatūroje:

• Atsparumas oksidacijai: Inconel 625 diskų paroda < 0.02 mm/metus oksido masto augimas ore esant 550 ° C..
• SCC atsparumas: Dvipusio liejimo SAF 2205 diskai nerodo chlorido SCC, kai jie buvo išbandyti pagal ASTM G36 adresu 80 °C ir 1000 psi už 720 h, viršijo 316 l 40 %.

7. Butterfly Valve disko liejimo tolerancija

Išlaikant griežtus liejimo disko matmenų nuokrypius, užtikrinamas tinkamas prigludimas, Patikimas sandarinimas, ir minimalus apdirbimas po liejimo.

Investicinis liejimas užtikrina mažesnius nuokrypius nei liejant smėliu, tačiau dizaineriai vis tiek turi nurodyti realius lūkesčius, kad subalansuotų išlaidas ir našumą.

Žemiau yra tipiški tolerancija gairės dėl investicinio liejimo drugelio vožtuvų diskų, remiantis ISO 8062-3 (Ct8) ir pramonės praktika:

Savybė	Nominalaus dydžio diapazonas	Tolerancija	Pastabos
Bendras skersmuo	Iki 200 mm	± 0.10 mm	Užtikrina koncentriškumą su vožtuvo korpusu; labai svarbus visos angos taikymui
	200– 400 mm	± 0.15 mm
	> 400 mm	± 0.20 mm
Sienos storis	3– 8 mm	± 10 % nominalios	Projektuotojai palaiko 4–8 mm pjūvius, kad išvengtų susitraukimo poringumo
Stebulės angos skersmuo	Iki 50 mm	- 0 / + 0.05 mm	Slydimas ant veleno; tikslioms pavaroms gali prireikti plėsti iki H7
	50– 100 mm	- 0 / + 0.10 mm
Varžtų ratas & Skylės	PCD Ø iki 300 mm	± 0.10 mm	Atitinka vamzdžių flanšo standartus (Pvz., ANSI, Nuo)
	PCD Ø > 300 mm	± 0.15 mm
Neapvalumas	Bet kokia apskrita funkcija	≤ 0.05 % skersmens	Užtikrina sandariklio suspaudimo vienodumą
Plokštumas (Sėdėjimo veidas)	Skersai disko priekio	≤ 0.05 mm	Kritinis vožtuvo uždarymui; dažnai sumalamas iki galutinio matmens
Krašto profilio spinduliai	Filė / nuožulniai	± 0.5 mm	Projektuotojai nurodo 3–5 mm spindulius, kad subalansuotų srautą ir įtempių koncentraciją

Praktinės pasekmės

1. Ruonių sužadėtuvės: Sėdimų paviršių leistinos nuokrypos ir neapvalumas tiesiogiai veikia sandariklį ir O žiedo suspaudimą, turinčios įtakos sandarumui.
2. Paleidimo išlygiavimas: Stebulės angos tikslumas užtikrina koncentrinį disko sukimąsi, sumažina ekscentrinę guolių ir pavarų apkrovą.
3. Apdirbimo pašalpos: Nors daugelis drugelio vožtuvų diskų atitinka apdailos leistinus nuokrypius, kritiniai sandarinimo paviršiai dažnai lengvai šlifuojami (0.2-0,5 mm atsargos) užtikrinti lygumą ir paviršiaus apdailą.
4. Patikrinimo strategija: Koordinačių matavimo mašina (Cmm) auditai 100 % diskų patvirtina atitiktį; statistinio proceso kontrolė (SPC) pažymi tendencijas, kol jos viršija CT8 ribas.

8. Tai Teikti pridėtinės vertės paslaugas

Be paties investicinio liejimo disko gamybos, Tai dabar sujungia pridėtinės vertės paslaugų rinkinį, kuris pagreitina pateikimą į rinką, sumažinti vidaus darbo krūvį:

Tikslus apdirbimas

• CNC posūkis & Frezavimas: Tiekėjai dažnai pristato diskus su baigtomis stebulės angomis, raktų grioveliai,
  ir varžtų skylių modelius iki H7/H8 leistinų nuokrypių (±0,02 mm), pašalinant antrinį apdirbimą.
• Balansavimas & Gręžimas: Statinis arba dinaminis balansavimas iki G6.3 lygio ribų (< 2.5 µm disbalansas vienam mm) diskams ≥ 300 mm skersmens, plius pasirenkamas oro išleidimo arba balansavimo skylių gręžimas.

Terminis apdorojimas

• Sprendimas Atkaitinimas: Atkaitinimas vakuume arba druskos vonioje 1 050–1 100 Toliau sekė °C
  greitas gesinimas atkuria dvipuses ir austenitines mikrostruktūras, užtikrina visišką atsparumą korozijai.
• Streso mažinimas: Subkritinis išlaikymas 600–650 °C temperatūroje 1–2 valandas sumažina liekamuosius įtempius
  nuo apdirbimo ar suvirinimo iki 60%, užkirsti kelią iškraipymui galutiniame surinkime.

Paviršiaus procedūros

• Poliravimas & Lapping: Galutiniai finišai iki Ra ≤ 0.4 µm sandarinimo paviršiuose užtikrina sandarumą; tipiškas apsisukimas: 1– 3 dienos vienai 20–50 diskų partijai.
• Dangos & Pamušalai: Epoksidinė, Ptfe, arba keraminės dangos padidina cheminį atsparumą agresyvioms terpėms; storio valdymas iki ±10 µm atitinka OEM specifikacijas.

Individualizuota pakuotė & Logistika

• Apsauginė dėžė: ISO reikalavimus atitinkančios medinės dėžės su antikoroziniais VCI įdėklais, smūgio stebėjimo jutikliai, ir drėgmės indikatoriai saugo diskus transportavimo metu.
• Greitas pristatymas: Pagreitintas krovinių gabenimas oro transportu arba „pieno tiekimo“ konsolidavimas sutrumpina pristatymo laiką 2– 3 savaites nuo užsakymo iki durų, palyginti su standartiniu 6–8 savaičių jūrų kroviniu.

9. Išvados

Investicijų liejimas suteikia a vieno žingsnio maršrutą į didelio našumo drugelio vožtuvo diskus, pateikia sudėtingas geometrijas, griežtos nuokrypiai (±0.1 mm), ir aukščiausios kokybės paviršiaus apdaila (Ra ≤ 1.6 µm).

Pasirinkus tinkamus lydinius – nuo ​​CF8M nerūdijančio plieno iki Inconel 625 – ir taikant griežtą proceso kontrolę ir patikrinimus,

gamintojai pasiekia diskus, atitinkančius mechaninius tikslus (tempimas ≥ 550 MPA; pailgėjimas ≥ 25 %), pasižymi išskirtiniu atsparumu korozijai,

ir palaikyti sudėtingas vandens valymo paslaugų sąlygas, aliejus & dujos, ir energijos kartos sektoriai.