Dysk zaworu motyli przez casting inwestycyjny

1. Wstęp

W zaworach motyli, Dysk służy jako podstawowy element kontroli przepływu, bezpośrednio wpływający na spadek ciśnienia, Uszczelnienie integralności, i moment obrotowy uruchamiania.

Więc, Projektowanie i produkcja dysku określa wydajność zaworów znacznie więcej niż komponenty peryferyjne.

Casting inwestycyjny pojawił się jako preferowana metoda do wytwarzania złożonego, Dysk z precyzyjnymi, które spełniają rygorystyczne wymagania serwisowe.

W tym artykule, Eksplorujemy każdy etap - od projektu i wyboru materiałów po odlewanie, wykończeniowy, i walidacja - profesjonalista, oparte na danych spostrzeżenia i podkreślenie najlepszych praktyk.

2. Przegląd obsady inwestycyjnej

Casting inwestycyjny, znany również jako odlewanie na wosk tracony, jest sprawdzoną metodą tworzenia skomplikowanych elementów metali.

Proces zaczyna się od wzoru wosku, który jest pokryty ceramiczną skorupką do tworzenia formy.

Po dewaksie i strzelaniu w wysokiej temperaturze, do wnęki wlewa się stopiony metal, a ostatnia część jest zakończona przez uderzenie i obróbkę.

W porównaniu do odlewania piasku lub obróbki, Odlewy inwestycyjne oferuje geometrię kształtu w prawie netto z ciasnymi tolerancjami (± 0,1 mm) i wykończenia powierzchniowe tak gładkie jak RA ≤ 1.6 µm.

Ta precyzja jest niezbędna dla dysków zaworów motyli, gdzie nawet niewielkie odchylenia mogą zagrozić integralności uszczelnienia.

Typowe wymiary dysku obejmują od 50 mm do 1,500 MM średnicy, z rozciągającymi się ciężarami 0.5 kg to 50 kg, w zależności od zastosowania.

3. Wybór materiałów na dyski zaworu motyli

Wybór odpowiedniego stopu na odcinki inwestycyjne Zawór motyla Dysk wymaga równoważenia odporność na korozję, wytrzymałość mechaniczna, zdolność temperatury, I koszt.

Poniżej, Badamy cztery rodziny materialne - każde z jego zaletami - i podkreślamy ilościowe cele właściwości, aby kierować specyfikacją.

Austenityczne stale nierdzewne (CF8 / CF8M / CF3 / CF3M)

Dlaczego warto je wybrać? Gatunki austenityczne oferują doskonałą odporność na korozję ogólnej w wodzie, łagodne kwasy, i gotowi do 200 °C.

Dzięki ich sześciennym skoncentrowanym na twarzy (FCC) struktura, Utrzymują wytrzymałość do -50 ° C.

Uwaga przejściowa:

Dla zaworów narażonych na chlorki lub słabe kwasy, Uaktualnienie z CF8 do CF8M (316) podwaja liczbę równoważną odporności na wżery (Drewno) od ~ 18 do ~ 25, wyraźnie przedłużający żywotność usług w wodzie morskiej lub solance.

Dupleks & Super-dupleksowe stale nierdzewne (np., Saf 2205, 2507)

Dlaczego warto je wybrać? Klasy dupleksowe łączą fazy austenitu i ferrytu, aby zapewnić wyższą granicę plastyczności (~ 800 MPa) i najwyższej jakości chlorek-stres-korozja (SCC) opór.

Wgląd w dane:

W wodzie morskiej na pełnej wytrzymałości (3.5 % NaCl), 2205 dyski opierają się wżerowi do 80 °C, versus tylko ~ 60 ° C dla 316L, czyniąc je na zawory podmorskie.

Stopy niklu (Inconel 625, Monel 400)

Dlaczego warto je wybrać? Superalloys na bazie niklu wytrzymują temperatury powyżej 550 ° C i odporność na utlenianie, siarcze, i chlorowanie - idealne dla wysoka temperatura I kwaśne gaz aplikacje.

Przykład aplikacji:

Zawór wtrysku pary w systemie turbiny gazowej określa niezwątnę inwestycyjną 625 dysk,

który działał bez szczelności 575 ° C i 40 bar na ponad 18 miesiące.

4. Rozważania dotyczące projektowania dysku z zaworem motyli

Projektowanie dysku zaworu motyli obejmuje delikatną równowagę między wydajnością hydrauliczną, integralność strukturalna, i lejność.

Więc, Inżynierowie muszą ocenić geometrię, Obciążenie ciśnienia, Dynamika przepływu, rozkład materiału,

i strategia bramkowania - każdy czynnik przyczyniający się do wiarygodnej działalności przez miliony cykli.

Profil dysku: Cambered vs.. Płaski

Przede wszystkim, the Profil dysku dyktuje odporność na przepływ i moment obrotowy.

A Wygięty lub „talia” krążka - ułożona na obu twarzach - redukuje separację przepływu przez do góry 20% w porównaniu z płaskim dyskami i obniża moment uruchamiania o około 25% w typowym 150 mm, Zawory PN16.

Ponadto, Camber tworzy egocentrującą się siłę hydrodynamiczną, co poprawia stabilność średniego strumienia i rozszerza żywotność pieczęci.

Odwrotnie, płaskie dyski Pozostają popularne w niskim ciśnieniu (≤ 10 bar) i proste aplikacje włączające/wyłączane, upraszczając narzędzia i obróbkę.

Grubość ścianki & Sztywność strukturalna

Idąc dalej, grubość ściany określa zarówno sztywność, jak i jakość obsady.

Dla dysków inwestycyjnych, nominalna grubość 4–8 mm obsługuje oceny ciśnienia do 40 bar Unikając porowatości skurczowej.

Ponadto, Przejściowe promienie filetu 3–5 mm na złączu hub -disc zapobiegają stężeniu naprężeń i promowanie jednolitego zestalania.

Analiza elementów skończonych (MES) rutynowo potwierdza, że ​​takie sekcje odchylają się mniej niż 0.2 mm pod 16 Różnica baru, Utrzymując w ten sposób integralność pieczęci.

Balanie ciśnienia & Wzmocnienie

Ponadto, Projektanci często włączają Otwory równoważenia ciśnienia Lub Rzurawne rowki W większych dyskach zaworów motyli (≥ 300 mm) wyrównać ciśnienie wlotowe i wylotowe.

Poprzez zmniejszenie niezrównoważonej siły netto przez 60%, Te funkcje zmniejszają rozmiar siłownika według jednej klasy.

Ponadto, zlokalizowane żebrowanie na twarzy dolnej części - typowo 4–6 Żeberka z 5 Grubość mm - wyodrębnia dysk bez znacznego przyrostu masy ciała.

Hydrodynamika & Redukcja momentu obrotowego

Równie ważne, Kontury hydrodynamiczne Zapewnij płynne przejścia przepływu.

Obliczeniowa dynamika płynów (CFD) Analizy podkreślają, że zaokrąglone wiodące krawędzie z promieniem krzywizny 0.1× średnica dysku Rozdzielenie przepływu opóźnienia,

poprawa współczynnika rozładowania (Płyta CD) od ~ 0,65 do ~ 0,75 at 50% otwór.

W rezultacie, Moment uruchamiania spada obok 15–20%, Bezpośrednio przełożenie na niższe koszty energii operacyjnej.

Bramkowanie, Umieszczenie pionu & Odlewalność

Wreszcie, Projektowanie bramkowania i pionowe dostosuj geometrię dysku do odlewania wolnego od defektów.

Inżynierowie umieszczają główną bramę przy pionie dysku, gdzie metalowe baseny promują zestalanie kierunkowe w kierunku pojedynczego peryferyjnego pionu.

Ten układ zapewnia karmienie w ostatnich strefach zestalania, Zmniejszenie wad skurczowych 0.5% odlewań.

W tandemie, grubość skorupy 6 mm i kontrolowane szybkości chłodzenia (≤ 5 ° C/min) Unikaj wstrząsów termicznych i mikroadownictwa.

5. Dysk zaworu motyli według szczegółów procesu odlewania inwestycji

Casting inwestycyjny - często nazywany utracony wosk—Transformuje precyzyjny wzór wosku w metalowy dysk zaworu motyli za pomocą ceramicznej formy.

Wśród różnych systemów skorupy, Krzemionka -sol spoiwa pojawiły się jako standard branżowy dla wysokiej integralności, Dokładne odlewy wymiarowo.

Narzędzia wosku & Produkcja wzoru

• Umiera o wysokiej próbie: Wnęki matrycy CNC wytwarzają wzory woskowe ±0,05 % wymiarów nominalnych.
• Montaż wzoru: Inżynierowie dołączają świerki i systemy bramkowania - zaprojektowani na fearn -first metalowy przepływ - do każdego wzoru, montaż ich na drzewach woskowych, które zawierają 20–50 dysków na nalewanie.

Budynek ceramiczny (Powłoka z sol krzemionkowych):

Zespół wosku jest zanurzony w krzemionka SOL (koloidalny roztwór krzemionki koloidalnej i drobnych refrakcyjnych cząstek) i pokryte sztukwizyjną (z cyrkon lub stopiony piasek krzemionkowy).

Ten proces jest powtarzany 8–12 razy, z każdą warstwą suszoną w 70–100 ° C, aby zbudować grubość skorupy 5–7 mm.

Solowe krzemionki zapewniają doskonałą stabilność termiczną i wykończenie powierzchni w porównaniu do systemów szkła wodnego lub etylowego.

Dewaksing i strzelanie:

Skorupa jest podgrzewana do 850–950 ° C w kontrolowanym piecu, aby roztopić wosk (DEWAXING) i spiekaj ceramiczną skorupę.

Ten krok eliminuje resztkowe węglowodory i wzmacnia skorupę, aby wytrzymać stopiony metal.

Temperatura strzelania jest starannie kalibrowana, aby uniknąć pękania, jednocześnie zapewniając refraktory skorupy pasujące do rzucania stopu (np., 1,500–1 600 ° C dla stali nierdzewnej).

Topnienie metalu & Praktyki nalewające

• Tygiel & Piec: Używać piece indukcyjne próżniowe (KRZEPA) stopić stopy - bezskuteczne, dupleks, lub nikiel - utrzymanie O₂ < 50 PPM i H₂ < 5 PPM do czystych odlewów.
• Nalewanie temperatury: Utrzymywać 1 480–1 520 °C dla CF8/CF8M; 1 550–1 600 °C dla niewygod 625.
• Obojętne osłony & Presja na: Zastosuj osłony argonu lub azotu nad formą i zastosuj niewielkie ciśnienie dodatnie (0.1–0,3 bar) w celu prowadzenia metalu w cienkie sekcje, zmniejszenie porowatości gazu do < 0.2 %.

Usuwanie i wykończenie powłoki:

Po zestaleniu, Ceramiczna skorupa jest usuwana przez uderzenie strzałowe (używając piaska tlenku aluminiowego) Aby odsłonić płytę o bliskim kształcie.

Ostateczne wykończenie obejmuje przycinanie bram/piórek i polerowanie w celu osiągnięcia chropowatości powierzchni (Ra) ≤ 1.6 µm,

krytyczne dla minimalizacji turbulencji przepływu w zaworze.

Ostateczne obróbka cieplna

• Wyżarzanie rozpuszczające: Dyski cieplne do 1 050 °C (CF8/CF3M) Lub 1 100 °C (stopy niklu) Do 30 min,
  Następnie rozkładanie wody w celu rozpuszczenia segregowanych faz i optymalizacji odporności na korozję.
• Ulga stresowa (Fakultatywny): A 650 °C, 1-Hour Hold może złagodzić naprężenia resztkowe z operacji końcowych.

Zalety krzemionki sol dla dysków zaworów motyli

• Wykończenie powierzchni: Krzydzice solowe wytwarzają gładsze powierzchnie niż tradycyjne metody, Zmniejszenie potrzeby obróbki po wycofaniu.
  Jest to niezbędne w przypadku dysków działających w środowiskach o wysokiej czystości, takich jak farmaceutyczne lub pitne systemy wodne.
• Precyzja wymiarowa: Sztywna struktura skorupy utrzymuje ciasne tolerancje (± 0,1 mm), Zapewnienie koncentryczności i płaskości krytyczne dla wyrównania się z siedzĄ.
• Stabilność termiczna: Wysoka refraktorowość krzemionki Sol (do 1600 ° C.) zapobiega zniekształceniu skorupy podczas nalewania, Zachowanie skomplikowanych cech równoważenia ciśnienia na dysku.
• Kompatybilność materiałowa: Idealny do odlewania stali austenitycznej, Stopy dupleksowe, i Superalloys oparte na niklu, które są powszechne w zastosowaniach zaworów motyli.

6. Integralność powierzchni & Odporność na korozję

Wykończenie powierzchniowe i polerowanie po naczyniu

Nawet z wysokiej zawartymi skorupami krzemionkowymi, Zazwyczaj pojawiają się kradzie RA 2,5-3,5 µm.

Jednakże, Drobne ceramiczne ziarna odlewu inwestycyjnego ograniczają szczyty powierzchniowe do poniżej 10 µm na wysokości. Aby spełnić standardy industry zastawek - co często wymaga RA ≤ 1.6 µm—Produforcy mają zastosowanie:

• Wibrujący upadek: Media ceramiczne i lekkie ścierne zmniejszają RA o 30–40% w ciągu 2–4 godzin.
• Precyzyjne polerowanie: Polerowanie kierowane przez CNC z pastą diamentową (3 Grit µm) osiąga ra ≤ 0.8 µm na twarzach uszczelniających, Zapewnienie bezpłatnej wydajności.

Te kroki eliminują mikro -notatki powierzchniowe, które mogłyby zainicjować doły korozji lub uszkodzić elastomeryczne siedzenia.

Marynowanie & Cykle pasywacyjne

Aby zbudować jednolitą folię pasywną i usunąć wbudowane wtrącenia, Tarty zaworów motylkowych są ulegane:

• Marynowanie: Zanurzenie w 10 % Hno₃ - 2 % Hf Rozwiązanie w 50 ° C przez 20–30 minut rozpuszcza tlenki powierzchniowe i skalę.
• Płukanie & Neutralizacja: Późniejsze płukanie w wodzie dejonizowanej i kąpieli wodorowęglanowej sodu neutralizuje resztkowe kwasy.
• Pasywacja: Drugi spadek 20 % Hno₃ Na 60 ° C dla 30 min sprzyja tworzeniu 2–5 nm Film Cr₂o₃,
  zweryfikowane przez ASTM A967 Testowanie cytrynianu.

Badania analityczne powierzchniowe pokazują a 30 % zwiększyć w treści CR na najbardziej zewnętrznym 50 nm,

przełożenie na potencjalny wzrost rozkładu pasywnego +50 mv W testach potencjodynamicznych.

Wydajność korozji w reprezentatywnych mediach

Środowisko	Materiał dysku	Szybkość korozji	Standard testowy
Woda morska (3.5% Nacl at 25 °C)	CF8M / 316	0.05 MM/Rok	ASTM B117 Salt Spray
Chlorek żelazowy (Test wżerowy)	CF8M / 316	Brak wżerów < 24 H	Metoda ASTM G48 a
10% H₂so₄ w temperaturze pokojowej	CF3M / 316L	0.10 MM/Rok	ASTM G31 Zanurzenie
Przegrzana para @ 550 °C	Inconel 625	0.02 MM/Rok	Test utleniania Ni -Alloy

Wysokoperatura utlenianie i pękanie stresu

Do aplikacji powyżej otoczenia:

• Odporność na utlenianie: Inconel 625 Wystawa dysków < 0.02 mm/rok wzrost skali tlenku w powietrzu przy 550 °C.
• Odporność na SCC: Duplex -Cast SAF 2205 dyski nie wykazują chlorku SCC po testowaniu ASTM G36 Na 80 ° C i 1000 psi for 720 H, lepsze wyniki 316L przez 40 %.

7. Tolerancja odlewu zaworu motyli

Utrzymanie ciasnych tolerancji wymiarowych na odlewanej dysku zapewnia odpowiednie dopasowanie, niezawodne uszczelnienie, i minimalne obróbka po rzuceniu.

Casting inwestycyjny zapewnia lepsze tolerancje niż odlewanie piasku, Ale projektanci muszą nadal określać realistyczne oczekiwania w celu zrównoważenia kosztów i wydajności.

Poniżej są typowe tolerancja Wytyczne dotyczące inwestycyjnych dysków zaworów motyla, na podstawie ISO 8062-3 (CT8) i praktyka branżowa:

Funkcja	Nominalny zakres wielkości	Tolerancja	Notatki
Ogólna średnica	Aż do 200 mm	± 0.10 mm	Zapewnia koncentryczność z korpusem zaworów; Krytyczne dla aplikacji pełnej masy
	200–400 mm	± 0.15 mm
	> 400 mm	± 0.20 mm
Grubość ścianki	3–8 mm	± 10 % nominałów	Projektanci utrzymują sekcje 4–8 mm, aby uniknąć porowatości skurczowej
Średnica otworu piasty	Aż do 50 mm	− 0 / + 0.05 mm	Poślizgnij się do wału; może wymagać rozwinięcia do H7 dla precyzyjnych siłowników
	50–100 mm	− 0 / + 0.10 mm
Koło śruby & Dziury	Pcd Ø do 300 mm	± 0.10 mm	Dopasowuje standardy kołnierza rury (np., Ansi, Z)
	PCD Ø > 300 mm	± 0.15 mm
Poza rundą	Każda okrągła cecha	≤ 0.05 % średnica	Zapewnia jednolitość kompresji uszczelnienia
Płaskość (Siedząca twarz)	Po drugiej stronie dysku	≤ 0.05 mm	Krytyczne dla odłączania zaworu; często zmielony do końcowego wymiaru
Promienie profilu krawędzi	Filety / fazowania	± 0.5 mm	Projektanci określają promienie 3–5 mm w celu równowagi przepływu i stężenia naprężeń

Praktyczne implikacje

1. Zaangażowanie pieczęci: Tolerancje na twarz siedzących i poza rundą bezpośrednio wpływają na pakowanie i kompresję o-ringu, wpływając na szczelność wycieku.
2. Wyrównanie uruchomienia: Dokładność hub-ołokowa zapewnia koncentryczne rotację dysku, Zmniejszenie mimośrodowego obciążenia łożyska i siłowników.
3. Dodatki do obróbki: Podczas gdy wiele dysków zaworów motyla spełnia tolerancje wykończeniowe jako cast, Krytyczne powierzchnie uszczelniające często otrzymują światło szlifowanie (0.2–0,5 mm zapas) Aby zagwarantować płaskość i wykończenie powierzchniowe.
4. Strategia kontroli: Maszyna do pomiaru współrzędnych (CMM) audyty 100 % dysków potwierdza zgodność; Kontrola procesu statystycznego (SPC) Flagi trendów, zanim przekroczą limity CT8.

8. TEN Usługi dostaw wartości dodanej

Poza produkcją samego dysku obsady inwestycyjnej, TEN Teraz pakuje pakiet usług o wartości dodanej, które przyspieszają czas na rynek, Zmniejsz wewnętrzne obciążenie pracą:

Precyzyjna obróbka

• Toczenie CNC & Przemiał: Dostawcy często dostarczają dyski z gotowymi otworami, wpusty,
  i wzory otworu śrubowego do tolerancji H7/H8 (± 0,02 mm), eliminowanie obróbki wtórnej.
• Balansowy & Wiercenie: Statyczne lub dynamiczne równoważenie do limitów klasy G6.3 (< 2.5 µm niezrównoważenie na mm) Dla dysków ≥ 300 średnica mm, Plus Wiercenie z krwawienia lub bilansu.

Obróbka cieplna

• Rozwiązanie Wyżarzanie: Odkurzacz lub naniaczy ławy soli 1 050–1 100 ° C nastąpiło
  przez szybkie gaszenie dupleks przywracania i mikrostruktury austenityczne, Zapewnienie pełnej odporności na korozję.
• Ulga stresowa: Podkrytyczne zatrzymuje się w temperaturze 600–650 ° C przez 1–2 godziny zmniejszają naprężenia szczątkowe
  od obróbki lub spawania przez 60%, zapobieganie zniekształceniu w końcowym montażu.

Obróbka powierzchni

• Polerowanie & Uciekanie: Finał kończy się do RA ≤ 0.4 µm na powierzchni uszczelnienia zapewniają bezpłatną wydajność; Typowy zwrot: 1–3 dni na partię 20–50 dysków.
• Powłoki & Podszewki: Epoksyd, PTFE, lub powłoki ceramiczne dodają odporności chemicznej w agresywnych pożywkach; Kontrola grubości do ± 10 µm spełnia specyfikacje OEM.

Niestandardowe opakowanie & Logistyka

• Ochronna skrzynia: Drewniane skrzynie z zgodnością z ISO z wkładkami VCI anty-korozji, Czujniki monitorowania wstrząsu, oraz wskaźniki wilgotności zabezpieczają dyski podczas tranzytu.
• Szybka wysyłka: Przyspieszona fandel powietrza lub konsolidacja „mleka” przecina czasy realizacji 2–3 tygodnie Od zamówienia do drzwi, w porównaniu ze standardową fragmentem morskim 6–8 tygodni.

9. Wnioski

Casting inwestycyjny zapewnia Jeden krok Podróż do wysokowydajnych dysków zaworów motyla, dostarczanie złożonych geometrii, wąskie tolerancje (± 0,1 mm), i doskonałe wykończenia powierzchni (RA ≤ 1.6 µm).

Wybierając odpowiednie stopy - od CF8M ze stali nierdzewnej po Inconel 625 - i stosując rygorystyczne kontrole i kontrole procesów,

Producenci osiągają dyski, które spełniają cele mechaniczne (rozciąganie ≥ 550 MPa; wydłużenie ≥ 25 %), Wykazuj znakomity odporność na korozję,

i utrzymuj wymagające warunki obsługi w obróbce wody, olej & gaz, i sektory wytwarzania energii.