Диск клапана бабочки путем инвестиционного литья

1. Введение

В клапанах бабочек, Диск служит основным элементом управления потоком, непосредственно влияя на падение давления, Запечатывание целостности, и крутящий момент в действии.

Следовательно, Проектирование и производство диска определяют производительность клапана гораздо больше, чем периферические компоненты.

Литье по выплавляемым моделям появился как предпочтительный метод для производства сложного, Высокие диски, которые соответствуют строгим требованиям к обслуживанию.

В этой статье, Мы исследуем каждый этап - от дизайна и выбора материала до литья, отделка, и проверка - профессионал, Изучение данных и подчеркивание лучших практик.

2. Обзор инвестиционного кастинга

Литье по выплавляемым моделям, также известное как литье по выплавляемым моделям, это проверенный по времени метод создания сложных металлических компонентов.

Процесс начинается с воска, который покрыт керамической оболочкой для формирования формы.

После обезживания и высокотемпературного стрельбы, расплавленный металл заливают в полость, И последняя часть закончена с помощью выстрела и обработки.

По сравнению с литьем песка или обработки, Инвестиционное литье предлагает геометрию формы вблизи сети с жесткими допусками (± 0,1 мм) и поверхностная отделка так же гладко, как ra ≤ 1.6 мкм.

Эта точность жизненно важна для дисков клапанов бабочек, где даже незначительные отклонения могут поставить под угрозу целостность герметизации.

Типичные размеры диска варьируются от 50 мм до 1,500 мм в диаметре, с весами, охватывающими 0.5 кг до 50 кг, в зависимости от приложения.

3. Выбор материалов для дисков клапанов бабочек

Выбор правильного сплава для инвестиционной линии клапан бабочки Диск требует балансировки коррозионная стойкость, механическая прочность, температурная способность, и расходы.

Ниже, Мы исследуем четыре материальные семьи, которые с его преимуществами - и выделяем количественные цели недвижимости для руководства спецификацией.

Аустенитные нержавеющие стали (CF8 / CF8M / CF3 / CF3M)

Почему выбирают их? Аустенитные оценки предлагают отличную коррозионную устойчивость к общему обслуживанию в воде, мягкие кислоты, и парить на 200 °С.

Благодаря их соседству с лицо кубики (ФКС) структура, Они поддерживают прочность до -50 ° C.

Переходная нота:

Для клапанов, подвергшихся воздействию хлоридов или слабых кислот, обновление с CF8 до CF8M (316) Удваивает эквивалентное число сопротивлений устойчивости (Древесина) от ~ 18 до ~ 25, заметно продление срока службы в морской воде или рассоле.

Дуплекс & Супердуплексные нержавеющие стали (например, Саф 2205, 2507)

Почему выбирают их? Дуплексные оценки объединяют фазы аустенита и феррита для обеспечения более высокой прочности урожая (~ 800 МПа) и превосходный хлорид-стресс-коррозион (SCC) сопротивление.

Анализ данных:

В полной силе морской вода (3.5 % NaCl), 2205 диски сопротивляются яче 80 °С, В отличие от ~ 60 ° C для 316L, Сделать их подводными клапанами.

Никелевые сплавы (Инконель 625, Монель 400)

Почему выбирают их? На основе никеля суперсплавы выдерживают температуру выше 550 ° C и сопротивляться окислению, сульфидирование, и хлорирование - ходе для высокотемпературная и кислый газ приложения.

Пример приложения:

Клапан впрыскивания паровых в газо-турбиновой системе указал инвестиционную линию Inconel 625 диск,

который управлял без утечки в 575 ° C и 40 бар для более 18 месяцы.

4. Соображения дизайна диска бабочки

Проектирование диска клапана бабочки включает в себя деликатный баланс между гидравлической производительностью, структурная целостность, и литейность.

Следовательно, Инженеры должны оценить геометрию, нагрузка давления, динамика потока, Распределение материалов,

и стратегия стробирования - свой фактор, способствующий надежной работе в течение миллионов циклов.

Диск профиль: Измельченный против. Плоский

В первую очередь, тот диск профиль диктует сопротивление потока и крутящий момент.

А Изливано или «талию» диска - на обеих лицах - уменьшает разделение потока до 20% по сравнению с плоским диском и понижает крутящий момент примерно на 25% в типичном 150 мм, PN16 клапаны.

Кроме того, Camber создает эгоистическую гидродинамическую силу, который повышает стабильность в середине удара и продлевает срок службы уплотнения.

Наоборот, плоские диски оставаться популярным в низком давлении (≤ 10 бар) и простые приложения включения/выключения, По мере того, как они упрощают инструменты и обработку.

Толщина стены & Структурная жесткость

Двигаясь дальше, толщина стены Определяет как жесткость, так и качество листа.

Для инвестиционных дисков, номинальная толщина 4–8 мм поддерживает рейтинги давления до 40 бар избегая пористости усадки.

Более того, переходные радиусы филе 3–5 мм На концентрации концентрации концентрации - предотвращение концентрации напряжения и способствует одному затвердеванию.

Анализ конечных элементов (ВЭД) регулярно подтверждает, что такие разделы отклоняются меньше, чем 0.2 мм под 16 Дифференциал, тем самым сохраняя целостность печати.

Баланс давления & Подкрепление

Более того, Дизайнеры часто включают Отверстия с балансировкой давления или рельефные канавки в больших дисках клапанов бабочек (≥ 300 мм) Чтобы выровнять давление в входе и выходе.

Уменьшив сетевую несбалансированную силу до 60%, Эти функции сокращают размеры привода одним классом.

Кроме того, локализованный ребра на лице вниз по течению - типично 4–6 ребер из 5 Толщина мм - более выгодная диск без заметного увеличения веса.

Гидродинамика & Уменьшение крутящего момента

Не менее важно, гидродинамические контуры Обеспечить плавные переходы потока.

Вычислительная гидродинамика (CFD) Анализ подчеркивает, что округлые ведущие края с радиусом кривизны 0.1× диаметр диска Задержка разделения потока,

Улучшение коэффициента разряда (Диск) от ~ 0,65 до ~ 0,75 при 50% открытие.

Как результат, приведенный крутящий момент падает 15–20%, непосредственно переводится в более низкие затраты на эксплуатационную энергию.

Стробирование, Расположение стояка & Литейность

Окончательно, Проектирование стробирования и стояка адаптировать геометрию диска для литья без дефектов.

Инженеры помещают главные ворота в центр диска, где металлические бассейны способствуют затвердеванию направленного к одному периферическому подъему.

Эта компоновка гарантирует кормление в последних затвердевающих зонах, уменьшение дефектов усадки до под 0.5% отливок.

В тандеме, толщина раковины 6 мм и контролируемые скорости охлаждения (≤ 5 ° C/мин) Избегайте теплового шока и микротрещины.

5. Диск клапана бабочки с помощью деталей процесса литья инвестиций

Инвестиционный кастинг - часто называется потерянный воск- Трансформирует точный восковой рисунок в металлический диск клапана бабочки через керамическую форму.

Среди различных систем оболочки, Кремнезый Связывание появилось как отраслевой стандарт для высокой инженерности, размерно точные отливки.

Восковой инструмент & Производство шаблона

• Высокая должность умирает: С ЧПУ-с ЧПУ полости матрицы вырабатывают восковые узоры внутри ±0,05 % номинальных измерений.
• Сборка шаблона: Инженеры прикрепляют каперы и стробирующие системы, разработанные для первого потока металлов, к каждому рисунку, Сборка их на восковых деревьях, которые содержат 20–50 дисков на наличие.

Керамическое здание снаряда (Кремневое покрытие Sol):

Восковая сборка опускается в Силикарель Слюрри (коллоидный раствор коллоидного кремнезема и мелких рефрактерных частиц) и покрыт штукатуркой (циркон или слитый кремнезый песок).

Этот процесс повторяется в 8–12 раз, с каждым слоем высушен при 70–100 ° C, чтобы построить толщину оболочки 5–7 мм.

Оболочки Solica Sol обеспечивают превосходную тепловую стабильность и отделку поверхности по сравнению со стеклянным стеклом или этилалигататом.

Depaxing и стрельба:

Оболочка нагревается до 850–950 ° C в контролируемой печи, чтобы растопить воск (Depaxing) и спекать керамическую раковину.

Этот шаг устраняет остаточные углеводороды и укрепляет оболочку для выдержания расплавленного металла.

Температура стрельбы тщательно откалибруется, чтобы избежать растрескивания, обеспечивая при этом рефрактерность оболочки соответствует сплаву (например, 1,500–1600 ° C для нержавеющих сталей).

Металлическое плавление & Практика заливки

• Тигб & Печь: Использовать вакуумные индукционные печи (ВИМ) чтобы растопить сплавы - самостоятельно, дуплекс, или никелевая база - поэмпрессия o₂ < 50 ppm и h₂ < 5 PPM для чистых отливок.
• Температура заливки: Поддерживать 1 480–1 520 °С Для CF8/CF8M; 1 550–1 600 °С для uncel 625.
• Инертное окутывание & Давление для: Используйте аргон или азотные кожуши над плесенью и применяйте небольшое положительное давление (0.1–0.3 бар) погрузить металл в тонкие секции, снижение пористости газа до < 0.2 %.

Удаление и отделка раковины:

После затвердевания, керамическая оболочка удаляется с помощью выстрела (Использование зернистого оксида алюминия) раскрыть диск в ближней сети.

Последняя отделка включает в себя обрезку ворот/стояки и полировку для достижения шероховатости поверхности (Ра) ≤ 1.6 мкм,

критическая для минимизации турбулентности потока в клапане.

Окончательная термообработка

• Отжиг раствора: Тепловые диски 1 050 °С (CF8/CF3M) или 1 100 °С (никелевые сплавы) для 30 мин,
  Затем водяной костюм для растворения сегрегированных фаз и оптимизации коррозионной устойчивости.
• Снятие стресса (Необязательный): А 650 °С, 1-Час -удержание может смягчить остаточные напряжения от отделки.

Преимущества диска кремнезема для дисков клапанов бабочек

• Поверхностная обработка: Оболочки Solica Sol производят более плавные поверхности, чем традиционные методы, Сокращение потребности в обработке пост-кастинга.
  Это жизненно важно для дисков, работающих в средах высокой чистоты, таких как фармацевтические или питьевые системы.
• Размерная точность: Жесткая структура оболочки поддерживает плотные допуски (± 0,1 мм), Обеспечение концентричности и плоскостности, критических для выравнивания диска.
• Термическая стабильность: Высокая рефрактерность кремнезема (до 1600 ° C.) предотвращает искажение раковины во время залив, Сохранение сложных функций балансировки давления на диске.
• Совместимость материалов: Идеально подходит для литья аустенитных сталей, Дуплексные сплавы, и никелевые суперсплавы, которые распространены в приложениях клапанов бабочек.

6. Целостность поверхности & Коррозионная стойкость

Ассоциация поверхностной отделки и полировки после стока

Даже с высоким содержанием кремнезема, AS -Caster Discs обычно появляются с RA 2,5-3,5 мкм.

Однако, Тонкие керамические зерна инвестиционного кастинга ограничивают пики поверхности под 10 мкм в высоту. Чтобы соответствовать стандартам индустрии клапана, которые часто требуют Ra ≤ 1.6 мкм–Подуциалисты применяются:

• Вибрационные падения: Керамические носители и легкие абразивы снижают РА на 30–40% за 2–4 часа.
• Точная полировка: Политка с помощью с ЧПУ с алмазной пастой (3 мкм песка) достигает RA ≤ 0.8 мкм на герметизационных лицах, обеспечение производительности без утечки.

Эти шаги устраняют поверхностные микро -нижние значения, которые могут инициировать коррозионные ямы или повреждать эластомерные сиденья.

Маринование & Циклы пассивации

Чтобы построить равномерную пассивную пленку и удалить встроенные включения, диски клапаны бабочки подвергаются:

• Маринование: Погружение в 10 % Hno₃ - 2 % Hf решение в 50 ° C в течение 20–30 мин растворяет оксиды поверхности и масштаб.
• Смывать & Нейтрализация: Последующее полоскание в деионизированной воде и бикарбонатная ванна натрия нейтрализует остаточные кислоты.
• Пассивация: Второй погружение в 20 % Hno₃ в 60 ° C для 30 Мин способствует формированию 2–5 нм Cr₂o₃ Film,
  Проверено через ASTM A967 Цитратное тестирование.

Поверхностные аналитические исследования показывают 30 % увеличивать в контенте Cr на самом 50 н.м.,

перевод в пассивный потенциальный потенциал распада +50 мв. В потенциодинамических тестах.

Коррозионная производительность в репрезентативных средствах массовой информации

Среда	Диск материал	Скорость коррозии	Тестовый стандарт
Морская вода (3.5% NaCl в 25 °С)	CF8M / 316	0.05 мм/год	ASTM B117 соляный спрей
Хлорид железа (Ямный тест)	CF8M / 316	Нет ячеек < 24 час	ASTM G48 Метод A
10% H₂so₄ при комнатной температуре	CF3M / 316л	0.10 мм/год	ASTM G31 Погружение
Перегретый Steam @ 550 °С	Инконель 625	0.02 мм/год	Ni -Alloy Test

Высокоэффективное окисление и стрессовое растрескивание

Для применений выше окружающей среды:

• Устойчивость к окислению: Инконель 625 Диски выставки < 0.02 Мм/год рост шкалы оксида в воздухе в 550 °С.
• Сопротивление SCC: Дуплекс -кака -саф 2205 Диски не показывают хлорид SCC при тестировании на ASTM G36 в 80 ° C и 1000 PSI для 720 час, Превосходный 316L By 40 %.

7. Бабочка клапана, листовая терпимость

Поддержание плотных допусков на листое диск обеспечивает правильную посадку, надежная герметизация, и минимальная пост-личная обработка.

Инвестиционные кастинги обеспечивают более тонкие допуски, чем литье песка, Но дизайнеры все равно должны указать реалистичные ожидания, чтобы сбалансировать стоимость и производительность.

Ниже типичны терпимость Руководящие принципы для инвестиционных дисков клапанов бабочек, на основе ISO 8062-3 (CT8) и отраслевая практика:

Особенность	Номинальный диапазон размеров	Толерантность	Примечания
Общий диаметр	До 200 мм	± 0.10 мм	Обеспечивает концентричность с корпусом клапана; критическое для полных приложений
	200–400 мм	± 0.15 мм
	> 400 мм	± 0.20 мм
Толщина стены	3–8 мм	± 10 % номинального	Дизайнеры поддерживают участки 4–8 мм, чтобы избежать пористости пористости
Хаб диаметр	До 50 мм	− 0 / + 0.05 мм	Скользить на шахту; может потребовать переработки H7 для точных приводов
	50–100 мм	− 0 / + 0.10 мм
Круг болта & Дыры	PCD Ø до 300 мм	± 0.10 мм	Соответствует стандартам труб фланца (например, Анси, ОТ)
	PCD Ø > 300 мм	± 0.15 мм
Вне раунда	Любая круговая особенность	≤ 0.05 % диаметра	Обеспечивает однородность сжатия уплотнения
Плоскостность (Сидячие лица)	Через лицо диска	≤ 0.05 мм	Критическое для отключения клапана; Часто заземляется до окончательного измерения
Редакция профиля	Филе / фаски	± 0.5 мм	Дизайнеры указывают 3–5 мм радиусов, чтобы сбалансировать поток и концентрацию напряжения

Практические последствия

1. Объединение печати: Допуски на сидения и вне раундования непосредственно влияют на упаковку и уплотнительное кольцо, влияет на утечку.
2. Выравнивание приведения: Точность в концентраторе обеспечивает концентрическое вращение диска, Снижение эксцентричной нагрузки на подшипники и приводы.
3. Обработка пособий: В то время как многие диски клапанов бабочек встречаются, Критические поверхности герметизации часто получают легкий размол (0.2–0,5 мм) гарантировать плоскостность и отделку поверхности.
4. Стратегия проверки: Координированный измерение машины (ШМ) аудиты 100 % дисков подтверждают соответствие; Статистический управление процессом (НПЦ) Флаги тенденции до того, как они превышают ограничения CT8.

8. ЭТОТ Услуги с добавленной стоимостью

Помимо производства самого инвестиционного диска, ЭТОТ Теперь объединяет набор услуг с добавленной стоимостью, которые ускоряют время на рынке, уменьшить собственную рабочую нагрузку:

Прецизионная обработка

• Токарная обработка с ЧПУ & Фрезерование: Поставщики часто доставляют диски с готовыми концентраторными отверстиями, шпоночные пазы,
  и схемы болтов (± 0,02 мм), Устранение вторичной обработки.
• Баланс & Бурение: Статическая или динамичная балансировка на границы G6.3 (< 2.5 мкм дисбаланс на мм) для дисков ≥ 300 мм диаметр, плюс дополнительное бурение с балансом или балансом.

Термическая обработка

• Решение Отжиг: Пылесос или соляная ванна отжигает 1 050–1 100 ° C следовал
  быстро утомить дуплексные и аустенитные микроструктуры, Обеспечение полной коррозионной стойкости.
• Снятие стресса: Субкритическая удерживает при 600–650 ° С в течение 1–2 часов снижает остаточные напряжения
  от обработки или сварки до 60%, Предотвращение искажений в окончательной сборке.

Обработка поверхности

• Полировка & Протирание: Окончательная заканчивается до RA ≤ 0.4 мкм на герметизационных лицах обеспечивают производительность без утечки; Типичный поворот: 1–3 дней на партию из 20–50 дисков.
• Покрытия & Подкладки: Эпоксидная смола, ПТФЭ, или керамические покрытия добавляют химическую стойкость в агрессивных средах; Контроль толщины до ± 10 мкм соответствует спецификациям OEM.

Пользовательская упаковка & Логистика

• Защитная каркация: ISO-совместимые деревянные ящики с антикоррозионными вставками VCI, Датчики шокового мониторирования, и индикаторы влажности защищают диски во время транзита.
• Быстрая транспортная доставка: Ускоренная консолидация с эксплуатацией воздуха или «молоко» сокращает время срока 2–3 недели от заказа к двери, по сравнению со стандартным морем 6–8 недель.

9. Выводы

Инвестиционное кастинг обеспечивает один шаг маршрут к высокопроизводительным дискам клапанов бабочек, Доставка сложной геометрии, жесткие допуски (± 0,1 мм), и превосходная поверхность (Ra ≤ 1.6 мкм).

Выбирая соответствующие сплавы - от нержавеющей стали CF8M до UNSONSEL 625 - и применения строгих элементов управления процессами и проверки,

Производители достигают дисков, которые достигают механических целей (Растяжение ≥ 550 МПа; удлинение ≥ 25 %), При демонстрации выдающейся коррозионной стойкости,

и поддерживать требовательные условия обслуживания по всей обработке воды, масло & газ, и секторы производства электроэнергии.