ステンレススチールバタフライバルブ - 投資鋳造コンポーネント

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1. はじめに - なぜバタフライバルブと投資キャスティングを組み合わせるのか

ステンレス鋼のバタフライバルブは、化学処理に由来する産業で使用される重要なフロー制御デバイスです。, HVAC, 水処理, 海洋システム, 食べ物と飲み物に.

それらを投資キャスティングテクノロジーと組み合わせることで、例外的な次元の精度が得られます, 耐食性, および表面仕上げ品質 - 要求の厳しいサービス条件におけるパフォーマンスと寿命を封印するために重要な属性.

投資キャスティングにより、複合施設の生産が可能になります, ネットシェイプバルブボディとディスク, 機械加工の最小化, 材料の廃棄物を最大で削減します 30%, 砂の鋳造と比較してより厳しい許容範囲を確保します.

このアプローチは、高価値のステンレス鋼にとって特に有利です, スクラップの最小化により直接コスト効率が向上します.

2. バタフライバルブの基本 - タイプ, コンポーネント, パフォーマンスの役割

a バタフライバルブ 調整する四分の一回回転バルブです, 分離株, または、流れのパスでディスクを回転させることにより、流体の流れをスロットルする.

そのコンパクトなデザイン, 速い作動, そして比較的低コストで、産業および市のシステムで最も広く使用されているバルブタイプの1つになります.

バタフライバルブの主なタイプ

バタフライバルブはに基づいて分類されます 接続を終了します そして シーリングジオメトリ:

接続タイプ別

タイプ	説明	一般的な使用
ウェーハタイプ	フランジの間にフィットします, 両方のフランジを駆け抜けるボルトによって所定の位置に保持されています	スペースが制約した配管, 低圧サービス
ラグタイプ	バルブ本体のネジ付きラグは、単一のフランジにボルトでボルトで入れることを可能にします; デッドエンドサービスをサポートします	頻繁に切断する必要があるシステム
フランジ型タイプ	フランジをパイプに直接ボルトで固定するための積分フランジ	頑丈な産業システム
溝のある端	機械的なカップリングのための溝で終わります	防火, HVAC

シールメカニズムによって

タイプ	オフセット設計	応用
同心 (ゼロオフセット)	ステムはディスク中心を通過します; ソフトシート	低圧, 汎用
ダブルオフセット	ディスクセンターとバルブボディセンターラインからのステムオフセット; シートウェアを減らします	中/高圧, より長いサービス寿命
トリプルオフセット	トリプルエキセントリックを備えた円錐シーリング表面; 金属間のシート	高温, 高圧, ゼロリークサービス

重要なコンポーネント

蝶のバルブは通常、次の部分で構成されています:

体 - 内部コンポーネントを包みます; ステンレス鋼の体 (CF8M, CF3M) 攻撃的な媒体で耐性耐性を提供します.
ディスク - 流れを制御する回転要素; 多くの場合、最適な強度と空力プロファイルのための投資キャスト.
茎/シャフト - アクチュエータまたはハンドルをディスクに接続します; 高いねじり強度が必要です.
シート - シーリング面を提供します; 材料にはEPDMが含まれます, NBR, PTFE, または金属, 温度と化学的互換性に応じて.
シール/ガスケット - 茎に沿った漏れ、または体とパイピングの間を防ぐ.
アクチュエータ/ハンドル - 手動レバー, ギアオペレーター, 空気圧, 電気, または油圧アクチュエータ.

3. ステンレス鋼のバタフライバルブにおける投資鋳造の役割

バタフライバルブコンポーネントのための投資キャスティング?

インベストメント鋳造, とも呼ばれます 紛失したワックスキャスティング, 複雑な幾何学と緊密な寸法許容範囲を備えたネット系の近くのステンレス鋼コンポーネントを生産できる精密製造プロセスです.
バタフライバルブ生産, 特に有利です クリティカルフローコントロール部品 のような ディスク, 体, と茎, 空力プロファイル, シーリングの完全性, 腐食抵抗が不可欠です.

他の方法よりも重要な利点

特徴	投資キャスティングメリット
寸法精度	±0.1〜0.3 mmの典型的な公差.
表面仕上げ	RA 1.6〜3.2μmは、鋳造から直接, シーリング表面の研磨を最小化します.
複雑な形	CVを最適化するために合理化されたディスクプロファイルを形成する能力 (フロー係数).
物質的な完全性	気孔率が最小限の均一な微細構造; 適切な熱処理と組み合わせると、PN40までの圧力評価をサポートします.
物質的な種類	CF8Mなどの耐食性グレードと互換性があります (316 ss), CF3M (低炭素316L), 二重, および超二重合金.

適切な場合

投資キャスティングが最も適しています:

中から高生産量 ツールコストを正当化します.
精密シーリング表面 必要です, マシン後の削減.
腐食と衛生の要件 重要です (例えば。, 海水, 食品グレード, 化学処理).
合理化されたフロープロファイル 乱流とキャビテーションを減らすために必要です.

それほど適していないとき

非常に用途が広いですが, 投資キャスティングは、最良の選択ではないかもしれません:

非常に大きな直径 (>DN1200) 砂の鋳造をより費用対効果の高いものにします.
極端な衝撃負荷 要求鍛造コンポーネント.
超低コストの商品バルブ ツールコストを吸収できません.

バタフライバルブ製造への統合

ステンレススチールバタフライバルブ用, 投資キャスティングはしばしば生成されます:

バルブディスク - 滑らかな流れと最小限の圧力降下のために最適化されています; 鋳造は、溶接なしで複雑な空力断面を達成します.
バルブ本体 - 直径が小さい場合 (DN40 – DN300), 投資キャスト機関は、体重を減らし、美学を改善します; より大きな直径の場合, ボディリングまたは重要なシーリングエリアが鋳造され、その後、製造されたハウジングに溶接されます.
茎/シャフト - 統合された機能 (スプライン, アクチュエータの結合フラット) 必要です.

4. バタフライバルブ鋳造で使用される一般的なステンレス鋼グレード

の選択ステンレス鋼バタフライバルブコンポーネント用の合金です パフォーマンスにとって重要です, 耐久性, および規制コンプライアンス.

ASTM / デザイン	一般名	典型的な構成 (wt％)	キープロパティ	典型的なアプリケーション
CF8M (ASTM A351)	316 ss	18CR – 10NI – 2mo	塩化物に対する優れた耐性, 酸; 最大の強さ 425 °C	海水サービス, 化学プロセスバルブ
CF3M (ASTM A351)	316l ss	低c, 18CR – 10NI – 2mo	CF8Mと同じ腐食抵抗がありましたが、溶接性と感作に対する耐性が向上しました	食べ物 & 飲み物, 製薬バルブ
CF8 (ASTM A351)	304 ss	18cr – 8ni	穏やかな環境での良好な腐食抵抗; 費用対効果	HVAC, 一般的な水道サービス
CD4MCU (ASTM A890グレード1A)	デュプレックスss	25Cr -5ni -2mo -cu	高強度, ピッティング抵抗; 木材 > 35	淡水化, パルプ & 紙
CE3MN (ASTM A890グレード5A)	スーパーデュプレックスss	25Cr – 7ni – 3.5mo – n	例外的な海水抵抗; 木材 > 40	沖合, 海洋バラスト制御
CN7M (ASTM A744)	合金 20	20CR-29AN-2.5O-CU	強酸に耐性があります, 含める. 硫黄	化学処理, 酸伝達
17-4 ph (ASTM A747グレードCB7CU-1)	降水硬化SS	16Cr – 4ni – 4cu – nb	非常に高い強度 (UTS 900〜1100 MPa), 良好な腐食抵抗, さまざまな硬度レベルで熱処理できます	高圧バタフライバルブシャフト, アクチュエータの茎

5. バルブコンポーネントの投資キャスティングプロセスフロー (ステップバイステップ)

CAD & パターンデザイン - キャスト用のデザイン: 縮小手当, ドラフト角度, ワックスアセンブリに適合したゲーティングとランナーのレイアウト.
ワックスパターン生産 - 複雑/低容量の実行用の射出成形または3Dプリントワックス. 3dプリントされたワックスは、迅速なイテレーションを可能にし、プロトタイプのツールを使用できません.
組み立て - ワックスパターンは、ランナーとツリーアセンブリへのゲーティングで組み立てられます.
シェルビルディング - セラミックスラリーに浸し、砂で馬鹿げた; 複数のコーティングが剛性シェルを構築します (典型的な壁の厚さは、セクションサイズに依存します).
脱線 (オートクレーブ) - ワックスを取り外して、セラミックカビの空洞を残します.
予熱します / シェルバーンアウト - 残留オーガニックを燃やします; シェルを焼いてください.
溶融 & 注ぐ - 合金溶融 (誘導/EAF); 予熱したシェル型に注ぎます. 高統合部品の場合、包含物と多孔性を減らすために真空または不活性ガスが注ぐことを検討してください. 合金に応じて、ステンレスグレードの典型的な注ぎの温度〜1450〜1600°C.
シェルノックアウト & クリーニング - セラミックシェルの除去; 接着材を削除するためのショットブラスト.
切断 & グリース - ランナーとゲートを削除します, 大まかな研削.
熱処理 (必要に応じて) - ソリューションアニール, ストレス緩和, またはクエンチ & 合金と必要な特性に依存します. オーステニティクスは一般に解決策をアニールし、パッシブ化します.
機械加工 - 仕上げボア, シーリングフェイス, ステムボア, そして、ハブは指定された公差に穴を開けます. 重要な表面は、細かい機械加工またはラップを受け取ります.
表面仕上げ / 研磨 / 危険性 / エレクトロポリッシュ - 特に衛生バルブ用; RAは、衛生サービスの場合、0.8μm以下にターゲットをターゲットにします.
組み立て & テスト - 座席の設置, ステムアセンブリ, 標準あたりの圧力および漏れテスト.
NDT & QAドキュメント - X線撮影/UT, PMI, 硬度, MTRS, 顧客の要件ごとのトレーサビリティ.

6. バタフライバルブに固有の設計と鋳造の考慮事項

ディスクジオメトリ & バランス: 投資キャストディスクは、重心と流体力学的プロファイルが必要なアクチュエータのトルクを最小限に抑え、振動を防ぐために設計する必要があります.
投資キャスティングは薄くなる可能性があります, 輪郭のあるディスクを効率的に.
STEMボアの完全性: ディスクボアとシーリングフェイスの間の緊密な同心性が重要です; 加工手当とランアウトトレランスを指定します.
シート保持機能: 成形エラストマーシート用, 体はしばしば正確な溝が必要です; 投資キャスティングは、最小限の機械加工で正確な溝を形成できます.
壁の厚さの均一性: ホットスポットを減らして気孔を減らすために、突然のセクションの変更を避けてください. 鋭い変化ではなく、強度のためにrib骨または切り身を使用する.
失われたワックスのゲーティング戦略: ゲーティングを使用して、方向性の固化を確保します; 小さい, 薄いディスクは収縮に敏感です; ゲートを置いて重いセクションを供給します (ハブ) 初め.
3Dプリントされたゲーティングまたはシミュレーション (Procast, マグマ) 強くお勧めします.
腐食手当 & 仕上げる: 犠牲表面と研磨の深さのためにキャスト後の機械加工手当を指定します.

7. キャスティング後の処理: 熱処理, 機械加工, 仕上げとアセンブリ

熱処理

オーステナイトステンレス (CF8/CF8M): 一般的に アニールされたソリューション (例えば。, 1,040–1,120°C) 次に、耐食性を回復し、均質化構造を回復するように消しました.
二重合金: 正しい二重位相バランスを取得するために、制御された溶液処理と迅速な冷却が必要になる場合があります.
ストレス緩和 ゆがみ制御が重要な場合、溶接または重度の機械加工後.

機械加工 & 重要な表面

座席の顔, ステムボア, フランジ面では精密機械加工が必要です. 典型的な公差: 直径と機能に応じて、ボア±0.05〜0.2 mm.
ディスクはしばしば仕上げマシンになり、動的にバランスが取れているため、アクチュエータのトルクと振動を減らします.

表面仕上げ

ショットブラスト 均一な外観のため.
エレクトロポリッシング / 化学的不動態化 耐食性を高め、衛生仕様を満たすため.
研磨食品のRA≤0.8μmに, 飲み物, および医薬品部門.

シールの設置 & テスト

正しい圧縮を備えたエラストマーシート; 漏れクラスを達成するためにラップした金属シート.

8. 品質管理, テストと標準

物質検証

PMI / OES 合金化学を確認します. MTRSは重要なバッチに付随する必要があります.

NDT

X線撮影 (Rt) または 超音波 (ut) 重要な鋳物の内部多孔性または収縮のテスト.
染料包帯 (pt) そして 磁気粒子 (山) 表面および表面近くの欠陥の場合.
硬度テスト そして メタログラフィ 微細構造チェック用 (特に二重対オーステナイトのバランス).

プレッシャー & 漏れテスト

API 598, ISO 5208 または同等のテスト: シェルテスト, シートテスト, および運用サイクルテスト.
許容漏れクラスを定義します (例えば。, 金属シート用のバブルタイト, ソフトシート用のANSI/FCIクラスVI).

寸法検査

CMMは重要な同心性をチェックします, フランジの顔, STEMボア許容値とシートプロファイル.

規格 & 参照の認定

API 609 (バタフライバルブ - 一般産業用のラグとウェーハタイプ).
MSS SP-67 (バタフライバルブ - 鋳鉄).
で 593 そして ISO 5752 / ISO 9969 対面および圧力温度の評価用.
ASTM A351 / A743 そして ASTM A216/A217 鋳造ステンレス材と合金材料用 (適切なグレードを指定します).
サニタリー & 飲料水: 3-a, FDA, NSF/ANSI 61 関連する場合.
オフショア/サワーサービス: NACE MR0175 / ISO 15156 該当する場合はコンプライアンス.

9. ステンレス鋼のバタフライバルブの典型的な用途

ステンレススチールバタフライバルブ - 特に経由で生産されたもの 投資キャスティング - 業界全体で使用されます 耐食性, フロー効率, とコンパクトな作動 重要です.

軽量のディスクデザイン, クイッククォーターターン操作, そして、過酷な環境での耐久性により、幅広いサービス条件に適しています.

食べ物 & 飲料処理

使用する理由: 衛生要件を満たします; ステンレス合金は、酸性およびアルカリ性の洗面所に抵抗します.
典型的なメディア: ジュース, 乳製品, ビール, シロップ, そしてCIP (きれいな場所) 液体.
特別な要件: Ra≤0.8μm表面仕上げの衛生設計; FDA準拠エラストマー; 3-衛生認定.

医薬品 & バイオテクノロジー

使用する理由: クルーブフリーの内部ジオメトリは、汚染リスクを最小限に抑えます; 蒸気滅菌と互換性があります (一口).
典型的なメディア: 精製水, WFI (注射用の水), バッファソリューション.
特別な要件: ASME BPEコンプライアンス, 電動済み内部表面, 追跡可能な材料証明書.

海兵隊 & 沖合

使用する理由: 海水腐食に対する耐性; コンパクトなフットプリントは、限られたスペースに適しています.
典型的なメディア: バラスト水, 冷却海水, 燃料, 潤滑油.
特別な要件: NACE MR0175サワーサービスのコンプライアンス, より高い塩化物耐性のためのデュプレックスステンレス.

化学処理

使用する理由: 大きな劣化なしに広いpH範囲と腐食性媒体を処理する.
典型的なメディア: 酸, アルカリ, 溶媒, 塩水.
特別な要件: 化学的互換性に基づく合金選択; 耐薬品耐性のためのPTFEまたはヴィトンシート.

水 & 廃水処理

使用する理由: ステンレス合金は、飲料水と廃水環境で錆びるのを防ぎます.
典型的なメディア: 飲料水, 原水, 処理された排水, スラッジ.
特別な要件: NSF/ANSI 61 飲料水の認定; ISO 5752 対面の寸法の場合.

油 & ガス (陸上/沖合)

使用する理由: コンパクトな配管レイアウトでの腐食性および高圧サービスに耐えます.
典型的なメディア: 原油, 生産された水, ガスを処理します.
特別な要件: API 609 デザインコンプライアンス; 炭化水素サービスのための火災セーフおよび反静的特徴.

HVACおよび地区エネルギー

使用する理由: 大径線の軽量四半期ターン操作; 低圧降下.
典型的なメディア: 冷やした水, お湯, スチーム (低圧).
特別な要件: ISO 5211 直接アクチュエータカップリング用の取り付けパッド; 温度範囲の適合性のためのEPDMシート.

パルプ & 製紙産業

使用する理由: 研磨スラリーと腐食性漂白剤を処理します.
典型的なメディア: パルプスラリー, 漂白化学物質, 回復ボイラー給水.
特別な要件: ハードフェイスシーリングエッジ; 耐摩耗性のためのデュプレックスステンレスと腐食抵抗.

10. 品質基準と認定

投資キャスティングを介して生産されたステンレス鋼のバタフライバルブは、信頼できるパフォーマンスと安全性を保証するために、厳しい業界基準に準拠する必要があります:

ASTM A351: 鋳造オーステナイトステンレス鋼の化学組成と機械的特性を指定します, CF8およびCF8Mグレードを含む, 材料の品質と耐久性を確保します.
API 609: バタフライバルブの設計基準を確立します, で必須の圧力テストを含む 1.5 評価された圧力の時間 60 秒, そして、ANSIクラスVI標準に準拠している厳しい漏れが制限されます (<0.0005 バルブ直径の1インチあたりのml/min).
ISO 13709 / 6D火: パイプラインサービスバルブに適用できます, X線や超音波検査などの厳密な非破壊検査方法を必要として、重要なコンポーネントの内部欠陥を検出します.
3-衛生基準: 食品および医薬品処理で使用されるバルブに適用されます, スムーズに義務付けられています, 細菌の蓄積を防ぎ、洗浄を容易にするためのクルーブフリーの表面.

11. 将来の傾向: バタフライバルブの投資キャスティングの革新

鋳造技術と材料の継続的な進歩は、バルブ製造の大幅な改善を促進しています:

3Dプリントワックスパターン: ワックスパターンの添加剤製造の採用により、リードタイムは6〜8週間からわずか1〜2週間に劇的に短縮されました,
高価なツールを必要とせずに、より高速なプロトタイピングと柔軟な設計の変更を有効にする.
シミュレーション駆動型キャストデザイン: Procastのような高度なソフトウェアにより、ファウンドリーは凝固挙動を予測し、ゲーティングとライザーシステムを最適化できます,
スクラップ率を劇的に減らす - 15〜20％の典型的な損失から下まで 5%.
持続可能な製造慣行: 現代のファウンドリはリサイクルします 90% ワックスとセラミックのシェル材料の材料と、ガス燃焼炉ではなく電気誘導炉がますます使用されています,
炭素排出量をおよそ削減します 30% 従来の方法と比較して.
高性能合金鋳物: 投資キャスティングは、従来のステンレス鋼を超えて拡大して、Hastelloy C-276のようなスーパーアロイを含むように拡大しています,
バタフライバルブがより積極的な化学環境と極端な条件で確実に動作できるようにする.

12. 結論

ステンレス鋼の投資キャスティング蝶のバルブ正確なエンジニアリングと高度な材料を組み合わせて、複雑なものを生成します, 耐性耐性, および費用対効果の高いコンポーネント.

紛失したワックスプロセスは、海兵隊から医薬品までの要求の高いアプリケーションに適した信頼できるバルブを可能にします。.

3D印刷のような継続的なイノベーションを備えています, シミュレーション, そして持続可能な慣行, 投資キャスティングは、現代産業の進化するニーズを満たす高品質のバタフライバルブを製造するための依然として鍵となります.

FAQ

投資キャストステンレススチールバタフライバルブの典型的なリードタイムは何ですか?

標準設計用, 4–6週 (パターン作成を含む, 鋳造, そして仕上げ). 3Dプリントされたパターンを備えたカスタムデザインは、2〜3週間で作成できます.

投資鋳造はステンレス鋼の耐食性にどのように影響しますか?

適切に処理された場合 (真空融解, 制御された冷却), 投資キャストステンレス鋼が保持されます 90% 鍛造ステンレス鋼の耐食性の, サンドキャストの代替品をはるかに超えています.

投資キャストバタフライバルブボディの最大サイズはどれくらいですか?

投資キャスティングは、バルブボディにとって実用的です 24 直径がインチ. 大きいサイズ (>24 インチ) 多くの場合、セラミックシェルの制限のために砂鋳造を使用します.

投資キャストバタフライバルブを修理できますか?

はい, 摩耗したディスクまたは茎は、新しい投資キャストコンポーネントに置き換えることができます, バルブのサービス寿命を5〜10年延長します.

6インチのバルブ本体の投資キャスティングと鍛造とのコスト比較は何ですか?

投資キャスティングは、ボリュームで20〜30％安くなっています <10,000 ユニット, それは鍛造の高いツールコストを回避するためです. 大量の場合 (>10,000), 鍛造はより経済的になる可能性があります.

投資キャスティングは大きなバタフライバルブボディに使用できますか (例えば。, >300 mm)?

できる, しかし、コストと利回りの罰則は増加します. 大きな直径の場合, 砂鋳造または製造/鍛造体は通常、より経済的です.

キャストの寸法はどれほどきついか?

投資キャスティングは、砂鋳造よりも強い許容値を提供します - 小さな機能公差は±0.1〜0.5 mmです, ただし、重要なシーリング表面は仕上げにされている必要があります.

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