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消失模鑄造

發(fā)布時間:2021/12/06

消失模鑄造(又稱實型鑄造)是將與鑄件尺寸形狀相似的石蠟或泡沫模型粘結(jié)組合成模型簇,刷涂耐火涂料并烘干后,埋在干石英砂中振動造型,在負(fù)壓下澆注,使模型氣化,液體金屬占據(jù)模型位置,凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法。

技術(shù)特征

由于無粘結(jié)劑的干砂在澆注過程中經(jīng)常發(fā)生坍塌的現(xiàn)象,所以1967年德國的A.Wittemoser采用了所謂"磁型鑄造"。1971年,日本的Nagano發(fā)明了V法(真空鑄造法),受此啟發(fā),今天的消失模鑄造在很多地方也采用抽真空的辦法來固定型砂。因此,近20年來消失模鑄造技術(shù)在全世界范圍內(nèi)得到了迅速的發(fā)展。

鑄件精度高

消失模鑄造是一種近無余量、精確成型的新工藝,該工藝無需取模、無分型面、無砂芯,因而鑄件沒有飛邊、毛刺和拔模斜度,并減少了由于型芯組合而造成的尺寸誤差。鑄件表面粗糙度可達(dá)Ra3.2至12.5μm;鑄件尺寸精度可達(dá)CT7至9;加工余量最多為1.5至2mm,可大大減少機械加工的費用,和傳統(tǒng)砂型鑄造方法相比,可以減少40%至50%的機械加工時間。

設(shè)計靈活

為鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了充分的自由度。可以通過泡沫塑料模片組合鑄造出高度復(fù)雜的鑄件。

無傳統(tǒng)鑄造中的砂芯

因此不會出現(xiàn)傳統(tǒng)砂型鑄造中因砂芯尺寸不準(zhǔn)或下芯位置不準(zhǔn)確造成鑄件壁厚不均。

清潔生產(chǎn)

型砂中無化學(xué)粘結(jié)劑,低溫下泡沫塑料對環(huán)境無害,舊砂回收率95%以上。

降低投資和生產(chǎn)成本

減輕鑄件毛坯的重量,機械加工余量小。

主要應(yīng)用

消失模鑄造技術(shù)的優(yōu)勢體現(xiàn)的越來越明顯,許多中小企業(yè)相繼投產(chǎn)。特別是近幾年來消失模鑄造企業(yè)如雨后春筍,從消失模鑄造設(shè)備廠家的訂貨需求可以明顯體會到這一點 。

但是也有不少消失模鑄造企業(yè)投產(chǎn)后不久紛紛下馬。其中緣由在于許多企業(yè)對消失模鑄造工藝了解不深入,一開始看起來消失模鑄造工藝很簡單,沒有充分估計到它的規(guī)律性和復(fù)雜性,倉促上馬,結(jié)果在實際生產(chǎn)中遇到意想不到的問題,又沒有心理準(zhǔn)備,對出現(xiàn)的問題束手無策,又匆匆下馬。結(jié)果既浪費時間、資金和精力,又要丟掉市場,得不償失。實際上,消失模鑄造是一個系統(tǒng)工程,理論上可以用于生產(chǎn)各種鑄件,并且在實驗室取得了廣泛的成功。但是,由于我國消失模鑄造模型材料普遍采用包裝用的泡沫聚苯乙烯(EPS),并且專用涂料技術(shù)還沒有形成技術(shù)優(yōu)勢,加之干砂振動技術(shù)和消失模鑄造工藝也不成熟,從而導(dǎo)致許多初上企業(yè),特別是中小企業(yè)對于這些認(rèn)識還不深入,所以才會出現(xiàn)一哄而上又一哄而下的被動局面。專家表示,國內(nèi)鑄造產(chǎn)業(yè)還需不斷努力,以便未來更好的發(fā)展。

布局原則

消失模生產(chǎn)線一般分為二個區(qū)域:白區(qū)和黑區(qū)。白區(qū)工作環(huán)境相對較好,一般為單獨的車間。黑區(qū)也為獨立車間。消失模鑄造生產(chǎn)線布局的問題主要把握以下原則:設(shè)備布局盡量緊湊。充分利用空間位置。主要設(shè)備和各輔助設(shè)備盡量縮短連接距離。另可結(jié)合物流通道及安全問題考慮設(shè)備的布局 。

消失模鑄造生產(chǎn)工藝為多套設(shè)備形成的大流水生產(chǎn)線。合理的產(chǎn)線布局可以將設(shè)備和設(shè)備之間連接所產(chǎn)生的部分費用免去,減少項目上不必要的浪費,減少車間物流通道距離,提高生產(chǎn)工作效率,降低生產(chǎn)成本,有效利用資源,甚至極為合理的產(chǎn)線布局有利于生產(chǎn)工藝的充分發(fā)揮。(白區(qū)中涂料烘干以后進(jìn)入造型工部下模樣的距離、黑區(qū)中頻爐出鐵水后到澆注線上的距離等等)

設(shè)備用途

本套設(shè)備及工藝是集實型、真空鑄造的優(yōu)點為一體,適用于鋼、鐵、鋁、銅等各種牌號,各種材質(zhì)不同結(jié)構(gòu)的大、中、小各類鑄件,對結(jié)構(gòu)復(fù)雜鑄件的效果更佳。

1、結(jié)構(gòu)形狀不受鑄造工藝限制,為產(chǎn)品的設(shè)計制造提供了廣泛的自由度,生產(chǎn)周期短,生產(chǎn)效率高,不用混砂、下芯、起模、合箱、分型、易于一箱多鑄、群鑄,實現(xiàn)最優(yōu)化的設(shè)計,避免了因下芯、起模、合箱等因素引起的鑄造缺陷和廢品

2、鑄造尺寸精度高,形狀尺寸準(zhǔn)確,內(nèi)外質(zhì)量好,具有精密鑄件的特點,可部分取代熔模精密鑄造,減少機械加工余量最高可達(dá)60%,工藝出品率可達(dá)95%。

3、投資少、上馬快、用人少、成本低、設(shè)備緊湊、占地面積小、工藝技術(shù)易于掌握,便于實現(xiàn)機械自動化生產(chǎn)。

生產(chǎn)原理

該法按EPC工藝先制成泡塑模型,涂掛特制涂料,干燥后置于特制砂箱中,填入干砂,三維振動緊實,抽真空狀態(tài)下澆鑄,模型氣化消失,金屬置換模型,復(fù)制出與泡塑模一樣的鑄件,冷凝后釋放真空,從松散的砂中取出鑄件,進(jìn)行下一個循環(huán)。

工藝流程

1、制作泡塑氣化模具(手工、機械);

2、泡塑氣化,模具組合后烘干;

3、泡塑氣化模具表面刷、噴耐火涂料后再次烘干(一定干透);

4、將特制砂箱置于三維振實臺上;

5、填入底砂(干砂)振實、刮平;

6、將烘干的泡塑氣化模具放于底砂上,按工藝要求分成填砂,自動振實一定時間后刮平箱口;

7、用塑料薄膜覆蓋砂箱口,放上澆口杯,接負(fù)壓系統(tǒng)。緊實后進(jìn)行鋼液澆鑄,泡塑氣化模具消失,金屬液取代其位置;

8、鑄件冷凝后釋放真空并翻箱,取出鑄件,進(jìn)行下一個循環(huán)。

主要優(yōu)點

1.鑄件尺寸形狀精確,重復(fù)性好,具有精密鑄造的特點;

2.鑄件的表面光潔度高;

3.取消了砂芯和制芯工部,根除了由于制芯、下芯造成的鑄造缺陷和廢品;

4.不合箱、不取模,大大簡化了造型工藝,消除了因取模、合箱引起的鑄造缺陷和廢品;

5.采用無粘結(jié)劑、無水分、無任何添加物的干砂造型,根除了由于水分、添加物和粘結(jié)劑引起的各種鑄造缺陷和廢品;

6.大大簡化了砂處理系統(tǒng),型砂可全部重復(fù)使用,取消了型砂制備工部和廢砂處理工部;

7.落砂極其容易,大大降低了落砂的工作量和勞動強度;

8.鑄件無飛邊毛刺,使清理打磨工作量減少50%以上;

9.可在理想位置設(shè)置合理形狀的澆冒口,不受分型、取模等傳統(tǒng)因素的制約,減少了鑄件的內(nèi)部缺陷;

10.負(fù)壓澆注,更有利于液體金屬的充型和補縮,提高了鑄件的組織致密度;

11.組合澆注,一箱多件,大大提高了鑄件的工藝出品率和生產(chǎn)效率;

12.減少了加工裕量,降低了機加工成本;

13.易于實現(xiàn)機械化自動流水線生產(chǎn),生產(chǎn)線彈性大,可在一條生產(chǎn)線上實現(xiàn)不同合金、不同形狀、不同大小鑄件的生產(chǎn);

14.可以取消拔模斜度;

15.使用的金屬模具壽命可達(dá)10萬次以上,降低了模具的維護(hù)費用;

16.減少了粉塵、煙塵和噪音污染,大大改善了鑄造工人的勞動環(huán)境,降低了勞

動強度,以男工為主的行業(yè)可以變成以女工為主的行業(yè);

17.簡化了工藝操作,對工人的技術(shù)熟練程度要求大大降低;

18.零件的形狀不受傳統(tǒng)的鑄造工藝的限制,解放了機械設(shè)計工作者,使其根據(jù)零件的使用性能,可以自由地設(shè)計最理想的鑄件形狀;

19.可減輕鑄件重量;

20.降低了生產(chǎn)成本;

21.簡化了工廠設(shè)計,固定資產(chǎn)投資可減少30∽40%,占地面積和建筑面積可減少30∽50%,動力消耗可減少10∽20%;

22.消失模鑄造工藝應(yīng)用廣泛,不僅適用于鑄鋼、鑄鐵,更適用于鑄銅、鑄鋁等;

23.消失模鑄造工藝不僅適用于幾何形狀簡單的鑄件,更適合于普通鑄造難以下手的多開邊、多芯子、幾何形狀復(fù)雜的鑄件;

24.消失模鑄造工藝可以實現(xiàn)微震狀態(tài)下澆注,促進(jìn)特殊要求的金相組織的 形成,有利于提高鑄件的內(nèi)在質(zhì)量;

25.在干砂中組合澆注,脫砂容易,溫度同步,因此可以利用余熱進(jìn)行熱處理。特別是高錳鋼鑄件的水刃處理和耐熱鑄鋼件的固溶處理,效果非常理想,能夠節(jié)約大量能源,縮短了加工周期;

26.利用消失模鑄造工藝,可以根據(jù)熔化能力,完成任意大小的鑄件。

27. 消失模鑄造適合群鑄,干砂埋型脫砂容易,在某些材質(zhì)的鑄件還可以根據(jù)用途進(jìn)行余熱處理。

工藝控制

消失模鑄造工藝包括冒口系統(tǒng)設(shè)計、澆注溫度控制、澆注操作控制、負(fù)壓控制等。

澆注系統(tǒng)在消失模鑄造工藝中具有十分重要的地位,是鑄件生產(chǎn)成敗的一個關(guān)鍵。由于鑄件品種繁多、形狀各異,每個鑄件的具體生產(chǎn)工藝都有各自的特點,并且千差萬別。這些因素都是直接影響到澆注系統(tǒng)設(shè)計結(jié)果的準(zhǔn)確性。

澆注系統(tǒng)設(shè)計與傳統(tǒng)砂型鑄造有一定區(qū)別。在澆注系統(tǒng)設(shè)計中,應(yīng)考慮到這種工藝的特殊性,澆注系統(tǒng)各部分截面尺寸與鑄件大小、模型簇組合方式以及每箱件數(shù)都有關(guān)系。

模型簇組合方式可基本反映鑄件的特點,以及鑄件的補縮形式。由于模型簇的存在,使得金屬液澆入后的行為與砂型鑄造有很大的不同。在澆注過程中模型氣化需要吸收熱量,所以消失模鑄造的澆注溫度應(yīng)略高于砂型鑄造。

設(shè)計澆注系統(tǒng)各部分截面尺寸時,應(yīng)考慮到消失模鑄造金屬液澆注時由于模型存在而產(chǎn)生的阻力,最小阻力流面積應(yīng)略大于砂型鑄造。

負(fù)壓是黑色合金消失模鑄造的必要措施。負(fù)壓的作于是增加型砂強度和剛度的重要保證措施,同時也是將模型氣化產(chǎn)物排除的主要措施。負(fù)壓的大小及保持時間與鑄件材質(zhì)和模型簇結(jié)構(gòu)以及涂料有關(guān)。

消失模鑄造澆注操作最忌諱的是斷續(xù)澆注,這樣容易造成鑄件產(chǎn)生冷隔缺陷,即先澆入的金屬液溫度降低,導(dǎo)致與后澆注的金屬液之間產(chǎn)生冷隔。另外,消失模鑄造澆注系統(tǒng)多采用封閉式澆注系統(tǒng),以保持澆注的平穩(wěn)性。對此,澆口杯的形式與澆注操作是否平穩(wěn)關(guān)系密切。澆注時應(yīng)保持澆口杯內(nèi)液面保持穩(wěn)定,時澆注動壓平穩(wěn)。

注意事項

進(jìn)行消失模鑄造有一定的規(guī)范和要求,造型工藝中要注意以下方面:消失模鑄造使用的一般是硅砂,要求其二氧化硅量在85%~90%以上。從透氣性和耐火度方面考慮,鑄鋼、鑄鐵件一般選用粒徑0.850~0.300mm的硅砂。先在砂箱底布上一層厚度約100mm的干砂,然后將刷有涂料的EPS模及澆冒口放置在砂箱中央,邊填砂邊震實,直到干砂離砂箱頂面50mm左右時停止加砂,在干砂上面覆蓋塑料薄膜,然后將澆口杯置于直澆口頂端,并在薄膜上撤上一層散砂,以防止?jié)沧r鐵水濺落,燒穿薄膜導(dǎo)致漏氣塌箱。

澆注

在消失模鑄造工藝中,整個工藝流程包括七個環(huán)節(jié),每個環(huán)節(jié)對于消失模鑄件質(zhì)量都具有很大的影響作用,當(dāng)然澆注過程也是整個消失模鑄造工藝流程中至關(guān)重要的一環(huán),掌握澆注工藝注意事項,嚴(yán)格把控澆注工藝中的每個細(xì)節(jié)是生產(chǎn)高質(zhì)量消失模鑄件的關(guān)鍵。

消失模鑄造的澆注過程是鋼液充型,同時泡塑模具汽化消失的過程。整個過程中需要注意的是:(1)澆道自始至終要充滿鋼液,如若不滿,由于涂料層強度有限,很容易發(fā)生型砂塌陷以及進(jìn)氣現(xiàn)象,造成鑄件缺陷。(2)澆注鋼液時一定要把握住,保證做到穩(wěn)、準(zhǔn)、快。瞬時充滿澆口杯,并做到快速不斷流,噸鋼液在大約一分鐘左右。如果同箱鑄件的鋼液斷流會吸進(jìn)空氣,有可能引起塌砂現(xiàn)象或者鑄件增多氣孔的問題,導(dǎo)致鑄件報廢。(3)消失模鑄造采用負(fù)壓封閉式,而且必須是在澆口杯以下封閉。鋼液進(jìn)入模塑模具,其開始液化燃燒,并氣化消失,鋼液前端短距離形成暫時的空腔,所以設(shè)計鋼液充型的速度和泡塑模型消失的速度大致相同。為防止鋼液高溫輻射熔化同箱其它模型,澆道適當(dāng)離鑄件模型遠(yuǎn)一點。立澆道的位置選擇整箱鑄件最低位置。 澆注時注意調(diào)節(jié)和控制負(fù)壓真空度在一定范圍內(nèi),澆注完畢后保持在一定負(fù)壓狀態(tài)下一段時間,負(fù)壓停止、鋼液冷凝后出箱。

防止返噴

消失模鑄造中防止返噴的方法

消失模鑄造是鑄造工藝中的一種,在鑄造工藝中會存在種種鑄造缺陷,從而導(dǎo)致鑄造件的缺陷,消失模鑄造也不例外。返噴是消失模鑄造中常發(fā)生的現(xiàn)象,返噴嚴(yán)重時可能會危及澆注工的人身安全,必須予以重視,為減輕噴現(xiàn)象,可采取如下措施:

第一,泡沫模型密度要小,在保證泡沫表面質(zhì)量,保證模型強度的前提下,泡沫應(yīng)做得越輕越好,以減少澆注時的發(fā)氣量。其二,泡沫模型上涂料前一定要烘干,每批泡沫模型應(yīng)抽檢其烘干過程的重量變化,做出烘烤重量變化曲線圖,只有在重量不再發(fā)生變化情況下方可上涂料。第三,澆注系統(tǒng),特別是直澆道和橫澆道不應(yīng)上涂料,這樣可以使?jié)沧r產(chǎn)生的氣體能快速充分地抽走,而且不上涂料,節(jié)省了涂料的消耗。最后,在澆口杯處上面蓋一個檔板,可把返噴上來的鋼水擋住,使其不能飛濺出來,危及現(xiàn)場操作工人。

使用以上的方法可以有效的防止消失模鑄造過程中返噴現(xiàn)象,較好的防止鑄件的缺陷,提高鑄造件的質(zhì)量,此外它還能提高生產(chǎn)的安全度。

影響精度因素

在消失模鑄造中,一般情況下,影響鑄件尺寸精度的因素是多方面的,比如消失模鑄件本身的結(jié)構(gòu)、形狀、大小,泡沫塑料質(zhì)量的影響,涂料涂層的影響,鑄造過程中造型、澆注環(huán)節(jié)的影響等。

在整個消失模鑄造流程中,澆注工藝是至關(guān)重要的環(huán)節(jié)之一,澆注系統(tǒng)、澆注速度、澆注溫度、澆注工序四個因素是提高鑄件質(zhì)量的關(guān)鍵工序,只有不斷改善、不斷完善,才能鑄造出精度高質(zhì)量好的鑄件。

涂料涂層對于消失模鑄件精度也有很大的影響,涂料性能、涂層厚度可影響模樣尺寸,從而影響到鑄件尺寸精度,因此消失模鑄造中,涂料應(yīng)該具有良好的性能,足夠的強度,同時涂料涂掛操作過程應(yīng)做到合理。

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