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行業(yè)資訊

消失模鑄造

發(fā)布時(shí)間:2021/12/06

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

技術(shù)特征

由于無(wú)粘結劑的干砂在澆注過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生坍塌的現象,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(lái)固定型砂。因此,近20年來(lái)消失模鑄造技術(shù)在全世界范圍內得到了迅速的發(fā)展。

鑄件精度高

消失模鑄造是一種近無(wú)余量、精確成型的新工藝,該工藝無(wú)需取模、無(wú)分型面、無(wú)砂芯,因而鑄件沒(méi)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Ra3.2至12.5μm;鑄件尺寸精度可達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,和傳統砂型鑄造方法相比,可以減少40%至50%的機械加工時(shí)間。

設計靈活

為鑄件結構設計提供了充分的自由度??梢酝ㄟ^(guò)泡沫塑料模片組合鑄造出高度復雜的鑄件。

無(wú)傳統鑄造中的砂芯

因此不會(huì )出現傳統砂型鑄造中因砂芯尺寸不準或下芯位置不準確造成鑄件壁厚不均。

清潔生產(chǎn)

型砂中無(wú)化學(xué)粘結劑,低溫下泡沫塑料對環(huán)境無(wú)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。

主要應用

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

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(kāi)始看起來(lái)消失模鑄造工藝很簡(jiǎn)單,沒(méi)有充分估計到它的規律性和復雜性,倉促上馬,結果在實(shí)際生產(chǎn)中遇到意想不到的問(wèn)題,又沒(méi)有心理準備,對出現的問(wèn)題束手無(wú)策,又匆匆下馬。結果既浪費時(shí)間、資金和精力,又要丟掉市場(chǎng),得不償失。實(shí)際上,消失模鑄造是一個(gè)系統工程,理論上可以用于生產(chǎn)各種鑄件,并且在實(shí)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(zhuān)用涂料技術(shù)還沒(méi)有形成技術(shù)優(yōu)勢,加之干砂振動(dòng)技術(shù)和消失模鑄造工藝也不成熟,從而導致許多初上企業(yè),特別是中小企業(yè)對于這些認識還不深入,所以才會(huì )出現一哄而上又一哄而下的被動(dòng)局面。專(zhuān)家表示,國內鑄造產(chǎn)業(yè)還需不斷努力,以便未來(lái)更好的發(fā)展。

布局原則

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

消失模鑄造生產(chǎn)工藝為多套設備形成的大流水生產(chǎn)線(xiàn)。合理的產(chǎn)線(xiàn)布局可以將設備和設備之間連接所產(chǎn)生的部分費用免去,減少項目上不必要的浪費,減少車(chē)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(xiàn)布局有利于生產(chǎn)工藝的充分發(fā)揮。(白區中涂料烘干以后進(jìn)入造型工部下模樣的距離、黑區中頻爐出鐵水后到澆注線(xiàn)上的距離等等)

設備用途

本套設備及工藝是集實(shí)型、真空鑄造的優(yōu)點(diǎn)為一體,適用于鋼、鐵、鋁、銅等各種牌號,各種材質(zhì)不同結構的大、中、小各類(lèi)鑄件,對結構復雜鑄件的效果更佳。

1、結構形狀不受鑄造工藝限制,為產(chǎn)品的設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(shí)現最優(yōu)化的設計,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,形狀尺寸準確,內外質(zhì)量好,具有精密鑄件的特點(diǎn),可部分取代熔模精密鑄造,減少機械加工余量最高可達60%,工藝出品率可達95%。

3、投資少、上馬快、用人少、成本低、設備緊湊、占地面積小、工藝技術(shù)易于掌握,便于實(shí)現機械自動(dòng)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(dòng)緊實(shí),抽真空狀態(tài)下澆鑄,模型氣化消失,金屬置換模型,復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(gè)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(shí)臺上;

5、填入底砂(干砂)振實(shí)、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(dòng)振實(shí)一定時(shí)間后刮平箱口;

7、用塑料薄膜覆蓋砂箱口,放上澆口杯,接負壓系統。緊實(shí)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(gè)循環(huán)。

主要優(yōu)點(diǎn)

1.鑄件尺寸形狀精確,重復性好,具有精密鑄造的特點(diǎn);

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(jiǎn)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(wú)粘結劑、無(wú)水分、無(wú)任何添加物的干砂造型,根除了由于水分、添加物和粘結劑引起的各種鑄造缺陷和廢品;

6.大大簡(jiǎn)化了砂處理系統,型砂可全部重復使用,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(dòng)強度;

8.鑄件無(wú)飛邊毛刺,使清理打磨工作量減少50%以上;

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

10.負壓澆注,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(shí)現機械化自動(dòng)流水線(xiàn)生產(chǎn),生產(chǎn)線(xiàn)彈性大,可在一條生產(chǎn)線(xiàn)上實(shí)現不同合金、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10萬(wàn)次以上,降低了模具的維護費用;

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(dòng)環(huán)境,降低了勞

動(dòng)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(jiǎn)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的鑄造工藝的限制,解放了機械設計工作者,使其根據零件的使用性能,可以自由地設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(jiǎn)化了工廠(chǎng)設計,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(dòng)力消耗可減少10∽20%;

22.消失模鑄造工藝應用廣泛,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(jiǎn)單的鑄件,更適合于普通鑄造難以下手的多開(kāi)邊、多芯子、幾何形狀復雜的鑄件;

24.消失模鑄造工藝可以實(shí)現微震狀態(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設計、澆注溫度控制、澆注操作控制、負壓控制等。

澆注系統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(gè)關(guān)鍵。由于鑄件品種繁多、形狀各異,每個(gè)鑄件的具體生產(chǎn)工藝都有各自的特點(diǎn),并且千差萬(wàn)別。這些因素都是直接影響到澆注系統設計結果的準確性。

澆注系統設計與傳統砂型鑄造有一定區別。在澆注系統設計中,應考慮到這種工藝的特殊性,澆注系統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都有關(guān)系。

模型簇組合方式可基本反映鑄件的特點(diǎn),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(guò)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略高于砂型鑄造。

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

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

消失模鑄造澆注操作最忌諱的是斷續澆注,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多采用封閉式澆注系統,以保持澆注的平穩性。對此,澆口杯的形式與澆注操作是否平穩關(guān)系密切。澆注時(shí)應保持澆口杯內液面保持穩定,時(shí)澆注動(dòng)壓平穩。

注意事項

進(jìn)行消失模鑄造有一定的規范和要求,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(shí),直到干砂離砂箱頂面50mm左右時(shí)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,以防止澆注時(shí)鐵水濺落,燒穿薄膜導致漏氣塌箱。

澆注

在消失模鑄造工藝中,整個(gè)工藝流程包括七個(gè)環(huán)節,每個(gè)環(huán)節對于消失模鑄件質(zhì)量都具有很大的影響作用,當然澆注過(guò)程也是整個(gè)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,嚴格把控澆注工藝中的每個(gè)細節是生產(chǎn)高質(zhì)量消失模鑄件的關(guān)鍵。

消失模鑄造的澆注過(guò)程是鋼液充型,同時(shí)泡塑模具汽化消失的過(guò)程。整個(gè)過(guò)程中需要注意的是:(1)澆道自始至終要充滿(mǎn)鋼液,如若不滿(mǎn),由于涂料層強度有限,很容易發(fā)生型砂塌陷以及進(jìn)氣現象,造成鑄件缺陷。(2)澆注鋼液時(shí)一定要把握住,保證做到穩、準、快。瞬時(shí)充滿(mǎn)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(huì )吸進(jìn)空氣,有可能引起塌砂現象或者鑄件增多氣孔的問(wèn)題,導致鑄件報廢。(3)消失模鑄造采用負壓封閉式,而且必須是在澆口杯以下封閉。鋼液進(jìn)入模塑模具,其開(kāi)始液化燃燒,并氣化消失,鋼液前端短距離形成暫時(shí)的空腔,所以設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,澆道適當離鑄件模型遠一點(diǎn)。立澆道的位置選擇整箱鑄件最低位置。 澆注時(shí)注意調節和控制負壓真空度在一定范圍內,澆注完畢后保持在一定負壓狀態(tài)下一段時(shí)間,負壓停止、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(huì )存在種種鑄造缺陷,從而導致鑄造件的缺陷,消失模鑄造也不例外。返噴是消失模鑄造中常發(fā)生的現象,返噴嚴重時(shí)可能會(huì )危及澆注工的人身安全,必須予以重視,為減輕噴現象,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,泡沫應做得越輕越好,以減少澆注時(shí)的發(fā)氣量。其二,泡沫模型上涂料前一定要烘干,每批泡沫模型應抽檢其烘干過(guò)程的重量變化,做出烘烤重量變化曲線(xiàn)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,特別是直澆道和橫澆道不應上涂料,這樣可以使澆注時(shí)產(chǎn)生的氣體能快速充分地抽走,而且不上涂料,節省了涂料的消耗。最后,在澆口杯處上面蓋一個(gè)檔板,可把返噴上來(lái)的鋼水擋住,使其不能飛濺出來(lái),危及現場(chǎng)操作工人。

使用以上的方法可以有效的防止消失模鑄造過(guò)程中返噴現象,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構、形狀、大小,泡沫塑料質(zhì)量的影響,涂料涂層的影響,鑄造過(guò)程中造型、澆注環(huán)節的影響等。

在整個(gè)消失模鑄造流程中,澆注工藝是至關(guān)重要的環(huán)節之一,澆注系統、澆注速度、澆注溫度、澆注工序四個(gè)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,涂料應該具有良好的性能,足夠的強度,同時(shí)涂料涂掛操作過(guò)程應做到合理。

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