消失模铸造技术简介及工艺流程

  3〕无传统铸造中的砂芯 因此可不能显现传统砂型铸造中因砂芯尺寸不准或下芯位置不准确造成铸件壁厚不均。

  4〕清洁生产 型砂中无化学粘结剂,低温下泡沫塑料对环境无害,旧砂回收率95%以上。

  为了每箱浇注可生产更多的铸件,有时将许多模型胶接成簇,把模型簇浸入耐火涂料中,然后在大约30~60C〔86-140F〕的空气循环烘炉中干燥2~3个小时,干燥之后,将模型簇放入砂箱,填入干砂振动紧实,必须使所有模型簇内部孔腔和外围的干砂都得到紧实和支撑。

  模型簇在砂箱内通过干砂振动充填坚实后,抽真空形成负压加强紧实度,铸型就可浇注,熔融金属浇入铸型后,模型气化被金属所取代形成铸件。 在消逝模铸造工艺中,浇注速度比传统空型铸造更为关键。假如浇注过程中断,砂型就可能塌陷造成废品。因此为减少每次浇注的差别,最好使用自动浇注机。

  一样消逝模铸造多采纳水基涂料,涂料与模型一样不润湿,从而要求改进水基涂料的涂挂性。涂挂性是指模型涂挂涂料后一样需要悬挂干燥,期望涂料在涂挂后尽快不滴不淌,确保涂料层的平均性,减少环境污染。悬浮性是指涂料在使用的过程中,涂料保持密度的平均性,不发生沉积现象。

  涂料的制配工艺操纵是涂料技术的关键环节。国产涂料多采纳碾混、辊混或搅拌工艺。依照生产实践,碾混和辊混其质量优于搅拌。建议有条件的企业可采纳碾混或辊混方法制配涂料。

  因为模型的存在,在浇注过程中模型气化需要吸取热量,因此消逝模铸造的浇注温度应略高于砂型铸造。关于不同的合金材料,与砂型铸造相比,消逝模铸造浇注温度一样操纵在高于砂型铸造30~50℃。这高出30~50℃的金属液的热量可满足模型气化需要的热量。浇注温度过低铸件易产生浇不足、冷隔、皱皮等缺陷。浇注温度过高铸件易产生粘砂等缺陷。

  消逝模铸造工艺包括浇冒口系统模块设计、浇注温度操纵、浇注操作操纵、负压操纵等。

  浇注系统在消逝模铸造工艺中具有十分重要的地位,是铸件生产成败的一个关键。在浇注系统模块设计时,应考虑到这种工艺的专门性,由于模型簇的存在,使得金属液浇入后的行为与砂型铸造有专门大的不同。因此浇注系统模块设计必定与砂型铸造有一定的区别。在设计浇注系统各部分截面尺寸时,应考虑到消逝模铸造金属液浇注时由于模型存在而产生的阻力,最小阻流面积应略大于砂型铸造。

  模型在使用之前,必须存放适当时刻使其熟化稳固,典型的模型存放周期多达30天,而关于用设计专门的模具所成型的模型仅需存放2个小时,模型熟化稳固后,可对分块模型进行胶粘结合。大批量生产的铸件其分块模型胶合一定要使用热熔胶在自动胶合机上进行,才可能正真的保证粘合精度。中小批量生产的铸件可采纳冷粘胶手工粘合,胶合面接缝处应密封牢固,以减少产生铸造缺陷的可能性

  消逝模铸造工艺与其他铸造工艺一样,有它的缺点和局限性,并非所有的铸件都适合采纳消逝模工艺来生产,要进行具体分析。要紧依照以下一些因素来考虑是不是采纳这种工艺。

  2〕铸件材质 其适用性好与差的顺序大致是:灰铸铁--非铁合金--一般碳素钢--球墨铸铁--低碳钢和合金钢;是因为泡沫塑料在浇注过程中燃烧分解物对合金溶液的阻碍作用不同。例如对含碳低的铸钢件,采纳消逝模铸造可能使铸件表皮显现增碳问题,因此决定生产之前需通过必要的预备以不致使工艺实验、调试周期过长。

  为此,要求涂层拥有非常良好的强度、透气性、耐火度、绝热性、耐急冷急热性、吸湿性、清理性、涂挂性、悬浮性等。综合起来要紧包括工作性能和工艺性能。

  涂料的工作性能包括强度、透气性、耐火度、绝热性、耐急冷急热性等,要紧是在浇注和冷却过程中应具有的性能,其中最重要的是强度和透气性。而涂料的工艺性能包括涂挂性、悬浮性等,要紧是在涂挂操作中所要求的性能。

  消逝模铸造是把涂有耐火材料涂层的泡沫塑料模样放入砂箱,模样四周用干砂充填,采纳微震加负压紧实,在没有芯子的情形下浇注液态金属,在浇铸和凝固过程中连续保持一定的负压,使泡沫塑料气化继而被金属取代形成铸件的一种新型铸造工艺方法。

  模型生产是消逝模铸造工艺的第一道工序,复杂铸件如汽缸盖,需要数块泡沫模型分别制作,然后再胶合成一个整体模型。每个分块模型都需要一套模具进行生产,另外在胶合操作中还在大多数情况下要一套胎具,用于保持各分块的准确定位,模型的成型工艺分为两步,第一步是将聚苯乙烯珠粒〔EPS〕预发到适当密度,一样通过蒸汽快速加热来进行,现在期称为预发泡。

  由于铸件品种繁多、形状各异,每个铸件的具体生产的基本工艺都有各自的特点,同时千差万别。这一些因素都直截了当阻碍到浇注系统模块设计结果的准确性。为此,可将铸件以某种方式来进行分类。针对中小铸件,可按铸件生产的基本工艺特点进行分类,如表1所示[2]。模型簇组合方式可差不多反映铸件的特点,以及铸件的补缩形式。浇注系统各部分截面尺寸与铸件大小、模型簇组合方式和每箱件数都有关系。为此,在设计新铸件的工艺时,应依照铸件特点,参照同类铸件浇注系统特点有明确的目的性地进行运算。

  消逝模铸造涂料的载体多采纳水基,以利于环境爱护。其粘接剂要紧包括粘土、水玻璃、糖浆、纸浆废液、白乳胶、硅溶胶等。在选择粘接剂考虑以下几个方面因素:高温发气性;涂挂性;涂层强度和刚度;浸蚀模型性等。悬浮剂用于防止涂料发生沉积、分层、结块,使涂料具有触变性。一样可采纳膨润土、凹凸棒石粘土、有机高分子化合物及其复合体等。另外消逝模涂料中还需添加表面活性剂,以增加涂料的涂挂性,提高涂料与模型表面的亲和性和结合强度。此外还常常加入其他添加剂,如消泡剂、减水剂、防腐剂、颜料等。

  另外,模型材料的预发和成形操纵也是技术成功的一个关键。一样情形下,预发珠粒其密度操纵在约0.024~0.03g/cm3,其体积约为原珠粒体积的30倍。成形模型的密度操纵在约0.02~0.025g/cm3。

  干砂是消逝模铸造的造型材料,由于该工艺的特点,选择干砂应与生产的铸件材质有关,高温合金采纳耐火度较高、颗粒较粗的干砂。目前干砂要紧使用天然石英砂,应去除砂中的铁渣、粉尘和水分,并保持使用温度不高于50℃。

  通过十多年的生产实践,我国采纳消逝模技术进行铸造生产的企业,已由开始时期不到十家进展到目前的数百家。消逝模铸造生产在我国有许多成功的实例,未达到预期成效而下马的企业也有相当多的数量。分析成功的体会和失败的教训,关于消逝模铸造在我国的进展前景,重点是对这种工艺的认知程度,在于对该工艺生产系统的优化操纵,包括对原材料、涂料技术、干砂紧实技术和消逝模铸造工艺技术的优化操纵等。

  由于不同的合金对涂料的作用情形不同,建议依照合金种类的不同研制相应的涂料,如铸铁涂料、铸钢涂料、有色合金涂料等。在涂料配置和混制过程中,应尽量使用合理的骨料级配,使骨料和粘接剂及其它添加剂混合平均。

  除了涂料性能达到一定的要求外,涂敷和烘干工艺对生产也具有一定阻碍。生产上多采纳浸涂,最好是一次完成。也能够分两次涂敷,但应每次涂敷后要进行烘干,烘干时注意烘干温度的平均性和烘干时刻,保证涂层干燥完全并不开裂。

  干砂造型是将模型埋入到砂箱中,在振动台上进行振动紧实,保证模型周围干砂充填到位并获得一定的紧实度,使型砂有充足的强度抗击金属液的冲击和压力。

  干砂造型第一步是向砂箱中加入干砂,加砂时为保证干砂的充填到位,第一在砂箱中加入一定厚度的底砂并振动紧实,然后放入模型簇,再加入一定厚度的干砂,将模型簇埋入到三分之一到二分之一,再进行适当振动,以促使干砂向模型内腔充填。最后填满砂箱进行振动,振动时刻不宜过长,以保证模型不显现损坏和变形,同时保证涂料层不发生脱落和裂纹。

  涂料是消逝模铸造中必不可少的原料,现在许多铸造厂采纳自制涂料。涂料的要紧作用是提高模型的强度和刚度、防止破坏或变形;隔离金属液和铸型;排除模型气化产物;保证铸件表面上的质量等。消逝模涂料中耐火骨料要紧有锆英粉、铝矾土、棕刚玉粉、石英粉、滑石粉、莫来石粉、云母粉等。其粒径级配应兼顾防止粘砂和高温透气性,粒形有利于提高透气性,通常选择少数的球状颗粒,有利于模型气化后气体的逸出或模型不完全分解的液化产物的排除。

  4〕铸件结构 铸件结构越复杂就越能表达消逝模铸造工艺的优越性和经济的效果与利益,关于结构上有狭窄的内腔通道和夹层的情形,采纳消逝模工艺前需要预先进行实验,才能投入生产。对一些现状简单的、用砂型铸造方法也可生产出高质量的铸件,而且其生产效率、铸件成本比用消逝模工艺低,这种情形就不一定采纳消逝模铸造方法。

  浇注之后,负压保持一段时刻后开释真空,铸件在砂箱中凝固和冷却,然后落砂。铸件落砂相当简单,倾翻砂箱铸件就从松散的干砂中掉出。随后将铸件进行自动分离、清理、检查并放到铸件箱中运走。

  干砂经砂处理系统处理冷却后可重新使用,专门少使用其他附加工序,金属废料可在生产中重熔使用。

  振动参数应依照铸件结构和模型簇形式做出合理的选择,关于多数铸件,一样应采纳垂直单向振动,关于结构很复杂的铸件,可考虑采纳单向水平振动或二维和三维振动。振动强度的大小对干砂造型阻碍专门大,用振动加速度表示振动强度。关于一样复杂程度的铸件和模型簇,振动加速度在10~20m/s2之间。而振幅是阻碍模型保持一定刚度的重要振动参数,消逝模铸造振幅一样在0.5~1mm[4]。振动时刻的选择比较微妙,应结合铸件和模型簇结构可以进行选择。但总体上振动时刻约操纵在1~5min为宜。同时底砂、模型簇埋入一半时的振动时刻尽量要短,可选择1~2min,模型簇全部埋入后的振动时刻一样操纵在2~3min即可。

  通过预发泡的珠粒要先进行稳固化处理,然后再送到成型机的料斗中,通过加料孔进行加料,模具型腔充满预发的珠粒后,开始通入蒸汽,使珠粒软化、膨胀,挤满所有间隙同时粘合成一体,如此就完成了泡沫模型的制造过程,现在期称为蒸压成型。

  成型后,在模具的水冷腔内通过大流量水流对模型进行冷却,然后打开模具取出模型,现在模型温度较高而强度较低,因此在脱模和储存期间必须慎重操作,防止变形及损坏。

  1〕铸件精度高:消逝模铸造是一种近无余量、精确成型的新工艺,该工艺无需取模、无分型面、无砂芯,因而铸件没有飞边、毛刺和拔模斜度,并减少了由于型芯组合而造成的尺寸误差。铸件表面粗糙度可达Ra3.2至12.5μm;铸件尺寸精度可达CT7至9;加工余量最多为1.5至2mm,可大大减少机械加工的费用,和传统砂型铸造方法相比,能够减少40%至50%的机械加工间。

  消逝模铸造生产需要的原材料大致分为模型原材料、干砂原材料、涂料原材料、合金熔炼原材料等几个方面。由于消逝模铸造工艺是一项系统工程,原材料的选择尤为重要。因此操纵各种原材料的质量和参数就成了消逝模铸造成败的基础。

  模型材料通常称之为珠粒,铸造上采纳的珠粒一样分为两种类型,即聚苯乙烯(EPS-Polystyrene)珠粒和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA-PolymethylMethacrylate)珠粒,二者都属于高分子材料。另外还有一种EPSPMMA的聚合物。关于低碳钢铸件,模型材料中的碳易使铸件表面产生增碳现象,从而导致各种碳缺陷。其中EPS(含碳92%)、EPS+PMMA共聚物、PMMA(含碳60%)对铸件的增碳阻碍程度依次减小。此外,模型的密度是其发气量的重要操纵参数,上述三种材料的发气量从小到大依次为EPS、PS+PMMA共聚物、PMMA。同时,珠粒的尺寸应依照所生产铸件的壁厚做出合理的选择,一样情形下,厚大铸件选用较粗粒径的珠粒,反之薄壁铸件选用较细粒径的珠粒,使铸件最薄部位保持三个珠粒以上为宜。


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