消失模鑄造

消失模鑄造

工藝學術語
消失模鑄造(又稱實型鑄造)是将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,刷塗耐火塗料并烘幹後,埋在幹石英砂中振動造型,在負壓下澆注,使模型氣化,液體金屬占據模型位置,凝固冷卻後形成鑄件的新型鑄造方法。[1]消失模鑄造是一種近無餘量、精确成型的新工藝,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。
    中文名:消失模鑄造 外文名: 适用領域:工藝鑄造 所屬學科:工藝學 别稱:實型鑄造 性質:創新性

概念

1958年,美國的H。F。shroyer發明了用可發性泡沫塑料模樣制造金屬鑄件的專利技術并取得了專利(專利号USP2830343)。最初所用的模樣是采用聚苯乙烯(EPS)闆材加工制成的。采用粘土砂造型,用來生産藝術品鑄件。采用這種方法,造型後泡沫塑料模樣不必起出,而是在澆入液态金屬後聚苯乙烯在高溫下分子裂解而讓出空間充滿金屬液,凝固後形成鑄件。1961年德國的Grunzweig和Harrtmann公司購買了這一專利技術加以開發,并在1962年在工業上得到應用。采用無粘結劑幹砂生産鑄件的技術由德國的H。Nellen和美國的T。R。SmITh于1964年申請了專利。

由于無粘結劑的幹砂在澆注過程中經常發生坍塌的現象,所以1967年德國的A。Wittemoser采用了可以被磁化的鐵丸來代替矽砂作為造型材料,用磁力場作為"粘結劑"。這就是所謂"磁型鑄造"。1971年,日本的Nagano發明了V法(真空鑄造法),受此啟發,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。在1980年以前使用無粘結劑的幹砂工藝必須得到美國"實型鑄造工藝公司"(Full Mold Process,Inc)"的批準。在此以後,該專利就無效了。因此,近20年來消失模鑄造技術在全世界範圍内得到了迅速的發展。

發展曆史

1958年,美國的H。F。shroyer發明了用可發性泡沫塑料模樣制造金屬鑄件的專利技術并取得了專利(專利号USP2830343)。最初所用的模樣是采用聚苯乙烯(EPS)闆材加工制成,采用粘土砂造型,用來生産藝術品鑄件。采用這種方法造型後泡沫塑料模樣不必起出,而是在澆入液态金屬後聚苯乙烯在高溫下分子裂解而讓出空間充滿金屬液,凝固後形成鑄件。1961年德國的Grunzweig和Harrtmann公司購買了這一專利技術加以開發,并在1962年在工業上得到應用。采用無粘結劑幹砂生産鑄件的技術由德國的H。Nellen和美國的T。R。Smith于1964年申請了專利。

1967年德國的A。Wittemoser采用了可以被磁化的鐵丸來代替矽砂作為造型材料,用磁力場作為"粘結劑"。這就是所謂"磁型鑄造"。1971年,日本的Nagano發明了V法(真空鑄造法),消失模鑄造在很多地方也采用抽真空的辦法來固定型砂。在1980年以前使用無粘結劑的幹砂工藝必須得到美國"實型鑄造工藝公司"(Full Mold Process,Inc)"的批準。在此以後,該專利就無效了。消失模鑄造技術在全世界範圍内得到了迅速的發展。

1990年,美國通用汽車公司在Saturn建立了一個年産5。5萬噸的新鑄造廠,有三條全自動的消失模鑄造生産線。

1991年,意大利菲亞特公司在都靈建成歐洲最大規模的消失模生産車間,年産量1。5萬噸。

1993年,德國寶馬公司建成年産20萬隻各種規格鋁合金氣缸蓋的消失模生産線。

2001年,美國通用的SMCO建成目前世界上最先進、規模最大的消失模鑄造廠。

中國情況

近年來消失模鑄造在國内的發展較快,發展成果也是可喜的。其中雲南昆明的宏金隆鑄造機械廠在各個方面都比較先進,該廠的産品已經出口到馬來西亞等周邊國家。另外,清華大學、華中科技大學等高等院校也為消失模鑄造行業的發展做出了寶貴的貢獻。設備的研發和制造水平主要體現在以下幾個方面:

(1)白區設備的發展:預發機已經有較大的改進和提高,無論是外形結構的設計還是發泡原理方面的改進及測試手段的完善都做了大量的工作。發泡機的性能有了很大的提供,基本上可以滿足使用要求。制模機方面也有一定的改進,随着自動化水平的提高及在國内制模方面的應用,國内制模機的自動化水平也有了明顯的提高,制模的生産效率和工人的勞動強度都有了較大的提高和改善。但在充填方式能量分布等方面還有待于進一步的改進和完善。

膠合機方面也做了一些工作,但對複雜模片的膠合水平和能力還有待于提高和完善。塗料方面機械化水平較低,檢測手段不完善,塗料工部現場髒、亂、差的情況沒有明顯改善;缺乏塗料的回收設備和裝置。目前國内也有部分企業利用不鏽鋼高低速攪拌容器結合kawasaki機械手對複雜的模片進行塗料,但因不了解塗料的性能,沒有設計出合理精準的夾具,又因機械手的運行軌迹走向不合理,在對模片本身各型腔結構把握不是太好的情況下使用機械手進行侵塗導緻模片在侵塗時出現模片膨脹變形,表面塗料粘附不均勻,型腔露白現象嚴重等問題。

(2)黑區設備的發展:振實台有了較大的改進和突破,無論是振實原理還是控制手段方面都有了顯著的提高,基本接近國外先進設備的設計理念,但在細節和控制方面仍存在一定的差距。砂冷卻器的設計和制造能力也有了較大的提高和改善,在不需要考慮過多的地坑前提下,已經可以滿足造型線的砂冷卻處理的要求。雨淋加砂、振動輸送等設備的設計和制造能力都有了明顯提高。自動化的設計和實現能力有了較大提高。自動化澆注機的設計和制造水平已經接近國外的先進水平。整個造型線的設計理念轉變較大,布線更合理,運行更可靠。

(3)工藝水平的發展:工藝水平主要體現在發動機缸體、缸蓋鑄件的批量化生産工藝及高難度耐磨、耐熱鑄件的生産工藝。

特點

鑄件精度高

消失模鑄造是一種近無餘量、精确成型的新工藝,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Ra3。2至12。5μm;鑄件尺寸精度可達IT7至9;加工餘量最多為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%的機械加工間。

設計靈活

為鑄件結構設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複雜的鑄件。

砂芯

因此不會出現傳統砂型鑄造中因砂芯尺寸不準或下芯位置不準确造成鑄件壁厚不均。

清潔生産

型砂中無化學粘結劑,低溫下泡沫塑料對環境無害,舊砂回收率95%以上。

。降低投資和生産成本

減輕鑄件毛坯的重量,機械加工餘量小。

消失模鑄造工藝與其他鑄造工藝一樣,有它的缺點和局限性,并非所有的鑄件都适合采用消失模工藝來生産,要進行具體分析。主要根據以下一些因素來考慮是否采用這種工藝。

    鑄件的批量。批量越大,經濟效益越可觀。

2。鑄件材質。其适用性好與差的順序大緻是:灰鑄鐵--非鐵合金--普通碳素鋼--球墨鑄鐵--低碳鋼和合金鋼;通過必要的準備以不緻使工藝實驗、調試周期過長。

3。鑄件大小。主要考慮相應設備的使用範圍(如振實台,砂箱)。

4。鑄件結構。鑄件結構越複雜就越能體現消失模鑄造工藝的優越性和經濟效益,對于結構上有狹窄的内腔通道和夾層的情況,采用消失模工藝前需要預先進行實驗,才能投入生産。

主要應用

消失模鑄造技術的優勢體現的越來越明顯,許多中小企業相繼投産。特别是近幾年來消失模鑄造企業如雨後春筍,從消失模鑄造設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投産後不久紛紛下馬。其中緣由在于許多企業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律性和複雜性,倉促上馬,結果在實際生産中遇到意想不到的問題,又沒有心理準備,對出現的問題束手無策,又匆匆下馬。結果既浪費時間、資金和精力,又要丢掉市場,得不償失。實際上,消失模鑄造是一個系統工程,理論上可以用于生産各種鑄件,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),并且專用塗料技術還沒有形成技術優勢,加之幹砂振動技術和消失模鑄造工藝也不成熟,從而導緻許多初上企業,特别是中小企業對于這些認識還不深入,所以才會出現一哄而上又一哄而下的被動局面。專家表示,國内鑄造産業還需不斷努力,以便未來更好的發展。

技術簡介

設備的用途

本套設備及工藝是集實型、真空鑄造的優點為一體,适用于鋼、鐵、鋁、銅等各種牌号,各種材質不同結構的大、中、小各類鑄件,對結構複雜鑄件的效果更佳。

1、結構形狀不受鑄造工藝限制,為産品的設計制造提供了廣泛的自由度,生産周期短,生産效率高,不用混砂、下芯、起模、合箱、分型、易于一箱多鑄、群鑄,實現最優化的設計,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,形狀尺寸準确,内外質量好,具有精密鑄件的特點,可部分取代熔模精密鑄造,減少機械加工餘量最高可達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、工藝技術易于掌握,便于實現機械自動化生産。

生産原理

該法按EPC工藝先制成泡塑模型,塗挂特制塗料,幹燥後置于特制砂箱中,填入幹砂,三維振動緊實,抽真空狀态下澆鑄,模型氣化消失,金屬置換模型,複制出與泡塑模一樣的鑄件,冷凝後釋放真空,從松散的砂中取出鑄件,進行下一個循環。

1、制作泡塑氣化模具(手工、機械);

2、泡塑氣化,模具組合後烘幹;

3、泡塑氣化模具表面刷、噴耐火塗料後再次烘幹(一定幹透);

4、将特制砂箱置于三維振實台上;

5、填入低砂(幹砂)振實、刮平;

6、将烘幹的泡塑氣化模具放于底砂上,按工藝要求分成填砂,自動振實一定時間後刮平箱口;

7、用塑料薄膜覆蓋砂箱口,放上澆口杯,接負壓系統。緊實後進行鋼液澆鑄,泡塑氣化模具消失,金屬液取代其位置;

8、鑄件冷凝後釋放真空并翻箱,取出鑄件,進行下一個循環。

主要優點

1.鑄件尺寸形狀精确,重複性好,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.采用無粘結劑、無水分、無任何添加物的幹砂造型,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.大大簡化了砂處理系統,型砂可全部重複使用,取消了型砂制備工部和廢砂處理工部;

工藝問題

l。一些廠家引進消失模鑄工藝不夠慎重、不夠科學,缺少專業人員對消失模鑄造的深入了解、目标産品不明确或缺少産品的技術可行性和經濟合理性的充分論證;缺少完整的可行性分析報告,就匆忙立項。

2。企業領導對上新工藝的期望值很高,企業内部又沒有足夠的技術人員消化了這一工藝,實踐少,不能穩定生産。

3。大部分廠家的消失模鑄造工藝還十分粗糙,消失模鑄造看似簡單,實際要控制的工藝環節大大增加,我們基本上還用初期作抗磨件的簡單作法來作更複雜的鑄件,模具,澆注系統等委粗糙,沒有嚴格的工藝規程。

4。缺少嚴格的質保體系,缺少嚴格的工藝管理

5。我們的工藝積累還很少,也不夠穩定。

6。原輔材料質量不較差,也不夠穩定。

7。轉讓單位的水平不高,給生産單位贊成影響。

8。市場的原因,有些單位,由于市場的激烈變化造成停産,新産品開發能力制約了轉産的速度。

注意事項

進行消失模鑄造有一定的規範和要求,造型工藝中要注意以下方面:消失模鑄造使用的一般是矽砂,要求其二氧化矽量在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的矽砂。先在砂箱底布上一層厚度約100mm的幹砂,然後将刷有塗料的EPS模及澆冒口放置在砂箱中央,邊填砂邊震實,直到幹砂離砂箱頂面50mm左右時停止加砂,在幹砂上面覆蓋塑料薄膜,然後将澆口杯置于直澆口頂端,并在薄膜上撤上一層散砂,以防止澆注時鐵水濺落,燒穿薄膜導緻漏氣塌箱。

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