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    消失模工藝工業應用及解決缺陷問題研究


     消失模工藝在國外已經得到廣泛應用,近些年,國內許多企業開始投入消失模設備進行生產,并且得到推廣應用的趨勢很明顯,通過同行們的努力,消失模工藝一定會給工業帶來更大的效益,于此同時,我們也要注意消失模方法不是萬能的,應該有選擇地投入生產,避免浪費。  
    消失模鑄造工藝適合應用于下列情況:① 大批量生產的零件② 復雜零件(使用2個以上砂芯,尤其是復雜內腔的鑄件,如缸體、缸蓋),當然復雜件更有利,但相應帶來技術上的難度也較大。③可將分開制造的零件組合起來,成為一個整體零件進行生產。  

    消失模鑄造不適于生產一些壓力容器,因為無法避免它會產生一些縮松缺陷,對壓力容器是不適合的。

     1 消失模工藝在工業中的應用  

    中大型工藝品采用消失模鑄造具有獨特的優越性[1]。由于消失模鑄造的優點,藝術品鑄造更多采用這種方法生產,如李偉等研究了銅鐘的消失模鑄造生產。  

    李偉還研究了采用消失模工藝鑄造耐熱鑄鐵沸騰燃燒爐風帽[2]。RTSi-5.5耐熱鑄鐵采用中頻感應爐熔煉,鑄造工藝為多個鑄件排成長列,每只砂箱埋二層鑄型,生產效率高;采用澆注系統補縮,補縮效果好;鑄件表面質量明顯改善。  

    消失模鑄造也適合來生產一些大型鑄件,如王彬等研究了采用樹脂砂-消失模工藝生產大型鑄件的可行性[3]。

     戴斌煜等采用消失模鑄造工藝制備Gr/Al復合材料,對該復合材料進行了磨損性能試驗 [4] 。結果表明,該工藝所制得的復合材料中石墨分布均勻、界面結合較緊密。而且證明消失 模鑄造方法在制備復合材料方面工藝及設備簡單,操作方便?梢钥闯鱿hT造在復合材料的生產上也具有一定的生產前景。  

    張帆等研究了消失模工藝技術在刮板運輸機鑄造槽幫上的應用,生產取得了較好的效果同原有砂型鑄造相比具有如下優點[5]:

    (1)鑄件表面平整光滑。  

        (2)鑄件出現的夾渣、夾砂等缺陷明顯減少。  

    (3)鑄件尺寸得到嚴格保證,變形小,槽幫原來很多加工尺寸改為不加工,使槽幫成本得以降低,經濟效益顯著。  

     (4)勞動強度降低,施工環境得以改善,社會效益突出。  肖長浩等進行了消失模工藝在礦車鑄件生產中的實踐[6]。通過消失模鑄件的生產實踐,解決了普通鑄造相對復雜,產品機械加工余量以及勞動強度大的問題,特別是緩沖座節省了70%的機械加工量,提高了生產效率。在消失模鑄件的生產中我們還將其應用到了灰鑄鐵件、墨鑄鐵鑄件以及高錳鋼件的生產,均取得了較好的效果,相信通過進一步改進和完善工藝,消失模鑄造在礦山配件的生產中有著廣闊的前景。  

    2 消失模應用時產生缺陷及解決措施  

    2.1 消失模工藝生產鑄鋼件工藝原則[7]  為了使泡沫模樣不留痕跡地消失,防止鑄鋼件缺陷發生,須遵循如下原則:①創造高溫無氧條件,使模樣以氣化的方式消失,而不是以燃燒的方式消失,這是防止局部增碳的基本原則。②平衡鋼液的給進速度和泡沫模樣的氣化速度,提高鋼液溫度,降低表面張力,是防止發生皮下氣孔的基本原則。③負壓場有方向性和缺陷導向作用,砂箱內全部負壓喪失時,會發生塌箱;局部喪失時,會發生砂塊位移和型腔內進砂。防止白色缺陷發生的措施是“箱外組合硬連接”。   

    2.2 控制消失模鑄件變形的工藝技術措施[8] nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">2.2.1 發泡劑  EPS 原料發泡劑含量應在6.0%~6.5%之間,最少不低于5.5%。珠粒應光潔,粒度均勻。

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">2.2.2 模樣制作  

    ①預發泡時,在蒸汽壓力達到0.04MPa后,排凈管道內和蒸汽預發泡機中的水分。如果進入蒸汽預發泡機中的加熱蒸汽夾帶的水分較多,或加熱蒸汽冷凝水不能及時排出,在二次發泡壓型時EPS顆粒含水量高,在干燥(即熟化)時間短或熟化溫度偏低(<20~25℃)時,珠粒易結成小塊或團狀。這時制作的模樣極易變形。

    ②預發珠粒熟化時間一般應為10~12h,預發珠粒熟化時間控制不嚴,模樣尺寸變形很難控制。

    ③對于壁厚為3.5~4mm的管件,預發珠粒的密度應控制在26g/cm3左右。

    ④制模前應檢查模具排汽塞是否暢通,充料氣壓是否達到0.05MPa以上,否則將影響充料的飽滿程度而形成局部珠粒網紋,降低模樣的強度,使模樣在熟化時和在后續工序產生變形。

    ⑤制模時使用較高的蒸汽壓力可減少模樣熟化的收縮量。

    ⑥控制壓型時模樣成型后的冷卻程度,取模前要使模樣充分冷卻至80℃以下,二次發泡終止,以得到尺寸穩定性較好的模樣,防止取模時模樣變形。

    ⑦取模后的模樣應在50~60 ℃下干燥3~8h以保證熟化。

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">2.2.3 粘結和組模工序  

    ①粘結劑的質量直接影響粘模的質量。粘結前,模樣分模面打磨要平整垂直。粘結時用力輕而均勻。

    ②對結構不緊湊、剛性低的( 薄壁) 鑄件,組模時可加設工藝支撐,以提高模型的剛性。  

    ③上涂料時,選擇合適部位使模樣內外同時浸入涂料中。

    ④涂層厚度適當。涂料層能增強模樣的表面強度,可防止搬運、造型過程中模樣變形。⑤烘干時放置合理,防止模樣受力不勻而產生變形。

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">2.2.4 填砂造型工序  

    ①直澆道與鑄件之間、模樣簇間距離不能太近,一般為90~120mm,這是防止模樣局部受熱不均的基本條件。

    ②型砂溫度控制在50℃以下,防止模樣在填砂造型作業中局部變形;③合理的埋型位置,將模型的大平面處于垂直或傾斜澆注位置。

    ④填砂時模樣內外填層高度要均勻一致。

    ⑤合理選擇振動工藝參數,要使干砂充滿模樣各個部位,防止干砂局部緊實不良,震動過分將造成模樣變形。

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">2.2.5 澆注工序  

    ①澆注時保持平穩、快速、連續充填鐵液,防止充型過程中鐵液流股時大時小、閃流、斷流現象。

    ②負壓是消失模鑄造最重要最基本的因素。澆注過程中負壓應≥0.02 MPa;原始真空度可以稍高一點(>0.035~0.05MPa)。

    ③停泵釋放真空,使鑄件處于自由收縮狀態,以減少鑄造應力。停泵太早,鑄件表面還沒有完全凝固,結殼層強度低,容易造成鑄件變形,影響鑄件的尺寸精度;停泵太晚,由于真空實型鑄型的強度比普通砂型高,鑄件收縮容易產生熱裂。這就要求根據鑄件結構、澆注溫度、鑄件大小及壁厚來選擇。原則上一般5min左右( 以壁厚大小而定) ,壁厚>20mm,重量在100kg以上,澆注后5min停泵;100kg以下的鑄件,澆注結束后即可停泵釋放真空。對100kg以上的厚壁(>30 mm) 鑄件可適當延長負壓時間,以加快其冷卻速度;而薄壁的管件類,澆注結束即可停泵釋放真空。

     如果針對的是大型鑄件的變形問題,還應就以下方面注意[9]:

    (1)體密度應一致(成型+組模),密度控制在18~22kg/m3之間。

    (2)涂料刷涂后,干燥前應用校平平臺校平。

    (3)必要時可增加工裝(正式生產后現用加工工裝)。

    (4)采用合理的埋箱工藝及砂箱負壓結構。

    (5)控制打箱時間。

      2.3 沖砂  沖砂是消失模鑄造中常見的缺陷原因,下面就各個部分沖砂防止措施一一說明[10]:

     (1) 防止直澆道與澆口杯連接處沖砂的措施是:

     ①使密封塑料膜遠離高溫源;

    ②使用加高溫粘結劑的耐火泥封澆口杯與直澆道的接口處;

    ③直澆道與澆口杯制成一體。

     (2) 防止直澆道底部沖砂的措施是: 

    ①墊耐火磚;②四周封耐火泥。  (3) 防止直、橫澆道沖砂的措施是: ①加厚橫、直澆道的涂層;②刷水玻璃撒細砂,以增加耐火、耐沖擊能力。  

    (4) 防止內澆道與橫澆道搭接處沖砂的措施是: ①用耐火泥密封;②刷稠的快干涂料,濕時埋箱,提前3~5min抽真空以使其干燥。

    2.4 控制氣孔缺陷的考慮因素[11]  控制氣孔需要控制適宜的澆注溫度和合理的澆注位置,下面主要從合理的澆注速度和負壓度方面論述:  

    (1)直澆道制成中空可以防止噴濺以及防止初澆時反濺發生。先用小流金屬液點通直澆道再大流快速充滿澆口杯封閉直澆道,保持真空度,直到澆口杯金屬液不再下沉時為止。  

    (2)消失模工藝適宜的澆注系統形式是封閉式,對阻止氣孔產生有較好的效果。澆注時金屬液一直充滿澆口杯,不外溢、飛濺破壞。封閉薄膜,保證均衡負壓場,使型砂的緊實度大于型砂對鑄型的剪力,不塌箱、潰型。  

    (3)澆注過程中不許斷流和閃流澆注過程中不允許斷流、閃流發生,一旦直澆道裸露在空氣中,在負壓作用下空氣進入型腔形成氣孔缺陷,使鑄件成為廢品。

    (4)確定合理的真空度是排氣、除渣的保證,也是防止粘砂的因素。

         (5)制作容量適宜的澆口杯是承接金屬液的必備工具,澆注時使金屬液不產生渦流,具備擋渣功能,將金屬液中雜質浮集到澆口杯液面上部,阻止雜質充型生成氣孔。 消失模鑄鐵件碳缺陷的影響因素及預防措施[12-13] 2.5 防止碳缺陷(皺皮)的對策及實踐

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">2.5.1 選擇較高的澆注溫度  在不產生夾砂和粘砂的前提下,盡可能提高澆注溫度,使白模更多地氣化排出,消失模鑄件澆溫一般在粘土砂工藝上加40~80℃,箱體類一般要高于1420℃。

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">2.5.2 較高的涂料和型砂透氣性  涂層透氣性一般選擇高于20cm/8mm,厚度一般在0.8mm效果較好。較高的透氣性有利于分解氣體排出,但過高的透氣性對涂料的強度要求變高。選擇合適的型砂粒度,反復使用的型砂要進行除塵處理,一般半年要更換一次新砂。要定期清理堵塞在砂箱網格上的膠糊狀熱解產物,否則也將會導致碳缺陷的形成。  提高鑄型的透氣性具體方法:  

    (1)提高型砂的透氣性,選用粗砂(>20目)、控制粘結劑加入量、控制其水分不超過6%;

    (2)多扎氣眼或多設出氣冒口;

    (3)在鑄型內設置若干外通氣道;

    (4)選用合理的涂料。 nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">2.5.3 選擇適宜的澆注系統  消失模鑄件的澆注方式可選用底注、階梯澆注、頂注。但必須確保金屬液流平穩、迅速地充滿鑄型,并在確定澆注位置時必須充分考慮到鑄件的形狀。對于高度不大的小型鑄件采用頂注,對于大面積或高大的鑄件,盡量采用分散多內澆道或分層階段地澆注,避免澆道過于集中,這樣有利于金屬液平穩、迅速地充滿鑄型,對改善鑄件質量起到較好的作用。在選擇消失模鑄造冒口時,應盡可能考慮采用暗冒口。

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">2.5.4 設置集渣冒口  

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">2.5.5 適當改變零件形狀或加工余量  對鑄件較厚的多余部份盡量去除,這樣可以減少碳缺陷形成的可能。對于局部確實不便于消除的輕微碳缺陷死角部位,可適當增加加工余量,使缺陷部位在加工后被去除。

    nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">2.5.6 在泡沫塑料表面噴涂加速氣化的物質  在泡沫塑料模表面噴上一層比塑料氣化迅速的硝化纖維素或其他涂料,不僅能夠提高模樣的表面質量,且有助于泡沫塑料的氣化和阻止高溫分解產物的形成。


    【上一個】 鐵素體可鍛鑄鐵的生產工藝研究 【下一個】 球化劑在鑄鐵中起什么作用

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