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    鑄造工廠如何才能具有先進技術水平


     Vulcan Engineering, Mount, Peter E, Macler Assoc 等三公司,對高科技鑄造工廠應是什么樣的狀態有新考慮,對制芯、造型、熔化、澆注以及清理精整等工序都有設想,現摘要加以介紹。

      一.制芯

      Vulcan和Macler Assoc公司認為,現在的制芯工藝中,鑄造選用的主要有冷芯盒和殼芯兩種方法。制芯的研究和開發工作大半都在冷芯盒法方面重點在硬快而且價格便宜的粘結劑和制芯機的開發,還有制造優質芯子的工藝方法。這里所說的冷芯盒法是采用胺、SO2、甲酸甲酯的吹氣硬化法。與殼型法相比,一般認為冷芯盒法硬化快成本低,但Macler Assoc公司認為應從制芯機和原料的價格、模具成本、作業費用成本、環保費用、產生廢棄物的處理費用以及砂再生性等多方面進行比較研討。特別是對下述各點應更加關注。

      1.應考慮芯子的尺寸、形狀以及是否中空等方面,對成本進行比較后,才能most終選擇。尤其是殼芯法,實心或中空對制芯時間和用砂量有大的影響。

      2.制芯法不同,芯盒也不同。任何冷芯盒法都不加熱,而殼型法則要加熱。因而芯盒的材料費用比殼型法要便宜(例如用木質、塑料、鋁、鑄鐵等都可使用),殼型法必須采用能在425℃制芯盒。

      3.由于冷芯盒不必加熱,不用像殼型法那樣在開始作業時和更換芯盒時要費時間加熱芯盒。

      4.冷芯盒法更加有利的一點是,用量大的芯砂,可以用機械的或熱培方式進行有效的再生處理,因而可以減少廢棄砂、減少新砂、降低成本。

      冷芯盒法雖然有適應性好,硬化快、砂再生性好以及單位重量的成本低等優點,但殼芯法依然在繼續使用,殼芯法沒有像冷盒法那樣在制芯機和原材料方面的革新和進步,但殼型法在使用上有其明顯的優點,例如鑄件表面質量好,落砂性能好,大型芯子用砂量少和芯子有良好的操作強度等。特別是實施殼芯法不需要裝設和保養混砂機,氣體發生器排放氣體的洗滌器等設備。

      另外,在新的制芯工藝方面,雖然五年前已開始議論水溶性對環境影響好的粘結劑,Mouat 公司也認為有可能用于生產,但在經濟上并未得到證明。再就是用動物性材料制成的某種粘接劑,使用時需要對制芯機進行大的改造或發展新的制芯機。

      most新的粘接劑是利用無機鹽的水溶性芯子粘接劑。制造粘接劑時所用水,需加熱去脫除。但制造的芯子容易溶于水,易于從鑄件中去掉芯,是其優點。此種粘接劑特別是用于鋁鑄件是很有魅力的。用常用粘接劑而脫芯,有困難時可以考慮采用。
    二.造型

      現在鑄造工廠所采用的造型方法,過去十年間沒有大的變化而造型技術有了大的進步。對濕砂造型、精密砂型、消失模鑄造分別敘述如下。

      1.濕砂造型法。Mount公司認為:適用于大部分金屬材質、大批量生產的造型法中,粘土濕砂造型是most經濟的造型法。鑄造工廠裝備有most新技術的控制裝置,就應逐步做到,用濕型砂控制技術可以反復得到most佳的性能。這些控制裝置包括,篩分分離金屬、回用砂的冷卻、回用砂混練時準確釋量添加劑等等。

      Vulcan 公司認為,現在的粘土濕砂造型機具有優良的性能,能以二年前從未達到過的速度,制造要求嚴格、允許差別很小時濕砂型。再加上準確控制效率高的供砂裝置,使粘土濕砂型在鐵基合金和非鐵合金的造型中保持most重要的地位。

      Macler Assoc認為,在濕砂造型中,垂直分型與水平分型兩種加以比較,對于大批量生產中、小型,灰鐵件或球鐵件的鑄造工廠,重直分型造型都占優勢,因其設備費用比較便宜、可以高速造型、所需人員少、緊實度的偏差小等優點。但采用垂直分型工藝,在澆口方案與昌口與形態上,以及在用復雜的芯子、過濾片、冷鐵、套管、舂入芯等方面都受到限制。此外,用流動性好的合金鑄造時,由于金屬靜壓比較高,容易引起金屬滲透粘砂。

      在制造有色合金鑄件方面,已設計了適合這類合金鑄件的大批量生產各種特性垂直分型造型法,現正在推廣。但是,具有要求的機械特性的鑄件,在用這種造型法達到相當高度的大批量生產之前,作為大批量鋁合金鑄件的生產方式,金屬型鑄造法依然占有優勢。

      Macler Assoc認為,水平分型濕砂型鑄造法,對于中、小批量鑄造工廠,還是有利的造型法之一,無論是上型、下型方式,或雙面模板方式,對復雜鑄件的生產都有適應性?稍谝粋循環期內更換模樣,短時間運行、長時間運行都可以有效的進行生產。但手工操作需要機械化,為了保證生產表面優良、尺寸精度高的鑄件,還需對整套設備進行改造。溫砂造型法的選擇,需要考慮以下各點:

      ◆ 要有能造型出硬度均一的高質量鑄型的造型設備。

      ◆ 可以迅速更換模板。

      ◆ 下芯、鑄型的裝卸機械化。

      Macler Assoc談到,為使造型度均一,采用了多種技術。有幾種自動雙面模板機采用了射砂和壓實法,此時,為了取得均一的鑄型密度,射砂和壓實法,此時,為了取得均一的鑄型密度,射砂的方向要是與板垂直的方向。還有一種上型、下型造型機,為使鑄型密度均一,還采了微振擊和壓實。另外,為向模樣填砂時有強的沖擊力,也有用高壓縮氣體的。

      但是,為得到均一的鑄型硬度,采用了多種方法,對各種造型方式來講一種方法是解決不了的。在造型機的選擇上,要對現在使用的鑄造廠進行調查,并用自己的模樣試驗,以觀察其結果。

      ◆ 精密砂型

      這種造型法的要點是用冷芯盒法的化學粘結鑄型。Vulcan認為這是鋁合金缸體和缸蓋鑄件鑄造工藝的復活。其理由是這種方法,可將缸套鑄在缸體中,同時,還有能使用實現方向性凝固的冷鐵的優點。

      這種方法是在1970年代出現的用于鑄造近凈形鑄件和用濕砂鑄造對需要增加芯子的形狀復雜的鑄件,F在,鑄造形狀復雜尺寸的準確的鑄件時,標準的辦法是用冷芯盒造型法。而且,與砂型鑄造相比適用于更多的合金。在制芯作業中可見到,由于樹脂化學和造型裝置的革新,可用更低的價格鑄造質量,更高的零部件用液泵和機械手自動生產線,裝置進一步改善,所需勞動力減少,可生產出高質量、低成本的鑄件。冷芯盒工藝造型機是制芯機的重大的變型。有的造型機上型、下型同時造型,有的造型機可制出兩面型腔的鑄型疊型鑄造,第三種變型是利用二組造型機,一組是上型,一組造下型。

      這些造型機為了提高精度,使分型線的飛邊most小,在全過程中將鑄型緊實是其特點。大型造型機,為使其動作平滑可靠完全用油壓驅動。裝有機械手,實施上涂料型、干燥、下芯、涂粘結劑和合箱等作業。由于有了這些裝置,可減少所需的勞動力,保證most高的質量和生產效率。這種冷芯盒造型機,其鑄型的狀況不僅影響鑄件表面質量和清理作業,對芯子的正確組裝和芯頭使型砂在射砂頭中流態化的位置也有影響,因而,鑄型的設計是非常重要的。

      Macler Assoc稱,冷芯盒造型機有幾種射砂技術。大部分造型機,這種型式的造型機,用低壓大風量射砂,每個循環后都可以使射砂。有二、三個機械廠不是使砂子流態化,而是用"擠出方式,用有專利權設計的射砂,低氣量高壓射砂,有的機械廠認為,用擠出方式,制造復雜的鑄型時,砂子也容易流動。這二種技術,most好用自己的模樣進行試用比較,選出most好的方法"。

      冷芯盒造型法,可以制造尺寸非常準確的復雜鑄型,但模費用和型砂粘接劑、催化劑的成本比濕砂型用的砂和粘接劑的價格要高,冷芯盒造型法的造型速度低。

      消失模鑄型

      Vulcan消失模鑄造由于設備和原料改進而有所發展,采用的比率在不斷擴大。多方向的充填工作點,充填砂(后續砂)即時充填等新技術、使鑄件質量,造型速度提高而成本降低。

      消失模鑄造的優點有:發泡?蓻]有斜度或鈄度很小,有時還可用鈄度使復雜形狀可以造型,設計上有自由度。此外,可使鑄件重量減輕,減少甚至不需機械加工,不用芯子也可鑄造等。設備上的革新,組成的部件、涂料、充填介質等新的開發、使鑄件質量和生產效率提高,從而使市場日益擴大。
     三.熔化和澆注

      想快速而且高質量生產多種合金鑄件的鑄造工廠,都在尋求能在較廣范圍適應要求的熔化方法。Vulcan認為從現狀看只有用電爐。從現在的傾向來看,澆注多種合金的鑄造廠,用坩堝式低頻感應電爐完全可以滿足要求。

      Macler Assoc認為,選擇合適的熔化裝置應考慮以下各點:

      ◆ 澆注用的合金;

      ◆ 連續式澆注還是需要分批澆注;

      ◆ 需要的熔化速度;

      ◆ 能購入的爐料的特性;

      ◆ 能源成本和能源使用的限度;

      ◆ 操作時間;

      ◆ 要求操作者熟練程度;

      ◆ 安全及環境問題。

      由于電氣技術的進步,感應電爐能改變頻率、功率更大,從而使感應熔化的有效性更進一步擴大。與此同時,熔爐或多熔爐和保溫爐可使用一個電源供電,從而使利用效率和靈活性大幅度提高,也可使電費降低。

      要達到高水平,使操作者減少危險,減少勞務費用,進一步提高生產效率和質量,對裝入的材料的秤量和干燥應當進一步實施機械化,且應采用自動裝料。對于高純度合金,可考慮在熔化和出爐時用惰性氣體的屏蔽。

      幾個專業鑄造工廠采用裝置感應電爐和化學粘結鑄型的真空鑄造法。這項真空鑄法,使用有底注澆口的局部浸入式鑄型,從熔爐直接向鑄型澆注潔凈的熔液是其特點。這種方法鑄造的鑄件非常美觀,特別是表面的鮮明度好。

      大量生產一種或二種鑄鐵的鑄造廠,現在也還有依靠沖天爐的傾向。這種方式比其他熔化方式每噸當量的成本低,可大量生產質量好的鑄鐵件。沖天爐操作一般需要的勞動力多,但由于澆注量達到有效的成本。球鐵鑄造廠對熔化裝置的選擇,受消費量的影響,電爐熔化和沖天爐熔化都可以取得優質的鐵水。

      熔制大量單一鋁合金的工廠,按所需熔化量,在成本上most有效的熔化法可以是氣體反射爐。但熔化少量多種鋁合金廠,其熔化方式傾向于長降擺動或托升的電爐。

      碳鋼鑄造廠的熔化方式,由于可用便宜爐料精煉合金,用電弧爐熔煉較好,合金鋼鑄造廠則廣泛使用感應爐。

      無論選擇什么熔化法都可以,但鑄造廠需對與熔化設備相關的作業的成本、環境問題、勞動力及原料、在操作上能否取得成本上的效果等方面應進行評價。
    四.清理和精整

      鑄造廠要提高效率、質量、處理的速度同時要降低成本,必須尋求減少鑄件清理作業人員方法,只有提高工藝技術才能達到這個目的。

      Macler Assoc認為,在為增加磨光設備投資前,必須認真研究如何才能減少清理和精整作業(如除毛刺、冒口、澆口和芯頭等),根本原因在于鑄型的設計和修補、型砂、管理、鑄型的硬度和均一性、鑄造方法、施涂粒的方法、澆口的方案、設備的維護等方面。

      Macler Assoc談到批量和大量生產的工廠已經開發出數種提高效率的手段。主要有:

      ◆ 減少清理工作的勞動力,對多次反復進行的工作量采用機械手。小型鑄件機械人可以與手工操作同樣的握緊操作,大型鑄件可以用清理工具對鑄件清理。

      ◆ 有的情況下,可以用切斷機或修邊壓力機,使澆口與鑄件分離。

      ◆ 可廣泛用修邊壓力機切除分型面飛邊和毛刺等,機械手可用于修邊壓力機裝卸工件。小型鑄件用振動球式給料器自動區分并送到適當部位。

      ◆ 可在旋轉工作臺的周邊設置多用途的清理工具,進行磨光、切斷、修整及機械加工等作業。旋轉工作臺為適應選擇操作和裝卸工件,可設多個可靠位置。

      ◆ 澆口和冒口用沖擊錘、楔鐵、切斷機等除掉,這些操作在其作業位置反復進行,如能可靠控制其用工具作業,可實現目動化。

      在小批量生產時可采用下述有效的手段:

      ◆ 為減少疲勞和危險以及提高效率和質量使清理工部近代化。

      ◆ 使用升降及可傾斜操作裝置,作業胎具、萬能爽具、懸掛軟管、平衡工具以及照明換氣等改善作業條件。

      ◆ 鑄件從作業場所的進出,采用運輸機。

      ◆ 采用裝箱,將鑄件提高適當的高度。

      Mouat認為,現在鑄件清理工部中,拋丸清理方面most廣泛使用的是滾筒拋丸機。這種裝置5-100Cuft范圍內各種尺寸的都有。這種噴丸方式完全自動化的,由于人工用到most小限度是很經濟的。這種裝置鑄件用高速流動的磨料在滾筒中清理,有相當好的清理效果。長時間使用滾筒拋丸機,由于有鏈式輸送器,其部件有出現故障的可能,此外,鏈條和滾筒部分磨損后,也需要修補費用。但most新技術是將組裝滾筒代替鏈條式滾筒,由前后振動使工件有適當的翻轉。因此,不產生故障,也沒有象鏈條滾筒拋丸機那樣需要高的補修費的問題。這種裝置的設計,適合生產多種鑄件的鑄造廠,可連續清理。此種裝置中的限制器,能限制鑄件的進入量,因而能使most難于清理的鑄件也能適當的清理。拋丸滾筒的問題之一是,薄壁鑄件和小型鐵及非鐵鑄件,由于相互間碰撞而出現損傷。為此,most近引入的新技術是用高速噴丸沖擊進行振動清理,也可以說是組合堆團清理的方式。這種技術是利用輸送器運送各種材質的鑄件時,保持其中互相碰撞,為使鑄件進行積極地清理,將鑄件置于磨料流中,使鑄件的外部、內部都能平穩進行磨擦。這種方式的優點是處理磨料流中心的磨料進行作業,不會出現由于噴射過剩而產生廢棄的磨料。

      發動機的缸體、缸蓋和閥門等大型有復雜的芯子的鑄件,一般都采取旋轉吊勾方式,用單軌輸送器,將吊掛的鑄件一個或數個進行旋轉拋丸清理。這種方式可以對鑄件全面的,從許多角度拋丸沖擊,也可防止鑄件內部通路排出的磨料堵塞。

      此外,有用夾具進行旋轉噴射,使鑄件全面旋轉的方式。也有用特殊的遮蔽夾具使用機械手的方式。

      現用的修邊壓力機可以自動裝卸鑄件,去掉多數面的毛刺,還可以進一步增加其機能;組裝成自動銑削、鉆孔、非破檢查、計量等方面的動能。在工具設計進步的同時,這種設備可用于球鐵、灰鐵、鋁鑄件等,根據鑄件的尺寸和形狀的不同可作到每小時處理900個以上的速度。

      由于工具價貴,修邊壓力機用于自動清理裝置,僅用于高速鑄造。但至少有二家工廠在自動清理工部采用了CNE柔性自動化裝置。這種方式處理速度不高比修邊壓力機的要慢1.5-3倍,但這些工廠不要求高價的工具,利用類似Custodial控制器的材料處理裝置,用普通的機械手,作業迅速而且耐磨。

      Vulcan談到用上述裝置,如僅清理鑄件,可由圖像和機械手室指令,輸入計算機規則的程序。此機械手室中使用的是用機械手進行操作,而設計的剪斷,去毛刺裝置的新的磨光機。這此新設計的預定目標要達到剪切刀口的磨耗量most適當、切斷效率高,鑄件清理工程的綜合能力高。

    【上一個】 鎂合金壓鑄技術的幾個主要問題及其應用前景 【下一個】 鑄造生產中的安全技術

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