消失模鑄造技術(shù)簡介
消失模鑄造技術(shù)簡介
消失模鑄造我國稱真空實型鑄造,美國人稱消失;驓饣hT造,國際上稱EPC工藝。
什么是消失模鑄造?消失模鑄造是用泡沫模型代替金屬或木模,造型后模樣不取出,呈實體型腔,即一個與鑄件形狀完全相似的泡沫模型保留在鑄型
內(nèi),形成“實型”鑄型,而不是傳統(tǒng)砂型的“空腔”鑄型,在澆金屬液時,泡沫模型在高溫金屬液體作用下不斷分解氣化,產(chǎn)生金屬模型的置換過程,而不像傳統(tǒng)“空型”鑄造是一個金屬液體的充填過程;最終模樣氣化得到鑄件。
與傳統(tǒng)的砂型鑄造技術(shù)相比,消失模鑄造技術(shù)具有較強(qiáng)的工藝優(yōu)勢,因此被國內(nèi)外鑄造界譽(yù)為“二十一世紀(jì)的鑄造技術(shù)”和“綠色的鑄造工程”。我國曾在“七五”、“八五”、“九五”三個五年計劃中把此項技術(shù)列入機(jī)械行業(yè)推廣項目。
我國有鑄造廠(車間)二萬余個,絕大部分采用傳統(tǒng)的砂型鑄造,勞動強(qiáng)度大,工人易得矽肺病(環(huán)境污染嚴(yán)重),廢晶率高;其產(chǎn)品完全靠生產(chǎn)面積擴(kuò)展:產(chǎn)品質(zhì)量好壞很大程度依賴操作工人的技術(shù)水平,培養(yǎng)一批三級以上造型工隊伍至少5-10年。
過去消失模鑄造在我國一直發(fā)展緩慢,其主要原因是許多外部客觀條件不成熟,比如“一汽”早年引入一條生產(chǎn)線,生產(chǎn)10萬件/年鋁合金轎車進(jìn)氣管,從膠粘劑到制泡沫模EPS(鑄造用聚苯乙烯粒珠)原材料和生產(chǎn)線設(shè)備均要靠進(jìn)口供應(yīng),成本較高,再加上消失模鑄造對于大多數(shù)企業(yè)來講屬于新事物。
目前,由于國家重視以及國內(nèi)化工業(yè)科技發(fā)展,發(fā)展消失模鑄造技術(shù)所需的各種設(shè)備、原材料全部國產(chǎn)化,基本能夠滿足消失模鑄造要求,因此,近幾年消失模鑄造技術(shù)在國內(nèi)鑄造業(yè)發(fā)展很快。
消失模鑄造(EPC)工藝特點
1、形狀尺寸與鑄件完全相似的泡沫塑料模樣保留在鑄型內(nèi)鑄型,而不是傳統(tǒng)砂型的“空腔”鑄型。
2、使用無粘結(jié)劑的干砂,振動造型。3、澆注時,泡沫塑料模型在高溫液體金
屬作用下不斷氣化分解,產(chǎn)生金屬模樣的置換過程,而不象傳統(tǒng)“空腔”鑄造是一個液體金屬的充填過程.制作一個鑄件,就要“消失”掉一個泡沫塑料模型。
4、泡沫塑料模樣可以分片成形,也可人工制模,再進(jìn)行粘結(jié)組合。模樣形狀(即鑄件形狀)與結(jié)構(gòu)基本不受工藝限制。
5、鑄件落砂情理時,只需翻箱或倒出鑄件,鑄件就與砂自動分離,鑄件無飛邊毛刺,基本不需打磨,只雷對澆冒口和鑄件其它部位作簡單清理。三、消失模鑄造(EPC)工藝優(yōu)點
消失模鑄造(又稱實型鑄造)是將與鑄件尺寸形狀相似的泡沫模型粘結(jié)組合成模型簇,刷滁耐火涂層井烘干后,埋在干石英砂中經(jīng)過振實,在負(fù)壓作用下澆注成形的新型鑄造工藝。l、鑄件精度高
鑄件尺寸形狀精確,重復(fù)性好,表面光潔度高,具有精密鑄造的特點。2、產(chǎn)品質(zhì)量高
消失在模鑄造工藝屬精密鑄造技術(shù),鑄造尺寸精度和表面光潔度遠(yuǎn)高于砂型鑄造,模型不需分型開邊,鑄件無飛邊毛刺;由于負(fù)壓作用補(bǔ)縮能力強(qiáng),鑄件內(nèi)部組織致密,澆冒系統(tǒng)處理好可使鑄件無縮孔、縮松。3、工藝過程簡化,容易操作
無論多么復(fù)雜鑄件,均不必制芯、下芯可鑄出φ35mm小孔;培養(yǎng)一個高等級造型工至少5-10年,而培訓(xùn)一個EPC工藝成熟的操作人員只需三天;也即技術(shù)越發(fā)達(dá),操作越簡化。4、工藝穩(wěn)定,產(chǎn)品廢品率低
砂型鑄造從配砂到造型、下芯、合箱等工序,人為因素造成的質(zhì)量問題較多。EPC工藝不配砂、混砂、造型、修型,減少了許多人為因素,主要生產(chǎn)過程是按固定程序執(zhí)行。因此,廢品率低。加之負(fù)壓狀態(tài)下澆注有較強(qiáng)的補(bǔ)縮作用。消失模鑄造工藝可以使模型(EPC聚苯乙烯泡沫塑料模型)群體埋箱澆注,生產(chǎn)效率比砂型鑄造高4-5倍;落砂、清理工作量大大減少;不要配砂、混砂,不僅減少丁生產(chǎn)占地面積(面積可減少30%-50%),而且還大大減輕了工人體力勞動,勞動用工比砂型鑄造減少50%,制造成本比傳統(tǒng)精密鑄造降低40%-60%,同傳統(tǒng)砂型鑄造相當(dāng);采用消失模鑄造工藝,小至幾兩天大到幾十噸鑄件,從有色金屬鑄件到鑄鋼鋅鐵件均可生產(chǎn)。
四,消失模鑄造技術(shù)也不是萬能的,它有一定適用范圃,對于每個企業(yè)自己的產(chǎn)品,是否適當(dāng)采用EPC工藝,應(yīng)認(rèn)真考察。
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消失模鑄造技術(shù)簡介
消失模鑄造我國稱真空實型鑄造,美國人稱消失;驓饣hT造,國際上稱EPC工藝。
什么是消失模鑄造?消失模鑄造是用泡沫模型代替金屬或木模,造型后模樣不取出,呈實體型腔,即一個與鑄件形狀完全相似的泡沫模型保留在鑄型
內(nèi),形成“實型”鑄型,而不是傳統(tǒng)砂型的“空腔”鑄型,在澆金屬液時,泡沫模型在高溫金屬液體作用下不斷分解氣化,產(chǎn)生金屬模型的置換過程,而不象傳統(tǒng)“空型”鑄造是一個金屬液體的充填過程;最終模樣氣化得到鑄件。
與傳統(tǒng)的砂型鑄造技術(shù)相比,消失模鑄造技術(shù)具有較強(qiáng)的工藝優(yōu)勢,因此被國內(nèi)外鑄造界譽(yù)為“二十一世紀(jì)的鑄造技術(shù)”和“綠色的鑄造工程”。我國曾在“七五”、“八五”、“九五”三個五年計劃中把此項技術(shù)列入機(jī)械行業(yè)推廣項目。
我國有鑄造廠(車間)二萬余個,絕大部分采用傳統(tǒng)的砂型鑄造,勞動強(qiáng)度大,工人易得矽肺病(環(huán)境污染嚴(yán)重),廢晶率高;其產(chǎn)品完全靠生產(chǎn)面積擴(kuò)展:產(chǎn)品質(zhì)量好壞很大程度依賴操作工人的技術(shù)水平,培養(yǎng)一批三級以上造型工隊伍至少5-10年。
過去消失模鑄造在我國一直發(fā)展緩慢,其主要原因是許多外部客觀條件不成熟,比如“一汽”早年引入一條生產(chǎn)線,生產(chǎn)10萬件/年鋁合金轎車進(jìn)氣管,從膠粘劑到制泡沫模EPS(鑄造用聚苯乙烯粒珠)原材料和生產(chǎn)線設(shè)備均要靠進(jìn)口供應(yīng),成本較高,再加上消失模鑄造對于大多數(shù)企業(yè)來講屬于新事物。
目前,由于國家重視以及國內(nèi)化工業(yè)科技發(fā)展,發(fā)展消失模鑄造技術(shù)所需的各種設(shè)備、原材料全部國產(chǎn)化,基本能夠滿足消失模鑄造要求,因此,近幾年消失模鑄造技術(shù)在國內(nèi)鑄造業(yè)發(fā)展很快。
消失模鑄造(EPC)工藝特點
1、形狀尺寸與鑄件完全相似的泡沫塑料模樣保留在鑄型內(nèi)鑄型,而不是傳統(tǒng)砂型的“空腔”鑄型。
2、使用無粘結(jié)劑的干砂,振動造型。3、澆注時,泡沫塑料模型在高溫液體金
屬作用下不斷氣化分解,產(chǎn)生金屬模樣的置換過程,而不象傳統(tǒng)“空腔”鑄造是一個液體金屬的充填過程.制作一個鑄件,就要“消失”掉一個泡沫塑料模型。
4、泡沫塑料模樣可以分片成形,也可人工制模,再進(jìn)行粘結(jié)組合。模樣形狀(即鑄件形狀)與結(jié)構(gòu)基本不受工藝限制。
5、鑄件落砂情理時,只需翻箱或倒出鑄件,鑄件就與砂自動分離,鑄件無飛邊毛刺,基本不需打磨,只雷對澆冒口和鑄件其它部位作簡單清理。三、消失模鑄造(EPC)工藝優(yōu)點
消失模鑄造(又稱實型鑄造)是將與鑄件尺寸形狀相似的泡沫模型粘結(jié)組合成模型簇,刷滁耐火涂層井烘干后,埋在干石英砂中經(jīng)過振實,在負(fù)壓作用下澆注成形的新型鑄造工藝。l、鑄件精度高
鑄件尺寸形狀精確,重復(fù)性好,表面光潔度高,具有精密鑄造的特點。2、產(chǎn)品質(zhì)量高
消失在模鑄造工藝屬精密鑄造技術(shù),鑄造尺寸精度和表面光潔度遠(yuǎn)高于砂型鑄造,模型不需分型開邊,鑄件無飛邊毛刺;由于負(fù)壓作用補(bǔ)縮能力強(qiáng),鑄件內(nèi)部組織致密,澆冒系統(tǒng)處理好可使鑄件無縮孔、縮松。3、工藝過程簡化,容易操作
無論多么復(fù)雜鑄件,均不必制芯、下芯可鑄出φ35mm小孔;培養(yǎng)一個高等級造型工至少5-10年,而培訓(xùn)一個EPC工藝成熟的操作人員只需三天;也即技術(shù)越發(fā)達(dá),操作越簡化。4、工藝穩(wěn)定,產(chǎn)品廢品率低
砂型鑄造從配砂到造型、下芯、合箱等工序,人為因素造成的質(zhì)量問題較多。EPC工藝不配砂、混砂、造型、修型,減少了許多人為因素,主要生產(chǎn)過程是按固定程序執(zhí)行。因此,廢品率低。加之負(fù)壓狀態(tài)下澆注有較強(qiáng)的補(bǔ)縮作用。消失模鑄造工藝可以使模型(EPC聚苯乙烯泡沫塑料模型)群體埋箱澆注,生產(chǎn)效率比砂型鑄造高4-5倍;落砂、清理工作量大大減少;不要配砂、混砂,不僅減少丁生產(chǎn)占地面積(面積可減少30%-50%),而且還大大減輕了工人體力勞動,勞動用工比砂型鑄造減少50%,制造成本比傳統(tǒng)精密鑄造降低40%-60%,同傳統(tǒng)砂型鑄造相當(dāng);采用消失模鑄造工藝,小至幾兩天大到幾十噸鑄件,從有色金屬鑄件到鑄鋼鋅鐵件均可生產(chǎn)。
四,消失模鑄造技術(shù)也不是萬能的,它有一定適用范圃,對于每個企業(yè)自己的產(chǎn)品,是否適當(dāng)采用EPC工藝,應(yīng)認(rèn)真考察。
消失模工藝樣解一、原料準(zhǔn)備EPS模樣的光潔平整直接影響鑄件的精度,為了得到光潔平整的發(fā)泡模樣,EPS珠粒粒度小一些為好,尤其對于壁厚3---4mm的薄壁模樣,為使模樣斷面上有三顆以上的預(yù)發(fā)珠粒,必須采用Φ0.3---Φ0.4mm的小珠粒.下表是國內(nèi)EPS珠粒規(guī)格:型號sè301A301302A302401402目數(shù)13--1415--1617--1819--2021--2223--24粒徑1.25--1.600.90--1.430.8--1.00.71--0.880.3--0.80.25--0.6性能密度1.03g/cm2假密度0.6g/cm2發(fā)泡劑6%--8%殘留單體小于0.1%50125--260.2--0.4含水量(體積分?jǐn)?shù))小于0.5%最大發(fā)泡倍率40%--60%二、EPS原料預(yù)發(fā)泡
消失模鑄造模樣所需珠粒量遠(yuǎn)比泡沫板材少,通常都采用間歇式蒸汽預(yù)發(fā)機(jī),蒸汽預(yù)發(fā)設(shè)備的關(guān)鍵是:1)蒸汽進(jìn)入不宜過于集中,壓力和流量不能過大,以免造成結(jié)塊,發(fā)泡不均勻甚至部分
珠粒過度預(yù)發(fā)破裂;2)因為珠粒直接與水蒸汽接觸,預(yù)發(fā)珠粒水分含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)10%左右,因此卸料后必須經(jīng)過干燥處理.
三、預(yù)發(fā)珠粒的熟化處理經(jīng)過預(yù)發(fā)泡的珠粒,由于驟冷造成泡孔中發(fā)泡劑和滲入蒸汽的冷凝,使泡孔內(nèi)形成真空,如果立即送去發(fā)炮成型,珠粒壓扁以后就不會再復(fù)原,模樣質(zhì)量很差,必須儲存一個時期,讓空氣滲入
泡孔中,使殘余的發(fā)泡劑重新擴(kuò)散,均勻分布,保持泡內(nèi)外壓力平衡,使珠粒富有彈性增加模樣成型時的膨脹能力和模樣成型后抵抗外力變形、收縮的能力,這個必不可少的過程叫熟化處理.熟化處理合格的珠粒是干燥而有彈性,同時內(nèi)含殘存發(fā)泡劑符合要求.最適合的熟化溫度是20--25oC.溫度過高,發(fā)泡劑的損失增大;溫度過低,減慢了空氣滲入和發(fā)泡劑擴(kuò)散的速度.預(yù)發(fā)泡的珠粒熟化倉最好采用金屬框架并接地,以減少EPS珠粒在運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的靜電,靜電是成型過程中充填模具的一大難題.下面是預(yù)發(fā)泡的珠粒熟化時間參考直表:
堆積密度/(kg/m3)最佳熟化時間/h最小熟化時間/h1548-72102024-4852510-302305-250.5403-200.4
四、發(fā)泡成型
發(fā)泡成型的目的在于將一次預(yù)發(fā)的松散珠粒填入一定形狀和尺寸的模具中,再次加熱進(jìn)行二次發(fā)泡,形成與模具形狀和尺寸一致的整體模樣.目前大片量生產(chǎn)均采用立式成型機(jī)其特點為:1)
模具拆卸和安裝方便;2)模具內(nèi)便于安放活塊;3)易于手工取模;4)占地面積小受到普遍運(yùn)用.發(fā)泡模具是決定模樣質(zhì)量最主要、最直接的要素.對模具的基本要求:1)模具的尺寸精度必須使制出的鑄件在圖樣要求的精度范圍內(nèi),型腔內(nèi)表面的粗糙度在Ra6.3μm以下;2)為使模樣加熱均勻、快速,模具導(dǎo)熱性應(yīng)好,模具型腔一般都做成薄殼隨形結(jié)構(gòu).
3)射料嘴設(shè)置應(yīng)保證進(jìn)料通暢,使預(yù)發(fā)珠粒能順利充滿模樣的所有部位.4)正確設(shè)置排氣閥位置和確定排氣面積的大小,使模樣緊實、加熱和冷卻均勻;5)模具與成型機(jī)的聯(lián)結(jié)可靠,安裝定位準(zhǔn)確;
6)模具應(yīng)有足夠強(qiáng)度和剛度,對水、蒸汽等介質(zhì)有良好的耐蝕性;7)模具制造和操作使用方便.
五、模樣的熟化處理
模樣從模具中取出時含質(zhì)量分?jǐn)?shù)的6%--8%水分,由于前期的水分和發(fā)泡劑的蒸發(fā),從模樣中逸出和后期的應(yīng)力松弛,引起模樣出型后尺寸隨時間而變化,模樣收縮量因預(yù)發(fā)珠粒的密度和存放期不同、制模時的蒸汽壓力、冷卻時是否采用真空、模樣的結(jié)構(gòu)特點、填充射料是否均勻、成型發(fā)泡蒸汽分布是否均勻而受影響.實際生產(chǎn)中,為了縮短模樣熟化處理時間,常將模樣置入50--70oC的烘干室中強(qiáng)制干燥5--6h,可以達(dá)到在室溫下自然熟化2天的效果.
六、模樣的分片及組鏃
較復(fù)雜的泡沫模樣若不能在一副模具內(nèi)成型,需要先將其進(jìn)行分
片處理,各片單獨(dú)用模具成型;然后用粘接方法,將分片泡沫模樣組合成整體泡沫
模樣.這樣可使復(fù)雜鑄件模樣生產(chǎn)變得簡單.對于小批量生產(chǎn),可采用手工粘接方式生產(chǎn),大批量生產(chǎn)則可采用自動粘合機(jī)來保證生產(chǎn)效率.
七、涂料的配置
消失模涂料的作用是:
1)提高泡沫模樣的強(qiáng)度和剛度,防止模樣在運(yùn)輸填砂振動時破壞或
變形;
2)澆注時,涂料層是液態(tài)金屬與干砂之間重要的隔離介質(zhì);3)涂料層能讓泡沫塑料的分解產(chǎn)物順利的排出.消失模材料的組成主要有:
1)耐火材料,耐火材料是涂料中的骨干材料,它決定了涂料的耐火度化學(xué)穩(wěn)定性和絕熱性能.
2)粘結(jié)劑,有機(jī)和無機(jī)粘結(jié)劑決定了涂料的強(qiáng)度和透氣性3)載體,消失模涂料主要有水基和醇基之分;4)懸浮劑,防止涂料中的固體耐火物質(zhì)沉淀
5)添加劑,添加劑是為了改善涂料的某些性能而添加的少量附加物.
八、涂料的刷掛
消失模涂料按一定比例配置完成后放在涂料攪拌機(jī)中攪拌均勻即可刷掛.涂料的涂敷方法一般有刷、浸、淋和噴四種,應(yīng)根據(jù)產(chǎn)量來選
擇適合的一種.涂料涂敷時應(yīng)注意以下幾點:
1)涂料應(yīng)處于連續(xù)攪拌狀態(tài)下,并控制涂料的溫度,使涂料層均勻.2)涂料攪拌時應(yīng)控制速度,防止卷氣.
3)涂敷時可單件涂敷,也可組成鏃后用定位架整體涂掛.
九、涂料干燥
涂料干燥應(yīng)在專門的烘干房中進(jìn)行.烘干房熱量可來自蒸汽鍋爐、電熱輻射、太陽能烘干房在建筑時應(yīng)注意以下幾點:1)面積與產(chǎn)量應(yīng)相符;
2)烘干房墻壁應(yīng)設(shè)置保溫層;
3)烘干房設(shè)置排汽口.涂料干燥溫度不得超過50oC,干燥時間應(yīng)根據(jù)泡沫模樣大小來定.對輻射式加熱干燥應(yīng)定時翻動模樣保證加熱均勻.直接利用太陽能干燥應(yīng)置于背風(fēng)但空曠的場地中
十、裝箱造型
1.原砂的化學(xué)成分:一般用質(zhì)量分?jǐn)?shù)90--95%SiO2.對于大型鑄件則應(yīng)考慮用特種砂做原砂.
石英砂
2.原砂的粒度和粒形:粒度一般采用20目,粒形用近圓形和多邊形.
3.原砂的含水量:應(yīng)小1%.
3.含泥量:應(yīng)小于1%--3%一般采用水洗砂.4.原砂的燒灼減量:小于0.1%為佳.5.砂溫:應(yīng)oC.
振實臺
振實臺振動模式:
一維振動、二維振動、三維振動,其中三維振動因精度
專用砂箱
高而被大量運(yùn)用.
振動參數(shù)的選擇:1)震動加速度:1--2個重力加速度;
埋箱造型
2)振幅和頻率:在頻率為50--60Hz時,振幅為0.5--1mm比較合適;3)振動時間:生產(chǎn)實踐表明,30--60s即可滿足要求.
專用砂箱有以下特點:
1)底部排氣式:結(jié)構(gòu)簡單,滿足一般生產(chǎn)要求;2)側(cè)面排氣式:可?滿足大部分生產(chǎn)要求;3)雙層砂箱:可滿足不同要求,應(yīng)用比較廣泛.埋箱造型泡沫塑料模樣放入砂箱前,必須在砂箱底部預(yù)先放入一些底砂,經(jīng)振動刮平,形成放置泡沫塑料模組的砂床;砂床厚度約100mm,在砂床上放置模組.按照工藝要求,邊填砂邊振動.由砂斗向砂箱內(nèi)加砂法應(yīng)用較多的有柔性管加砂法和雨淋式加砂和螺旋給料加砂三種1)柔性管加砂:用柔性管與砂斗相接,人工移動柔性管陸續(xù)向砂箱內(nèi)各部位加砂,可以靈活加砂,效果也很好,缺點是費(fèi)時,效率低,沖擊大而且加砂不均勻.2)雨淋式加砂:在砂斗底部裝有加料箱,抽去閘板.此種方式實用于單件大批量生產(chǎn).3)螺旋給料加砂:采用螺旋給料機(jī)把原砂從造型砂斗輸送到砂箱,加砂靈活,目前運(yùn)用較廣泛.
十一、抽真空、澆注
真空系統(tǒng)是由真空泵與真空砂箱和真空管道組成.作用是將3部分氣體強(qiáng)行抽走:1);占砂箱總?cè)莘e10%左右的砂粒間空隙氣體;2);泡沫塑料模樣在高溫金屬液的熱能作下分解氣化產(chǎn)生的
大量氣體;3)澆注瞬間由直澆口帶入模型內(nèi)的氣體,以及由于砂箱頂部密封不嚴(yán)進(jìn)入砂箱中的氣體.澆注工藝流程:
1)澆注速度:要求在整個澆注過程中應(yīng)始終保持澆注系統(tǒng)被金屬液充滿,澆注速度應(yīng)在生產(chǎn)過程中根據(jù)不同工作環(huán)境自己摸索一套方法;2)澆注溫度:比普通人工砂型鑄造金屬液溫度提高30--60oC.3)澆注方法:在澆注初期要慢,中期要快,后期要穩(wěn).4)澆注過程不可中斷,金屬液要隨時充滿澆口杯.
十二、落砂清理及砂處理系統(tǒng)
砂消失模鑄件的落砂有幾種辦法:1)對于單件小批、沒有采用流水線造型的工廠,最
簡單的辦法是用天車吊起砂箱傾倒;2)對于采用流水線生產(chǎn)方式
的鑄造廠,鑄件一般采用翻箱傾倒機(jī).消失模鑄件一般也要進(jìn)行拋丸清理,清理設(shè)備及方式與普通鑄造相同.砂處理系統(tǒng)比較簡單,系統(tǒng)的兩大任務(wù)是降溫、除塵.降溫設(shè)備:沸騰振動篩分機(jī)、冷卻滾筒除塵設(shè)備:除塵器、除塵管道
輸送設(shè)備:斗式提升機(jī)、皮帶輸送機(jī)、螺旋配砂器、氣力輸送單元其它設(shè)備:磁選機(jī)
生產(chǎn)情況及產(chǎn)品展示
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