消失模铸造工艺说明及发展

时间:2012-05-16 09:48 作者:落痕 点击:

 

消失模铸造(Expendable casting proces 简称EPC)是泡沫塑料模采用无黏结剂干砂结合,抽真空技术的实型铸造(简称FM)由于这种铸造方法投资少,成本少,铸造尺寸精度高和表面光洁,大大降低劳动强度和改进作业环境实现铸造车间清洁生产,近年来发展很快成为今日铸造的热点。

从总体上看,目前威尼斯游戏网站国消失模技术还处在较低的水平上在铸造复杂程度上以及质量水平方面。在技术程度性,商品化以及机械自动化程度等方面与先进工业国还有较大差距。先进工业化   已经成功的大批量生产了汽车的四缸体,缸盖等复杂铸件,生产率达180/小时。而威尼斯游戏网站国目前稳定投入生产的仅仅是一些排气管,壳体类等比较简单的铸件,生产率仅30/小时以下。所生产铸件的精度和表面粗糙度也有相当大的差距,但是消失模铸造这项新技术在威尼斯游戏网站国的发展前景是非常乐观的。

 1.1消失模铸造工艺分类

 1.用板材加工成形的气化消失模铸造

用板材加工成形的气化模铸造的主要特点是:

(1)模样不用模具成形,而是采用市售的泡沫板材,用数控加工机床分块制作,然后粘合而成。

(2)通常采用树脂砂或水玻璃砂作填砂,也有人采用干砂负压造型。

这种方法主要适用于中、大型铸件的单件、小批生产,如汽车覆盖件模具、机床床身的生产等。通常称这种方法为 Full Mould Casting,简称FMC法。

2.用模具发泡成形的消失模铸造

用模具发泡成形的消失模铸造的主要特点是,模样在模具中成形和采用负压干砂造型。它主要使用于中、小型铸件的大批生产,如汽车和拖拉机铸件,管接头,耐磨件的生产。通常称这种方法为Lost Foam Casting,简称LFC法。

1. 2消失模铸造的工艺流程

1.2.1 预发泡

模型生产是消失模铸造工艺的   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可能需要一套胎具,用于保持各分块的准确定位,模型的成型工艺分为两步,   步是将聚苯乙烯珠粒预发到适当密度,一般通过蒸汽快速加热来进行,此阶段称为预发泡。

1.2.2 模型成型

经过预发泡的珠粒要先进行稳定化处理,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,挤满所有空隙并且粘合成一体,这样就完成了泡沫模型的制造过程,此阶段称为蒸压成型。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,此时模型温度提高且强度较低,所以在脱模和储存期间   谨慎操作,防止变形及损坏。

1.2.3 模型簇组合

模型在使用之前,   存放适当时间使其熟化稳定,典型的模型存放周期多达30天,而对于用设计   的模具所成型的模型仅需存放2个小时,模型熟化稳定后,可对分块模型进行胶粘结合。分块模型胶合使用热熔胶在自动胶合机上进行。胶合面接缝处应密封牢固,以减少产生铸造缺陷的可能性。

1.2.4 模型簇浸涂

为了每箱浇注可生产   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3060℃的空气循环烘炉中干燥23个小时,干燥之后,将模型簇放入砂箱,填入干砂振动紧实,   使所有模型簇内部孔腔和外围的干砂都得到紧实和支撑。

1.2.5 浇注

模型簇在砂箱内通过干砂振动充填坚实后,铸型就可浇注,熔融金属浇入铸型后(浇注温度铸铝约在760℃,铸铁约1425℃,模型气化被金属所取代形成铸件。图1.1所示是消失模工艺的砂箱和浇注示意图。在消失模铸造工艺中,浇注速度比传统空型铸造   为关键。如果浇注过程中断,砂型就可能塌陷造成废品。因此为减少每次浇注的差别,   好使用自动浇注机。

1.1 消失模工艺的砂箱和浇注示意图

1.2.6 落砂清理

浇注之后,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。干砂冷却后可重新使用,很少使用其他附加工序,金属废料可在生产中重熔使用

1.3消失模铸造的主要特点

1.EPC是一种进无余量   成形的工艺。其特点是采用遇金属即消失的泡沫塑料做模样,既无分型又无分型芯。模样无起模斜度,铸件无飞边毛刺,还减小了由于型芯块组合而造成的尺寸误差。铸件尺寸精度和表面粗糙度可分别达到IT5—IT7Ra=6.3~12.5μm,接近熔模精密铸造水平。由于采用干砂,根除了由于水分,粘结剂和附加物带来的缺陷,铸造废品率显著下降,铸件质量显著提高。该工艺对工人的操作水平要求不高,对铸造行业很有吸引力。

2.容易实现清洁生产。低温下聚苯乙烯(EPS)对环境   无害,浇注时排出的有机物也少;EPS有机物排放量仅占浇注铁液质量的0.3%。而自硬砂为0.5%。同时生产有机排放物的时间短,地点集中,易于收集,可以采用负压抽吸式燃烧净化处理,燃烧产物净化后对环境无公海,旧砂回用率在95%以上。与传统铸造方法相比。EPC法的噪声,一氧化碳气体和硅石粉尘危害明显减小,工人劳动强度大大降低,劳动环境显著改善,容易实现机械化,自动化的清洁生产。

3.为主见结构设计提供了充分的自由度。原先要由多个零件加工组装的构件,采用EPC工艺后可以通过分片制模然后粘合的办法整体铸出,而且型芯可以省去,孔、洞可以直接铸出,这就大大节约了加工装配的费用,同时也可以减少加工装备的投资。一般说来,与传统铸造工艺相比,EPC技术设备投资可减少30%~50%,铸件成本可下降10%~30%

4.金属液的流动前沿是热解的消失模产物(气体和液体),它会与金属液发生反应并影响到金属液的充填。如果金属充型过程中热解产物不能顺利排除,就容易引起气孔、皱皮、增碳等缺陷。这就要求工艺师掌握消失模铸造成形原理,正确设计浇注系统,制定合理的工艺方案。

5.模具的制造成本较高,要求有   的生产批量,否则很难获得好的经济效益。

综上所述,消失模铸造符合当今铸造技术发展的总趋势,有着广阔的发展前景。其优越性不容质疑,但是它不是   的它 有特定的应用范围。具体的产品对象采用什么铸造工艺   合适,   经过技术上的可行性以及经济上的合理性的充分论证,切不可盲目从事。

1.4消失模铸造的应用范围

1.合金种类

几乎所有的铸铁、铸钢和非铁合金(即有色合金,如铝合金、镁合金、铜合金等)都可以采用EPC法生产。在威尼斯游戏网站国2001年生产的68,000t消失模铸件中,绝大部分是铸铁和铸钢件,铝合金铸件微乎其微,而美、德、日等工业发达   铝合金铸件却占主导地位。

由于消失模样热解产物会造成增碳、黑渣等缺陷,在铸造低碳钢铸件以及要求致密度   的汽车球铁保安件时,废品率还比较高,选用时应该特别慎重。

2.铸件大小和壁厚

EPC法一般都在流水线上组织批量生产,铸件的   大尺寸收模具和砂箱大小的限制,   适合的铸件质量通常从几公斤至几百公斤,如果采用专用砂箱,也可以铸造成吨的大件。如果单件、小批生产,则可以生产质量为几吨甚至几十吨的大件。

铸件的壁厚受泡沫塑料粒度大小的限制,一般要求   小壁厚的截面上至少有3颗粒度,因此铸件的   小壁厚应大于3mm

3.生产批量

由于模具的设计、制造周期长,成本高,因此要求铸件有   得生产批量,不然分摊到每个铸件上的费用将使铸件价格变得昂贵,难为用户所接受。通常要求EPC法的生产批量为数千件或者   多。批量较小或单个试制件的模样可以通过板材数控加工的办法分块制造粘合而成。

4.结构形状

EPC法对对铸件结构形状的适应性比其他方法都强,而且越是结构复杂,原来用砂型铸造时需要使用的砂芯越多、机加工量越大的铸件,采用消失模铸造技术的优越性就越突出,经济效益也越显著。

譬如,   Mercury Marie公司曾生产一种新型的三缸两冲程缸体铸件,包含缸盖和排气循环系统,原先是由13个零件组装而成,还用了12个密封垫和42个紧固螺钉。重新设计后,变成一个消失模铸件,有6个模片粘合而成,整体铸出,大大减少了加工工时和装配工作量。

EPC法可以大大扩展铸件形状结构范围,给设计师   大的自由度。

对于一些结构上有窄槽、夹层通道的铸件处理措施,不然容易产生夹砂等缺陷。

1.5 中国EPC技术的发展与特点

现阶段中国消失模铸造技术的发展有以下特点:

1.中国的EPC技术首先是由乡镇企业、中小型铸造配件厂带头开发的。但到前为止,威尼斯游戏网站国还没有一家企业可以与北美、欧洲的消失模铸造十大企业媲美。总体上看。威尼斯游戏网站国的消失模铸造厂规模小。产量低,经济效益尚未充分显现出来。主机制造厂(特别是汽车制造)采用这一新技术的厂家还太少。

2.目前威尼斯游戏网站国生产的EPC产品仅停留在中等难度以下的铸件,如磨球,炉蓖条,热处理框架等耐热、耐磨件,球铁管件,灰铸铁箱体件等,难度大的复杂铸件(如汽车缸体、缸盖)还不能批量生产出来。铸钢件、球铁件受碳缺陷和黑渣、气孔的困扰,废品率还比较高。EPC技术上还不够成熟,有许多技术难关有待攻克。

3.在每年68,000t消失模铸件总产量中,铝合金铸件产量不到2%(   的铝合金铸件产量将近50%),与铸件轻量化的发展趋势有较大差距。

4.某些规模较大的生产线,由于前期工艺论证不够,技术难关还没有攻破而迟迟不能投产,使巨额投资得不到即时回报;一些规模小的生产线,由于市场波动,产品对象不稳定,经济效益时好时坏。

从总体(总产量、经济、效益)上看,威尼斯游戏网站国消失模铸造技术还处于初级发展阶段(相当与AFS分析的技术革命期”),与   的水平有10~15年的差距,要达到世界先进水平,还要艰苦努力。

1.6 威尼斯游戏网站国消失模技术的发展方向

1.产品   对路,项目的前期工艺论证   。

2.脚踏实地地攻克消失模铸造技术的每一道难关。

3.围绕白区薄弱环节,加大研究开发力度。(“白区是一个多科学交叉领域,涉及模具的CAD/CAM,高分子发泡材料和成形发泡工艺以及相关的预发、成形、粘合设备等多个方面)

4.实现铸件的轻量化、   化。大力发展铝合金消失模铸造。

5.实现消失模铸造的清洁发展。

6.协同作战,发挥产学研结合的总体优势。

从新技术成长的规律看,威尼斯游戏网站过的消失模铸造技术还处于技术革新期,还需要有一个艰苦的技术积累过程,需要付出艰辛的劳动,针对一个一个具体产品对象攻克难关,不可能坐享其成或操之过急。

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