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消失模工艺工业应用及解决缺陷问题研究

来源:未知 佚名 2019-09-18 浏览
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  消失模工艺在国外已经得到广泛应用,近些年,国内许多企业开始投入消失模设备进行生产,并且得到推广应用的趋势很明显,通过同行们的努力,消失模工艺一定会给工业带来更大的效益,于此同时,我们也要注意消失模方法不是万能的,应该有选择地投入生产,避免浪费。

  消失模铸造工艺适合应用于下列情况:① 大批量生产的零件② 复杂零件(使用2个以上砂芯,尤其是复杂内腔的铸件,如缸体、缸盖),当然复杂件更有利,但相应带来技术上的难度也较大。③可将分开制造的零件组合起来,成为一个整体零件进行生产。

  消失模铸造不适于生产一些压力容器,因为无法避免它会产生一些缩松缺陷,对压力容器是不适合的。

  1 消失模工艺在工业中的应用

安徽索立德铸业   中大型工艺品采用消失模铸造具有独特的优越性[1]。由于消失模铸造的优点,艺术品铸造更多采用这种方法生产,如李伟等研究了铜钟的消失模铸造生产。

  李伟还研究了采用消失模工艺铸造耐热铸铁沸腾燃烧炉风帽[2]。RTSi-5。5耐热铸铁采用中频感应炉熔炼,铸造工艺为多个铸件排成长列,每只砂箱埋二层铸型,生产效率高;采用浇注系统补缩,补缩效果好;铸件表面质量明显改善。

  消失模铸造也适合来生产一些大型铸件,如王彬等研究了采用树脂砂-消失模工艺生产大型铸件的可行性[3]。

安徽索立德铸业   戴斌煜等采用消失模铸造工艺制备Gr/Al复合材料,对该复合材料进行了磨损性能试验 [4] 。结果表明,该工艺所制得的复合材料中石墨分布均匀、界面结合较紧密。而且证明消失 模铸造方法在制备复合材料方面工艺及设备简单,操作方便。可以看出消失模铸造在复合材料的生产上也具有一定的生产前景。

  张帆等研究了消失模工艺技术在刮板运输机铸造槽帮上的应用,生产取得了较好的效果同原有砂型铸造相比具有如下优点[5]:

  (1)铸件表面平整光滑。

  (2)铸件出现的夹渣、夹砂等缺陷明显减少。

  (3)铸件尺寸得到严格保证,变形小,槽帮原来很多加工尺寸改为不加工,使槽帮成本得以降低,经济效益显著。

  (4)劳动强度降低,施工环境得以改善,社会效益突出。 肖长浩等进行了消失模工艺在矿车铸件生产中的实践[6]。通过消失模铸件的生产实践,解决了普通铸造相对复杂,产品机械加工余量以及劳动强度大的问题,特别是缓冲座节省了70%的机械加工量,提高了生产效率。在消失模铸件的生产中我们还将其应用到了铸铁件、墨铸铁铸件以及高锰钢件的生产,均取得了较好的效果,相信通过进一步改进和完善工艺,消失模铸造在矿山配件的生产中有着广阔的前景。

  2 消失模应用时产生缺陷及解决措施

  2.1 消失模工艺生产铸钢件工艺原则[7] 为了使泡沫模样不留痕迹地消失,防止铸钢件缺陷发生,须遵循如下原则:①创造高温无氧条件,使模样以气化的方式消失,而不是以燃烧的方式消失,这是防止局部增碳的基本原则。②平衡钢液的给进速度和泡沫模样的气化速度,提高钢液温度,降低表面张力,是防止发生皮下气孔的基本原则。③负压场有方向性和缺陷导向作用,砂箱内全部负压丧失时,会发生塌箱;局部丧失时,会发生砂块位移和型腔内进砂。防止白色缺陷发生的措施是“箱外组合硬连接”。

  2。2 控制消失模铸件变形的工艺技术措施[8] nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">2。2。1 发泡剂 EPS 原料发泡剂含量应在6。0%~6。5%之间,最少不低于5。5%。珠粒应光洁,粒度均匀。

  nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">2。2。2 模样制作

安徽索立德铸业   ①预发泡时,在蒸汽压力达到0.04MPa后,排净管道内和蒸汽预发泡机中的水分。如果进入蒸汽预发泡机中的加热蒸汽夹带的水分较多,或加热蒸汽冷凝水不能及时排出,在二次发泡压型时EPS颗粒含水量高,在干燥(即熟化)时间短或熟化温度偏低(<20~25℃)时,珠粒易结成小块或团状。这时制作的模样极易变形。

  ②预发珠粒熟化时间一般应为10~12h,预发珠粒熟化时间控制不严,模样尺寸变形很难控制。

  ③对于壁厚为3.5~4mm的管件,预发珠粒的密度应控制在26g/cm3左右。

  ④制模前应检查模具排汽塞是否畅通,充料气压是否达到0.05MPa以上,否则将影响充料的饱满程度而形成局部珠粒网纹,降低模样的强度,使模样在熟化时和在后续工序产生变形。

  ⑤制模时使用较高的蒸汽压力可减少模样熟化的收缩量。

  ⑥控制压型时模样成型后的冷却程度,取模前要使模样充分冷却至80℃以下,二次发泡终止,以得到尺寸稳定性较好的模样,防止取模时模样变形。

  ⑦取模后的模样应在50~60 ℃下干燥3~8h以保证熟化。

  nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">2.2.3 粘结和组模工序

  ①粘结剂的质量直接影响粘模的质量。粘结前,模样分模面打磨要平整垂直。粘结时用力轻而均匀。

安徽索立德铸业   ②对结构不紧凑、刚性低的( 薄壁) 铸件,组模时可加设工艺支撑,以提高模型的刚性。

  ③上涂料时,选择合适部位使模样内外同时浸入涂料中。

  ④涂层厚度适当。涂料层能增强模样的表面强度,可防止搬运、造型过程中模样变形。⑤烘干时放置合理,防止模样受力不匀而产生变形。

  nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">2。2。4 填砂造型工序

  ①直浇道与铸件之间、模样簇间距离不能太近,一般为90~120mm,这是防止模样局部受热不均的基本条件。

  ②型砂温度控制在50℃以下,防止模样在填砂造型作业中局部变形;③合理的埋型位置,将模型的大平面处于垂直或倾斜浇注位置。

安徽索立德铸业   ④填砂时模样内外填层高度要均匀一致。

  ⑤合理选择振动工艺参数,要使干砂充满模样各个部位,防止干砂局部紧实不良,震动过分将造成模样变形。

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

  ①浇注时保持平稳、快速、连续充填铁液,防止充型过程中铁液流股时大时小、闪流、断流现象。

  ②负压是消失模铸造最重要最基本的因素。浇注过程中负压应≥0.02 MPa;原始真空度可以稍高一点(>0.035~0.05MPa)。

  ③停泵释放真空,使铸件处于自由收缩状态,以减少铸造应力。停泵太早,铸件表面还没有完全凝固,结壳层强度低,容易造成铸件变形,影响铸件的尺寸精度;停泵太晚,由于真空实型铸型的强度比普通砂型高,铸件收缩容易产生热裂。这就要求根据铸件结构、浇注温度、铸件大小及壁厚来选择。原则上一般5min左右( 以壁厚大小而定) ,壁厚>20mm,重量在100kg以上,浇注后5min停泵;100kg以下的铸件,浇注结束后即可停泵释放真空。对100kg以上的厚壁(>30 mm) 铸件可适当延长负压时间,以加快其冷却速度;而薄壁的管件类,浇注结束即可停泵释放真空。

  如果针对的是大型铸件的变形问题,还应就以下方面注意[9]:

  (1)体密度应一致(成型+组模),密度控制在18~22kg/m3之间。

  (2)涂料刷涂后,干燥前应用校平平台校平。

  (3)必要时可增加工装(正式生产后现用加工工装)。

  (4)采用合理的埋箱工艺及砂箱负压结构。

  (5)控制打箱时间。

  2。3 冲砂 冲砂是消失模铸造中常见的缺陷原因,下面就各个部分冲砂防止措施一一说明[10]:

  (1) 防止直浇道与浇口杯连接处冲砂的措施是:

  ①使密封塑料膜远离高温源;

  ②使用加高温粘结剂的耐火泥封浇口杯与直浇道的接口处;

安徽索立德铸业   ③直浇道与浇口杯制成一体。

  (2) 防止直浇道底部冲砂的措施是:

  ①垫耐火砖;②四周封耐火泥。 (3) 防止直、横浇道冲砂的措施是: ①加厚横、直浇道的涂层;②刷水玻璃撒细砂,以增加耐火、耐冲击能力。

安徽索立德铸业   (4) 防止内浇道与横浇道搭接处冲砂的措施是: ①用耐火泥密封;②刷稠的快干涂料,湿时埋箱,提前3~5min抽真空以使其干燥。

  2.4 控制气孔缺陷的考虑因素[11] 控制气孔需要控制适宜的浇注温度和合理的浇注位置,下面主要从合理的浇注速度和负压度方面论述:

  (1)直浇道制成中空可以防止喷溅以及防止初浇时反溅发生。先用小流金属液点通直浇道再大流快速充满浇口杯封闭直浇道,保持真空度,直到浇口杯金属液不再下沉时为止。

安徽索立德铸业   (2)消失模工艺适宜的浇注系统形式是封闭式,对阻止气孔产生有较好的效果。浇注时金属液一直充满浇口杯,不外溢、飞溅破坏。封闭薄膜,保证均衡负压场,使型砂的紧实度大于型砂对铸型的剪力,不塌箱、溃型。

  (3)浇注过程中不许断流和闪流浇注过程中不允许断流、闪流发生,一旦直浇道裸露在空气中,在负压作用下空气进入型腔形成气孔缺陷,使铸件成为废品。

  (4)确定合理的真空度是排气、除渣的保证,也是防止粘砂的因素。

安徽索立德铸业   (5)制作容量适宜的浇口杯是承接金属液的必备工具,浇注时使金属液不产生涡流,具备挡渣功能,将金属液中杂质浮集到浇口杯液面上部,阻止杂质充型生成气孔。 消失模铸铁件碳缺陷的影响因素及预防措施[12-13] 2。5 防止碳缺陷(皱皮)的对策及实践

  nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">2.5.1 选择较高的浇注温度 在不产生夹砂和粘砂的前提下,尽可能提高浇注温度,使白模更多地气化排出,消失模铸件浇温一般在粘土砂工艺上加40~80℃,箱体类一般要高于1420℃。

  nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">2。5。2 较高的涂料和型砂透气性 涂层透气性一般选择高于20cm/8mm,厚度一般在0。8mm效果较好。较高的透气性有利于分解气体排出,但过高的透气性对涂料的强度要求变高。选择合适的型砂粒度,反复使用的型砂要进行除尘处理,一般半年要更换一次新砂。要定期清理堵塞在砂箱网格上的胶糊状热解产物,否则也将会导致碳缺陷的形成。 提高铸型的透气性具体方法:

安徽索立德铸业   (1)提高型砂的透气性,选用粗砂(>20目)、控制粘结剂加入量、控制其水分不超过6%;

  (2)多扎气眼或多设出气冒口;

  (3)在铸型内设置若干外通气道;

  (4)选用合理的涂料。 nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">2.5.3 选择适宜的浇注系统 消失模铸件的浇注方式可选用底注、阶梯浇注、顶注。但必须确保金属液流平稳、迅速地充满铸型,并在确定浇注位置时必须充分考虑到铸件的形状。对于高度不大的小型铸件采用顶注,对于大面积或高大的铸件,尽量采用分散多内浇道或分层阶段地浇注,避免浇道过于集中,这样有利于金属液平稳、迅速地充满铸型,对改善铸件质量起到较好的作用。在选择消失模铸造冒口时,应尽可能考虑采用暗冒口。

  nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">2。5。4 设置集渣冒口

  nth="12" day="30" islunardate="False" isrocdate="False" w:st="on">2.5.5 适当改变零件形状或加工余量 对铸件较厚的多余部份尽量去除,这样可以减少碳缺陷形成的可能。对于局部确实不便于消除的轻微碳缺陷死角部位,可适当增加加工余量,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 在泡沫塑料表面喷涂加速气化的物质 在泡沫塑料模表面喷上一层比塑料气化迅速的硝化纤维素或其他涂料,不仅能够提高模样的表面质量,且有助于泡沫塑料的气化和阻止高温分解产物的形成。

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