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專注：消失模鑄造模具和EPS、EPP等泡沫包裝模具的生產(chǎn)
主要應(yīng)用于消失模鑄造模型的制作和泡沫包裝產(chǎn)品的生產(chǎn)
摘要：本文通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的工藝總結(jié)，詳細(xì)記錄飛輪殼的消失模鑄造工藝。采用消失模工藝生產(chǎn)飛輪殼，在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中遇到的技術(shù)問(wèn)題，本文分別從原材料的選擇、預(yù)發(fā)成型、涂料涂刷、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及埋箱澆注等幾個(gè)方面詳細(xì)闡述了整個(gè)生產(chǎn)工藝流程，并且分析了該鑄件鑄造缺陷，優(yōu)化工藝方案。
關(guān)鍵詞：消失模 飛輪殼 工藝流程 鑄造缺陷 貴州消失模模具廠
1、前言
近日我公司正在進(jìn)行遼寧客戶現(xiàn)場(chǎng)3000T消失模鑄造生產(chǎn)線的生產(chǎn)調(diào)試工作。該生產(chǎn)線主要生產(chǎn)飛輪殼、離合器殼等灰鐵類殼體鑄件。
消失模鑄造技術(shù)（EPC或LFC）是用泡沫塑料制作成與零件結(jié)構(gòu)和尺寸完全一樣的實(shí)型模樣，經(jīng)浸涂耐火粘結(jié)涂料，烘干后進(jìn)行干砂造型，振動(dòng)緊實(shí)，然后澆入金屬液使模樣受熱氣化消失，而得到與模樣形狀一致的金屬零件的鑄造方法。消失模鑄造是一種近無(wú)余量、精確成形的新技術(shù)，它不需要合箱取模，使用無(wú)粘結(jié)劑的干砂造型，減少了污染，被認(rèn)為是21世紀(jì)最可能實(shí)現(xiàn)綠色鑄造的工藝技術(shù)[1]?，F(xiàn)主要介紹飛輪殼的消失模鑄造工藝流程。2 鑄件結(jié)構(gòu)分析
飛輪殼是汽車上的重要部件，裝配精度高，要求加工精度高，且加工面較多，最大加工量在1~2mm。該鑄件單件重量約為20kg，輪廓尺寸為420*400*130mm。鑄件的壁厚不均勻，最薄處壁厚只有6mm。鑄件要求無(wú)砂眼、無(wú)氣孔且內(nèi)腔結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，注意防止鐵包砂的產(chǎn)生。
3 工藝流程
3.1 白區(qū)
（1）預(yù)發(fā)泡
珠粒預(yù)發(fā)是消失模鑄造的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因?yàn)槊芏鹊牟▌?dòng)會(huì)影響到模樣的收縮、強(qiáng)度及澆注產(chǎn)生缺陷等問(wèn)題。自動(dòng)電預(yù)發(fā)機(jī)，發(fā)泡原料為EPS料（龍王、H-S），預(yù)發(fā)后可獲得密度溫度的珠粒（25~27g/L），預(yù)發(fā)后熟化至少6h后使用。
（2）成型
使用單絲杠半自動(dòng)成型機(jī)，運(yùn)行平穩(wěn)。外界條件設(shè)定為：蒸汽壓0.4~0.6MPa，水壓0.3~0.4 MPa，氣壓0.6~0.8 MPa，手動(dòng)充料。（如圖2所示）具體操作過(guò)程如下：
1）首先打開蒸氣閥預(yù)熱模具，以減少成型時(shí)模具內(nèi)的冷凝水，預(yù)熱10s~15s后，關(guān)閉蒸汽閥，使用壓縮空氣吹干模具內(nèi)的水份，用壓縮空氣將珠粒吸入料槍內(nèi)充入模具內(nèi)腔；
2）啟動(dòng)半自動(dòng)成型機(jī)自動(dòng)按鈕，機(jī)器按程序設(shè)置參數(shù)進(jìn)行加熱、冷卻過(guò)程，直至成型機(jī)自動(dòng)脫模。
3）然后取下白模，白模在空氣中自然干燥4h~8h，待尺寸穩(wěn)定后放入烘干室。
（3）白模烘干
將采用重慶消失模模具廠開發(fā)的合格的白模放入烘干房?jī)?nèi)進(jìn)行烘干。烘干房采用瑞歐公司設(shè)計(jì)的蒸汽加熱為主、電加熱為輔的溫濕度自動(dòng)控制。烘干房溫度設(shè)置為50℃-55℃，濕度設(shè)置為16％以下。（烘干房溫度不可超過(guò)55℃，溫度過(guò)高，白模容易變形）白模放入烘干房?jī)?nèi)烘干24h左右，以稱量白模重量不變?yōu)闇?zhǔn)，方可進(jìn)入涂刷環(huán)節(jié)。
（4）粘接、組型
1）打磨模型外表飛邊毛刺，用紙膠帶、雙面膠、修補(bǔ)膏修補(bǔ)凹坑、破壞損壞等缺陷；粘接縫隙較大的用雙面膠封嚴(yán)。
2）粘模時(shí)內(nèi)澆道和白模結(jié)合處涂膠量不要過(guò)量，過(guò)量的膠水會(huì)使涂掛性能一般的涂料不易涂掛，導(dǎo)致該部位涂層厚度偏薄，澆注時(shí)鐵水沖破涂層將砂子帶入鐵水中，造成鑄件夾砂。因此，在涂熱膠時(shí)應(yīng)將溢出的多余膠用刀片刮除。
3）澆注系統(tǒng)設(shè)置
澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)鑄件質(zhì)量影響較大，如果設(shè)計(jì)不合理，鑄件會(huì)出現(xiàn)冷隔、皺皮、澆不足、氣孔、積炭等缺陷，澆注系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)及技術(shù)參數(shù)的正確選用，是消失模鑄造技術(shù)控制的重點(diǎn)。
澆注系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)原則：
① 鐵水進(jìn)入型腔應(yīng)平穩(wěn)流動(dòng)，并有一定的流動(dòng)和上升速度；
② 澆注系統(tǒng)應(yīng)有一定的排氣清渣和補(bǔ)縮作用；
③ 要結(jié)合鑄件的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和不同重量，來(lái)考慮澆注系統(tǒng)的合理位置，使鐵水進(jìn)入型腔流動(dòng)距離最短，彎度最少，這樣有助于金屬液流動(dòng)中減少熱量損失。
在分析飛輪殼體造型和澆注位置時(shí)，提出兩種方案進(jìn)行比較：平澆方案（見圖2)和立澆方案(見圖3）。
平澆方案可保證環(huán)形法蘭不變形，但很難保證飛輪殼底部充填，下腔體采用預(yù)置砂工藝。立澆方案有利于干砂充填，但最大的問(wèn)題是上面環(huán)形的變形?？紤]到此件預(yù)填樹脂砂操作相對(duì)簡(jiǎn)便，故平澆方案優(yōu)于立澆方案。
按水力學(xué)計(jì)算公式計(jì)算。水力學(xué)計(jì)算公式如下：
式中 ∑F內(nèi)—內(nèi)澆道總的截面積，單位cm2 ；
G—流經(jīng)內(nèi)澆道的金屬液的總重量，單位kg，包括鑄件重和澆注系統(tǒng)重；
μ—流量系數(shù)，其值可在參考書目查詢，修正值也需查詢，一般取0.30~0.40；
Hp—壓頭高度，根據(jù)模型在砂型中的位置確定；
τ—充滿型腔的總時(shí)間，單位s，其值可按下式確定。
為保證金屬液不斷流和具有一定的充型速度，選用封閉式澆注系統(tǒng)，底注式澆注方式，各澆道的比例選為：∑F內(nèi)：∑F橫：∑F直=1：1.2：1.4。
現(xiàn)根據(jù)理論法計(jì)算澆注系統(tǒng)各澆道的截面積，澆道具體尺寸形狀根據(jù)普通砂型鑄造選取。根據(jù)鑄件的形狀，設(shè)計(jì)三個(gè)內(nèi)澆道，由水力學(xué)計(jì)算公式式中：G=20kg, μ=0.35, Hp=600mm。消失模鑄造中澆注系統(tǒng)一般通過(guò)手工切割苯板獲得，考慮到切割方便以及與其他鑄造類型相比，消失模鑄造冷卻速度更快，澆注系統(tǒng)一般要大些。參考計(jì)算結(jié)果以及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，內(nèi)澆道橫截面尺寸為6×30mm，直澆道為40×40mm。
3.2 黃區(qū)
涂料作為消失模鑄造的關(guān)鍵技術(shù)之一，對(duì)消失模鑄造工藝的成功與否起著至關(guān)重要的作用，是獲得健全鑄件必不可少的一個(gè)重要的工藝環(huán)節(jié)，消失模鑄造工藝對(duì)涂料的選擇及涂掛工藝要求尤為重要?；诣T鐵消失模用涂料必須具有良好的透氣性，觸變性及保溫性等。
泡沫模樣表面刷涂料，目的是防止粘砂，降低鑄件表面粗糙度；同時(shí)，模樣刷涂烘干后強(qiáng)度大幅度提高，可有效防止鑄件變形（已刷涂烘干的泡沫模樣見圖2c）。涂料應(yīng)具有良好的透氣性，合適的強(qiáng)度和耐火度。
（1）涂料按照規(guī)定配比進(jìn)行攪拌。涂刷采用浸涂方式，因此攪拌30min，波美度達(dá)到1.6左右即可。
（2）對(duì)組好的白模分2次進(jìn)行涂刷，以便每層涂料徹底干透。烘干房溫度設(shè)置在50℃，濕度設(shè)置為16％以下。上午涂刷一遍，當(dāng)日下午涂刷第二遍，第二遍對(duì)露白處進(jìn)行補(bǔ)涂，澆口及進(jìn)水口處加厚涂刷。兩遍后白模涂料厚度達(dá)到1.5mm，澆口及進(jìn)水口處達(dá)到2~3mm。
（3）白模浸涂后，需放置在臨時(shí)架子上靜置幾分鐘并翻轉(zhuǎn)再靜置待表面涂料均勻后，再調(diào)整放置烘干架子上放入烘干房?jī)?nèi)進(jìn)行烘干，防止白模有涂料堆積。白模放入烘干房?jī)?nèi)如圖5所示。
3.3 黑區(qū)
該鑄件在瑞歐消失模鑄造設(shè)備有限公司為遼寧北票市興隆鑄鋼有限公司設(shè)計(jì)制造的流水線上進(jìn)行生產(chǎn)。該流水線為柔性線生產(chǎn)模式，機(jī)械化水平和自動(dòng)化程度較高，生產(chǎn)線的運(yùn)轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)每個(gè)節(jié)拍8min，且故障率極低。
（1）埋箱造型
在國(guó)內(nèi)率先采用了由脈動(dòng)沖擊振動(dòng)臺(tái)。我們對(duì)利用脈動(dòng)沖擊振動(dòng)臺(tái)生產(chǎn)飛輪殼鑄件的生產(chǎn)工藝進(jìn)行了探索，基本情況為：分兩次振動(dòng)，第一次將型砂均勻填到與零件平齊振動(dòng)40S；二次放砂后振動(dòng)20S。經(jīng)過(guò)大量的測(cè)試，通過(guò)該振動(dòng)臺(tái)1min的振動(dòng)緊實(shí)，20~40#的型砂緊實(shí)密度可以達(dá)到1.70g/cm3以上，能夠滿足該鑄件的生產(chǎn)要求。
澆口應(yīng)高出砂面一定距離，防止?jié)沧r(shí)鐵水將周圍沙子卷入引起缺陷，同時(shí)面砂也應(yīng)有一定的厚度，以防澆注時(shí)燙壞塑料薄膜。集渣冒口注意扎眼以增加排氣效果。
為滿足廠家生產(chǎn)要求，一箱澆4簇，近300kg，每小時(shí)8箱。
埋箱造型時(shí)特別注意澆口處的處理，對(duì)于澆注時(shí)負(fù)壓的保持及防沖砂有很大的關(guān)系。直澆道上套陶瓷環(huán)，安裝陶瓷澆口杯為最優(yōu)方案。
（3）鐵液澆注
鐵水澆注前做好除渣工作，澆注溫度一般在1420℃-1460℃左右。澆注前將負(fù)壓系統(tǒng)打開，負(fù)壓度控制在0.04~0.05。因一次澆包澆注4箱，16個(gè)澆注口，澆注口較多，如一次澆注時(shí)負(fù)壓太小，注意調(diào)節(jié)控制各箱負(fù)壓度。鐵水包鐵水澆完后，將所有砂箱蝶閥全部打開，負(fù)壓調(diào)至0.02~0.03保壓15分鐘。
澆注時(shí)，注意澆注速度控制，一般節(jié)奏：慢—快—慢。在鐵水不反噴的情況下，盡量加快澆注速度，盡量控制在控制在20秒內(nèi)。
4 規(guī)范澆注工藝
消失模鑄造的整套工藝流程較其他普通鑄造方式流程多，各個(gè)環(huán)節(jié)可謂環(huán)環(huán)相扣，哪一個(gè)環(huán)節(jié)稍有紕漏，鑄件澆注就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。因此必須規(guī)范澆注工藝，嚴(yán)格控制各個(gè)環(huán)節(jié)。
4.1 規(guī)范澆注溫度
鐵水澆注溫度控制在1420～1 460℃，合理的澆注溫度要靠經(jīng)驗(yàn)積累，堅(jiān)持多測(cè)溫，對(duì)比分析鑄件外觀情況，掌握溫度下限不產(chǎn)生冷隔，溫度上限不造成化學(xué)粘砂，逐步確定合理的溫度區(qū)間。
4.2 規(guī)范澆注速度
提高澆注速度；快速澆注是消失模工藝的特點(diǎn)，澆注時(shí)往往能聽到吸氣聲，聲音越大越要快澆。最好讓澆口杯和直澆道封閉，澆注時(shí)澆杯內(nèi)始終存有鐵水不斷流?？焖贊沧p小了下層鑄件澆口位置的過(guò)熱時(shí)間，縮小了上、下層鑄件溫度差有利于防止粘砂和冷隔缺陷。飛輪殼消失模澆注速度一般控制在20s之內(nèi)，為了快速澆注，在工藝措施上澆口杯盡可能做大些，以方便澆注，內(nèi)澆口要做成開放分散式，以實(shí)現(xiàn)平穩(wěn)快速充型。
4.3 規(guī)范其他操作細(xì)節(jié)
粘砂是金屬液滲入到涂層和型砂中形成的機(jī)械混合物，由于工人首次使用消失模技術(shù)做此鑄件，故粘砂現(xiàn)象出現(xiàn)較多，原因一般是多方面的：
（1）由于涂料的流淌，邊角部位涂層過(guò)于薄，涂層太薄不足以抵抗金屬液的浸蝕和沖刷而形成機(jī)械粘砂；
（2）造型時(shí)型砂的緊實(shí)度不足，填充不滿，金屬液沖破涂層而機(jī)械粘砂；
（3）預(yù)填樹脂砂部位未插鋼釘固定，致使預(yù)填砂在震動(dòng)造型過(guò)程中脫落，亦產(chǎn)生機(jī)械粘砂。
（4）涂層干燥不透強(qiáng)度低、發(fā)氣量大，被金屬液沖蝕而粘砂；
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的多次試澆注，確定的上述工藝流程基本滿足澆注出的合格的鑄件產(chǎn)品，且能保證較高的成品率。
5結(jié)論
通過(guò)對(duì)制定的工藝流程嚴(yán)格的執(zhí)行，包括對(duì)消失模模具和白模的嚴(yán)格控制，可以獲得合格的鑄件，并且能夠獲得較為令人滿意的鑄件出品率和成品率。
重慶凹道模具有限公司專業(yè)從事消失模模具開發(fā)，同時(shí)提供消失模鑄造技術(shù)服務(wù)，歡迎來(lái)電咨詢。
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