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專(zhuān)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：近幾年，消失模鑄造工藝有了較快發(fā)展，應(yīng)用范圍日漸廣泛。該方法不用起模、修型、下芯、合箱，造型時(shí)采用無(wú)粘結(jié)劑的干砂填充塑料泡沫模樣，在負(fù)壓條件下實(shí)型澆注。它很大程度上簡(jiǎn)化了操作工序，提高生產(chǎn)效率;鑄件質(zhì)量好、工藝出品率高;既改善作業(yè)環(huán)境，又減輕勞動(dòng)強(qiáng)度。消失模工藝的眾多優(yōu)點(diǎn)，決定了它在鑄件成型及特殊應(yīng)用方面具有很大潛力。比如，高錳鋼件利用鑄造余進(jìn)行熱水韌處理;消失模工藝解決壁薄耐磨、耐熱鑄件裂紋缺陷等。筆者在近幾年的消失模生產(chǎn)實(shí)踐中，積累了一些了經(jīng)驗(yàn)。本文結(jié)合消失模鑄造的特點(diǎn)，簡(jiǎn)述該工藝幾方面的特殊應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：消失模鑄造 實(shí)型鑄造 水韌處理 裂紋缺陷 四川消失模模具廠
The Critical Application of lost foam casting process
in Foundry
LI Zengmin1 JIA Guofang2 TAN Jianbo1 LI Lixin1
(1.Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018, Hebei;2 Handan Xinxing Heavy Machinery Co., Ltd，Handan 056017 Hebei)
Abstract：Over the years，the lost foam casting process has been developing rapidly，its range of application is be expaned day by day. There are not the operations, as pattern drawing, mould mending, core setting, mould closing in the process. The dry sand without any binder is used for fulling the foam pattern when mouling. The pouring of molten metal is made under vacuum. The working operation of foundery practice is simplified greatly, by which the production efficiency is raised, the cast product quality is improved, the yield of casting is high, Not only the operating environment is improved, and the labor intensity is reduced. The numerous advantages of lost foam casting process decides that it has a large potential on casting forming and some critical application, as hot remained water toughening of high mangaanese steel casting, solving the crack defects on thinwall, wear resistant, heat resistant castings by lost foam casting process, and so on. Writers accumulated some experience on the production in lost foam casting process over the years. The critical applications of lost foam casting process were introduced briefly combined with the features of it.
Key Words：lost foam casting process, full mould casting, water toughening treatment, crack defects
1 高錳鋼件利用鑄造余熱水韌處理
鑄態(tài)高錳鋼必須進(jìn)行水韌處理才能達(dá)到應(yīng)用要求的性能。由于鑄造時(shí)冷速較快，得到的組織是奧氏體和碳化物，碳化物的存在顯著降低了高錳鋼的強(qiáng)度和韌性。水韌處理就是把高錳鋼鑄件重新加熱到1100℃左右(也就是A3線以上的奧氏體區(qū)域)，保溫一定時(shí)間，使碳化物全部溶解到奧氏體中，之后快速將鑄件浸入到水中快速冷卻，迫使碳化物無(wú)法析出，從而得到單一的奧氏體組織，使高錳鋼具備高的韌性。
水韌處理具有嚴(yán)格的工藝規(guī)范，保溫時(shí)間是根據(jù)鑄件的壁厚按每25mm保溫1h進(jìn)行推算，鑄件入水前的溫度應(yīng)大于950℃，從保溫到入水在時(shí)間上不應(yīng)超過(guò)1min，否則因溫降過(guò)大鑄件溫度不能得到保證，要求水的溫度不超過(guò)40℃。用傳統(tǒng)鑄造方法生產(chǎn)高錳鋼，由于落砂清理困難，鑄件需要在常溫環(huán)境進(jìn)行清砂作業(yè)，水韌處理只能采取將鑄件集中裝爐重新加熱保溫的方法，耗費(fèi)大量燃料和人工。
消失模鑄造采用干砂埋模，用微振、負(fù)壓物理手段緊實(shí)鑄型，澆注后釋放真空，鑄件相當(dāng)于置身在松散的干砂中冷卻。該工藝具有非常優(yōu)越的落砂性，翻轉(zhuǎn)砂箱或直接從干砂中撥出鑄件，砂子自己散落，鑄件表面只剩下薄薄的涂料層，這為鑄件的快速入水處理創(chuàng)造了便利條件。我們先后用該法大量生產(chǎn)球磨機(jī)襯板、潤(rùn)磨機(jī)篩板、破碎機(jī)錘頭等高錳鋼件，水韌效果良好。根據(jù)不同鑄件的成份、壁厚、重量等情況，靠經(jīng)驗(yàn)掌握合適的落砂時(shí)間，以控制鑄件入水前的溫度。通過(guò)對(duì)水韌處理后的鑄件進(jìn)行金相、強(qiáng)度、硬度等指標(biāo)的檢驗(yàn)，組織中很難看到滲碳體，抗拉強(qiáng)度σb≥600MPa，延伸率δ≥20%，硬度HBS≤300。
小結(jié)：采用消失模模具成型后的鑄造工藝生產(chǎn)高錳鋼鑄件，利用澆鑄余熱進(jìn)行水韌處理方便、靈活、安全可靠，力學(xué)性能完全符合耐磨高錳鋼要求。經(jīng)測(cè)算，該方法比傳統(tǒng)水韌處理每噸鑄件節(jié)省燃動(dòng)費(fèi)和人工費(fèi)近600元，并大幅度縮短工期，效益可觀。
2 解決壁薄耐磨、耐熱鑄件裂紋缺陷
旋風(fēng)子是多管除塵設(shè)備上的主要抗磨鑄件，結(jié)構(gòu)為管狀，其內(nèi)徑為Φ230mm，長(zhǎng)度為950mm，壁厚為12mm。材質(zhì)為抗磨鑄鐵(KMTCr26)，其特點(diǎn)是韌性差、收縮率大、易冷裂。起初采用CO2水玻璃砂造型，對(duì)開(kāi)模樣分型、水平澆注，鑄件裂紋率高達(dá)40%。另有冶金回轉(zhuǎn)窯鑄件，包括推頭(ZG30Cr24Ni7SiN)、窯頭護(hù)鐵、窯尾護(hù)鐵(ZG30Cr26Ni20)等，這些鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，輪廓尺寸約為1600mm×600mm×800mm，平均壁厚為20mm，材質(zhì)均屬高鉻、鎳耐熱合金鋼，熱裂傾向很大。原工藝采用樹(shù)脂砂組芯造型，鑄件裂紋率高達(dá)100%。
上述鑄件在采用砂型鑄造時(shí)，存在的共同問(wèn)題是極易出現(xiàn)裂紋缺陷，旋風(fēng)子鑄件裂紋嚴(yán)重時(shí)沿軸向貫通裂斷。即使裂紋較小，因該材質(zhì)無(wú)法進(jìn)行焊補(bǔ)而只能報(bào)廢。推頭、護(hù)鐵鑄件大都在筋壁交接處產(chǎn)生裂紋，裂紋嚴(yán)重時(shí)寬度達(dá)10mm，長(zhǎng)度400mm，廢品率高達(dá)到30%。裂紋小的鑄件焊補(bǔ)后勉強(qiáng)可以發(fā)貨，但耐熱鋼鑄件工況溫度≥800℃，工作中在很短時(shí)間內(nèi)又會(huì)引發(fā)裂紋，甚至斷開(kāi)。
為了解決上述鑄件的裂紋問(wèn)題，在砂型鑄造工藝條件下，進(jìn)行了如下工藝改進(jìn)：使用石灰石70#砂制芯;芯子內(nèi)放草繩;提前松箱、早落砂;筋壁交接處插鐵釘(內(nèi)冷鐵)等措施，但均未收到良好的效果。去年年初，均定采用四川消失模模具和鑄造工藝生產(chǎn)這類(lèi)鑄件，裂紋問(wèn)題得到有效地解決。生產(chǎn)中主要控制好真空度的釋放時(shí)間，待鑄件表面凝固到一定程度不會(huì)漲箱時(shí)就釋放真空，讓鑄件在干砂中自由收縮，最大限度地減小鑄造應(yīng)力。旋風(fēng)子屬于薄壁高鉻鑄鐵件，需要控制好鑄型充滿后馬上釋放真空;推頭、護(hù)鐵等壁薄耐熱鋼鑄件，澆注完畢后1～2min停泵釋放真空。上述措施都收到良好的效果：旋風(fēng)子鑄件裂紋缺陷全部被杜絕;推頭、護(hù)鐵鑄件的裂紋率降至10%，之后將鋼水碳含量控制在標(biāo)準(zhǔn)的下限，裂紋缺陷得到徹底解決。
小結(jié)：消失模鑄造使用干砂埋模，去除負(fù)壓后鑄型具有很好的退讓性，是其他使用粘結(jié)劑硬化的型砂鑄造不可比擬的，這為解決高合金薄壁件的裂紋缺陷，提供了很有效的解決辦法。
3 砂型鑄造中部分采用實(shí)型模樣，簡(jiǎn)化大型鑄件生產(chǎn)難度
底座、工作臺(tái)、立柱、橫梁是8m立式車(chē)床的主要零部件，橫梁的材質(zhì)為HT250，其余均為HT200。灰口鑄鐵具有優(yōu)良的減震性和耐磨性，廣泛應(yīng)用于大型加工設(shè)備的機(jī)體。底座、工作臺(tái)的輪廓尺寸為DN8m×0.8m，平均壁厚為30mm~50mm;橫梁輪廓尺寸為9.5m×1.2m×0.8m，主要壁厚為30mm;立柱輪廓尺寸為9m×5m×0.5m，主要壁厚為30mm。以上鑄件單重均在12t以上，均屬大型非標(biāo)鑄件，生產(chǎn)性質(zhì)往往是單件小批。
上述鑄件體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，鑄造生產(chǎn)具有很大的難度。如果采用實(shí)型鑄造，由于許多部位不便于填充型砂，加上在組模、刷涂、烘干及埋型時(shí)都容易造成模樣變形，澆鑄很難保證成功。對(duì)于傳統(tǒng)的砂型鑄造，圍繞如何制作型腔，必然要考慮多分型、多開(kāi)箱、多設(shè)計(jì)砂芯;需要制作大量的工裝、木模、芯盒;造型、下芯、合箱都很麻煩，工作量大、生產(chǎn)周期長(zhǎng)。對(duì)于類(lèi)似的大型鑄件本公司采用以砂型鑄造為主，利用白模實(shí)型方便、靈活的優(yōu)點(diǎn)，將二者結(jié)合起來(lái)，較大程度地簡(jiǎn)化了鑄造工藝，取得良好的效果。
將大型鑄件上的局部復(fù)雜結(jié)構(gòu)劃分出來(lái)單獨(dú)制作實(shí)型白模，造型時(shí)作為活塊預(yù)埋到主體木模的周?chē)梢詫?shí)現(xiàn)少分箱、少下芯的目的，從而簡(jiǎn)化了傳統(tǒng)鑄造工藝。鑄件上局部是否選擇實(shí)型模樣，要針對(duì)不同鑄件結(jié)構(gòu)進(jìn)行具體分析。只要方便填砂和定位，局部預(yù)埋實(shí)型模樣活塊不但不會(huì)對(duì)鑄件質(zhì)量造成影響，而且能夠較大程度地簡(jiǎn)化造型操作，此時(shí)就可考慮局部預(yù)埋實(shí)型模樣。鑄件上的筋板、局部凸起等結(jié)構(gòu)，甚至一個(gè)其他局部結(jié)構(gòu)，均可以考慮采用預(yù)埋實(shí)型模樣活塊。該方法要求最好選擇不需烘干的自硬砂，實(shí)型模樣要預(yù)先涂刷抗粘砂涂料。
小結(jié)：對(duì)于單件小批的大型鑄件，生產(chǎn)以砂型鑄造為主，局部采用實(shí)型模樣，能夠?qū)崿F(xiàn)少開(kāi)箱、少下芯，較大程度簡(jiǎn)化造型的難度;可以縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本;并可減少錯(cuò)箱、錯(cuò)芯造成鑄件尺寸偏差，達(dá)到事半功倍的目的。
結(jié)束語(yǔ)
利用消失模鑄造可以實(shí)現(xiàn)金屬?gòu)?fù)合鑄造，配制特種涂料可對(duì)鑄件進(jìn)行表面合金化，選用高密度泡沫模樣制作耐火型殼，可實(shí)現(xiàn)中、大件型精密鑄造等。相信隨著消失模模具水平提供和消失模鑄造工藝的迅速發(fā)展，它的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。
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