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垂直造型机消失模铸造及其在汽车行业的应用

发布时间:2017-12-14
  消失模铸造工艺(简称EPC工艺)早期称为实型铸造,1956年由美国人H.F.Shroyer发明,1958年取得专利:当时泡沫模型是采用泡沫板材加工,用含粘结剂的型砂作填充砂。开始此项工艺仅用于生产工艺美术铸件,1962年成功地用于工业铸件的生产。但在随后近20年的时间里,由于专利权的限制及生产应用中出现的技术问题,此工艺没能得到普及应用。1968年,E.Kryeancusky研究开发出采用无粘结剂干砂结合负压技术的真空密封造型法,随后在此基础上形成了现在广泛采用的消失模铸造工艺。20世纪80年代初,该工艺受到重视并大量应用于工业生产。消失模铸造在很大程度上已不同于旧实型铸造,在原实型铸造技术基础上有了很大的发展。目前消失模铸造在机器制造业中得到了广泛应用,特别是在汽车制造业中的应用取得了显著的经济效益,并以其简单的工艺、优良的铸件质量和显著的经济效益被许多专家誉为“21世纪的铸造技术”。
  一、垂直造型机消失模铸造的实质及工艺过程
  垂直造型机消失模铸造实质是将可烧失的泡沫塑料模型浸涂耐火涂层后,直接放入可抽真空的砂箱内,填入不含粘结剂的干砂,低幅高频振实,然后砂箱抽真空使砂子紧固成铸型。浇注时在液态金属的热作用下,泡沫塑料分解气化,金属液取代原来泡沫模型所占据的空间位置,在随后的凝固过程结束后获得所需的铸件。
  1、塑料模样制造
  目前,制造泡沫塑料模最常用的原材料是可发性聚苯乙烯珠粒(EPS),制模方法是首先将原始的聚苯乙烯珠粒在预发泡机上进行预发泡。然后将预发泡后的珠粒放置一定时间使其熟化,再将经熟化后的珠粒充入成型发泡机的棋具中进行蒸汽发泡成型,成型后的泡沫模干燥备用。
  在泡沫塑料模的制造过程中,聚苯乙烯的质量直接影响着铸件的质量为了使铸件表面光洁,消失模铸造用的聚苯乙烯珠粒尺寸应细小均匀,一般在控制在0.2~1.2mm范围内。要求珠粒发泡后,其消失模密度低, 依据合金种类的不同,一般应将密度控制在0.017~0.025g/cm?的范围内,以减少含碳气体量:及残碳的产生。
  2、涂敷涂料
  将制好的聚苯乙烯泡沫模与浇注系统粘接组装后放入料槽中浸涂涂料,经干燥准备造型。涂料的基本组成为石英粉、锆英粉、刚玉粉、镁砂粉、石墨粉等,将它们加到溶剂或水中配制而成。消失模铸造用模样涂敷涂料的目的,一是提高泡沫模的强度;二是改善铸造的表面质量;为使浇注时产生的大量气体能迅速透过涂料层及时排出以及便于浸涂操作,要求所选用的涂料具备良好的透气性能和涂挂性能。
  3、造型浇注
  将经浸涂涂料后的模型置入砂箱,埋入无粘结剂的干砂中。经过三维振实台的振动紧实。造型完毕,在砂箱上表面覆盖一层塑料薄膜,放上泡沫塑料浇口,最后添一层干砂于塑料薄膜上,以防浇注时产生的飞溅烧坏薄膜而影响型内真空度的建立。浇注前,启动与砂箱联接的真空负压系统,使砂箱内的干砂进一步紧实,并在负压条件下浇注和凝固。干砂填充和振动坚实的关键是既要将干砂填充到模样周围各个部位并振动坚实,又要保证模型不变形,这要根据模型的形状、大小、壁厚等因素来决定振动力度。负压的作用是:增加砂型的刚度,防止型壁移动;加快气体排出速度,使气隙压力下降,有利于铸件成形;及时抽走EPS分解产物,减少铸件中的增碳缺陷;砂箱内真空度的大小与铸件的质量关系密切。真空度过小,铸件易产生气孔和脱碳缺陷;真空度过大,铸件表面易产生粘砂。一般说来,浇注时砂箱内的真空度以保持在略低于0.04MPa为宜。
  4、落砂清理
  浇注并待铸件凝固后,关闭真空系统,砂箱内干砂自动溃散,呈现很好的流动性,从而可以方便地取出铸件并进行清理。旧砂则经筛分冷却后回用。
  二、垂直造型机消失模铸造的特点
  垂直造型机消失模铸造工艺与其它铸造工艺相比在成形原理上有很大的不同,具有独特的工艺性,归纳起来有以下特点。
  1)铸件尺寸精度高。由于采用极易气化的泡沫塑料
  作模型,浇注前无须取出,无分型面,无芯子,因此产品无飞边毛刺,无拔模斜度。在造型过程中避免了因分模起模、下芯、合型等操作造成的尺寸误差,铸件的尺寸精度接近熔模精密铸造。
  2)生产效率高。由于无须配砂、混砂、制芯,缩短了造型时间;开箱和清理简便,容易实现一箱多铸,对复杂铸件效果更明显,提高了劳动生产率。
  3)可生产形状非常复杂的铸件,铸件形状、结构不受限制,为产品设计提供了充分的自由度。原先由多个零件加工组装的构件,可以通过分片制模然后粘合的办法进行整体浇注;原先需要加工形成的孔、洞可以直接铸出,大大减少了加工装配的工时和费用。
  4)生产制造成本低,设备投资小。由于生产工序得到简化,工艺装备较为简单,特别是型砂回收系统,不需要庞允复杂的砂处理设备,节省了投资。一般说来,采用EPC技术,设备投资可减少30%~50%。
  5)减轻了劳动强度,大大改善了铸造车间的环境条件,容易实现无污染生产。浇注时EPS产生的有机物排放量少,烟气和粉尘可以通过对砂箱抽真空进行集中处理,实现对环境的无公害排放。此外,清理工作量大大减少,噪声低,旧砂回收利用率可达95%以上,整个工艺过程容易实现机械化、自动化生产。
  国内外实践证明,垂直造型机消失模铸造在生产汽车铸件方面有着巨大的发展潜力。当前,我国的汽车工业正处在发展时期,预计在今后的一段时期内汽车铸件产量会有较大的增加,同时对汽车铸件质量的要求也将更为严格。汽车工业的发展,为我国铸造行业带来了机遇与挑战,也为在我国推广、发展消失模铸造技术带来了新的契机。近些年,消失模铸造受到我国广大铸造界同行们的重视而发展较快,一些工厂通过引进EPC技术收到了显著的经济和社会效益,但生产水平与国外相比仍有着较大距离目前国内采用高度自动化消失模生产线大批量生产汽车铸件的厂家还很少,差距是显而易见的。消失模铸造是一种发展中的新技术,它需要有进一步完善的过程,要使其完全走向成熟得到普遍的应用,显然还有许多工作要做。

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