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消失模铸(zhù)造

1958年,H.F.Shroyer发明了用可发性泡沫塑料模型制造金属铸件(jiàn)的技术并取得了专利。最初所用的模型是采(cǎi)用聚苯乙烯(EPS)板材加(jiā)工制(zhì)成的,采(cǎi)用(yòng)含粘结剂的(de)型砂造型。德国的(de)Grunzweig和Harrtmann公司购买了这一专利(lì)并加(jiā)以开发和应用。采用无粘结剂干砂生产铸件的技术后来由T.R.Smith于1964年申请了专利。在1980年以前(qián)使用无(wú)粘结剂干(gàn)砂工艺必(bì)须得到实型铸造工艺公(gōng)司(Full Mold Process,Inc)的批准,在此以后,该专利就无效了。

    最(zuì)普遍实(shí)用的方法是(shì)把涂有耐火材料涂层的模型放入砂箱,模(mó)型四周(zhōu)用干砂充填紧实,浇注液态金属,取代泡沫塑料模(mó)型,这种铸造工艺被称为:消失模铸造(EPC)、气化模铸造及实型铸造等。美国铸造协会消失(shī)模铸造委员会采用了"消失模铸造"作为该工艺的名称。

    消失模铸造是一项创新的铸造工艺方法,可用于生产(chǎn)有色及黑色金属动力系统的零件,包括:汽(qì)缸体、汽缸盖、曲轴、变速箱、进气管、排气管及刹车毂等铸(zhù)件。消失模铸造(zào)的工艺流(liú)程如下:

    1)预发泡

    模型生产是消失模铸造工艺的第一道工序,复杂铸件如汽缸(gāng)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(gè)分块模型都需要一套模具进行(háng)生产,另外在胶合操(cāo)作中还可能需要(yào)一套胎(tāi)具,用于保持各(gè)分块的准确定位,模型的成型工艺分为两步,第一步(bù)是将聚苯乙烯珠粒预发到适当(dāng)密度,一般通过蒸(zhēng)汽(qì)快(kuài)速加热来进行,此阶段称为预发泡。

    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(sòng)到(dào)成型(xíng)机的料(liào)斗中,通过加料孔(kǒng)进行加料,模具型腔充满预发的珠粒后,开始通(tōng)入蒸汽,使珠粒软化、膨胀,挤满(mǎn)所有空隙(xì)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(zhēng)压成型。

    成型后,在模具的水冷腔内通过(guò)大流量水流对模(mó)型进行冷却,然后打(dǎ)开(kāi)模具取出模型,此时模型(xíng)温度提高且强度较低,所以在脱模和储存期间(jiān)必须谨慎操作(zuò),防止变形及损(sǔn)坏。

    3)模型簇组合

    模型在使(shǐ)用之(zhī)前,必须存放适当时(shí)间使其熟化稳定,典型的模型存放周期多达30天,而对于用设计独特的模具所成型的模型仅需(xū)存放2个小时(shí),模型熟化稳定后,可对分块模型进行胶粘(zhān)结合。
分块模型胶合(hé)使用热熔胶在(zài)自动胶合机上进行。胶合面接缝处应密封牢固,以减少产(chǎn)生铸造缺陷的可能性

    4)模型簇浸涂

    为了每箱浇注可生产更多的铸(zhù)件,有时将许多模型(xíng)胶接成簇,把模型簇浸入耐火涂料中,然后在大约30~60C(86-140F)的空气循环烘炉中干燥2~3个小时,干燥之后,将模型簇放入砂箱,填入(rù)干砂振动(dòng)紧实,必须使所(suǒ)有(yǒu)模型(xíng)簇内部孔腔和外围的干砂都得到紧实和支撑。

    5)浇注

    模型(xíng)簇在(zài)砂箱内通过干砂振(zhèn)动充填坚实后,铸型(xíng)就可浇(jiāo)注,熔融金属浇入铸型后(浇注温度铸铝约在760C/1400F,铸铁约在1425C/2600F),模型气化被金属所(suǒ)取代形成铸件。图1是消失模工艺的砂箱和浇注(zhù)示意图。

    在消失(shī)模铸造工艺中,浇注速度比传统空型(xíng)铸造更为关键。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,最好(hǎo)使用自动浇注机。

    6)落砂清理

    浇注之后,铸件在砂箱中凝固和冷却,然后落(luò)砂。铸(zhù)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(háng)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(yòng)。

    1.2 消失模铸工(gōng)艺的优点

    消失模铸工艺在技术、经(jīng)济、环境保护三个主要方面具面(miàn)优势。

    1.2.1 技术方面

    1)模型设计的自由度增大

    新工艺有可能进行造型设计(jì),并完全可以从(cóng)第一阶段就能在模型上增加一些(xiē)附加功(gōng)能。例如:柴油预热器有一个特(tè)殊功能部(bù)件,它可采用消失模(mó)铸造工艺进行制造,而不能采用(yòng)传统铸造方法(fǎ)生产(chǎn)。

    2)免除了铸件生(shēng)产中使用的砂芯

    3)很多铸件可以不要冒口(kǒu)补缩(suō)

    4)提高铸件精度(dù)

    可获得形状结构复杂,可100重复生产高精度铸件,可使铸件壁(bì)厚偏差控制在-0.15~+0.15mm之间

    5)在模型接合面不产(chǎn)生飞边

    6)具有(yǒu)减轻铸(zhù)件重量约1/3的优势

    7)减少加工余量

    可以减小机加工余量,对某些零件甚(shèn)至可以不加工。这就大(dà)大减少了机加工和机床投资(例如,对于不同情况可(kě)以减少一(yī)半投(tóu)资)。

    8)与(yǔ)传统空(kōng)腔铸造相比,模具投资下降。

    9)完全消除了传统的落砂和出芯工序

    1.2.2 经济(jì)方面

    1)可整体生产复杂铸件

    采(cǎi)用新工艺设(shè)计,分(fèn)块(kuài)模型可胶合组成整体模(mó)型,铸成复(fù)杂整体部件,对比原先多(duō)个铸(zhù)件组合装配部(bù)件(如柴油预热(rè)器)而言,可获益1到10倍。

    2)减少(shǎo)车间人员

    建立消失模铸造工(gōng)厂,所雇员工数量少于传统铸造工厂,因(yīn)此(cǐ)应当考虑(lǜ)这一因素。

    3)铸造工艺灵活

    铸造工艺的灵活性非常(cháng)重(chóng)要,因为新工艺有可能同时生产在(zài)砂箱中变化放置大量类似(sì)的或不同的(de)铸件,浇注(zhù)系统也因此十分灵活。总之(zhī),我们可以说,每种优势都与经济利益相一致,同时还改善了工作条件(jiàn)。

    1.2.3 环境保护(hù)

    聚苯乙(yǐ)烯和PMMA在燃烧时产生一氧化碳、二氧化碳、水及其他碳氢化合(hé)物气体,其含量均低(dī)于欧洲允许的标准(zhǔn)。干砂可使用天然硅砂,100%反复(fù)循环使用,不含有(yǒu)粘结剂。模(mó)型使用的涂料是在水中添加粘(zhān)结剂等辅料组成,不产生污染。

 
 

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