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什么是消失模鑄造?它的發(fā)展趨勢又如何?
新聞分類: 行業(yè)資訊 瀏覽:2426 日期:2012/01/09
消失模鑄造技術(shù)是將與鑄件尺寸形狀相似的發(fā)泡塑料模型粘結(jié)組合成模型簇，刷涂耐火涂層并烘干后，埋在干石英砂中振動造型，在一定條件下澆注液體金屬，使模型氣化并占據(jù)模型位置，凝固冷卻后形成所需鑄件的方法。對于消失模鑄造，有多種不同的叫法。
國內(nèi)主要的叫法有“干砂實型鑄造”、“負(fù)壓實型鑄造”，簡稱EPC鑄造。國外的叫法主要有：Lost Foam Process(U.S.A)、P0licast Process(Italy)等。與傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)相比，消失模鑄造技術(shù)具有與無倫比的優(yōu)勢，因此被國內(nèi)外鑄造界譽(yù)為“二十一世紀(jì)的鑄造技術(shù)”和“鑄造工業(yè)的綠色革命”。 二、國外消失模鑄造的發(fā)展簡史？ 1956年美國人H.F.SHOYER開始了將聚苯乙烯泡沫塑料用于鑄造的試驗，并獲得成功,引起了人們極大的興趣，1958年以專利的形式公布于眾，當(dāng)時稱之為“無型腔鑄造”。起初，該法只是用來制造金屬雕像等藝術(shù)品鑄件，以后經(jīng)過許多實踐和探索，1962年西德從美國引進(jìn)專利，消失模鑄造法才開始被開發(fā)，并在工業(yè)上得到應(yīng)用。 1964年美國的T.R.SMITH發(fā)表了使用無粘結(jié)劑干砂造型生產(chǎn)消失模鑄件的專利。到了1967年,采用普通粘土砂和自硬砂的消失模鑄造法獲得了成功,并在許多國家得到了應(yīng)用,生產(chǎn)了成千上萬噸鑄件,但無粘結(jié)劑干砂實型鑄造卻沒得到發(fā)展,仍處于探索階段。在整個六十年代直至七十年代,消失模鑄造法僅限于單件小批生產(chǎn),典型產(chǎn)品是汽車模具、機(jī)器底座、藝術(shù)品等。1968年，德國人E.KRYZMOWSKI在砂箱內(nèi)抽成負(fù)壓進(jìn)行澆注,取得了專利，即現(xiàn)在的消失模鑄造。 八十年代以前，由于專利的制約，生產(chǎn)中使用無粘結(jié)劑干砂消失模鑄造受到限制；鑄造界與其他產(chǎn)業(yè)部門協(xié)調(diào)不夠；由于工藝不當(dāng)、型砂和涂料不合適以及模型質(zhì)量不高所導(dǎo)致的實型鑄件外觀及內(nèi)在質(zhì)量不夠好，造成了一部分人的等待、觀望甚至懷疑的態(tài)度，使得消失模鑄造法發(fā)展緩慢。 1981年以后由于相應(yīng)專利技術(shù)失效，再加上經(jīng)過幾年努力，發(fā)泡聚苯乙烯原料珠粒有了很大進(jìn)步、模型組合粘結(jié)劑質(zhì)量改善、高質(zhì)量涂料被研制成功等工藝技術(shù)的進(jìn)步，消失模鑄造法得以迅速發(fā)展，并很快在生產(chǎn)上得到應(yīng)用。1982年美國首先公開了世界上第一條生產(chǎn)復(fù)雜鋁鑄件的消失模鑄造生產(chǎn)線。至此，消失模鑄造作為一種全新的鑄造工藝方法被應(yīng)用于生產(chǎn)。 世界消失模鑄造技術(shù)的發(fā)展趨勢 美國學(xué)者C.Bates教授等發(fā)表了《全球消失模生產(chǎn)技術(shù)和市場發(fā)展》的論文，比較詳細(xì)地論述了模樣制作、涂料、砂子緊實、澆注、充型和模樣熱解各個環(huán)節(jié)的成就和發(fā)展趨勢，許多北美的企業(yè)、高校和行業(yè)組織聯(lián)合起來，組成消失模鑄造聯(lián)盟，箱式爐對該工藝進(jìn)行進(jìn)行開發(fā)研究，經(jīng)過不懈的努力，管式電爐使該工藝得到不斷的改善，工藝過程得到更好的控制，也逐漸被更多的鑄造界人士所認(rèn)同，鑄造企業(yè)和鑄件的使用者都從中受益。 1999年美國威斯康星大學(xué)的一項市場市場調(diào)查表明，在未來的6到10年中，消失模工藝的前景一片光明。市場調(diào)查表明：在1990年，有6%的鋁合金鑄件是使用消失模鑄造工藝生產(chǎn)的。預(yù)計到2007年，將會有29%的鋁合金鑄件使用該工藝。從1997年起，箱式電爐灰鑄鐵和球鐵方面也有較大增長，目前約有2%的灰鑄鐵件是由消失模工藝生產(chǎn)的，預(yù)計到2009年將達(dá)到15%。 消失模工藝不斷為人們所認(rèn)識，也為新產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了足夠的信心。通用（美國）、TEKSID（美國）、CASTI（意大利）、INTERMET（美國）、CITATIONFORM（美國）、寶馬（德國）都已經(jīng)引進(jìn)了消失模鑄造工藝。 三、消失模鑄造在中國的發(fā)展簡史 1979年，由我國著名消失模鑄造專家、中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員黃述哲教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組，在中國最早開始了消失模鑄造的原理性試驗。同年，黃述哲教授在全國鑄造工藝學(xué)會上發(fā)表了“消失模鑄造基本特性的研究”論文報告，在國內(nèi)首次系統(tǒng)闡述了這一方法的特點和規(guī)律性。 1982年，在大量實驗室試驗的基礎(chǔ)上，黃述哲教授主持在光機(jī)所工廠建成了一條消失模鑄造實驗生產(chǎn)線。黃述哲教授主持完成的“消失模鑄造技術(shù)開發(fā)及工業(yè)化應(yīng)用”于1997年、1998年分獲中科院科技進(jìn)步二等獎和國家科技進(jìn)步三等獎，這是我國鑄造工業(yè)界科技成果中獲得的最高獎項。 1998年被國家科技部列為“九五國家科技成果重點推廣項目”（99010202A）。黃述哲教授主持完成了數(shù)十個技術(shù)先進(jìn)、功能完備、配置合理、生產(chǎn)高效的消失模鑄造流水生產(chǎn)線工程。 八十年代后期鄭州機(jī)械所也開始了消失模鑄造的試驗性應(yīng)用研究。 九十年代開始以來，清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華中理工大學(xué)、西安交大等也紛紛加入了消失模鑄造的研究。 四、消失模鑄造的工藝流程 大量生產(chǎn)的消失模鑄造的全部工藝流程。可見，該流程的主要工部有：熔化工部；制模工部；模型組合及涂層烘干工部；造型澆注工部；落砂清理工部。五、消失模鑄造的分類 消失模鑄造根據(jù)其鑄型材料分類：自硬砂消失模鑄造和無粘結(jié)劑干砂消失模鑄造。 根據(jù)澆注條件分類：普通消失模鑄造和負(fù)壓消失模鑄造 六、消失模鑄造的工藝特點 與傳統(tǒng)的砂型鑄造相比，大量生產(chǎn)的消失模鑄造有如下工藝特征： （1）一個與逐漸形狀完全一致、尺寸大小只差金屬收縮量的泡沫塑料模型保留在鑄型內(nèi)，形成“實型”鑄型，而不是傳統(tǒng)砂型的“空腔”鑄型（即“空型”）。 （2）其砂型為無粘結(jié)劑、無水份、無任何附加物的干石英砂。 （3）澆注時，泡沫塑料模型在高溫液體金屬作用下不斷分解氣化，產(chǎn)生金屬—模型的置換過程，而不象傳統(tǒng)“空型”鑄造是一個液體金屬的填充過程。制作一個鑄件，就要“消失”掉一個泡沫塑料模型。 （4）泡沫塑料模型可以分塊成形再進(jìn)行粘結(jié)組合。模型形狀（即鑄件形狀）基本不受任何限制。 大量生產(chǎn)條件下傳統(tǒng)粘土砂型鑄造與消失模鑄造工藝特點的比較（表1） 項目傳統(tǒng)砂型鑄造消失模鑄造 模 型 工 藝1．開邊必須分型開邊，便于造型無須開邊 2．拔模斜度必須有一定的拔模斜度基本沒有或很小的拔模斜度 3．組成有外型芯合組成單一模型 4．應(yīng)用次數(shù)一個模型多次使用一型一次 5．材質(zhì)金屬或木材泡沫塑料 造造型工藝1．型砂有粘結(jié)劑、水、附加物經(jīng)過混制的型芯砂無粘結(jié)劑、任何附加物和水的干砂 2．填砂方式機(jī)械力填砂自重微振填砂 3．緊實方式機(jī)械力緊實物理（自重、微振、真空）作用緊實 4．砂箱特點根據(jù)每個零件特點制備專用砂箱簡單的通用砂箱 5．鑄型型腔由型芯裝配組成空腔實型 6．涂料層大部分無需涂層必須有涂層 澆注工藝1．充型特點只是填充空腔金屬與模型發(fā)生物理化學(xué)作用 2．影響充型速度的主要因素澆注系統(tǒng)與澆注溫度主要受型內(nèi)氣體壓力狀態(tài)，澆注系統(tǒng)，澆注溫度的影響 落砂清理1．落砂需強(qiáng)力振動打擊翻箱或吊出鑄件，鑄件與砂自動分離 2．清理需打磨飛邊毛刺及內(nèi)澆口只需打磨內(nèi)澆口，無飛邊毛刺 七、消失模鑄造的主要優(yōu)點1．鑄件尺寸形狀精確，重復(fù)性好，具有精密鑄造的特點 2．鑄件的表面光潔度高; 3．取消了砂芯和制芯工部，根除了由于制芯、下芯造成的鑄造缺陷和廢品 4．不合箱、不取模，大大簡化了造型工藝，消除了因取模、合箱引起的鑄造缺陷和廢品 5．采用無粘結(jié)劑、無水分、無任何添加物的干砂造型，根除了由于水分、添加物和粘結(jié)劑引起的各種鑄造缺陷和廢品 6．大大簡化了砂處理系統(tǒng)，型砂可全部重復(fù)使用，取消了型砂制備工部和廢砂處理工部 7．落砂極其容易，大大降低了落砂的工作量和勞動強(qiáng)度 8．鑄件無飛邊毛刺，使清理打磨工作量減少50%以上 9．可在理想位置設(shè)置合理形狀的澆冒口，不受分型、取模等傳統(tǒng)因素的制約，減少了鑄件的內(nèi)部缺陷 10．負(fù)壓澆注，更有利于液體金屬的充型和補(bǔ)縮，提高了鑄件的組織致密度 11．組合澆注，一箱多件，大大提高了鑄件的工藝出品率和生產(chǎn)效率； 12．減少了加工裕量，降低了機(jī)加工成本； 13．易于實現(xiàn)機(jī)械化自動流水線生產(chǎn)，生產(chǎn)線彈性大，可在一條生產(chǎn)線上實現(xiàn)不同合金、不同形狀、不同大小鑄件的生產(chǎn)； 14．可以取消拔模斜度； 15．使用的金屬模具壽命可達(dá)10萬次以上，降低了模具的維護(hù)費用； 16．減少了粉塵、煙塵和噪音污染，大大改善了鑄造工人的勞動環(huán)境，降低了勞 動強(qiáng)度，以男工為主的行業(yè)可以變成以女工為主的行業(yè)； 17．簡化了工藝操作，對工人的技術(shù)熟練程度要求大大降低； 18．零件的形狀不受傳統(tǒng)的鑄造工藝的限制，解放了機(jī)械設(shè)計工作者，使其根據(jù)零件的使用性能，可以自由地設(shè)計最理想的鑄件形狀； 19．可減輕鑄件重量； 20．降低了生產(chǎn)成本； 21．簡化了工廠設(shè)計，固定資產(chǎn)投資可減少30∽40%，占地面積和建筑面積可 減少30∽50%，動力消耗可減少10∽20%； 22．消失模鑄造工藝應(yīng)用廣泛，不僅適用于鑄鋼、管式爐、鑄鐵，更適用于鑄銅、鑄鋁等； 23．消失模鑄造工藝不僅適用于幾何形狀簡單的鑄件，更適合于普通鑄造難以下手的多開邊、多芯子、幾何形狀復(fù)雜的鑄件； 24．消失模鑄造工藝可以實現(xiàn)微震狀態(tài)下澆注，促進(jìn)特殊要求的金相組織的形成，有利于提高鑄件的內(nèi)在質(zhì)量； 25．在干砂中組合澆注，脫砂容易，溫度同步，因此可以利用余熱進(jìn)行熱處理。特別是高錳鋼鑄件的水刃處理和耐熱鑄鋼件的固溶處理，效果非常理想，能夠節(jié)約大量能源，縮短了加工周期； 26．利用消失模鑄造工藝，可以根據(jù)熔化能力，完成任意大小的鑄件。 八、消失模鑄造需要的專用設(shè)備 消失模鑄造與其他鑄造方法的主要區(qū)別是它所特有的黑區(qū)和白區(qū)部分。白區(qū)指制模工部和模型組合及涂料烘干工部，黑區(qū)指造型澆注工部。 消失模鑄造的專用設(shè)備有： 白區(qū)： 制模工部：預(yù)發(fā)機(jī)、蒸缸、成型機(jī)、模型干燥室等 模型組合及涂料烘干工部：涂料研磨機(jī)、涂料混制滾筒、模型烘干設(shè)備等 黑區(qū)： 造型澆注工部：造型振實臺、真空系統(tǒng)、砂處理系統(tǒng)、砂箱、雨淋加砂裝置、砂箱運輸系統(tǒng)等 九、消失模鑄造生產(chǎn)線 1．簡易線：投資少，設(shè)備簡單，適合小規(guī)模、小批量生產(chǎn) 2．流水生產(chǎn)線：系統(tǒng)完整，功能齊全，連續(xù)作業(yè)，適合大批量、大規(guī)模生產(chǎn) 開環(huán)線 閉環(huán)線 十、消失模鑄造的關(guān)鍵技術(shù) 1．泡塑模型模具制造技術(shù) （1）消失模鑄造工藝設(shè)計 （2）模具設(shè)計 （3）模具調(diào)修 2．泡塑模型制造技術(shù) （1）預(yù)發(fā)泡工藝 （2）模具成型 （3）粘結(jié)組合 3．涂料及涂層制備技術(shù) （1）涂料配方 （2）涂料制備 （3）涂料涂敷 （4）涂層干燥 4．微振造型技術(shù) （1）振動臺選用 （2）振動參數(shù) （3）操作要點 5．負(fù)壓澆注技術(shù) （1）真空系數(shù)選定 （2）澆注參數(shù) （3）負(fù)壓規(guī)范 6．過濾技術(shù) |
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