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消失模鑄造技術

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1 消失模鑄造技術 -簡介

  消失模鑄造工藝包括澆冒口系統設計、澆注溫度控制、澆注操作控制、負壓控制等。澆注系統在消失模鑄造工藝中具有十分重要的地位,是鑄件生產成敗的一個關鍵。在澆注系統設計時,應考慮到這種工藝的特殊性,由於模型簇的存在,使得金屬液澆入后的行為與砂型鑄造有很大的不同,因此澆注系統設計必定與砂型鑄造有一定的區別。在設計澆注系統各部分截面尺寸時,應考慮到消失模鑄造金屬液澆注時由於模型存在而產生的阻力,最小阻流面積應略大於砂型鑄造。

2 消失模鑄造技術 -鑄件工藝

  由於鑄件品種繁多、形狀各異,每個鑄件的具體生產工藝都有各自的特點,並且千差萬別。這些因素都直接影響到澆注系統設計結果的準確性。為此,可將鑄件以某種方式進行分類。針對中小鑄件,可按鑄件生產工藝特點進行分類,如表1所示。模型簇組合方式可基本反映鑄件的特點,以及鑄件的補縮形式。澆注系統各部分截面尺寸與鑄件大小、模型簇組合方式以及每箱件數都有關係。為此,在設計新鑄件的工藝時,應根據鑄件特徵,參照同類鑄件澆注系統特點有針對性地進行計算。
  因為模型的存在,在澆注過程中模型氣化需要吸收熱量,所以消失模鑄造的澆注溫度應略高於砂型鑄造。對於不同的合金材料,與砂型鑄造相比,消失模鑄造澆注溫度一般控制在高於砂型鑄造30~50℃。這高出30~50℃的金屬液的熱量可滿足模型氣化需要的熱量。澆注溫度過低鑄件容易產生澆不足、冷隔、皺皮等缺陷。澆注溫度過高鑄件容易產生粘砂等缺陷。
  消失模鑄造澆注操作最忌諱的是斷續澆注,這樣容易造成鑄件產生冷隔缺陷,即先澆入的金屬液溫度降低,導致與后澆注的金屬液之間產生冷隔。另外,消失模鑄造澆注系統多採用封閉式澆注系統,以保持澆注的平穩性。對此,澆口杯的形式與澆注操作是否平穩關係密切。澆注時應保持澆口杯內液面保持穩定,使澆注動壓頭平穩。
  負壓是黑色合金消失模鑄造的必要措施。負壓的作用是增加砂型強度和剛度的重要保證措施,同時也是將模型氣化產物排除的主要措施。負壓的大小及保持時間與鑄件材質和模型簇結構以及塗料有關。對於透氣性較好、塗層厚度小於1mm的塗料,對鑄鐵件負壓大小一般在0.04~0.06MPa,對於鑄鋼件取其上限。對於鑄鋁件負壓大小一般控制在0.02~0.03MPa。負壓保持時間依模型簇結構而定,每箱中模型簇數量較大的情況,可適當延長負壓保持時間。一般是在鑄件表層凝固結殼達到一定厚度即可卻去負壓。對於塗層較厚及塗料透氣性較差的情況,可適當增大負壓及保持時間。

3 消失模鑄造技術 -消失模鑄造技術被分解成三個步驟

鑄造工序

  白區、澆鑄和最後清整工序。消失模鑄造工人根據聚苯乙烯的發泡成型製造了「白區」這個詞,並且,測得最終鑄件質量80~90%取決於白區工序。白區工序過程是珠粒發泡、泡沫成型、組合成串、刷塗料、烘乾。而整個技術的其它工序也很重要(事實上,澆鑄一個消失模模樣跟一個空腔鑄型沒有半點相似之處)。這篇文章重點在於介紹消失模白區工藝以及白區在製作高質量的大批量鑄件中的作用。
  為了清楚的說明消失模鑄造中的泡沫成型部分,關於消失模鑄造模具是如何製得的討論是必須的。模具設計

  為了保證鑄件既滿足產品功能要求又能達到可鑄和方便加工的要求,在零件設計人員,消失模鑄造工作者和機械加工人員中實施并行工程是必須的。消失模鑄造技術的真正價值是零件的設計可以比典型的用在型砂和金屬模中的型芯更複雜。機器加工步驟可以免去,並且整個零件可以被粘合以消除墊圈和/或聯接緊固密封圈。如果產品客戶和加工客戶真正懂得消失模鑄造配件給產品設計帶來的價值,消失模鑄件將得到更廣泛的應用。
  零件設計人員和模具設計人員進行同步設計時,三維電腦工作平台的使用是必須的,模具設計者可以把草圖、拔模斜度、倒圓和縮放因素放入到零件設計中。當零件設計者改進圖紙時,模具設計者可以開始設置分模線、融合線和必須的抽芯機構來制泡沫模型,模具壁厚和模具嵌塊正確使用的重要性,透氣塞和射料槍的合理布置是三個屬性,不僅用於產品設計,也可用於模具設計。使用電腦「壁厚探測器」探測薄壁問題。
  一個消失模模具的設計製造中心包含「普通模具庫」的使用、這個「三維電子CAD庫」存有消失模模具用到的所有普通硬體,消失模鑄造模具設計者利用電子三維館中儲存的樣品並使之適用於設計中的特殊零件。這「普通模具庫」包含特定工程配件,一般商品(緊固件、定位器、汽缸、活塊等),並且有超出模具設計的射料槍,射料槍安裝夾板,汽室和絕緣裝置,型芯抽出裝置,限制開關等等。這個庫中還包含所有的重要配合尺寸和被併入到泡沫模型店中的制模和粘合機器的工作參數。普通幾何尺寸合公差也被收藏到這個庫中,假如希望的話,快速變化模具可以被設計,包括蒸汽、水、電流、壓縮空氣、真空源等等。
  如果真正的并行工程嘗試被零件設計、模具設計者、模具操作者採用以及在鑄造廠中澆鑄成型,這個普通模具庫就變得真的有價值,從過去的工作中可學得經驗並存檔到這個電子CAD庫中,所以新的零件設計可以建立在這些取得的經驗上。舉個例子,當檢測一個模具的故障,模具機器操作者發現不管他如何調整機器參數,總是不能把料填到模具中的特定區域中。這個模具的設計者被諮詢后,作出了在問題區域添加一把射料槍或者添加透氣孔的決定。於是,射料問題解決了。當這個模具設計者研究了問題區域的幾何結構,他制出了射料槍和透氣孔的分佈規則用於將來的模具設計。一份標準的設計清單、材料清單和過程清單可從這發展出來,這庫引領著將來的零件設計。

4 消失模鑄造技術 -特種消失模鑄造技術

  消失模鑄造技術(EPC或LFC)是用泡沫塑料製作成與零件結構和尺寸完全一樣的實型模具,經浸塗耐火粘結塗料,烘乾後進行干砂造型,振動緊實,然後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餘量、精確成形的新技術,它不需要合箱取模,使用無粘結劑的干砂造型,減少了污染,被認為是21世紀最可能實現綠色鑄造的工藝技術。

5 消失模鑄造技術 -消失模鑄造技術主要有以下幾種:

  1、壓力消失模鑄造技術  
壓力消失模鑄造技術是消失模鑄造技術與壓力凝固結晶技術相結合的鑄造新技術,它是在帶砂箱的壓力灌中,澆注金屬液使泡沫塑料氣化消失后,迅速密封壓力灌,並通入一定壓力的氣體,使金屬液在壓力下凝固結晶成型的鑄造方法。這種鑄造技術的特點是能夠顯著減少鑄件中的縮孔、縮松、氣孔等鑄造缺陷,提高鑄件緻密度,改善鑄件力學性能。
  2、真空低壓消失模鑄造技術
  真空低壓消失模鑄造技術是將負壓消失模鑄造方法和低壓反重力澆注方法複合而發展的一種新鑄造技術。真空低壓消失模鑄造技術的特點是:綜合了低壓鑄造與真空消失模鑄造的技術優勢,在可控的氣壓下完成充型過程,大大提高了合金的鑄造充型能力;與壓鑄相比,設備投資小、鑄件成本低、鑄件可熱處理強化;而與砂型鑄造相比,鑄件的精度高、表面粗糙度小、生產率高、性能好;反重力作用下,直澆口成為補縮短通道,澆注溫度的損失小,液態合金在可控的壓力下進行補縮凝固,合金鑄件的澆注系統簡單有效、成品率高、組織緻密;真空低壓消失模鑄造的澆注溫度低,適合於多種有色合金。
  3、振動消失模鑄造技術
  振動消失模鑄造技術是在消失模鑄造過程中施加一定頻率和振幅的振動,使鑄件在振動場的作用下凝固,由於消失模鑄造凝固過程中對金屬溶液施加了一定時間振動,振動力使液相與固相間產生相對運動,而使枝晶破碎,增加液相內結晶核心,使鑄件最終凝固組織細化、補縮提高,力學性能改善。該技術利用消失模鑄造中現成的緊實振動台,通過振動電機產生的機械振動,使金屬液在動力激勵下生核,達到細化組織的目的,是一種操作簡便、成本低廉、無環境污染的方法。
  4、半固態消失模鑄造技術  
半固態消失模鑄造技術是消失模鑄造技術與半固態技術相結合的新鑄造技術,由於該工藝的特點在於控制液固相的相對比例,也稱轉變控制半固態成形。該技術可以提高鑄件緻密度、減少偏析、提高尺寸精度和鑄件性能。
  5、消失模殼型鑄造技術
  消失模殼型鑄造技術是熔模鑄造技術與消失模鑄造結合起來的新型鑄造方法。該方法是將用發泡模具製作的與零件形狀一樣的泡沫塑料模樣表面塗上數層耐火材料,待其硬化乾燥后,將其中的泡沫塑料模樣燃燒氣化消失而製成型殼,經過焙燒,然後進行澆注,而獲得較高尺寸精度鑄件的一種新型精密鑄造方法。它具有消失模鑄造中的模樣尺寸大、精密度高的特點,又有熔模精密鑄造中結殼精度、強度等優點。與普通熔模鑄造相比,其特點是泡沫塑料模料成本低廉,模樣粘接組合方便,氣化消失容易,克服了熔模鑄造模料容易軟化而引起的熔模變形的問題,可以生產較大尺寸的各種合金複雜鑄件
  6、消失模懸浮鑄造技術
  消失模懸浮鑄造技術是消失模鑄造工藝與懸浮鑄造結合起來的一種新型實用鑄造技術。該技術工藝過程是金屬液澆入鑄型后,泡沫塑料模樣氣化,夾雜在冒口模型的懸浮劑(或將懸浮劑放置在模樣某特定位置,或將懸浮劑與EPS一起製成泡沫模樣)與金屬液發生物化反應從而提高鑄件整體(或部分)組織性能。
  由於消失模鑄造技術成本低、精度高、設計靈活、清潔環保、適合複雜鑄件等特點,符合新世紀鑄造技術發展的總趨
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