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      1. 消失模鑄造

        消失模鑄造


        消失模鑄造

        消失模鑄造

          1958年,H.F.Shroyer發明了用可發性泡沫塑料模型制造金屬鑄件的技術并取得了專利。最初所用的模型是采用聚苯乙烯(EPS)板材加工制成的,采用含粘結劑的型砂造型。德國的Grunzweig和Harrtmann公司購買了這一專利并加以開發和應用。采用無粘結劑干砂生產鑄件的技術后來由T.R.Smith于1964年申請了專利。在1980年以前使用無粘結劑干砂工藝必須得到實型鑄造工藝公司(Full Mold Process,Inc)的批準,在此以后,該專利就無效了。
          最普遍實用的方法是把涂有耐火材料涂層的模型放入砂箱,模型四周用干砂充填緊實,澆注液態金屬,取代泡沫塑料模型,這種鑄造工藝被稱為:消失模鑄造(EPC)、氣化模鑄造及實型鑄造等。美國鑄造協會消失模鑄造委員會采用了"消失模鑄造"作為該工藝的名稱。
          消失模鑄造是一項創新的鑄造工藝方法,可用于生產有色及黑色金屬動力系統的零件,包括:汽缸體、汽缸蓋、曲軸、變速箱、進氣管、排氣管及剎車轂等鑄件。消失模鑄造的工藝流程如下:
          1)預發泡
          模型生產是消失模鑄造工藝的第一道工序,復雜鑄件如汽缸蓋,需要數塊泡沫模型分別制作,然后再膠合成一個整體模型。每個分塊模型都需要一套模具進行生產,另外在膠合操作中還可能需要一套胎具,用于保持各分塊的準確定位,模型的成型工藝分為兩步,第一步是將聚苯乙烯珠粒預發到適當密度,一般通過蒸汽快速加熱來進行,此階段稱為預發泡。
          2)模型成型
          經過預發泡的珠粒要先進行穩定化處理,然后再送到成型機的料斗中,通過加料孔進行加料,模具型腔充滿預發的珠粒后,開始通入蒸汽,使珠粒軟化、膨脹,擠滿所有空隙并且粘合成一體,這樣就完成了泡沫模型的制造過程,此階段稱為蒸壓成型。
          成型后,在模具的水冷腔內通過大流量水流對模型進行冷卻,然后打開模具取出模型,此時模型溫度提高且強度較低,所以在脫模和儲存期間必須謹慎操作,防止變形及損壞。
          3)模型簇組合
          模型在使用之前,必須存放適當時間使其熟化穩定,典型的模型存放周期多達30天,而對于用設計獨特的模具所成型的模型僅需存放2個小時,模型熟化穩定后,可對分塊模型進行膠粘結合。
          分塊模型膠合使用熱熔膠在自動膠合機上進行。膠合面接縫處應密封牢固,以減少產生鑄造缺陷的可能性。
          4)模型簇浸涂
          為了每箱澆注可生產更多的鑄件,有時將許多模型膠接成簇,把模型簇浸入耐火涂料中,然后在大約30~60C(86-140F)的空氣循環烘爐中干燥2~3個小時,干燥之后,將模型簇放入砂箱,填入干砂振動緊實,必須使所有模型簇內部孔腔和外圍的干砂都得到緊實和支撐。
          5)澆注
          模型簇在砂箱內通過干砂振動充填堅實后,鑄型就可澆注,熔融金屬澆入鑄型后(澆注溫度鑄鋁約在760C/1400F,鑄鐵約在1425C/2600F),模型氣化被金屬所取代形成鑄件。圖1是消失模工藝的砂箱和澆注示意圖。
          在消失模鑄造工藝中,澆注速度比傳統空型鑄造更為關鍵。如果澆注過程中斷,砂型就可能塌陷造成廢品。因此為減少每次澆注的差別,最好使用自動澆注機。


        圖1 消失模工藝的砂箱和澆注示意圖。

          6)落砂清理
          澆注之后,鑄件在砂箱中凝固和冷卻,然后落砂。鑄件落砂相當簡單,傾翻砂箱鑄件就從松散的干砂中掉出。隨后將鑄件進行自動分離、清理、檢查并放到鑄件箱中運走。
          干砂冷卻后可重新使用,很少使用其他附加工序,金屬廢料可在生產中重熔使用。 
          1.2 消失模鑄工藝的優點
          消失模鑄工藝在技術、經濟、環境保護三個主要方面具面優勢。
          1.2.1 技術方面
          1)模型設計的自由度增大
          新工藝有可能進行造型設計,并完全可以從第一階段就能在模型上增加一些附加功能。例如:柴油預熱器有一個特殊功能部件,它可采用消失模鑄造工藝進行制造,而不能采用傳統鑄造方法生產。
          2)免除了鑄件生產中使用的砂芯
          3)很多鑄件可以不要冒口補縮
          4)提高鑄件精度
          可獲得形狀結構復雜,可100重復生產高精度鑄件,可使鑄件壁厚偏差控制在-0.15~+0.15mm之間。
          5)在模型接合面不產生飛邊
          6)具有減輕鑄件重量約1/3的優勢
          7)減少加工余量
          可以減小機加工余量,對某些零件甚至可以不加工。這就大大減少了機加工和機床投資(例如,對于不同情況可以減少一半投資)。
          8)與傳統空腔鑄造相比,模具投資下降。
          9)完全消除了傳統的落砂和出芯工序
        1.2.2 經濟方面
          1)可整體生產復雜鑄件
          采用新工藝設計,分塊模型可膠合組成整體模型,鑄成復雜整體部件,對比原先多個鑄件組合裝配部件(如柴油預熱器)而言,可獲益1到10倍。
          2)減少車間人員
          建立消失模鑄造工廠,所雇員工數量少于傳統鑄造工廠,因此應當考慮這一因素。


        圖3 消失模鑄造車間 

          3)鑄造工藝靈活
          鑄造工藝的靈活性非常重要,因為新工藝有可能同時生產在砂箱中變化放置大量類似的或不同的鑄件,澆注系統也因此十分靈活??傊?,我們可以說,每種優勢都與經濟利益相一致,同時還改善了工作條件。 
          1.2.3 環境保護
          聚苯乙烯和PMMA在燃燒時產生一氧化碳、二氧化碳、水及其他碳氫化合物氣體,其含量均低于歐洲允許的標準。干砂可使用天然硅砂,100%反復循環使用,不含有粘結劑。模型使用的涂料是在水中添加粘結劑等輔料組成,不產生污染。



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