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                                                                  消失模鑄造工藝

                         液體金屬取代冷卻凝固後形成的一次性成型鑄造新工藝生産鑄件的新型鑄造方法

                             中文名     消失模鑄造工藝

                             外文名     lost foam process

                             又        實型鑄造

                             材        EPS STMMAEPMMA

                             类        鑄造方法

                             特        鑄件質量好,成本低等

消失模簡介

        消失模鑄造(又稱實型鑄造)是用泡沫塑料(EPS STMMAEPMMA)高分子材料制作成为与要生产铸造的零件结构、尺寸一样的实型模具,经过浸涂耐火涂料(起强化、光洁、透气作用)并烘干后,埋在干石英砂中经三维振动造型,浇铸造型砂箱在负压状态下浇入熔化的金属液,使高分子材料模型受热气化抽出,进而被液體金屬取代冷卻凝固後形成的一次性成型鑄造新工藝生産鑄件的新型鑄造方法。

對于消失模鑄造有多種不同的叫法,國內主要的叫法還有干砂實型鑄造”“负压實型鑄造 简稱EPS 鑄造。國外的叫法主要有:lost foam process ( USA ) policast process ( Italy ) 等。

與傳統鑄造技術相比,消失模鑄造技術具有明显的优势,被国内外铸造界稱为“21世紀的鑄造技術鑄造工業的綠色革命

消失模鑄造有下列特點:1、鑄件質量好,成本低;2、材質不限,大小皆宜;3、精度高、表面光潔、減少清理、節省機加;4、內部缺陷大大減少,鑄件組織致密; 5、可實現大規模、大批量生産;6、適用于相同鑄件的大批量生産鑄造;7、適用于人工操作與自動化流水線生産運行控制;8、生産線的生産狀態符合環保技術參數指標要求;9、可以大大改善鑄造生産線的工作環境與生産條件、降低勞動強度、減少能源消耗。

消失模鑄造

1,泡塑珠粒的選用

消失模鑄造专用的泡沫珠粒有三种。

可發性聚苯乙烯樹脂珠粒(简稱EPS);

可發性甲基丙烯酸甲脂与苯乙烯共聚樹脂珠粒(简稱STMMA);可發性聚甲基丙烯酸甲脂樹脂珠粒 (简稱EPMMA)。

常用可發性聚苯乙烯樹脂珠粒(EPS),用于鑄造有色金屬、灰鐵及一般鋼鑄。

珠粒特點:半透明珠粒,預發泡倍数40~60,粒徑爲0.18~0.80亳米(6種尺寸),

一般選用的原始珠粒的粒徑小于或等于鑄件的較小壁厚的1/9 ~ 1/10

2,模型制作

 有兩種情況:

由泡塑珠粒制作:預發泡——熟化——發泡成型——冷卻出模

預發泡

EPS珠粒在加入模具前,要先进行預發泡,以使珠粒膨胀到相应尺寸。

預發泡过程决定了模型的密度、尺寸稳定性及精度,是关键环节之一。适用于EPS珠粒予发泡的方法有三种:热水預發泡、蒸汽預發泡和真空預發泡。真空預發泡的珠粒发泡率高,珠粒干燥,应用较多。

熟化

经預發泡的EPS珠粒放置在幹燥、通風的料倉中一段時間。以便使珠粒泡孔內外界壓力平衡,使珠粒具有彈性和再膨脹能力,除去珠粒表面的水分。熟化時間在8~48小時。

發泡成型

将預發泡且熟化的EPS珠粒填充到金屬模具的型腔內,加熱,使珠粒再次膨脹,填滿珠粒間的空隙,並使珠粒間相互融合,形成平滑表面,即模型。出模前必須進行冷卻,使模型降溫至軟化溫度以下,模型硬化定形後,才能出模。出模後還應有模型幹燥及尺寸穩定的時間。設備有蒸缸及自動成形的成型機兩種。由泡塑板材制作:泡塑板材——電阻絲切割——粘結——模型对简单模型,可利用電阻絲切割装置,将泡塑板材切割成所需的模型。对复杂模型,首先用電阻絲切割装置,将模型分割成几个部分,然后进行粘,使之成为整体模型。

3,模型組合成簇是将自行加工好(或外购)的泡塑模型与浇冒口模型组合粘結在一起,形成模型簇,这种组合有时在涂料前进行,有时在涂层制备后埋箱造型时进行。是消失模(实型)铸造不可缺少的一道工序。

目前使用的粘結材料:橡胶乳液、树脂溶剂和热熔胶及胶带纸。

4,模型塗層實型鑄造泡塑模型表面必需涂一层规定厚度的涂料,形成铸型内壳。其涂层的作用是为了提高EPS模型的強度和剛度,提高模型表面抗型砂沖刷能力,防止加砂過程中模型表面破損及振動造型及負壓定型時模型的變形,確保鑄件的尺寸精度。

外购的消失模鑄造专用涂料,在塗料攪拌機內加水攪拌,使其得到合適的粘度。攪拌後的塗料放入容器內,用浸、刷、淋和噴的方法將模型組塗覆。一般塗兩遍,使塗層厚度爲0.5 ~ 2mm。據鑄件合金種類、結構形狀及尺寸大小不同選定。塗層在40~50℃下烘幹。

5,振動造型:我們介紹常用的一種造型方法(兩種方法之一)。

其工序包括如下工序:砂床制備——放置EPS模型——填砂——密封定型

砂床制備

將帶有抽氣室的砂箱放在振動台上,並卡緊。底部放入相應厚度的底砂(一般砂床厚度在50~100mm以上),振動緊實。型砂为无粘結剂、无填加物、不含水的干石英砂。黑色金属温度高,可选用较粗的砂,铝合金采用较细砂子。型砂经处理后要反复使用。砂箱爲單面開口、設有抽氣室或抽氣管、起吊或行走機構的砂箱。

放置EPS模型

振實後,其上據工藝要求放置EPS模型組,並培砂固定。

填砂

加入幹砂(幾種加砂方法),同時施以振動(XYZ三個方向),時間一般爲30~60秒,使型砂充滿模型的各個部位,且使型砂的堆積密度增加。

密封定型

砂箱表面用塑料薄膜密封,用真空泵將砂箱內抽成真空,靠大氣壓力與鑄型內壓力之差將砂粒粘結在一起,维持铸型浇注过程不崩散,稱之为負壓定型。較爲常用。

6,澆注置換

EPS模型一般80℃左右軟化,420~480℃時分解。分解産物有氣體、液體及固體三部分。熱分解溫度不同,三者含量不同。

實型鑄造浇注时,在液体金属的热作用下,EPS模型發生熱解氣化, 産生大量氣體,不斷通過塗層型砂,向外排放,在鑄型、模型及金屬間隙內形成一定氣壓,液體金屬不斷地占據EPS模型位置,向前推進,發生液體金屬與EPS模型的置換過程。置換的結果是形成鑄件。澆注操作過程采用慢————慢。並保持連續澆注,防止澆注過程斷流。澆後鑄型真空維持3~5分鍾後停泵。澆注溫度比砂型鑄造的溫度高30~50℃

7,冷卻清理

冷却后,實型鑄造落砂较为简单,将砂箱倾斜吊出铸件或直接从砂箱中吊出铸件均可,铸件与干砂自然分离。分离出的干砂处理后重复使用。

消失模鑄造特點

1.設計靈活

爲鑄件結構設計提供了充分的自由度。可以通過泡沫塑料模片組合鑄造出高度複雜的鑄件。

2.降低投資和生産成本

減輕鑄件毛坯的重量,機械加工余量小。(1)鑄件的批量(2)鑄件材質(3)鑄件大小(4)鑄件結構

3.無傳統鑄造中的砂芯

因此不會出現傳統砂型鑄造中因砂芯尺寸不准或下芯位置不准確造成鑄件壁厚不均。

4.鑄件精度高

消失模鑄造是一种近无余量、精确成型的新工艺,該工藝無需取模、無分型面、無砂芯,因而鑄件沒有飛邊、毛刺和拔模斜度,並減少了由于型芯組合而造成的尺寸誤差。鑄件表面粗糙度可達Ra3.212.5μm;鑄件尺寸精度可達CT79;加工余量最多爲1.52mm,可大大减少机械加工的费用,和传统砂型鑄造方法相比,可以减少40%50%的機械加工時間。

5.清潔生産

型砂中无化学粘結剂,低溫下泡沫塑料對環境無害,舊砂回收率95%以上。消失模鑄造设备工艺与其他铸造工艺一样,有它的缺點和局限性,并非所有的铸件都适合采用消失模工艺来生产,要进行具体分析。

適宜消失模工藝的影響因素

主要根據以下一些因素來考慮是否采用這種工藝。

1.鑄件材質其適用性好與差的順序大致是:灰鑄鐵--非鐵合金--普通碳素鋼--球墨鑄鐵--低碳鋼和合金鋼;通過必要的准備以不致使工藝實驗、調試周期過長。

2.鑄件的批量批量越大,經濟效益越可觀。

3.铸件结构铸件结构越复杂就越能体现消失模鑄造工藝的优越性和经济效益,對于結構上有狹窄的內腔通道和夾層的情況,采用消失模工藝前需要預先進行實驗,才能投入生産。

4.鑄件大小主要考慮相應設備的使用範圍(如振實台,砂箱)。

消失模鑄造浇注工艺注意事项

在消失模鑄造工藝中,整个工艺流程包括七个环节,每个环节对于消失模铸件质量都具有很大的影响作用,当然浇注过程也是整个消失模鑄造工藝流程中至关重要的一环,掌握浇注工艺注意事项,严格把控浇注工艺中的每个细节是生产高质量消失模铸件的关键。

消失模鑄造的浇注过程是钢液充型,同时泡塑模具汽化消失的过程。整个过程中需要注意的是:(1)澆道自始至終要沖滿鋼液,如若不滿,由于塗料層強度有限,很容易發生型砂塌陷以及進氣現象,造成鑄件缺陷。(2)澆鑄鋼液時需要把握住,保證做到穩、准、快。瞬時充滿澆口杯,並做到快速不斷流,噸鋼液在大約一分鍾左右。如果同箱鑄件的鋼液斷流會吸進空氣,有可能引起塌砂現象或者鑄件增多氣孔的問題,導致鑄件報廢。(3)消失模鑄造采用负压封闭式,而且须是在浇口杯以下封闭。钢液进入模塑模具,其开始液化燃烧,并气化消失,钢液前端短距离形成暂时的空腔,所以设计钢液充型的速度和泡塑模型消失的速度大致相同。为防止钢液高温辐射熔化同箱其它模型,浇道适当离铸件模型远一點。立浇道的位置选择整箱铸件较低位置。 澆注時注意調節和控制負壓真空度在相應範圍內,澆注完畢後保持在負壓狀態下一段時間,負壓停止、鋼液冷凝後出箱。


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