消失模铸造

消失模铸造看似简单,其实内涵极度为丰富。消失模铸造是形似链条状的系统工程,任何一个工艺条件发生改变,都会对其它条件造成影响。任何环节,任何细小的环节出现纰漏都会导致最终产品的缺陷。
特别是在单一品种的大批量生产中,如果一时疏忽,一处疏忽,会造成大量的废品,后果严重。这也是与传统铸造所不同的。
消失模铸造你做的时间长了以后,会发现这样的一个特点:“其实消失模铸造真的没有什么好难的,就是创造条件,工艺条件具备,认真执行操作规程,实现生产的高效率和质量的高成品率,并没有什么难的。”话以说回来,难就难在许多厂家,对准备和创造条件不认真,存有侥幸心理,差不多心理,压缩投资省点钱的心理,这是老板的心理;省点钱,在操作者心里,做熟了以后,总也没出问题,又会产生消失模铸造不过如此,没有必要搞的那么麻烦,有了怕麻烦的心理,就产生了“省点事”的心理,这是操作者的心理。如果,老板有了省点钱的心理,工人有了“省点事”的心理,这两个“省点”心里,就会导致“废点”或“废一批”。废——就是“废品”。所以,在谈质量管理时,首先要纠正的,就是“省点”的心理。
一、 必须具备起码的条件——硬件准备
1、 高质量的模具:泡沫模型是消失模铸造生产的根据,没有泡沫型就无法生产,没有好的泡沫型,
无法生产出好的铸件。所谓好的泡沫型,包括这么几个条件:
① 好的卖相——加工精细,反映在模型上就是泡沫珠粒融合的好,没有过生过熟区,熟化均匀,说得容易,真正做到融合好,不是一件容易的事,首先要有先进的加工手段,然后要有经验丰富的专做泡沫模具的钳工,合理的分布气塞,该密的部位要密,该稀疏的部位要稀疏。
泡沫模的模具与其它模具不同,有时钳工调试的时间,大大的高于机械加工的时间,有时,越是看似简单的模具,越不好调试。不是这里过生,就是那里过熟。所以,要选专业厂家,模具验收的泡沫模型为依据。
② 尺寸精确,二次收缩量合理。泡沫型自身的尺寸稳定时间约在20天—50天;不同的使用时间会造成尺寸的不同。同一套模具发泡的密度不同,收缩量不同,也会有尺寸的差异。模型的组合方式不同,也会造成收缩量的不同,一个零件水平放置的线收缩,与垂直摆放的线收缩,差的很多。浇注温度不同,也会造成尺寸的变化,所以,模具设计的缩量,要与铸造工艺相配合,要在此基础上调整各部位的缩量,一个精细产品,不同部位的缩量是不同的。
③ 低密度,合理的设计,加工出的模具,可以获得较低密度
的泡沫型,设计的不合理无法获得低密度泡沫型。这与模型的壁厚,是否合理,壁厚是否均匀,壁厚是否与模型的壁厚保持有机的调整。气塞分布的量是否充足等有直接关系。
④ 防变形措施。消失模铸造自始至终存在着防止变形的课题,防变形的第一道关口是模具的结构,合理的结构,使泡沫珠粒受热均匀,冷却均匀,发生变形的可能性小。
消失模铸造的模具和人不一样,人是丑妈妈有时可以生出漂亮的孩子,没有好的模具却是肯定做不出好的泡沫型来。
如果有了省一点的心理,必然会非专业的厂家,非正规的厂家做。因为,这些厂家报价低,待到模具做出来以后,不知还要投进去多少钱,耽误多少事,细算并不合算。
2、 性能优良的预发机
预发机是消失模铸造中的关键设备之一,有了模具没有好的预发机,也无法获得优良的泡沫模型。
预发机有许多种,用于铸造模型制作的预发机,要具备如下特点:
① 可以预发细小珠粒;
② 珠粒的发泡倍率相同;
③ 预发桶内,含水量少;
④ 升温快,升温高,同时要降温快。
要具备这些条件,首先要选用间歇式的、间接加热的、蒸汽加热的。
因为,只有间歇式加料,才能发小珠粒,才能使每个珠粒的发泡倍数相同,连续式加料的,达不到此效果。只有间接加热的方式,才能使预发桶内水份少。试想,水份多的时候,珠粒由水包裹着,一是粘成团,二是温度升不起来,间接加热的介质有两种,一是油,二是气,油的特点是要用电加热,耗能费用且不谈,加热的温度虽然能比较高,但是升温慢,无法降温,要借助冷风,不如蒸汽操作方便。
所以,目前最理想的预发机是正压式间歇式预发机。我厂的预发机堪称是国内最好的,汽车厂发共聚料做试验都到我厂来预发。
3、 宽敞通风的烘房
许多单位不重视烘房,其实烘房非常重要,原则上讲,烘房应有三个,一个烘房是烘第一遍涂料的,一个是烘二遍涂料,一个是组合好,待埋箱的模型束。涂料有很强的吸潮性,烘干以后如果不保存在干燥的烘主心内,会吸湿,降低强度,甚至剥脱,涂层吸湿以后,浇注时会发生什么情况,可想而知。
另外,我强调了宽敞和通风,烘房不通风,潮度过大,干燥的慢;过于狭窄,模型距离热源过近,会造成模型变形。
烘房是非常重要的设施之一。
烘房的热源有许多形式:
① 电加热:结构最简单,取热最方便,配备一个简单的电路,就可以成为自动控温的,做到无人看守。
但,细算一下,电加热的成本很高,以配合1台0.5吨中频炉的生产为例,如果年产1000吨铸件,大约烘房的面积不能小于60M2
,需配备32KW电热板。如果电费平均为0.5元1度,每小时耗电16元,每日耗电15小时计算,是240元,每日电费7200元,每年耗电8万多元。每吨铸件的耗电成本80多元。
② 蒸汽加热,适用于有发泡制模车间的厂家;而且锅炉房距烘房要近,不然也利用不上。
③ 最省钱的是烧煤,可以砌火炕,火墙,烧煤也可以自动控制温度,新钢赵光有一个发明,煤炉子的吹风机与烘房的热电偶相接,也是自动控温,烘 房温度降下来的时候,鼓风机通电,鼓风,煤烧起来了,加热,烘房温度够用了,鼓风机自动停机,非常适用。
④ 利用余热做辅助加热。可以利用冲天炉的余热和电炉的炉头余热,接通烘房热水管,将热量散失在烘房内,节省了部分热能,又减轻了冷却水的压力。这些或许对在座的厂家有借鉴作用。
4、 震实台:震实台也是消失模铸造中值得关注的设备。十几年来,震实台有了许多的改进,性能良好的需实台,应该具备如下性能:
① 良好的悬浮性能:几年以前,多数厂家用的震实台都是四个硬橡胶垫做支撑,硬橡胶的悬浮性能不好。激振源的功能多数不是作用到砂箱上,而是变成了撞击力,作用到震实台的钢架结构上,所以,容易造成结构开裂。近几年基本上都采用了气囊悬浮,好像公路跑的长途车,原来国产车都是硬弹簧,现在许多大巴车都是气囊悬浮,坐上去舒服极了。
② 可以调整的频率和激振力:根据加砂的多少,调整激振强度。以免动力过剩,也能防止动力不足。
③ 三维震实台的产生机理。
振动电机只有两台在对称位置设置,做相对旋转时才能产生定向激振力。如图示:
只有在两台振动电机的偏心块处于(a)和(c)的相对位置时,才能产生左右向的激振力(合力),使震实台面做X轴方向往复式震动。同理,设置在X轴的一组振动电机产生激振合力时,可使震实台面做Y轴方向的往复式震动。悬挂在震实台面下的振动电机组可产生上下振动合力,使震实台面做Z轴方
向的振动。因此,振动电机组安装在震实台面的不同方位,实现震实台的振动模式不同。许多设计者习惯上把在单轴安放称为一维震实台;双轴安放振动电机组称为二维震实台;三轴同时安放振动电机称为三维震实台。
其实上述观点,只是设计者的一厢情愿和使用者的直观错觉。笔者在长期实践和大量实验中发现:
⑴、 三维方向设置振动电机组,震实台工作时,不是所有时间都能产生震实台的三维振动。产生三维震动的几率很小,时间很少。
⑵、 二维方向设置振动电机组更易使震实台产生三维振动。
⑶、 震实台面交替出现三个方向的振动,砂紧实的效
果好,时间短。
原因在于垂直方向设置在X、Y轴上的振动电机组的两台电机:
① 停机时,电机轴上的偏心块不能停在相对称的位置。电机启动时,电机轴上的偏心块自然也不能处在设计者希望的对称位置。
② 偏心块即使是处于相对位置(如悬挂在台面下面的电机组)由于制造原因,两台振动电机不能保证绝对同步的转数,也会改变偏心块的相对位置,从而改变激振合力的方向。如图A:
设计者希望电机静止时和转动时偏心块永远处于相对称的位置,事实上不可能。如图B:
电机静止时的偏心块,总是不对称的,只有在运行过程中的某个时间段,某两个电机的偏心块是处在相对称位置,产生不定向的合力。如图C:
运行中当偏心块处于图(C)中①的位置时也可以产生X向合力,但合力较弱,处于②位置时,可以产生设计时所希望获得的合力强度;处于③时,则产生极强的X向合力。这就是我们在使用中会发现震实台的激振力有时弱时强的不定期变化的原因。如图D:
运行中如发现设计者希望电机静止时的偏心块对称状态时,则振动电机的激振力被互相抵消,震实台面不做功,这就是使用中会出现震实台不震动的原因。多数时间震实台的电机偏心块由于电机转数不同步,在不断改变相对位置。如图E:
(E)
垂直安装在X、Y轴的两组振动电机,同时运行时,如果抓一把干砂放在震实台面上,常常会发现干砂并不是象设计者希望的那样做X、Y轴无定向往复式震动。而是做与X、Y轴交叉方向的定向流动或环
形流动。原因如图所示,很容易造成泡沫模型的损坏和变形。
上述的试验和观察,我们得出三维方向设置振动电机的震实台不一定能产生三维震动效果的结论。
当我们在X、Y轴上仅设一组振动电机时,我们会观察测试到如下现象,如图F:
(F)
当Y轴上设置的振动电机,偏心运行到①③位置时会产生X轴方向的激振合力,使震实台面产生X方向振动,当偏心块运行到②④位置时也可以产生Y向的激振合力,使震实台面产生Y向震动。同理,当振动电机组设置在X轴上,也会同时产生X、Y轴两个水平方向的震动。
由此,我们也可以得出如下结论:两维方向(X轴或Y轴及Z轴)设置振动电机,同样可以获得三维震动的效果。
悬挂在震实台面的Z向电机组,虽然停机后偏心块肯定向重力作用,处于对称位置,但由于电机转数的不一致,运行中偏心块的合力也会发生变化。
处于此种相对位置时,如图a,台面做上下震动。
但处于图b位置时,振动电机的偏心块也产生水平方向的振动。
因此,我们不可以只凭震实台面安装了几个方位的电机,直读称为几维
震实台,重要的是震实台在激振源工作时,能产生几维方向的震动。
5、 负压砂箱
负压砂箱是消失模铸造工艺装备中一个重要的组成部分,负压砂箱是盛装模型束的,但更重要的作用是形成干砂的负压氛围,使干砂定型。
负压也就是抽真空的作用,除了使干砂定型外,还要将泡沫型的气化产物拉走。气化产物的走向,与负压场有关,力都是做直线运动的,都是走短路的,所以负压源设置的位置,影响着气化产物的排出方向。
前面我们已经讲过,消失模铸造是液固浸润,所以呈凹字型充型,如是这样,如果模型的一侧负压值高,则充型仰角必然向负压值高的一侧。泡沫型气化残留物的密度低于液态金属,必然受牵拉吸附在此侧的涂料壁上。使缺陷集中在一侧。
新钢赵光厂有这样一个例子。生产一个钢管,可能200多粗,壁厚25,两端有内止口,此件很长,立浇很高,开始因为管内砂溃散,浇足不成。赵光由箱底部负压管上焊了一个真空管,将钢管模型直接套在真空管上,这样一来,管腔的负压高于管壁外的负压,加工时,管壁外园面,什么缺陷也没有,
在内侧壁需镶轴承的位置有气化残留的黑东西,此件属残而不废的件,但如何解释这种现象?在珠海会议上提出了这个问题,这就是负压有缺陷导向的作用。所以,我们在生产中不应拘泥于四侧壁全吸负压,可以根据铸件的具体特点,有目的地设置负压源位置。
讲到这里,我们总结对消失模铸造基本理论的理解上,强调了五个方面:
① 高温无氧的条件;
② 置换速度的平衡;
③ 流场;
④ 热场;
⑤ 负压场。
砂箱种类有很多,我们可以根据生产中的需要做选择。可以组合、可以翻转、可以底吸、侧吸、全面吸、可以自动出砂。
为了有目的地使某一部位的真空度有所提高,我们还常使用“真空接力管”对型内腔的负压做调整。
典型砂箱
a、夹层气室全吸式负压砂箱,如图示:
夹层气室全吸式负压砂箱是负压实型铸造技术问世早期时较为通用的砂箱,此种砂箱如同大方箱套小方箱,气室间隙30-50mm,真空气室的排气窗由双层多孔板和100目不锈钢筛网组成,筛网防止型砂进入真空气室,砂箱内层多孔板对筛网起保护作用。
b、 单层底吸气室型负压砂箱;如图示:
单层底吸气室型负压砂箱箱体可做成方形,也可做圆形,箱底都是方形,常见于(美)福康公司设计的生产线,此种砂箱较夹层气室型砂箱简化许多,造价可降低了40%,加工周期可缩短60%。
c、单层底吸埋管式负压砂箱,如图示:单层底吸式埋管式负压砂箱由单层钢板焊接,底部设置由3/2″焊管组成的钻有密集φ5-7小孔

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