消失模铸造填砂造型质量保证指南

 铸造学堂     |      2020-08-25 15:39
在90年代末我国已把消失模铸造列入“九五”国家科技成果重点推广计划,它与传统铸造技术相比,消失模铸造的铸件,不仅表面光洁度好、铸件尺寸精度高,因在负压状态下成型,提高了铸件内部组织的致密度;相对而言工序简化成本较低,同时改善了从业工人的劳动条件,也有利于生产环境的改善等明显优势。

所以,被国内外誉为“二十一世纪的铸造技术”“铸造工业的绿色革命”。我们要从一个铸造大国变成为制造强国,就要大力发展更多近无余量生产,就要大力发展精确成型技术;铸造产业必须符合国家环境保护与可持续发展的大方向,实现清洁生产;同时也要适应个性化的市场需求,产品结构的设计要有更大的自由度。消失模铸造在以上诸多方面可以满足市场和制造商的需求,发展潜力巨大,只要我们尽最大限度地发挥消失模铸造的优势和特点。所以说消失模铸造应用与发展前景非常广阔。

伴随着我国消失模铸造设备国产化水平的不断提高,以及我国消失模铸造原辅材料质量的提高与改进,加之我们诸多从事消失模铸造技术人员对于消失模铸造原理和理论研究的不断深入,我国的消失模铸造才出现前所未有好局面。尤其是许多中小企业在选择铸造生产方式的时候,优先考虑了采用消失模铸造。

但是,必须清醒认识到中小企业普遍存在技术力量薄弱、管理水平亟待提高,检测手段有待健全和资金周转不很顺畅等诸多问题。加之许多中小型民营企业家对消失模铸造缺乏完全和透彻的了解和认识,就我们所知很多厂家决策上消失模之前根本没有详实考察和论证过,自身也没有系统学习过消失模铸造的专业知识,更别说系统学习过消失模铸造原理与理论。当然主要是对消失模铸造认识上的不充分,对消失模铸造生产中可能出现问题的严重性估计不足,在知之甚少情况下,就急于上马,结果是花了一、两年时间产品质量过不了关,铸造过程中的缺陷曾出不穷且束手无策,就我们所知有的新建消失模铸造企业因此而陷入被动和面临停产局面。铸造业的利润说白了就是挣废品“钱”,只有降低废品率,利润才会有所提高。就消失模铸造生产中,在填砂造型方面谈谈我们的教训与认识,愿与从事消失模铸造的同事们共同探讨和提高。
1、负压砂箱
负压砂箱是消掉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,但更重要的效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效用,除了使干砂定型外,还要将泡沫型的气化产物吸走。消失模铸造专用砂箱的要求:必须有足够的强度和刚性,避免造型和运输过程砂箱变形;要保证密封性能好,在负压度为-0.3Mpa下3分钟内不漏气,其结构应有利于均匀紧实排气;自动或半自动流水线用的砂箱以外形定位对尺寸的精度要求更严格,必须把尺寸偏差控制在±1.0mm;在结构设计上要考虑在振实台、翻箱机和输送机上的定位、夹紧和翻转等操作;同时还得考虑砂箱的互换性和通用性。

砂箱对气化产物的走向,与负压场有关,震动过程的力都是做直线运动的,走短路程的,砂箱负压源设置的位置,以最佳形式有利于气化产物的排出方向。消失模铸造是液固浸润,以是呈凹字型充型,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。某厂有这样一个例子。生产一个单承口铸铁管,直径是150,长度为2450,壁厚15,承口内有止口,立浇很高,开始因为管内砂溃散,浇足不成。最后由箱底部负压管上焊了一个真空管,将铸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,管壁内、外园表面,什么缺陷也没有,这就是负压有导向的效用。所以,我们在生产中不应拘泥于四侧壁全吸负压,应根据铸件的具体特点,有目的地设置负压源位置。

    2、振动紧实台
消失模铸造中很值得关注的设备就是振动紧实台。这十几年来,振实台在不断的的改进中。性能良好的需实台,应该具备如下性能:①良好的悬浮性能:十几年以前,大多厂家用的震实台都是4个硬橡胶垫做支撑,硬橡胶的悬浮性能不好。激振源的功效大都不是效用到砂箱上,而是变成了撞击力,效用到震实台的钢架布局上,很容易造成布局开裂。近几年基本上都解除了气囊悬浮。②可以调整的频率和激振力:根据加砂的多少和厚度,调整激振强度。以防止振动力不足,也可以避免动力过剩。③三维震实台的产生机理:双电机振动是两台同样的电机在对称位置设置,做相对旋转时才能产生定向激振力。只有在两台振荡电机的偏心块处于(a)和(c)的相对位置时,才能产生左右向的激振力(协力),使震实台面做X轴方向往复式震荡。

同样道理,设置在X轴的一组振荡电机产生激振协力时,可使震实台面做Y轴方向的往复式震荡。悬挂在震实台面下的振荡电机组可产生上下振荡协力,使震实台面做Z轴方向的振荡。因此,振荡电机组安装在震实台面的不同方位,实现震实台的振荡模式不同。设计者习惯上把在单轴安装称为一维震实台;双轴安顿振荡电机组称为二维震实台;三轴同时安顿振荡电机称为三维震实台。上述观点,只是设计者的一厢情愿和使用者的直观错觉。我们在长期实践和大量实验中发现:⑴、三维方向设置振荡电机组,震实台事情时,不是所有时候间都能产生震实台的三维振荡。产生三维震荡的几率很小,时间很少。⑵、二维方向设置振荡电机组更易使震实台产生三维振荡。⑶、震实台面交替出现三个方向的振荡,砂紧实的效果好,时间短。

原因在于垂直方向设置在X、Y轴上的振荡电机组的两台电机: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小聪明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)由于打造原因,两台振荡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,从而改变激振协力的方向。设计者希望电机静止时和转一下时偏心块永远方于相对称的位置,事实上不有可能。

    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,产生不定向的协力。运行中当偏心块处于图(C)中①的位置时也能够产生X向协力,但协力较弱,处于②位置时,可以产生设计时所希望获患上的协力强度;处于③时,则产生极强的X向协力。这就是我们在使用中会发现震实台的激振力有时候弱时强的不定期变化的原因。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,则振荡电机的激振力被互相相互消除,震实台面不做功,这就是使用中会出现震实台不震荡的原因。大都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。E垂直安装在X、Y轴的两组振荡电机,同时运行时,如果抓一把干砂放在震实台面上,常常会发现干砂并非象设计者希望的那样做X、Y轴无定向往复式震荡。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。
    上述的观察与试验中,我们以为三维方向设置振动电机的震实台不一定能产生三维震荡效果的结论。当我们在X、Y轴上仅设一组振荡电机时,我们会观察测试到如下现象, (F)当Y轴上设置的振荡电机,偏心运行到①③位置时会产生X轴方向的激振协力,使震实台面产生X方向振荡,当偏心块运行到②④位置时也能够产生Y向的激振协力,使震实台面产生Y向震荡。同理,当振荡电机组设置在X轴上,也会同时产生X、Y轴两个程度方向的震荡。由此,我们也能够得出如下结论:两维方向(X轴或Y轴及Z轴)设置振荡电机,同样可以获得三维震荡的效果。所以,设计者的愿望很多时候与实际并不完全一致。对我们使用厂家而言对振动紧实台的要求:能够使干砂充填模样内外并且达到一定的紧实度又不损坏模样。高效震动,基本均匀充填,紧实型砂,但不至于模样变形,更不会损坏模样。我们的经验是采用高频率、低振幅的振动,振动频率30-80Hz(电机转速1800-4800r/min)。设置上要保证生产过程可以根据不同形状的零件及整个造型过程能调整振动频率,以获得理想的紧实效果。振幅一般为0.5-1.5mm,振动加速度为9.8-19.6m/s2。在激振力相同的条件下,振幅小,振动频率高,充填和紧实效果就越好。振动时间一般控制在30-60s比较合适。振动时间过长,很容易损坏模样;震动时间过短,干砂不容易充满模样各个部位,尤其是有水平空腔的模样的充填紧实度不够。使用工厂要求振动紧实台必须有足够的机械强度、刚度和抗震动疲劳能力,配备有防止振动引起的的连续件松动等结构与措施。在生产过程振动紧实台工作应该平稳,噪音小。
3、造型用砂
 消失模铸造用的型砂应具有良好的透气性和流动性,经多次复用后仍能保持原有性能,即复用性好,粉化少。型砂选择适当与否,是关系到消失模铸造能否生产出优质铸件的主要因素。
消失模铸造铸型用造型材料分为:干石英砂型、刚玉砂型、锆英砂型、镁砂型共4种;两大类:即普通砂和特种砂,后3种即称为特种砂。
消失模铸造型砂技术要求:
(1)高的透气性和低的发气性,为了提高透气性,在粒形上宜选择园形砂,其次才是半角形、角形。园形砂不仅透气性好,而且流动性和紧实性最好。
(2)较高的耐火度;由于消失模铸型使用的是单一的型砂,铸型耐火度完全取决于型砂本身。耐火度高、可有效防止粘砂缺陷。选择型砂的首先前提,型砂耐火度必须高于浇注金属液。
(3)型砂筛号(即粒度大小):颗粒度对铸型的透气性影响尤其显著,恰当的粒度还可以保证造型时间的充填密度。要求干砂粒度分布主要集中于一个筛号,如20/40目型砂,以20目为主,要求20目的大于75%。
(4)原砂的化学成份,生产铸铁、非铁合金和普通铸钢件,一般采用硅砂(石英砂)作为消失模铸造原砂。SiO2的质量分数在90%-95%即满足使用要求。特种砂只是在厚度大于50mm以上的合金钢铸件时才考虑采用特种砂代替石英砂。
(5)原砂的含泥量:含泥量过多会降低紧实后型砂的透气性,粉尘大会影响造型工人的健康,原砂的含泥量要小于2%,越小越好。一般应采用水洗砂。
(6)原砂的含水量:理想的干砂是没有水分的,这对改善泡沫塑料模样的气化条件有利,还可减少气化水分所需大量热量,确保铸件不致因水分产生许多铸造缺陷。但是,因大气的湿度和凝结的作用,含有微量的水不可避免,但要求消失模铸型用的干砂水分应小于1%。
(7)原砂的灼烧减量,这项指标反映了模样热解残留物沉积在铸型砂上的有机物的数量。灼烧减含量的质量分数是小于0.20%。因此,必须除去型砂中的细小颗粒,以减少有机物在干砂中的积累量。
(8)铸型时的砂温,干砂温度过高会使EPS模型软化。可能增加模样的变形。必须严格控制干砂温度,一般不超过50℃。批量生产的砂处理系统要配备砂温调节器,以控制干砂温度在填砂造型前降至50℃以下。
(9)为了防止铸件粘砂,应该在2个月左右对填砂造型用的全部型砂通过永磁机过筛一遍,祛除铁豆以及废弃杂物。这是保证铸件外观质量非常重要的手段。
加砂的方式有:软管人工加砂、螺旋给料加砂和雨淋式加砂,我们以为最好的方法是雨淋式加砂。加砂方式要根据不同的需要去选择。在生产流水线上,加底砂时候可采用软管加砂或者雨淋式加砂,紧实工位上通常是使用雨淋式加砂。在翻转砂箱时有的工人,有意识地留少许型砂,如果砂温不高的情况下,那好象无所谓;但是,只要遇到砂温超过50℃或者在这个温度的临界值左右,那就难免会造成模样变形,而导致生产的铸件报废。所以,我们在工艺上是明确规定必须在翻转时把型砂倾倒完。
4、造型规程
(1)、在填砂前,先是检查使用砂箱负压管隔离筛网有无破坏。
(2)、每次取铸件倒砂时必须把热砂倾倒完,造型用的干砂温度必须低于50度。否则会造成因底砂温度过高而导致模样变形。
(3)、填型砂之前,对要装入的模样先得认真检查有无破损或裂纹,不允许有任何的露白(即泡沫塑料白件有个别地方没涂刷上耐火涂料或涂料剥落)。填砂应沿砂箱四周加砂,允许一边均匀填砂,一边振动紧实。
(4)、砂床(即我们俗称的底砂)准备,在砂箱的底部先填上厚度150mm左右的型砂,震实刮平,便于模样安放。
(5)、要保证模样各方向上的吃砂量不得小于100mm。这个要求同样也适用于模样与模样之间的距离。
(6)、造型用砂不能直冲着模样冲击而下,应该是冲着砂箱壁,再慢慢往中间填砂。填砂埋箱过程不能损伤模样,不使涂层剥离。
(7)、复杂的铸件(如箱体、气缸体类)应分层填砂,要求每层填砂高度约150mm左右,振动30s时间后再填下一层型砂。
(8)、圆筒形或方箱形铸件,应做到型腔内外同时均匀填砂,防止模样变形;加砂速度要均匀,不能太快,更不允许型砂哗啦一下倒入砂箱。对于长杆、平板类及其他刚度低的模样特别要注意加砂时不能造成弯曲变形。对于特殊的铸件,如内部型砂很难以振实的还可以单独使用负压管。
(9)、特别难于填砂部位,应辅助人工给力充填,以防止铸件产生节瘤;对于模样上的深孔、长孔和盲孔以及死角区的填砂操作,最好是先在其中预填上含粘结剂的型砂并捣实在后使其干燥;必要时还可以开填砂工艺孔,然后用EPS堵上,再用胶带纸封好。
(10)、顶部吃砂量,在使用负压条件下不能低于150mm,特殊时也不低于65mm。用塑料薄膜封闭箱口要起到密封作用。然后再加上一层不少与50mm厚的型砂。
有的铸件内腔比较大,浇注过程因为内外负压不平衡,内腔砂型容易漂浮起来,造成底部增厚,还可以在装完顶砂后压上铸铁或钢板制作的压箱板。
对特殊的铸件有特别需要的情况下,消失模铸造同样可以使用“冷铁”。可以有效防止壁厚交叉部位以及急剧变化部位产生裂纹;对于冒口难于补缩的部位加上冷铁就可以防止缩松、缩孔;用外冷铁也可以加速个别热结的冷却,使整个铸件接近于同时凝固;还可以通过加冷铁改善铸件局部组织,如提高铸件某个部位的耐磨性能或提高铸件表面硬度等 。填砂造型时把冷铁贴着泡沫塑料模样一块埋入砂箱中就行,但必须把冷铁固定好,才能起到预期的目的。
 (11)、填砂造型工序必须加强作业过程中的局部抽风,防止粉尘给操作工健康带来不不要的影响和粉尘对环境的污染。
(12)覆薄膜、放置浇杯,去除直浇道顶部的涂料,覆盖厚度为0.05mm的塑料薄膜,将砂箱逢严密.塑料膜不得有破损或过小,也不允许多片薄膜搭接,以免影响真空度.然后在薄膜上面再盖一层厚约120mm保护砂。将砂箱吊到浇注位置.将浇口杯放在直浇道的正上方,浇口杯外面用砂围起. 在直浇道上方口盖上防护盖,已经放置好的浇口杯轻易不要再移动,以免浇口杯位移过程掉入砂粒或杂物。
总而言之,消失模铸造的填砂造型与铸件缺陷有非常密切的关系;消失模铸造在这个工序上认真与马虎操作直接关系到铸件质量。要想防止消失模铸件缺陷的产生就得学习并弄懂消失模铸造的成形原理,从这一原理出发所有工序的操作必须严格按照规程一丝不苟的执行,才能提高铸造的成品率和铸件质量。

我们过去说铸造车间是“三份技术,七份管理”就是说管理很重要;消失模铸造车间与过去的砂型铸造车间相比在管理水平上的要求更高。原来的手工造型不管是多么复杂铸件,各工序就那么2-3个造型工自己操作,质量控制也由他们自己负责,铸件质量的好坏主要取决于技艺相对来说控制比较容易;而消失模铸造每道工序从预发、成型、修模、粘结、侵涂、干燥,组模和造型、浇注均为不同人去完成,消失模铸造是类似链条状的体系工程,任何一个工艺条件发生改变,都会对其它条件带来影响。任何环节,任何一道工序出问题都影响到铸件质量,任何细小的环节出现纰漏都会导致最终产品的缺陷。真是象下棋“一步不慎,满盘皆输”。需要控制的工序繁多,参与控制的人员也多,必须严格工序过程控制才有可能减少对铸件质量的影响,铸件质量好坏更加突显决定于管理。
不断提高铸件质量是铸造工作者的永久研究课题,只要广大铸造工作者深入研究与试验,从浇注系统及填砂造型工艺方法诸多方面进行持续不断地改进,力求铸件精度与表面光洁度有突破性提高,才能满足国内外机械制造业、汽车零配件行业及其它行业中高档与高精尖模具和生产大批量复杂铸件的庞大市场需求。

 

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