实型铸造大件的应用及新发展

作者：刘志伟 门长辉

欢迎访问e展厅 展厅 11 铸造机械/压铸设备展厅 造型机, 压铸机, 消失模铸造设备, 混砂机, 烘砂机, ... 众所周知，实型铸造生产中采用聚苯乙烯泡塑模样，应用呋喃树脂自硬砂造型。当金属液浇入铸型时，泡沫塑料模样在高温金属液作用下迅速气化，燃烧而消失，金属液取代了原来泡沫塑料所占据的位置，冷却凝固成与模样形状相同的实型铸件。相对来说，消失模铸造对于生产单件或小批量的汽车覆盖件,机床床身等大型模具较之传统砂型有很大优势，它不但省去了昂贵的木型费用，而且便于操作，缩短了生产周期，提高了生产效率，具有尺寸精度高，加工余量小，表面质量好等优势。 1．生产线基本情况 我厂现有设备情况：熔炼手段：7t／h 、3t／h 冲天炉各一台，3t/h中频熔炼炉一台；0.5t／h中频熔炼炉一台，10t 中频保温炉一台。砂处理系统：10t／h移动式混砂机两台，15t/h移动式混砂机两台,15t/h砂处理再生线两条。制模手段：电热丝切割锯3台，仿型铣一台。根据这种配置，我们可以生产20 t以下的各类牌号的铸铁件，尤其对于生产10t以上的铸件更有一套行之有效的方法，曾经生产过重达18t 的灰铁压床床身以及17.5T的GGG70L高强度球铁。从模样制作、涂料、造型、熔炼、浇注到打箱，层层把关，严格控制。首先，在强化质量上下功夫，加强每一位员工的质量意识。树立“我靠工厂吃饭，工厂靠我实干”的品牌意示，通过培训，提高他们的技术水平，把保证质量作为立厂之本，严格管理，规范运作。制定每一道工序的工艺标准和操作规程，并严格按此组织生产，使各工序、各环节处于稳定受控状态。我们通业集团公司实型铸造厂，自一九八九年采用树脂砂实型铸造方法开始生产以来，主要为汽车模具厂家生产各类牌号的灰铸铁、球墨铸铁以及合金铸铁铸件，最近几年又相继开发了空冷钢、耐磨钢、耐热钢，中硅钼等产品。十几年的生产实践，我们走过弯路，也遇到过挫折，从中也总结了一些经验教训。由于铸造工艺的特殊性，决定着铸件工序繁多，学科复杂，稍有不慎，铸件表面就会产生粗糙，形成波纹、皱皮、积碳、积渣，严重时可造成铸件报废。每一次铸件产生铸造缺陷，我们都是习惯性逐一进行详细观察，认真找出缺陷产生的原因，确定消除缺陷的对策，以求生产出完美合格的实型铸件。 实型大件要保证产品质量，就要防止铸造缺陷的产生，而产生缺陷的原因是多方面的。我们认为要对具体问题具体分析，有的原因很简单，就集中产生在某一、二个工艺过程，有的原因很复杂，涉及到生产过程很多工序乃至原材料，所以我觉得，干实型大件，关键在于生产过程的控制。 2．模样工序 具体来说，应该把好三道关：首先是泡塑板材质量关。板材应满足一定的密度要求（16－18kg/㎡），具有强度高、比重轻、发气量小、且无明显疵点。制作之前应充分烘干，防止铸件气孔的产生。其次，严格按照图纸制作，根据有关标准予留加工余量和收缩率，保证重要使用面的技术要求。模样组装粘结时，在保证强度的前提下，尽量减少胶的用量，防止铸件气孔的产生，并采取自检，互检及终检，确保模样制作的准确无误，最后模样制作完表面用砂纸抛光，保证表面光洁度。 3．涂料工序 实型铸造的涂料对铸件质量的影响，主要表现在涂料质量和生产过程中涂刷的质量。我们前些年使用的铸造涂料是从社会上购置的，在生产过程中经常出现脱壳、掉皮，造成铸件冲砂、粘砂、涂料冲聚、渣眼等。近几年我们使用自已配制的涂料，只要严格执行工艺标准，保证涂层厚度，并经过充分烘干，上述缺陷就大为减轻。对于涂料自身的要求，我们认为主要是与聚苯乙烯塑料模样的附着力以及与呋喃树脂的结合强度。其次是涂料的透气性和耐火度。前者是要求涂料能较好地粘附在模样表面，不产生脱壳、脱落，并与铸型有一定的结合力，在金属液体浇注充型过程中，不被金属液体冲走，后者是要求涂料在浇注时的透气性，排出气化气体，并保证隔离开金属液体不渗漏，以获得表面光洁的铸件。 4．造型工序 由于我厂生产的大件居多，考虑到泡塑模样的发气量大，采取在模样下面砂子里加排气管引出排气等手段，防止排气不畅所产生的崩箱、跑火等现象的发生。同时，实型铸造是采用呋喃树脂和苯磺酸反应固化，由于它们对设备腐蚀较严重，有时会产生树脂泵和酸泵的偷停现象，致使树脂和酸混不到型砂里，产生塌箱，这种情况在以前曾多次发生。后来，我们经过反复研究，多次试验，自创了流量报警器，只要出现偷停现象，报警器的灯就会自动亮起来，避免了类似事件的发生。 造型工艺决定着相当一部分实型铸造的工艺条件。铸件的造型位置，浇冒口系统形状、大小、安放位置，对金属液的阻挡、排放能力、铸型的透气、排气效果，都是实型铸造工艺应该认真解决好的具体问题。大家都知道实型铸造与传统铸造（翻砂）的本质区别在于有聚苯乙烯泡沫塑料模样埋在铸型中，在浇注金属液体过程中，模样液化、气化，形成实型铸造独有的特殊性。这就需要实型铸造进行有其特色的工艺分析和相应的工艺设计。生产实践中，我们认为如何处理好聚苯乙烯泡沫塑料模样的液化、气化及其排放是实型铸造工艺的关键，造型工艺要给予特殊关照。一个完美，正确的工艺分析，对于获得完美的铸件至关重要。因此相适应的，应该做好的就是选择合适的铸件造型位置，确定合理的浇冒口系统的形状、大小、安放位置，实现金属液体浇注充型过程中，对金属液体能适当阻挡排放，金属液体充型有序，能够使模样液化、气化有序，脏冷的液体金属和浇注过程中产生的熔渣、有害杂质都能被阻挡和排放到铸件之外。为使铸型透气性适度，排气顺畅，在铸造工艺设计时，应采取相应工艺措施来满足这些工艺条件，才能生产出理想的铸件。 在进行铸造工艺制定时，首先要考虑到模样液化、气化状态和顺序，实现模样液化、气化有序和充分彻底。对于铸件造型位置的确定，主要是满足铸件使用要求和铸件生产操作方便。在确定浇冒口系统形状、大小、安放位置、阻挡、排放能力时，要考虑到铸型的热量分布。现在冒口的作用已经远远超过传统冒口，根据实型铸造生产的实际需要，可以完全充分的设计形状、大小、数量，哪里需要发挥什么作用，就安放什么种类的冒口。浇铸系统的设计要补缩、排渣、排放冷铁水、排气，调节型腔内热量分布，调整铸件凝固方式（顺序凝固、同时凝固、均衡凝固）。总之，设计好实型铸造生产中的浇冒口系统，是处理好聚苯乙烯泡沫塑料模样液化、气化、阻挡、排放，获得完美铸件的重要工艺措施。 我们厂应用呋喃自硬砂造型。铸型的刚度、强度及透气性都较好，这就给我们优先选择模样液化、气化状态和顺序排放创造了较方便的条件。多年的生产实践，经过反复尝试摸索，针对我们生产的汽车覆盖件模具，大部分重量集中在下部（即型面处），所以我们采取顶注（顶雨淋浇注），这样模样液化、气化完全充分，排放也较方便。而且补缩性较好，便于实现顺序凝固，节省了浇、冒口用量，提高了工艺出品率。但对涂料强度要求较高，且浇注系统最好采用开放式，即：横浇道要能挡渣、集气，并在横浇道端部设集渣包，既阻挡又缓压。当然，侧注、阶梯浇注使用也较广泛，但完全底注式极少采用。 5．合金熔炼 由于实型铸造模样气化需要吸收一定热量，浇注温度要明显高，要比传统铸造方法高30℃－50℃ ，否则，模样就会气化不良，铸件出现表面质量问题。我们的冲天炉熔化采用微机控制，从炉料配比到各种工艺参数都可以得到保证。同时利用中频保温炉调质、提温，充分保证了铁水的质量和浇注温度，高温铁水是保证铸件表面质量和内在质量的重要手段。 6．浇注工序 实型铸造生产中的合金浇注也要突出注意泡塑模样的液化、气化状态和产物。其中液化、气化吸热，同时在型腔内产生压力是最值得注意和必须顺应的要求。浇注速度要适当，快了不行，慢了也不行，浇注速度要视模样气化、排气的情况。浇注方法要掌握浇注速度，随流浇注，并要十分注意聚苯乙烯泡沫塑料模样导热性差。在浇注过程中，模样的液化、气化过程有先后顺序，同时，封闭的铸型内，模样气化，在铸型内产生气体压力，这也是实型铸造的重要特性。造型工艺必须顺应其规律适当引导。在浇注上，我们根据电源短路原理，在模样的关键位置相邻安放两条导线，一旦铁水到过此处，报警器就会自动响起来，从而便于控制浇注速度。在浇满前的短暂时间内要缓流，在浇满型腔后还要用小流，继续点浇。这样浇注的主要目的是排渣、放流、放气，争取获得轮廓形状清晰的铸件。 7．铸件打箱 根据铸件的大小、薄厚设定保温时间，严格控制打箱温度，由于大铸件外形轮廓尺寸较大，且结构各有特点，有的壁厚薄差别较大，打箱过早，应力较大，容易产生开裂。我们体会到，由于树脂砂铸件的冷却速度较慢，具有缓冷特点，因而产生白口的倾向性较小，而且只要有足够的保温时间，铸造应力较小，变形较小。我们曾经生产了一个8．3米长的球墨铸铁床身，完全冷却后，整体长度上的水平变形仅有4mm。 8．今后发展思路 诚然，树脂砂实型铸造有很强的优势，但也存在着弊端。1：环境污染问题（由于浇注时产生烟雾）。2：排气不畅在表面所产生积碳现象。3：由于原材料质量和设备的影响，要使铸件质量大幅度提高有一定困难，很难达到精密铸造的水平。同时，采用呋喃树脂和苯磺酸做粘结剂，生产一吨铸件增加了几百元的成本，且机械化、自动化程度低，对于单件大批量铸件的生产很难满足用户的精度和进度要求，所以以产品的长远性、批量性、经济性等方面考虑，迫使我们在提高现有工艺技术水平的同时，寻求另一种途径来满足用户日益精细的使用要求。 负压实型铸造技术是国内外公认的“21世纪绿色铸造技术”，它的优越性逐步被广大的铸造行业和厂家认可，且不用加粘结剂，大大降低了铸件的生产成本。我厂经过广泛的市场调研，于98年初开始负压实型的试制生产，在原来熔炼制模的基础上，上了震实台，抽负压系统以及几套简易的砂箱。开始只生产一些简单的厂内铸件，在2000年末进行了大规模的技术改造，重新上了一台调频三维震实台及砂再生除尘系统、加砂装置，并生产了几个2吨左右的铸件，表面质量和内在质量过关，从2001年初开始,经过不断的技术创新和工艺创新,以及涂料及涂刷质量的改进,我们每年可以用负压实型技术生产3T以下的厂内箱体铸件和冲压模具铸件2000T左右,产品质量比较稳定,能够得到用户的认可。下一部准备引进预发泡机、成型机等设备。我们把目标定位在可以用负压实型生产5 t以下的铸件，争取年产达到5000t。 应该说，我们起步还较晚，许多方面还不成熟，不完善，虽然经过十多年实型铸件的生产,积累了丰富的经验,产品外在和内在质量稳步提高,大部分灰铁铸件的表面质量接进于韩国水平,但距离日本、韩国等先进国家的铸件整体水平尚有一定差距,要想真正做到铸件的薄壁化、精密化、艺术化还有很长的一段路要走,不仅需要大专院校等研究机构给予理论上的指导,也期望得到兄弟厂家的指点和帮助。(end)

文章内容仅供参考 (投稿) (1/20/2006)