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铸造机械/压铸设备 |
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消失模铸造 |
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1.1 概述
1958年，H.F.Shroyer发明了用可发性泡沫塑料模型制造金属铸件的技术并取得了专利。最初所用的模型是采用聚苯乙烯（EPS）板材加工制成的，采用含粘结剂的型砂造型。德国的Grunzweig和Harrtmann公司购买了这一专利并加以开发和应用。采用无粘结剂干砂生产铸件的技术后来由T.R.Smith于1964年申请了专利。在1980年以前使用无粘结剂干砂工艺必须得到实型铸造工艺公司（Full Mold Process,Inc）的批准，在此以后，该专利就无效了。
最普遍实用的方法是把涂有耐火材料涂层的模型放入砂箱，模型四周用干砂充填紧实，浇注液态金属，取代泡沫塑料模型，这种铸造工艺被称为：消失模铸造（EPC）、气化模铸造及实型铸造等。美国铸造协会消失模铸造委员会采用了"消失模铸造"作为该工艺的名称。
消失模铸造是一项创新的铸造工艺方法，可用于生产有色及黑色金属动力系统的零件，包括：汽缸体、汽缸盖、曲轴、变速箱、进气管、排气管及刹车毂等铸件。消失模铸造的工艺流程如下：
1）预发泡
模型生产是消失模铸造工艺的第一道工序，复杂铸件如汽缸盖，需要数块泡沫模型分别制作，然后再胶合成一个整体模型。每个分块模型都需要一套模具进行生产，另外在胶合操作中还可能需要一套胎具，用于保持各分块的准确定位，模型的成型工艺分为两步，第一步是将聚苯乙烯珠粒预发到适当密度，一般通过蒸汽快速加热来进行，此阶段称为预发泡。
2）模型成型
经过预发泡的珠粒要先进行稳定化处理，然后再送到成型机的料斗中，通过加料孔进行加料，模具型腔充满预发的珠粒后，开始通入蒸汽，使珠粒软化、膨胀，挤满所有空隙并且粘合成一体，这样就完成了泡沫模型的制造过程，此阶段称为蒸压成型。
成型后，在模具的水冷腔内通过大流量水流对模型进行冷却，然后打开模具取出模型，此时模型温度提高且强度较低，所以在脱模和储存期间必须谨慎操作，防止变形及损坏。
3）模型簇组合
模型在使用之前，必须存放适当时间使其熟化稳定，典型的模型存放周期多达30天，而对于用设计独特的模具所成型的模型仅需存放2个小时，模型熟化稳定后，可对分块模型进行胶粘结合。
分块模型胶合使用热熔胶在自动胶合机上进行。胶合面接缝处应密封牢固，以减少产生铸造缺陷的可能性。
4）模型簇浸涂
为了每箱浇注可生产更多的铸件，有时将许多模型胶接成簇，把模型簇浸入耐火涂料中，然后在大约30～60C（86-140F）的空气循环烘炉中干燥2～3个小时，干燥之后，将模型簇放入砂箱，填入干砂振动紧实，必须使所有模型簇内部孔腔和外围的干砂都得到紧实和支撑。
5）浇注
模型簇在砂箱内通过干砂振动充填坚实后，铸型就可浇注，熔融金属浇入铸型后（浇注温度铸铝约在760C/1400F，铸铁约在1425C/2600F），模型气化被金属所取代形成铸件。图1是消失模工艺的砂箱和浇注示意图。
在消失模铸造工艺中，浇注速度比传统空型铸造更为关键。如果浇注过程中断，砂型就可能塌陷造成废品。因此为减少每次浇注的差别，最好使用自动浇注机。
图1 消失模工艺的砂箱和浇注示意图
6）落砂清理
浇注之后，铸件在砂箱中凝固和冷却，然后落砂。铸件落砂相当简单，倾翻砂箱铸件就从松散的干砂中掉出。随后将铸件进行自动分离、清理、检查并放到铸件箱中运走。
干砂冷却后可重新使用，很少使用其他附加工序，金属废料可在生产中重熔使用。
1.2 消失模铸工艺的优点
消失模铸工艺在技术、经济、环境保护三个主要方面具面优势。
1.2.1 技术方面
1）模型设计的自由度增大
新工艺有可能进行造型设计，并完全可以从第一阶段就能在模型上增加一些附加功能。例如：柴油预热器有一个特殊功能部件，它可采用消失模铸造工艺进行制造，而不能采用传统铸造方法生产。
2）免除了铸件生产中使用的砂芯
3）很多铸件可以不要冒口补缩
4）提高铸件精度
可获得形状结构复杂，可100重复生产高精度铸件，可使铸件壁厚偏差控制在-0.15~+0.15mm之间。
5）在模型接合面不产生飞边
6）具有减轻铸件重量约1/3的优势
7）减少加工余量
可以减小机加工余量，对某些零件甚至可以不加工。这就大大减少了机加工和机床投资（例如，对于不同情况可以减少一半投资）。
8）与传统空腔铸造相比，模具投资下降。
9）完全消除了传统的落砂和出芯工序
图2 消失模模型和铸件
1.2.2 经济方面
1）可整体生产复杂铸件
采用新工艺设计，分块模型可胶合组成整体模型，铸成复杂整体部件，对比原先多个铸件组合装配部件（如柴油预热器）而言，可获益1到10倍。
2）减少车间人员
建立消失模铸造工厂，所雇员工数量少于传统铸造工厂，因此应当考虑这一因素。
图3 消失模铸造车间
3）铸造工艺灵活
铸造工艺的灵活性非常重要，因为新工艺有可能同时生产在砂箱中变化放置大量类似的或不同的铸件，浇注系统也因此十分灵活。总之，我们可以说，每种优势都与经济利益相一致，同时还改善了工作条件。
1.2.3 环境保护
聚苯乙烯和PMMA在燃烧时产生一氧化碳、二氧化碳、水及其他碳氢化合物气体，其含量均低于欧洲允许的标准。干砂可使用天然硅砂，100%反复循环使用，不含有粘结剂。模型使用的涂料是在水中添加粘结剂等辅料组成，不产生污染。
(end)
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(10/19/2004) |
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