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      垂直造型機消失模鑄造及其在汽車鑄件生產上的應用

      發布時間:2017-10-28

      消失模鑄造工藝(簡稱EPC工藝)早期稱為實型鑄造,1956年由美國人H.F.Shroyer發明,1958年取得:當時泡沫模型是采用泡沫板材加工,用含粘結劑的型砂作填充砂。開始此項工藝僅用于生產工藝美術鑄件,1962年成功地用于工業鑄件的生產。但在隨后近20年的時間里,由于權的限制及生產應用中出現的技術問題,此工藝沒能普及應用。1968年,E.Kryeancusky研究出采用無粘結劑干砂結合負壓技術的真空密封造型法,隨后在此基礎上形成了現在廣泛采用的消失模鑄造工藝。20世紀80年代初,該工藝受到重視并大量應用于工業生產。消失模鑄造在很大程度上已不同于舊實型鑄造,在原實型鑄造技術基礎上有了很大的發展。目前消失模鑄造在機器制造業中了廣泛應用,特別是在汽車制造業中的應用取得了顯著的經濟效益,并以其簡單的工藝、優良的鑄件質量和顯著的經濟效益被許多專家譽為“21世紀的鑄造技術”。
        一、垂直造型機消失模鑄造的實質及工藝過程
        垂直造型機消失模鑄造實質是將可燒失的泡沫塑料模型浸涂耐火涂層后,直接放入可抽真空的砂箱內,填入不含粘結劑的干砂,低幅高頻振實,然后砂箱抽真空使砂子緊固成鑄型。澆注時在液態金屬的熱作用下,泡沫塑料分解氣化,金屬液取代原來泡沫模型所占據的空間位置,在隨后的凝固過程結束后獲得所需的鑄件。
        1、塑料模樣制造
        目前,制造泡沫塑料模   常用的原材料是可發性聚苯乙烯珠粒(EPS),制模方法是   先將原始的聚苯乙烯珠粒在預發泡機上進行預發泡。然后將預發泡后的珠粒放置時間使其熟化,再將經熟化后的珠粒充入成型發泡機的棋具中進行蒸汽發泡成型,成型后的泡沫模干燥備用。
        在泡沫塑料模的制造過程中,聚苯乙烯的質量直接影響著鑄件的質量為了使鑄件表面光潔,消失模鑄造用的聚苯乙烯珠粒尺寸應細小均勻,一般在控制在0.2~1.2mm范圍內。要求珠粒發泡后,其消失模密度低, 依據合金種類的不同,一般應將密度控制在0.017~0.025g/cm3的范圍內,以減少含碳氣體量:及殘碳的產生。
        2、涂敷涂料
        將制好的聚苯乙烯泡沫模與澆注系統粘接組裝后放入料槽中浸涂涂料,經干燥準備造型。涂料的基本組成為石英粉、鋯英粉、剛玉粉、鎂砂粉、石墨粉等,將它們加到溶劑或水中配制而成。消失模鑄造用模樣涂敷涂料的目的,一是提高泡沫模的強度;二是鑄造的表面質量;為使澆注時產生的大量氣體能透過涂料層及時排出以及便于浸涂操作,要求所選用的涂料具備良好的透氣性能和涂掛性能。
        3、造型澆注
        將經浸涂涂料后的模型置入砂箱,埋入無粘結劑的干砂中。經過三維振實臺的振動緊實。造型完畢,在砂箱上表面覆蓋一層塑料薄膜,放上泡沫塑料澆口,   后添一層干砂于塑料薄膜上,以防澆注時產生的飛濺燒壞薄膜而影響型內真空度的建立。澆注前,啟動與砂箱聯接的真空負壓系統,使砂箱內的干砂進一步緊實,并在負壓條件下澆注和凝固。干砂填充和振動堅實的關鍵是既要將干砂填充到模樣周圍各個部位并振動堅實,又要模型不變形,這要根據模型的形狀、大小、壁厚等因素來決定振動力度。負壓的作用是:增加砂型的剛度,防止型壁移動;加快氣體排出速度,使氣隙壓力下降,有利于鑄件成形;及時抽走EPS分解產物,減少鑄件中的增碳缺陷;砂箱內真空度的大小與鑄件的質量關系密切。真空度過小,鑄件易產生氣孔和脫碳缺陷;真空度過大,鑄件表面易產生粘砂。一般說來,澆注時砂箱內的真空度以保持在略低于0.04MPa為宜。
        4、落砂清理
        澆注并待鑄件凝固后,關閉真空系統,砂箱內干砂自動潰散,呈現很好的流動性,從而可以方便地取出鑄件并進行清理。舊砂則經篩分冷卻后回用。
        二、垂直造型機消失模鑄造的特點
        垂直造型機消失模鑄造工藝與其它鑄造工藝相比在成形原理上有很大的不同,具有的工藝性,歸納起來有以下特點。
        1)鑄件尺寸。由于采用極易氣化的泡沫塑料
        作模型,澆注前無須取出,無分型面,無芯子,因此產品無飛邊毛刺,無拔模斜度。在造型過程中避免了因分模起模、下芯、合型等操作造成的尺寸誤差,鑄件的尺寸精度接近熔模鑄造。
        2)生產。由于無須配砂、混砂、制芯,縮短了造型時間;開箱和清理簡便,容易實現一箱多鑄,對復雜鑄件效果   明顯,提高了勞動生產率。
        3)可生產形狀非常復雜的鑄件,鑄件形狀、結構不受限制,為產品設計提供了充分的自由度。原先由多個零件加工組裝的構件,可以通過分片制模然后粘合的辦法進行整體澆注;原先需要加工形成的孔、洞可以直接鑄出,減少了加工裝配的工時和費用。
        4)生產制造成本低,設備投資小。由于生產工序簡化,工藝裝備較為簡單,特別是型砂回收系統,不需要龐允復雜的砂處理設備,節省了投資。一般說來,采用EPC技術,設備投資可減少30%~50%。
        5)減輕了勞動強度,了鑄造車間的環境條件,容易實現   生產。澆注時EPS產生的物排放量少,煙氣和粉塵可以通過對砂箱抽真空進行集中處理,實現對環境的無公害排放。此外,清理工作量減少,噪聲低,舊砂回收利用率可達以上,整個工藝過程容易實現機械化、自動化生產。
        三、消失模鑄造在汽車鑄件生產中的應用
        20世紀80年代起消失模鑄造引起發達   汽車廠家的關注和興趣,美國、日本和歐洲各國競相投入力量研究和,并成功地應用于汽車鑄件的大批量生產。消失模鑄造特別適合于氣缸體氣缸蓋、進排氣歧管等這類形狀復雜、需要砂芯成型的汽車鑄件,因為在大量生產中這類鑄件制芯和清理都很麻煩,而消失模鑄造可以不要砂芯,同時也簡化了清理。   早研究、的消失模鑄造技術的應用始于汽車工業,目前   為成熟的消失模鑄造工藝也是用于汽車鑄件的批量生產,所生產的產品有鋁合金鑄件(如進氣歧管、缸體、缸蓋等)和鑄鐵件(如曲軸、缸蓋變速器殼體排氣管等)。
        美國是   先應用消失模鑄造法進行批量生產汽車鑄件的   。福特汽車公司1980年在加拿大的Essex鑄鋁廠建造了   條干砂消失模鑄造生產線,其面積為2700㎡,有70個砂箱,該線投資為1100萬美元,1984年已實現自動化生產,生產進排氣管及部分氣缸蓋,年產量達270多萬件。1982年通用汽車公司開始用消失模工藝生產排量4.3L的V6柴油發動機鋁汽缸蓋,1985年又生產2.8L的V6汽油發動機鋁氣缸蓋。1990年通用汽車公司在Saturn建成年產鑄件5.5萬t(24萬輛轎車)、工面積10萬㎡的鑄造廠,其中有3條全自動的EPC生產線,生產鋁合金4缸缸體缸蓋和珠光體球鐵曲軸及兩種型號的傳動差動殼體。2001年美國通用汽車公司所屬的SMCO消失模生產線正式投產,標志著美國消失模技術正在走向成熟。SMCO是目前世界上   規模   大的消失模生產工廠,它有5條制模線,日產198.45kW直列式運動跑車6缸缸體和缸蓋各1500件,到2002年10月可分別日產2100件。SMCO生產的Vortec42006缸缸體和缸蓋是目前   復雜、   有代表性的EPC產品,充分體現了EPC的優越性。
        歐洲采用消失模鑄造工藝比美國稍晚,主要是一些技術問題。意大利菲亞特汽車公司1979年就開展了大規模的研究工作,1982年與Teksid公司建立了一座造型速率為40箱/h的鋁鑄件廠,主要生產進氣歧管,它是一個從生產聚苯乙烯發泡模樣到鑄造、機加工的聯合企業,1985年開始生產鑄鐵進排氣管,1987年生產空心曲軸及空心凸輪軸。法國的雷諾汽車公司也進行了這項工藝的技術工作。法國雪鐵龍公司試制出了用消失模鑄造生產鑄鐵發動機缸體技術,并建成了一條每小時生產120個缸體的自動生產線。德國消失模鑄造的發展也達到了很,德國大眾公司投資2000萬美元建造了4缸鋁合金缸體生產線,寶馬公司建成年產20萬件的6缸鋁合金缸蓋生產線。日本主要在鑄鐵尤其是球墨鑄鐵上大力消失模鑄造工藝,至1987年末,已有100多個公司進行生產,投入批量生產的有36家。近年來日本在和引進消失模鑄造工藝方面進展,生產的汽車鑄件有球鐵曲軸、凸輪軸、進排氣管、氣缸套等。
        我國是世界上較早研究和應用實型鑄造的   之一,1965年就開始了這方面的研究工作,幾乎與日本同步。但由于歷史的原因,長期以來進展緩慢,近10年才獲得較快發展。與一樣,中國在實型鑄造中發展較快的也是采用無粘結劑干砂和負壓技術的消失模鑄造。10年前,處于(試)生產的只有2~3家廠點,產量僅100多t;而今,用于生產的廠點有近百家,產量   是大幅度地增加。據不統計,我國在1995年、1998年和1999年消失模鑄件產量分別為7200t、28000t和40000多t。自20世紀90年代開始,一大批工廠利用國產設備和技術建成了年產幾百噸至幾千噸鑄件的簡易型生產線,還有數家工廠投入較大資金從引進了消失模鑄造生產線或有關設備,其中大部分用于汽車鑄件的生產。
        實踐證明,消失模鑄造在生產汽車鑄件方面有著巨大的發展潛力。當前,我國的汽車工業正處在發展時期,預計在今后的一段時期內汽車鑄件產量會有較大的增加,同時對汽車鑄件質量的要求也將   為嚴格。汽車工業的發展,為我國鑄造行業帶來了機遇與挑戰,也為在我國推廣、發展消失模鑄造技術帶來了新的契機。近些年,消失模鑄造受到我國廣大鑄造界同行們的重視而發展較快,一些工廠通過引進EPC技術收到了顯著的經濟和社會效益,但生產水平與相比仍有著較大距離目前國內采用高度自動化消失模生產線大批量生產汽車鑄件的廠家還很少,差距是顯而易見的。消失模鑄造是一種發展中的,它需要有進一步完善的過程,要使其走向成熟普遍的應用,顯然還有許多工作要做。 

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