國內(nèi)外消失模鑄造技術(shù)的發(fā)展

1、國內(nèi)外消失模鑄造技術(shù)的發(fā)展i=s 本帖最后由 ljymlp 于 2009-10-3 11:29 編輯 /i align=center 國內(nèi)外消失模鑄造技術(shù)的發(fā)展 /align align=center 山東大學(xué) 姜青河 教授 /align 一國內(nèi)消失模鑄造發(fā)展情況及主要問題 據(jù)中國鑄造協(xié)會統(tǒng)計， 2003年我國逐漸產(chǎn)量達(dá)到 1987 萬噸，到 2004 年我國鑄 造企業(yè)達(dá)到 2.6 萬家 , 鑄件產(chǎn)量和鑄造企業(yè)數(shù)量均居世界第一位，確立了我國鑄 造大國的地位。消失模鑄造技術(shù)作為一種先進(jìn)的鑄件成型方法， 近年來在世界上得到了迅速的發(fā) 展。在西方發(fā)達(dá)國家由于機(jī)械化， 自動化消失模鑄造生產(chǎn)線的陸續(xù)建成

2、投產(chǎn)， 以 及所生產(chǎn)的顯著經(jīng)濟(jì)和社會效益， 使這項技術(shù)呈現(xiàn)出強(qiáng)大的生命力。 前幾年我國 消失模鑄造技術(shù)應(yīng)用雖然進(jìn)展緩慢， 但是在近五年來得到了快速發(fā)展。 特別是由 于消失模鑄造設(shè)備投資少、工藝路線短、工序簡化、占地面積小、鑄件尺寸精度 和外觀精度高， 許多原有的中校鑄造企業(yè)也越來越多地采用該項技術(shù)。 但是，有 些企業(yè)對該技術(shù)的認(rèn)識不足， 對出現(xiàn)的問題未加仔細(xì)研究分析， 在操作中也未能 加以重視，導(dǎo)致鑄件質(zhì)量波動，就認(rèn)為消失模鑄造技術(shù)不適應(yīng)自己的情況而放棄。 在選擇是否采用消失模鑄造工藝的時候， 要綜合分析產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、 批量大小、 鑄件 材質(zhì)、質(zhì)量要求、投資大小等因素。 對于結(jié)構(gòu)不太復(fù)雜、 批量要

3、求較大的箱體件、 管件等，采用消失模鑄造工藝是比較成功的。在初次進(jìn)行消失模鑄造試生產(chǎn)時， 建議先選擇簡單鑄件， 原材料選用優(yōu)質(zhì)材料， 盡量保證初試成功， 增強(qiáng)對這種工 藝的信心。 等到技術(shù)掌握比較熟練后， 可以逐步采用國產(chǎn)一般材料， 并采用自己 設(shè)計的工藝。 在投產(chǎn)之前，建議企業(yè)多了解消失模鑄造工藝的特點和基本技術(shù)要 求，多于消失模鑄造專業(yè)技術(shù)人員溝通， 比如參加相應(yīng)的技術(shù)培訓(xùn)， 出席相應(yīng)的 專業(yè)技術(shù)會議、聘請大專院校、科研院所專業(yè)技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)指導(dǎo)等。 下面從三個方面介紹消失模鑄造中應(yīng)注意的問題：模樣 模樣材料通常稱為珠粒， 消失模鑄造采用的珠粒一般分為三種： EP（S 聚苯乙烯）、 ST

4、MMA共聚樹脂）和EPMMA聚甲基丙烯酸甲酯）。三者都屬于高分子材料。 對于低碳鋼鑄件，模樣材料中的碳容易使鑄件表面產(chǎn)生積碳現(xiàn)象，導(dǎo)致碳缺陷。 其中的EPS（含碳量92%、STMMA含碳6090% 和EPMMA含碳60% 對鑄 件碳缺陷的影響程度依次減小。 此外，模樣密度是其發(fā)氣量的重要控制參數(shù)， 上 述三種材料的發(fā)氣量從小到大依次為 EPS STMM/和EPMMA同時，珠粒尺寸應(yīng) 根據(jù)所生產(chǎn)鑄件的壁厚進(jìn)行選擇，一般情況下，厚大鑄件選用較粗粒徑的珠粒， 薄壁鑄件選用較細(xì)粒徑的珠粒，使鑄件最薄部位保持三個珠粒以上為宜。珠粒的預(yù)發(fā)和成形式消失模鑄造工藝成功的關(guān)鍵之一。一般情況下，預(yù)發(fā)珠粒其密度控制

5、在約0.0180.025g/cm3，其體積約為原珠粒體積的 3040倍。成形 模樣的密度基本上就是預(yù)發(fā)珠粒的密度， 所以珠粒預(yù)發(fā)的控制是保證模樣質(zhì)量的 關(guān)鍵?，F(xiàn)有的中小鑄造企業(yè)模樣制作有以下幾種方式：（1）用包裝EPS板材切割、粘接而成。（2）自制模具，委托外廠加工。（3）自制簡易的預(yù)發(fā)成型設(shè)備。采用上述方法制作模樣， 普遍存在不重視模樣密度變化的現(xiàn)象， 特別是模樣在委 托加工時水分不易控制， 經(jīng)常出現(xiàn)澆注時鐵水從澆口中反噴或鑄件出現(xiàn)冷隔、 澆 不足等現(xiàn)象。 為此在生產(chǎn)過程中應(yīng)加強(qiáng)對模樣密度的檢驗， 增加對模樣的烘干時 間等方法：EPS珠粒經(jīng)工藝試驗選定后，不能隨意改變原料生產(chǎn)廠家；預(yù)發(fā)時用

6、稱量工具控制珠粒密度，改變憑人工經(jīng)驗控制珠粒密度的方法。對于STMM珠粒 和EPMM珠粒，應(yīng)當(dāng)采用相應(yīng)的預(yù)發(fā)設(shè)備，盡量不使用 EPS專用預(yù)發(fā)機(jī)。涂料涂料可提高消失模模樣的剛度和強(qiáng)度， 并使模樣與干砂鑄型隔離， 防止金屬液進(jìn) 入鑄型產(chǎn)生粘砂及鑄型塌陷， 同時模樣氣化后產(chǎn)生的高溫分解產(chǎn)物要通過涂料層 逸出，所以涂層要有良好的透氣性。涂料一般由耐火骨料、粘結(jié)劑、懸浮劑和附 加物等組成， 選擇不同的配方和組分， 各組成物的比例對涂料性能影響很大。 涂 料的性能直接關(guān)系到鑄件的質(zhì)量。 有的企業(yè)一味追求低成本， 采用質(zhì)量差的原料 配制涂料， 最后生產(chǎn)出的鑄件廢品率高， 得不償失。 有些企業(yè)對涂料組成的作用

7、 不十分清楚， 隨意改動涂料配方， 或由于缺少某組成物時繼續(xù)配制使用， 導(dǎo)致涂 料性能大大下降。對于鑄鐵件和鑄鋼件， 應(yīng)根據(jù)自己的具體情況加以選擇。 在涂料配制和混制過程 中，應(yīng)盡量使用合理的骨料級配， 使骨料和粘結(jié)劑及其他添加劑混合均勻。 涂料 混制工藝對性能也有較大影響， 只進(jìn)行簡單攪拌對保證涂料性能極為不利， 采用 混碾或球磨可使涂料混制均勻， 并充分發(fā)揮涂料膠質(zhì)性能的特點， 防止發(fā)生骨料 沉淀造成不均勻。除了涂料性能達(dá)到要求外， 涂敷和烘干工藝對生產(chǎn)也具有一定影響。 生產(chǎn)上多采 用浸涂，最好是一次完成。也可以分兩次涂敷，但應(yīng)每次涂敷后進(jìn)行烘干，烘干 時注意烘干溫度的均勻性和烘干時間，

8、保證涂層干燥徹底并不開裂。 有些企業(yè)在 模樣浸涂烘干工序中為了縮短時間， 在第一次涂料未干的情況下就進(jìn)行下一次浸 涂，在夏季只采用晾曬方法對涂料進(jìn)行干燥， 導(dǎo)致涂層內(nèi)部未充分干燥， 其中存 在著大量水分， 澆注時水分分化加劇了鑄件氣孔缺陷甚至澆注反噴。 涂層厚度應(yīng) 根據(jù)鑄件材質(zhì)、大小、壁厚、澆注溫度和鐵水壓頭的變化進(jìn)行調(diào)整。鑄造工藝消失模鑄造工藝包括澆冒口系統(tǒng)設(shè)計、 澆注溫度控制、 澆注操作控制、 負(fù)壓度控 制等。澆注系統(tǒng)在消失模鑄造工藝中十分重要， 是鑄件生產(chǎn)成敗關(guān)鍵之一。 對于 不同的鑄件結(jié)構(gòu)，可采用底注、側(cè)注或頂注澆注方式。在澆注過程中模樣氣化需要吸收熱量， 所以澆注溫度應(yīng)略高于砂型鑄造

9、。 對于不 同的合金材料， 與砂型鑄造相比， 消失模鑄造澆注速度一般控制在高于砂型鑄造 3050C。這樣多出的金屬液熱量可以滿足模樣氣化需要。 澆注溫度過低鑄件容 易產(chǎn)生澆不足、冷隔、皺皮等缺陷。澆注溫度過高容易產(chǎn)生粘砂等缺陷。在澆注時， 為了排出氣體和模樣氣化殘渣， 直澆道要有足夠的高度使金屬液有足 夠的壓頭以推動金屬液流穩(wěn)定快速充型， 確保鑄件表面完整清晰。 在實踐中有些 企業(yè)采用原有砂型鑄造用的澆口杯， 由于尺寸較小， 易出現(xiàn)液流不平穩(wěn)導(dǎo)致鑄件 報廢可改用較大澆口杯， 直澆道做成中空減少發(fā)氣或反噴， 增大開始澆注時的壓 頭。消失模鑄造澆注操作最忌諱的是斷續(xù)澆注， 這樣容易造成鑄件產(chǎn)生冷隔

10、缺陷， 即 先澆入的金屬液溫度降低， 導(dǎo)致與后澆注的金屬液之間產(chǎn)生冷隔。 另外，消失模 鑄造澆注系統(tǒng)多采用封閉式澆注系統(tǒng)， 以保持澆注的平穩(wěn)性。 對此， 澆口杯的形 式與澆注操作是否平穩(wěn)關(guān)系密切。 澆注時應(yīng)保持澆口杯內(nèi)液面穩(wěn)定， 使?jié)沧訅?頭平穩(wěn)。二 . 國外消失模鑄造發(fā)展情況 在國外，消失模工藝已經(jīng)有了五十年的發(fā)展歷史， 但是應(yīng)用于大規(guī)模生產(chǎn)還是在 最近的 26 年。消失模鑄造工業(yè)化生產(chǎn)在美國探索了近 20 年才獲得持續(xù)穩(wěn)定的發(fā)展，據(jù)文獻(xiàn)報 道，美國 2006 年消失模鑄造的鑄鐵合金年產(chǎn)量為 275000噸，估計到 2009 年將 會達(dá)到 420000噸，提高近一倍。 2006 年鋁合金消

11、失模鑄造產(chǎn)量為 180000噸， 估計到 2009 年將達(dá)到 220000噸。第一條主要的消失模生產(chǎn)線是通用汽車公司在紐約Massena的工廠，這是一條四方形的輥道運輸?shù)纳a(chǎn)線。第二條生產(chǎn)線同樣是在Massena公司，是一條大型生 產(chǎn)線。它組建于 1985 年，今天仍在生產(chǎn)。正是通用汽車公司的嘗試，使得其它 的鑄造業(yè)同行對消失模鑄造工藝產(chǎn)生了興趣。第三條和第四條生產(chǎn)線分別在福特汽車公司和約翰迪爾公司。它們都不是很成 功，過了幾年生產(chǎn)線停產(chǎn)并被出售。通用汽車公司利用獨一無二的“土星”項目， 再一次站在了發(fā)展的前沿。 為了應(yīng) 對日本汽車的進(jìn)口， 通用汽車公司設(shè)計了全新的汽車。 這種汽車的動力系統(tǒng)對

12、于 通用公司來說是一項挑戰(zhàn) attach51427/attachattach51428/attach 圖 1 全新的四缸發(fā)動機(jī)及缸體（鋁合金的缸頭和缸蓋，鑄鐵的曲軸的差速器，全部通過消失模鑄造工藝完成attach51429/attach 圖 2 鑄鐵的曲軸attach51430/attach圖 3. 鑄鐵的差速器 幸運的是，通用公司的“土星”取得了巨大的成功，工廠生產(chǎn)了 400 萬輛汽車。 同樣，沒有一部發(fā)動機(jī)由于鑄件缺陷而出現(xiàn)故障。這項工程取得了巨大的成功， 通用公司也從中獲得了巨大的利益， 正是他們使得消失模鑄造工藝具有了今天的 地位。當(dāng)土星開始平穩(wěn)地運作以后， 許多較小的鑄造廠家開始紛紛

13、效仿。 這些工廠有羅 賓遜鑄造廠， Citation 泡沫鑄造廠 ,Willard 工業(yè) ,Hayes Albion 鑄造公司 , Outboard 船舶公司等等。attach51435/attach 圖 4 其他公司生產(chǎn)的典型鑄件消失模鑄造工藝在開始的時候發(fā)展緩慢， 這主要是由于人們對這項工藝的了解很 有限，而且缺乏優(yōu)質(zhì)的原料。 但是經(jīng)過接下來近十年的發(fā)展， 消失模鑄造已經(jīng)逐 步在全世界的各個國家推廣開來。 消失模鑄在工藝在鋁合金方面迅速發(fā)展。 這主 要由于原材料能夠達(dá)到鋁鑄件，特別是汽車工業(yè)中鑄件的技術(shù)要求?，F(xiàn)在隨著專用設(shè)備設(shè)計的增強(qiáng)， 鑄鐵件也逐漸發(fā)展起來， 這歸功于新的珠粒， 涂 料以

14、及大家對消失模鑄造工藝的認(rèn)可。 無論如何， 當(dāng)展望消失模鑄造工藝的未來 時，鋁鑄件仍然是主流。attach51436/attachattach51437/attach圖 5 擁有專利技術(shù)的填砂系統(tǒng)和震實系統(tǒng)美國國內(nèi)消失模市場的迅速發(fā)展主要是由于通用汽車公司的投入： 在密 歇根州的薩基諾市的工廠六條全新的生產(chǎn)線，在俄亥俄州 Defiance 工廠的 4 條 全新的生產(chǎn)線，和在紐約馬塞納的 5 條全新生產(chǎn)線。attach51440/attach圖 6 典型的通用公司生產(chǎn)線Citation Foam 公司采用三條消失模生產(chǎn)線生產(chǎn)鑄鐵件取得了巨大成功。Mueller 消防管道和閥體公司的三條生產(chǎn)線同樣

15、取得了成功。 美國泡沫鑄造公司 不僅生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的鑄件，而且現(xiàn)在開始投產(chǎn)制造泡沫模樣的工廠。attach51445/attach圖7 美國泡沫鑄造生產(chǎn)線attach51444/attach圖 8 發(fā)泡機(jī)歐洲在這項工藝上的水平已經(jīng)比過去大大提高。 寶馬公司仍然在生產(chǎn)六缸發(fā)動機(jī) 的缸頭，而且將他們的生產(chǎn)線進(jìn)行了升級以適應(yīng)今天的標(biāo)準(zhǔn)。 英國的斯坦頓仍然 擁有世界上最大的消失模生產(chǎn)線，而且在過去的八年中始終全負(fù)荷生產(chǎn)。attach51442/attach圖 9 寶馬公司生產(chǎn)線attach51446/attach圖 10 英國消失模生產(chǎn)線北 愛 爾 蘭 的 Montupet 公 司 正 將 目 光 集 中

16、于 成 為 主 要 的 發(fā) 動 機(jī) 制 造 商。 意大利的 Franco Tosi(Casti SpA) 公司擁有 4 條消失模生產(chǎn)線的 生產(chǎn)能力，而且擁有世界領(lǐng)先水平的加工工廠。雪鐵龍標(biāo)志集團(tuán)即將在法國的 Charleville 建成最新的消失模鑄造生產(chǎn)線。他們將在 2007 年投產(chǎn)，主要生產(chǎn) 鋁合金缸頭，一共有三條生產(chǎn)線。attach51448/attach圖 11 意大利消失模生產(chǎn)線attach51451/attach圖 12 雪鐵龍公司最新生產(chǎn)線亞洲對于消失模鑄造的態(tài)度與歐洲相比不夠積極。 但是中國不同， 人們對消失模 鑄造具有濃厚的興趣。 他們的研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)正在積極研究開發(fā)這項技術(shù)

17、。 十年 以前，中國對于消失模鑄造可以說一無所知， 但是今天完全不同了。 根據(jù)世界各 個工廠的經(jīng)驗，中國開發(fā)出一種十分成功的全新的珠粒。壓力消失模鑄造 Mercury Marine 在壓力消失模鑄造中， 工藝和傳統(tǒng)消失鑄造系統(tǒng)類似。 完成填砂并進(jìn)行緊實以后， 將砂箱置入一個壓力容器中。 然后將熔化的金屬液澆入澆口， 澆注完成后馬上蓋 上容器的蓋子，并施加壓力。采用這種方法可以有效地降低鑄件中的氣孔缺陷。 attach51453/attach 圖 13 Mercury Marine 公司生產(chǎn)的發(fā)動機(jī)缸體以及自 動化車間消失模鑄造工藝在墨西哥、 印度、 中國等國家應(yīng)該被大力發(fā)展。 中國應(yīng)該繼續(xù)擴(kuò)

18、大消失模鑄造在世界上的市場份額， 他們積極進(jìn)取， 通過各種途徑獲得商機(jī)。 同 樣，大多數(shù)的主要美國公司都在從中國訂購鑄件。目前唯一的阻力就是：1. 私有化。2. 先進(jìn)的生產(chǎn)線設(shè)備以及最新的消失模鑄造知識。一旦這兩條被克服，中國的消失模鑄造市場將會蓬勃發(fā)展起來。鑄造廠家，特別是消失模鑄造廠的未來掌握在鑄造者自己手中。在過去的26年中，制造廠家對這項工藝投入了相當(dāng)大的時間，精力和金錢。利用過去26年所獲得的知識，利用最新的設(shè)備，今天這項工藝已經(jīng)變得非常完善。鑄造者們不應(yīng) 該對消失模鑄造采取消極態(tài)度。這項工藝并不能適用于所有的鑄件，但是它對精 密鑄件以及大量采用型芯的鑄件具有非常大的優(yōu)勢。下面列出鑄造廠家不能順利采用消失模鑄造工藝的主要原因：九鑄造廠家不信任