铸造设备与工艺
Foundry Equipment & Technology

做好消失模铸件--掌握这几点...

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消失模铸件生产,作为成形精确、加工余量小,以及容易实现清洁生产的新技术,相对传统粘土砂铸造和树脂砂铸造,污染少、耗能低 ,加上低廉的生产成本,以及对从业工人技术素质要求不高等诸多优点,已经越来越广泛地被铸造行所采用。但是,由于消失模铸造工艺技术在我国推广的比较晚,仍有许多技术上的问题没有彻底解决。一些企业引进消失模技术已经多年,生产的铸件尺寸始终与理论尺寸有一定差距,没有实现精确成形。严重时,铸件尺寸不够机械加工。铸件几何尺寸精度不高,主要由于是某些环节没有采取技术措施,以及在生产过程中工作没有做细等原因所致。

  本文按照生产操作工艺的顺序,重点介绍在手工制作泡沫白模的生产过程中,哪些因素影响着铸件的几何尺寸,并对此因素进行分析,给出解决问题的方法;同时,本文也可作为消失模技术生产铸件手工制作消失白模的操作规程使用。


  1.白模模板工艺


  (1)白模工艺制定   根据机械加工零件图样,按机械加工要求给出机械加工余量,按铸造工艺要求绘制铸件图(亦可在机械零件图样上完成),如图1所示。

  根据铸件图,制定白模制作工艺,绘制工艺图(见图2)。将白模分解成若干相对独立的泡沫散件,也就是模块。模块数量要越少越好,一方面粘接面数量少,白模精度相对高;另一方面使用胶数量也相对小,可以减少浇注时的发气量;绘制下料模板图样,标明零件名称、图号、材质、缩尺、顺序号等,必要时标明方向,通常顺序由大的散件开始编排,每种模板制作两件,通常为A和B,切割时A在上面,B在底面,例如XSMMB—5—8 端盖  HT200 0.8% 6—2 A  h40,表示了该零件的图号、名称和材质,白模由6件模快组成,此模快是第2件,缩尺为0.8%,模块切割厚度为40mm,其中A表示该模块使用两件模板,A是其中之一(见图2)。零件图样、白模工艺图样和下料模板图样要分别按图号装订、存档。不允许制作一个模板,然后依次模板为样本放样,再制作另一个模板,这样会积累误差。

   图2 白膜工艺


  (2)缩尺  根据铸件的材质和结构确定缩尺比例,例如铸铁件,要确定采用0.8%还是采用1.0%的收缩比例。

  (3)模板材料  选择克重适中的硬纸板,在生产使用中,要注意纸板的热磨损情况,对于批次多数量较大的铸件生产,要及时更换新纸模板或采用镀锌铁板。

  (4)白模粘接定位圆   白模通常是由几件分散的泡沫件组合粘接起来的,对于圆形回转体件来说,散件彼此必须有相同的外圆或内径作为定位圆使用(见图2),这里的φ850mm、φ350mm、φ200mm就是定位圆。在纸板或镀锌板上绘制定位圆时,要使用同一个画规一次完成放样,并且剪裁要由一个人完成,避免多次调整画归,产生放样误差。

  (5)白模切割缝隙  白模的几何尺寸与铸件的几何尺寸是相同的,热丝切割泡沫,会产生切割缝隙,下料时周边要预留出缝隙尺寸,缝隙的宽度根据热丝的直径不同而不同,可以在实际工作中量取,这个尺寸会随热丝的温度高低而变化,实际生产中根据直径取固定值即可。

  (6)粘接负数  由于白模散件彼此粘合面平面度精度的存在、胶的厚度以及粘接后翘起等原因,白模粘接完成后尺寸会有所增加(通常都是不考虑切割缝隙,使之与胶的厚度相互抵消),粘合面越多,铸件尺寸增加越大。这个尺寸变化,通常是由于泡沫切割后平整度不高造成的的,且随着零件尺寸的增大,尺寸误差增加的十分明显,这个增加值就是粘接负数。因此下料时应预先将这个增加值减掉,那么料的厚度应是理论尺寸减去粘接负数。

  粘接负数的大小视实际情况而定,可以在首件白模中检测出来,一般是每个粘接缝隙0.3~2.5mm。铸件机械加工余量不足的缺陷,除了是白模变形引起的以外,主要是对粘接负数考虑不足,从图2中可以看到,这个端盖白模有a、b、c、d 4个粘接面,其中a、b、c 3个面均会产生粘接负数,如果不做考虑,毛坯的H尺寸会增大很多,严重时c面失去加工余量,这是常见的加工量不够的例子。


  2.白模材料的选择

  不是所有的泡沫都可以用来制作白模的,应选用泡沫原发料克重适中、切割后平整、强度高、不易变形且热熔后发气尽量少的泡沫。


  3. 下料

  (1)调尺  消失模白模是由多层泡沫粘结而成,要求每一层上下两个面必须平行,这是保证铸件几何尺寸的一个必要条件。因此,切割床上热丝与床面要求平行,热丝高度调好后要复检,开片后第一片泡沫要检查平行情况,及时纠正问题。

  (2)初始下料  切割原始大方泡沫,第一切割面要选择好,这是一个基础面,并做好标记,之后所有切割依次为参照(水平或垂直切割);开片后首片要检查片的尺寸和平行情况,有问题及时调整;热丝切片操作时需注意:热丝松紧适中,泡沫推进连续均匀且速度不易过快;每片至少要有两个与泡沫平面垂直的侧面(纵向切割而成),作为模板固定的基准面。

  (3)模板固定  模板分别固定在泡沫片的上下两面,要求两模板位置要准确模板固定

在泡沫上(使用垂直侧面的基准面);需要用铁钉嵌入定位,模板上需要开钉孔,孔大小与铁钉相适宜,不可大孔小钉使用,以免模板串位。开孔处模板要平整,钉子轴线须与模板垂直。钉孔数量通常不少于3个,对于大的模板则需要多的钉孔,周边两相邻钉孔的距离不宜大于180mm,而且模板中间位置还要增加钉孔。如图3所示(只是右下方局部表示)。

    图3 6-2模板


  (4)切割  切割模板周边,注意控制热丝温度,温度过高易会使割缝扩大,不易控制;温度过低则影响切割速度,效率不高。切割过程须平稳连续匀速,行走速度变化会造成白模表面波纹起伏,影响铸件表面质量。


  4.合模粘结

  (1)定位   白模模块之间的定位一般采用相同尺寸对齐的方法,如内孔或周边对齐定位(见图2),6-1与6-2利用φ850mm对齐定位,6-2与6-3利用φ350mm对齐定位,以此类推;铸件内部的筋和脐块定位,一般是在模板上画出筋或脐块的中心位置,完成下料后再这个位置描到白模上,如图3中W点(8点只画出了1点),将所有点连线后,8条筋的位置就确定了。下面介绍更直接的定位方法。如图3所示,在模板上筋的位置开出8个矩形方洞,每个矩形两个长边就是筋的定位线,两长边距离略宽于筋的尺寸,以便粘结时可以看到。用笔直接画出筋的限位更加精确,一步到位,减少铸件几何尺寸的误差。

  (2)粘结  一是要注意涂胶的厚度,及时调整胶的浓度,这些影响粘合面的粘接负数;二是涂胶的面积,对于面积较大的粘合面,不一定全部涂胶,保证能粘住的前提下,涂胶点可以分散星布,施胶量越少越好,减小熔模时的发气量以及缩短胶的烘干时间。如果结合面外部还要粘贴纸条(防止涂料进入沾合缝),施胶量可以进一步降低。

  (3)粘结顺序   拥有多个粘接面的白模,很难一次完成粘结,针对不同的白模,需要制定各自合理的粘结工艺,确定各粘接面的粘结顺序,必要时还要进行施加重物以防翘起,加载重物时应以白模受力均匀粘合牢固为准则,应避免施力过大,导致白模变形。

  (4)粘结时间   根据室温条件,制定合理的粘结时间工艺。对于多个粘结面,要确保白模粘结坚固后,才能进行下一个粘结面的粘接,否则先前的缝隙如果开启,即使再次施压也难于恢复原来的缝隙厚度,这是许多铸件几何尺寸产生问题的主要原因之一。

  (5)封缝处理  白模粘结成形后,对粘结面的外缘和垂直阴角部位要做密封的处理,防止涂料进入以及拥有必要的铸造圆角。一般采用粘结纸条(亦有使用美纹纸)、粘接圆角或者涂腊等方法。如图2所示,4个M处要粘接圆角,4个N处要粘纸条,8个三角筋的根部要做涂腊处理。需要注意的问题是:纸条不易宽,15mm左右,过宽影响涂料粘附,因为胶层本身不能透水,造成涂料翘起脱落;由于涂腊不易粘附于腊上面,所以涂腊的面积越小越好;腊中需融入一定比例的松香,冷态时具有一定的强度,烘干时亦不会产生蠕变形。

  (6)修整白模  白模粘结完成后,要打磨出铸造圆角,修复制作过程中的问题,比如进行剃刺刮平、补肉磨光,以及最后一次检测尺寸形状工作等。

  (7)连接浇注系统  针对技术要求、铸件结构以及生产工艺合理性等诸多因素,制定出合理的铸造浇注工艺。消失模浇注系统要注意一下问题:通常选用底注式浇注或阶梯式,尽可能不采用顶注;内浇口尽可能在安置于机械加工面;利于搬运、浸刷涂料、装箱埋砂等。


  5.白模干燥

  制定合理的白模干燥工艺,确保苯板胶及泡沫完全烘干,否则影响涂料的涂刷。一般的铸件白模,在40~50°C的烘干室里要24h以上。


  6.浸刷涂料

  根据实际要求,制定浸刷涂料的工艺,一般是3遍涂料。特别注意的是,白模从干燥室取出要马上浸刷涂料,减少白模暴露空气的时间,避免返潮;涂料必须完全干透才可以进行下一次浸刷涂料,浸刷后的模型,在40~50°C且通风的条件下,至少干燥36h以上。

  涂料的选择,应根据铸件材质而定,耐火高的可以替代耐火低的,比如铸钢件使用的涂料可以用于铸铁件生产。通常第一遍涂料耐火性好,颗粒细腻,第二、第三层涂料注重强度和透气,颗粒逐渐增大。生产规模不是很大,3遍涂料可以使用同一种涂料,


  7.白模装箱

  在砂箱中合理布置白模,不能有挤压现象,浇注系统的安置要遵守工艺,要考虑浇注系统热收缩对铸件的影响,特别是扁平及细长的铸件。机震前包围白模的型砂分布要均匀,以免型砂机震时过激流动,使白模变形。白模从干燥室取出后,要及时装入型砂里,减少暴露空气的时间,返潮会影响铸件外形甚至塌箱,对于必须低真空浇注的铸件,返潮对成品率十分敏感。


  8.浇注

  (1)浇注时间  消失模铸造技术浇注过程与传统铸造浇注过程有很大的不同,传统铸造浇注时,贴近型砂的金属液在激冷之后不久会重新熔化,砂型的冷却强度也趋于平缓;而消失模铸造,由于负压的作用,浇注时和浇注之后,液态金属一直处于较强的冷却之中,最先进入砂型里的金属液与最后进入砂型的金属液之间的温差比较大,浇注速度越慢,这种差别越大,大的温差会给铸件冷却收缩带来影响,严重时改变铸件的几何尺寸,特别是板状和杆状铸件。提高充型速度是减小温差的办法之一,但消失模铸造需要有充足的熔模时间,充型时间过快,会出现排气不畅,导致反喷或塌箱的问题发生。因此 ,要综合分析铸件出现的问题,在实际中积累经验,制定合理的浇注工艺。

  (2)浇注温度  从影响铸件尺寸变化的因素考虑,浇注温度低会有益处,因为可以缩小温差。一般来说,铸件几何尺寸出现的问题,极少与浇注温度有关。


  9.开箱

  由于是干燥的型砂,当失去负压之后,铸件的热量散失极其缓慢,很长的时间以后,铸件仍处于高温状态,打箱早了会带来很多问题,冷裂、变形和硬度高难以机械加工等等。一般20~300kg的铸钢件,自然冷却时间是24~40h,铸铁件相应要减少10h左右。应根据天气和实际情况,制定合理的开箱时间工艺。


  10.清理

  (1)冷却时间  打箱之后,要有足够的时间使铸件冷却下来,特别是有的浇注系统影响着铸件的收缩,本身起着工艺拉筋的作用,过早去除它们铸件将产生弯曲,几何尺寸会发生变化,因此对不同的铸件应制定不同的清理工艺。

  (2)浇道的处理  铸铁件要明确内浇道的敲击方向,否则可能会使浇口根部产生缺肉现象,影响铸件尺寸,必要时在内浇口上制作工艺缺口以便利于敲击分离;铸钢件切割内浇道时不得过量,应留有适当的打磨余量。


   结语

  消失模铸造技术,是集机械、化工、真空等学科的综合性铸造新技术,想当然的认为消失模铸造技术非常简单,无非就是用泡沫替代木型进行的铸造,这是对消失模技术认识的一个误区。要想应用好消失模铸造技术,不但要有全面的铸造专业理论知识,还要积累丰富的实践经验,只有通过有效地实践活动,才能制定出科学合理的消失模铸造技术的生产工艺,才能不断地在生产实践中完善工艺。一件合格的铸件,是经历了多个环节、多方面条件都具备的条件下方能制造出来,因此,要做好每一个环节中的细节工作,是真正做好消失模铸造技术生产铸件的基础。