消失模铸造工艺论文

消失模铸造工艺论文内容摘要：

19 . . 三 研究背景 传统造型：砂型铸造（手工造型） 传统造型工艺流程：制模、配砂、造型、造芯、合型、熔炼、浇注、落砂、 清理和检验。 下图（ 1）、（ 2）、（ 3）分别为砂型造型的示意图。 （ 1） （ 2） （ 3） 消失模造型 消失模铸造工艺与普通铸造的根本差异在于没有型腔和分型面。 如图（ 4） 消失模铸造工艺目前应用较为普遍的是无粘结剂的干石英砂造型法。 如图（ 5） （ a） （ 4） . . （ 6） 图 （ 5）为 消失模铸造示意图 实型铸造与砂型铸造相比所具有的优势 a. 简化铸件生产工序，缩短生产周期 b. 降低了铸件废品率，提高了铸件质量 c. 实型铸造能避免普通砂型铸造因起模、组芯及合箱等所引起的铸件尺寸误差和缺陷，使铸件尺寸精度提高。 d. 增大了铸件设计的自由度，由于模样没有分型面，因而很多普通砂型铸造难以实现的问题在实型铸造时却容易解决。 产品设计者可根据总体需要设计铸件结构。 了材料利用率 与传统的铸造技术相比，消失模铸造技术具有与无伦比的优势，因此被国内外铸造界誉为“二十一世纪的铸造技术”和“铸造工业的绿色革命”。 1956 年美国人 开始了将聚苯乙烯泡沫塑料用于铸造的试验，并获得成功， 1958 年以专利形式公布于众，称之为“无型腔铸造”。 开始只是用来制造金属雕像等艺术品铸件， 1962 年西德从美国引进专利，消失模铸造法才开始了工业应用。 1964 年美国的 发表了使用无粘结剂干砂造型生产消失模铸件专利。 到了 1967年，采用普通粘土砂和 自硬砂的消失模铸造法获得了成功 ,并在许多国家得到了应用，生产了成千上万吨铸件，但无粘结剂干砂实型铸造却没得到发展，仍处于探索阶段。 在六十、七十年代，消失模铸造法仅限于单件小批生产，典型产品是汽车模具、机器底座、艺术品等。 1968年，德国人 在砂箱内抽成负压进行浇注，取得了专利，即现在的消失模铸造。 八十年代以前，由于工艺、型砂和涂料等问题以及模型质量不高所导致的实型铸件外观及内在质量不够好，使得消失模铸造法发展缓慢。 1981 年以后，由于发泡聚苯乙烯原料珠粒有了很大进 步、模型组合粘结剂质量改善、高质量涂料被研制成功等工艺技术的进步，消失模铸造法得以迅速发展，并很快在生产上得到应用。 1982 年美国首先公开了世界上第一条生产复杂铝铸件的消失模铸造生产线。 至此，消失模铸造作为一种全新的铸造工艺方法被应用于生产。 1979 年，由我国著名消失模铸造专家、中国科学院长春光学精密机械研究所研究员黄述哲教授领导的课题组，在中国最早开始了消失模铸造的原理性试验。 同年，黄述哲教授在全国铸造工艺学会上发表了“消失模铸造基本特性的研究”论文报告，在国内首次系统阐述了. . 这一方法的特点和规律 性。 消失模铸造技术自九十年代开始在我国进入工业化应用，经过十几年的发展，具有了一定规模。 消失模铸造技术也被国家重点推广而成为改造传统铸造业应用最广泛的高新技术。 四 消失模铸造工艺 消失模工艺流程：泡沫塑料珠粒 预发泡 模样成形发泡 模样组合（粘接）涂刷涂料 造型（填砂）浇注 落砂 消失模铸造工艺过程如图（ 7）、（ 8） （ 7） （ 8） 消失模的制造 消失模铸造用的气化模为蜂窝状闭孔结构，约 10000 个 /cm3 个封闭的泡孔，其孔径为∮50um，壁厚约 —— um，净体积仅为致密的聚苯乙烯塑料的 2%左右。 实型用泡沫塑料的特点及其要求： a. 比重小，气化速度快，发气量和残留物少。 ，气化时所需热量少 ，模样在制造、 搬运、保管和造型的过程中不易损坏和变形。 d. 材料组织尽量细密、均匀，加工性能好， 制造出来的模样表面光洁、平整。 e. 泡沫塑料模样表面易于涂料， 烘干后涂 料层能牢固地粘附在模样表面上。 f. 来源丰富、价格便宜 （ 9） 泡沫塑料的种类很多，有聚氯乙烯、聚苯乙烯、酚醛和聚氨酯泡沫塑料等。 试验表明，泡沫聚苯乙烯塑料是实型铸造较理想的模制材料。 其密度为 —— ，加热至1000℃时，其发气量为 105 cm3/g，气化后残留物仅占总重 量的 %左右。 而泡沫酚醛塑料在同样的温度下的发气量为 600 cm3/g，残留物为 44%。 泡沫聚氨酯塑料的发气量达到 730 cm3/g，残留物 14%。 因此，在实际生产中广泛采用泡沫聚苯乙烯塑料制造气化模。 聚苯乙烯珠粒的制取、预发泡、熟化、成型是关键步骤。 图 （ 9）为气化模的工艺图 . . 可发性聚苯乙烯珠粒的制取 在聚苯乙烯珠粒（透明固体、密度约为 cm3/g）中 加入低沸点的碳氢化合物，如石油醚、丙烷、丁烷、戊烷 和 异丙烷等作为发泡剂，在加温加压的条件下，发 泡剂将渗 透 到聚苯乙烯分子链之间，使聚苯乙烯颗粒膨胀，冷却后均 匀 分散在珠粒内，成为细小又繁多的发泡核心。 渗透有发泡 剂 的珠粒，当加热至 80— 100℃时，聚苯乙烯开始软化，发泡剂 气化并产生膨胀力，软化后的聚苯乙烯珠粒膨胀胀成为具有无 数的微小细孔的泡沫塑料，成为可发性聚苯乙烯珠粒。 图 （ 11） 为可发性的 聚苯乙烯珠粒。 （ 11） 预发泡 将可发性聚苯乙烯珠粒加热到 80— 100℃时，达到其玻璃化温度， 珠粒开始软化并具有良好的塑性。 由于珠粒中的发泡剂受热气化产生压 力，使珠粒膨胀，形成互不连通的蜂窝状结构。 泡孔一形成，蒸汽就向 泡孔内渗透，发泡剂同时也向外逸。 由于蒸汽的渗透速度大于发泡剂的 外逸速度，使泡孔内的压力逐渐增大，泡孔的尺寸进一步涨大，直至泡 孔内外壁所受的压力相等。 为了保证聚苯乙烯塑料泡孔的完整性，发泡 剂所产生的压力和蒸汽压力不宜过大，通蒸汽的时间也不宜过长。 根据 加热介质的不同，预发泡的方法有红外线、高频、热水、蒸汽和真空预 发泡等五种。 前三种方法预发泡的倍数小，发泡速度慢，成本高，一般 用于制造密度较大的气化模。 常采用的是热水和蒸汽预发泡方法。 图 （ 12） （ 12）为 聚苯乙烯珠粒发泡后的状态 熟化 将预发泡的聚苯乙烯珠粒在空气中放置 16—— 24 小时，让空气渗透到珠粒的泡孔内，使泡孔内外的压力平衡，珠粒变成干燥并有弹性，变形后能恢复原来的形状，这个过程叫熟化。 用未经熟化的珠粒发泡很难成型为气化模。 成型 把经预发泡并熟化处理的泡沫聚苯乙烯珠粒用压缩空气吹入金属压 型里，加热使其软化膨胀，充满整个压型，然后降低蒸汽压力，冷却后 可获 得所需的气化模。 图 （ 13）、（ 14）为成形后的消失模 加热的方法有热水成型法、蒸缸成型法、压机气室成型法和高频加 热成型法等四种。 （ 13） （ 14） . . 模型组合成簇 将自行加工好（或外购）的泡塑模型与浇冒口模型组合粘结在一起，形成模型簇，这种组合有时在涂料前进行，有时在涂层制备后埋箱造型时进行。 这是消失模（实型）铸造不可缺少的一道工序。 目前使用的粘结材料：橡胶乳液、树脂溶剂和热熔胶及胶带纸。 模型涂层 消失模铸造泡塑模型表面必需涂一层一定厚度的涂料，形成铸型内壳。 涂层的作用 涂料在消失模铸造工艺中具有十分重要的控制作用： ，可防止冲砂、粘砂等缺陷； ，涂层将模样的热解产物气体快速导出，可防止浇不足、气孔、夹渣、增碳等缺陷产生； ，使模样能经受住填砂、紧实、抽真空等过程中力的作用，避免模样变形。 对涂料的要求 为了获得高质量的消失模铸件，消失模铸造涂料应具有如下性能： （模样受热汽化生成的气体容易通过涂层，经型砂之间的间隙由真空泵 强行抽走）； （涂料涂挂后能在模样表面获得一层厚度均匀的涂层）； （常温下能经受住搬运、紧实时的作用力使涂层不会剥落，高温下能抵抗金属液的冲刷作用力）； （涂料层经烘干后，在浇注过程中与金属液作用时产生的气体量小）； 低温干燥速度快（低温烘干时，干燥速度快，不会产生龟裂、结壳等现 象）。 消失模铸造的涂料 根据分散介质（溶剂）的不同，消失模铸造涂料又可分为水基涂料和有机溶剂快干涂料两大类。 图 （ 15） 消失模铸造铸造涂料 （ 15） . . 表 1 为几种典型的消失模铸造水基涂料配方（配方中耐火材料为 100%） 造型 其工序包括如下工序：砂床制备 —— 放置 EPS 模型 —— 填砂 —— 密封定型 砂床制备 将带有抽气室的砂箱放在振动台上，并卡紧。 底部放入一定厚度的底砂（一般砂床厚度在 50~100mm 以上），振动紧实。 型砂为无粘结剂、无填加物、不含水的干石英砂。 黑色金属温度高，可选用较粗的砂，铝合金采用较细砂子。 型砂经处理后要反复使用。 砂箱为单面开口、设有抽气室或抽气管、起吊或行走机构的砂箱。 放置 EPS 模型并填沙 在模样放入砂箱内紧实之前，砂箱的底部要填入一定厚度的型砂作为放置模样的砂床（砂床的厚度一般约为 100mm)。 然后放入模样，再边加砂、边振 动紧实，直至填满砂箱、紧实完毕。 为了避免加砂过程中因砂粒的冲击使模样变形，由砂斗向砂箱内加砂常采用柔性管加砂、雨淋式加砂两种方法。 前者是。