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近代化学固化砂铸造工艺

作者：bearingpower        发表时间：2010-12-12

近代化学固化砂铸造工艺关键字： 气化模铸造技术 1.气化模-负压铸造技术（EPC-V法） EPC-V法铸造技术的关键为制造优质气化模，配制涂挂性和透气性好的涂料和负压工艺等。 （l）优质气化模制造 气化模在EPC-V法中占有极其重要的地位，其质量优劣直接影响铸件的质量。 目前用于制造气化模的材料主要是聚苯乙烯珠粒（EPS），要求密度和粒度尽可能小，密度为0.015～0.025g／cm3，珠粒直径参考值见表1。对于不同的铸造合金，由于浇注温度不同，对EPS模型的密度要求也有差异详见表2。成模发泡时在型腔内要建立一定的负压，以利EPS珠粒均匀充满，获得表面光洁、密度均匀的泡沫塑料模型。 表 1 铸件壁厚与 EPS 珠粒直径关系 铸件壁厚 /mm EPS 原珠直径 /mm 预发泡后珠粒直径 /mm 3 ～ 4 0.3 ～ 0.4 0.9 ～ 1.2 4 ～ 5 0.4 ～ 0.5 1.2 ～ 1.5 ＞ 5 0.5 ～ 0.6 1.5 ～ 2.5 表 2 不同铸造合金用 EPS 模型密度参考值 铸造合金 浇注温度 / ℃ EPS 模型密度 /(kg/m3) 铝合金 700 ～ 780 24 ～ 25.6 铜合金 1030 ～ 126 20 ～ 21.6 灰铸铁 1370 ～ 1450 ≤ 20 钢 1590 ～ 1650 ≤ 17.6 （2）耐火涂料 涂料必须具有良好的涂挂性、透气性和强度。由于涂料涂在EPS模样表面，在施涂方法上采用浸涂和淋涂，因此EPC-V法铸造要求涂料在模样上均匀流布附着并保持足够的厚度，模组从涂料槽中取出后又要求粘度较快增长。具有这种性能的涂料必须是有一定屈服点值（7～12Pa）和较小触变性的假塑性流体，才能使涂料具有良好的涂挂性。涂料一般以水作载体，分别以铝矾土、石英粉、刚玉粉、诰英粉等与不同种类粘结剂如聚乙烯酸（PVA）、羧甲基纤维素（CMC）、聚醋酸乙烯乳液（PAL）、粘土、硅溶胶等配制而成。以PVA、CMC、PAL等作粘结剂的水基涂料具有触变性，采用膨润土和CMC配合作用或用＜10μm的细粉来调节涂料的流变性。 由于EPS模型的发气量大，按EPS模壁厚不同发气量波动于5～40cm3/g之间，所有这些气体都必须通过涂料层排出，因此涂料层必须具有良好的透气性和强度，这是获得合格铸件的关键。提高涂料透气性的主要途径：选用粒度较粗0.1～0.075mm（150～200目）颗粒较集中的耐火骨料、选用多孔的轻质材料作骨料、采用薄层涂料及微波干燥法均可改善涂料的透气性。 （3）无粘结剂干砂造型 该造型法最重要的是要求铸型具有良好的透气性、足够的紧实度。填砂造型时一般选用单筛砂，其粒度推荐值见表3，砂粒呈圆形或多角形的型砂，还必须经振动紧实，以获得均匀和足够的堆积密度。对于形状简单的部件，一维振动已足够；对有深腔和凹槽多的复杂零件，要采用三维振动造型来紧实型砂。造型时选择适当的振动强度。振动加速度在1.5～2.5g范围内效果最好。 表 3 型砂粒度推荐值 浇注合金型砂粒度 /mm 负压造型 常压造型 铸钢、铸铁件 0.355 ～ 0.28(50 ～ 60 目 ) ? 铸铝件 0.355 ～ 0.28(50 ～ 60 目 ) 0.355 ～ 0.154(50 ～ 100 目 ) 铸铜件 0.154 ～ 0.1(100 ～ 150 目 ) 0.355 ～ 0.154(50 ～ 100 目 ) （4）铸型负压度的控制 该法浇注及冷却期间，铸型必须保持一定的负压度，其作用为：固定松散的干砂，保持铸型有足够的强度、消除浇注时EPS分解产物对铸件、填砂及环境的污染、控制金属液的充填。 正确选择真空泵的功率和排气量是保证EPC-V法铸型维持适当负压度的前提条件。真空泵的动力消耗可按下式计算： W＝Kn（V1＋βmQ） 式中 W水环式真空泵电动机功率（kw）； K动力系数， K≈2～6（kw/m3）； n砂箱个数； V1单个砂箱的体积（m3）； β安全系数（取β＝3～10）； m每个砂箱内的EPS模型质量（kg）； QEPS发气量（浇注钢铁时，取 Q＝0.5～1.0m3/kg）。 在实际生产中一般都是依据真空罐上的真空表调节负压度，为了保证铸型有足够的稳定性，要正确选择初始负压度，初始负压度低于0.02MPa时铸型强度不够，极容易出现金属喷溅现象，若高于0.05MPa时又容易产生渗透粘砂缺陷，一般铸型负压度控制在0.025～0.05MPa范围内，浇注薄壁小件可取低值。 2．气化模-精铸-负压复合铸造技术（EPC-CS法） 该工艺的突出特点是用气化模来代替蜡模，因此制造优质气化模及超薄陶瓷型壳是EPC-CS法复合铸造的关键，其次是振动紧实负压工艺。 （1）优质气化模的制造 该法气化模用的原材料为聚苯乙烯珠粒（EPS），但与EPC-V法用的EPS珠粒不同，为获优质气化模要采用高密度、粒径小而均匀的EPS珠粒，其粒径为0.25～0.5mm，密度为 0.l～0. 3g/cm3。 气化模的成形包括：设计与加工气化模用模具，聚苯乙烯珠粒的预发、干燥熟化、气化模的蒸气成形工艺。EPS珠粒的预发采用热水预发工艺，将EPS珠粒放入连续式预发泡机中，加入适量的分散剂，为避免珠料预发时粘结，要严格控制预发温度和时间，使预发后EPS珠粒的密度为0.059/cm3左右。此密度的预发珠粒具有较高的膨胀能力，成形后可得到表面光洁、尺寸精确的气化模。可发性EPS珠粒最佳热水预发工艺见表4。预发后的可发性 EPS珠粒要在空气中放置一段时间，让空气渗透到珠粒的泡孔内，使珠粒变得干燥而有弹性，这个过程为熟化。预发后的EPS珠粒含水量很高，必须进行干燥，干燥熟化工艺见表5。干燥熟化时，为加快速度可以吹风，风速以不使EPC珠粒沸腾为限。 表 4 热水预发工艺 预发温度 / ℃ 100 ～ 102 热水预发时间 /min 2 ～ 3 加料量 / 水量 ＜ 6 分散加入量 / 水量 ＞ 0.03 表 5 干燥熟化工艺 干燥熟化温度 / ℃ 50 干燥熟化时间 /h ＞ 12 干燥后 EPS 珠粒含水量①（ % ） ＜ 1 气化模成形应用最广、使用效果最好的是蒸汽成形法。该法是用过热水蒸气作热载体，将装满顿发的可发性EPS珠粒的母型（型壁装有排气筛的铝等轻合金模具）放入蒸汽室，通入过热蒸汽，热蒸汽通过排气筛进入母型内加热珠粒，使其发泡并保持到EPS珠粒再发泡终了为止。气化模蒸汽成形工艺见表6。 表 6 蒸汽成形工艺 喷料压力 /MPa 成形压力 /MPa 模具预热时间 /s 成形时间 /s 0.34 ～ 0.44 0.098 ～ 0.147 10 ～ 15 10 ～ 30 （2）超薄陶瓷型壳 EPC-CS法复合铸造用超薄陶瓷型壳厚一般为3～4mm，因此型壳必须具有足够的强度，为此选硅溶胶作为粘结剂，锆英粉、铝矾土粉作为涂料的填料，莫来石砂作为撒砂材料。采用如下精铸制壳工艺制取超薄陶瓷型壳。 1）严格控制涂料的质量，涂料按组元配制后，采用“L”型涂料搅拌机低速长时间搅拌，使粘结剂与填料充分润湿。面层涂料粘度：(30±1)s，加固层涂料粘度：(15±2)s。 2）制壳工艺：根据铸件大小，型壳可挂3～4层，制壳工艺参数详见表7，最后型壳再挂一遍涂料，干燥后待用。 表 7 制壳工艺参数 层次 面层 ( 一、二层 ) 加固层 ( 三、四层 ) 撒砂粒度 /mm( 目 ) 0.45/0.22(40/70 目 ) 2.0/0.9(10/20 目 ) 干燥时间 /h 4 ～ 6 2 ～ 4 环境温度 / ℃ 18 ～ 20 18 ～ 20 相对温度 (%) 40 ～ 60 40 ～ 60 3）失模、型壳焙烧工艺：型壳在高温焙烧前要将气化模从型壳中融出，为此将模组放人带托盘的低温干燥箱中进行加热，使气化模变成融熔流体从型腔中脱出，较好的失模温度为50～90℃，保温30～40min。 将失模后的超薄陶瓷型壳放入高温炉中焙烧，在1000～1050℃下保温lh，出炉用于浇注。由此不难看出，EPC-CS法复合铸造在浇注前将气化模熔失，再进高温炉焙烧，因此在型壳中没有残存碳，可用于浇注任何合金铸件，同时解决了气化模燃烧时产生的烟雾，减轻环境污染。 （3）振动紧实及负压工艺 将焙烧后的陶瓷型壳放人振动台上的砂箱中，填入0.9mm／0.45mm（20目/40目）或2.0mm／0.9mm（10目/20目）的型砂，通过振动紧实和负压物理过程，使型砂得到紧实，保证型壳具有足够的抗变形、抗开裂能力，防止型壳因热冲击及合金凝固收缩应力作用产生破裂、跑火等现象。型砂振动紧实以共振状态下紧实效果为最好，三维振动紧实效果优于二维、一维振动紧实效果。一维振动参数选择合适仍能满足生产要求，而且设备投资少，操作简便。一维振动紧实型砂的最佳工艺参数如下：频率为50Hz左右，振幅为0.lmm左右，加速度为1～1.5g左右，振动时间根据铸件复杂程度确定。 在铸件浇注和冷却过程中必须实施负压，有利于型腔中气体的排除和金属液的充填，提高铸件表面质量。适宜的真空度为0.03MPa左右，浇注后消除负压，将铸件从型砂中取出，除掉超薄陶瓷型壳，获得优质铸件。

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