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消失模铸造工艺实例分析

老陆要说的是:学技术的道路上没有捷径。尤其是像消失模铸造这样变化极大的生产形式。技术人员只有通过不断学习,不断试验,不断的从别的案例中汲取教训,才能少在生产中犯错误,才能做出更优质的铸件。

比如用消失模生产出一铸件出现气孔,造成这种缺陷的原因常在两个以上。

所以,学习消失模铸造技术,就要多看案例,然后从中学习生产经验,以便在日后的生产中,活用活用,达到消除铸件缺陷,提高铸件质量的目的。



过去通常是由铸造车间以传统砂型铸造来完成铸件的毛坯制作。虽然后来人们采用树脂砂和覆膜砂热芯盒来制作型芯,较普通砂型铸造有长足的进步,也取得很好的效果。但是,这些铸造原材料往往是不可再生或者再生砂的利用率较低,加之对铸造操作技能要求高,卡盘其内腔的形成必须要下砂芯,为了保证外端面的表面质量,而且许多工厂都采用吊芯,即把内腔成形的砂芯几乎完全要悬空固定在分型面的上箱。这样就很难避免在合箱时出现掉砂,以及型芯配合不当而造成的挤砂、掉砂缺陷。另外,由于砂芯在合箱后一般要等待浇注,也很容易吸潮,所以用砂型铸造的铸件以砂眼、气孔缺陷较多,成品率仅70%左右。因此,铸造车间一般不愿意接受这种完全机械加工(俗称“全扒皮”)的铸件。在这样综合背景影响下,考虑到消失模铸造不需要下芯、合箱,工序上相对比较简单,生产机床附件的企业才考虑用消失模铸造机床附件卡盘毛坯。

(1)对卡盘铸件特征的分析。图2所示为三爪卡盘泡塑模样,图3所示为三爪卡盘铸件实物。将内腔圆朝上放置,这与传统砂型铸造的吊芯同为一个道理,即铸件的重要部位在铸型中应尽量位于下部的凝固原则。实践证明,这样使得卡盘的大端面机加工后几乎不存在任何缺陷,但不能套搬砂型铸造工艺。卡盘铸件虽然壁厚基本均匀,但由于设置有卡盘槽,由三等份或四等份把卡盘均分,所以在设计浇注系统时必须让其能等量均衡充型,三爪卡盘的内浇道设计为3个,四爪卡盘的内浇道则设计为4个,依此均等分布在内圆的上部。上部设计的圆环形状的冒口,也是依照铸件的等份结构,冒口颈依然分别设置是3个(三爪卡盘)或4个(四爪卡盘)。设计直浇道时考虑消失模铸造的特殊性,必须让泡塑模样的气化产物完全进入冒口里,因此静压头就不能小,在直浇道截面积不变的情况下,就得把直浇道的高度适当加高。为了避免浇注时间过长,选用半开放式浇注系统,使流道截面积足够大,使浇注时整个过充型程时间较短,获得了较为理想的铸件。

            


(3)在策划浇注系统时,考虑到卡盘的等分结构,大家设计的内浇道、横浇道也与卡盘的等份完全一致,这样就保证了充型过程的均衡性,给铸件均衡凝固人为地创造了条件,在机加工过程也反映出铸件的硬度非常一致,没有如其他铸件所出现的硬度差较大的问题。对于冒口系统的设置,冒口颈也与卡盘的等份完全一致,冒口颈上部设置相连接的圆环(圆的内外径和卡盘基本相同)形状冒口体,足以存储先头流经型腔因熔解、气化模样而逐渐降温的铁液进入圆环冒口体内(图4所示为组装并粘结系统后的卡盘模样),当然设计的主要意图是要收集储存消失模铸造所用的泡沫塑料模样(即白件)热解物以及未气化的残渣。浇注后大家把圆环冒口体横向切割后研磨,观察其截面,发现有很明显的积碳物和渣质,这就证明达到了大家设计时集渣的预期目的。当时,大家设计浇冒系统的目的,对消失模铸造而言要为热解产物、未气化的残渣“给出路”,要让这些有害的东西有地方去,还能存储起来,只有铸件的型腔排除了残渣,才能铸造出内在无缺陷、表面完美的高质量铸件。

(4)为了提高工艺出品率,大家曾经用串铸的浇注工艺做过试验,包括其中使用过“一串二”和“一串三”,结果成品率均很低,这与浇注系统仍然用普通EPS料制作冒口有决定性关系。这样情况下,当第二或第三型腔充型的时候,第一或第二个浇冒口系统的EPS材料没有完全气化的渣和热解产物就会进入上面的型腔里,结果是导致上层模样型腔形成双重热解渣很难气化完全,在附壁效应的作用下粘附在型腔壁上,另外就是铸件的表面出现很多的积碳、夹渣缺陷。大家的观察也是如此,基本是最底层的铸件比上层的第二个铸件缺陷少,甚至没有缺陷, “一串三”的情况也是如此。

(1)机床附件卡盘的材质要求是HT300,就此大家为了达到并符合机床制造企业的技术条件,在工艺设计的同时大家也注意到卡盘材质的技术控制。首先,利用好熔化设备是中频感应电炉的有利条件,在材质配料上,大家坚持常规五大元素化学成分符合规范要求,这样才是能够获得符合力学性能的基础;其次,不能忽略一些合金元素和有害元素在其中所起的作用。如原生铁Ti的影响,因生铁使用量的多少会直接影响材料中Ti的含量,对材料力学性能会产生很大的影响。同样废钢是许多合金元素的来源,因此废钢用量对铸铁的力学性能的影响是很直接的。在电炉投入使用的初期,大家沿用了冲天炉的炉料配比(生铁:25~35%,废钢:30~35%,其余为回炉铁),结果材料的力学性能较低。当大家及时调整了废钢的用量后,问题很快得到了解决,因此废钢在熔化过程中是一项非常重要的控制参数。炉料配比对铸铁材料的力学性能有着直接的影响,这就是熔炼控制的重点。

(3)在液态铸铁中加入孕育剂,可以形成大量亚显微核心,促使共晶团在液相中生成。接近共晶凝固温度时,生核处首先形成细小的石墨片,并由此成长为共晶团。每一个共晶团的形成,都会向周围的液相释放少量的热,形成的共晶团越多,铸铁的凝固速率就越低。凝固速率的降低,就有助于按铁-石墨稳定系统凝固,而且能得到较多的A型石墨组织,保证了基体组织符合技术条件。 

(4)为了确保卡盘铸件内在质量及切削性能的稳定,铸造车间加强生产现场的工艺管理。对熔炼工部要求所用的原材料必须严格控制,做好炉料管理,分类堆放,入炉时准确称量。尤其是对要加入的废钢,坚持精挑细选,防止Cr、Te、V等阻碍石墨化元素含量高的废钢加入,减少对切削加工的影响。对清理工部严格控制铸件出箱时间,防止因为翻箱出活过早、冷却过快而导致铸件表面硬度超标。消失模铸造的工序过程控制更应从严细化,每个环节都严格把关,才能保证产品质量稳定。

对机床附件卡盘采用消失模铸造时,既吸取传统砂型铸造工艺的长处,把大端面朝下放置,又利用消失模铸造的特性,设置圆环形集渣、补缩冒口,以及等量均衡充型的浇注系统。与传统的普通砂型铸件相比,满足了产品的技术要求,铸件各项质量指标均高于砂型铸造铸件,单体重量减轻12%,铸件尺寸精度达到了CT8级,重量精度也达到MT7级,机械加工的废品率降低20%左右。另外,采用消失模铸造,原材料消耗减少,生产车间的环境明显改善,作业工人的劳动强度有所降低,充分显示了消失模铸造的优越性。


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