摘要：消失模工藝設(shè)備是保障消失模工藝過程實(shí)施的必要條件，也不同程度的影響著鑄件的質(zhì)量。其中白模質(zhì)量、澆注過程及型砂處理在整個(gè)消失模工藝過程中扮演著非常重要的角色。本文主要站在工藝的角度來對(duì)上述消失模工藝過程中關(guān)鍵設(shè)備進(jìn)行簡明扼要的分析，目的在于明確其如何保障工藝的順利實(shí)施。

關(guān)鍵詞：消失模鑄造；白模；澆注；砂處理；重慶消失模模具廠

Influence of Equipment on LFC process

PENG Xiong, MI Yanbin, ZHAO Qingzhen

(Hebei Ruiou Lost Foam Science and Technology Co., Ltd., Ningjin 055550, Hebei)

Abstract: The process equipment is the necessary condition and protection of LFC, and it also affects the quality of the casting. The white mold quality, casting process and sand processing play a very important role in the process. In this paper, we analysis the equipment in the lost foam process briefly standing in the point of the process and the purpose of which is to clear how to secure the process of smooth implementation.

Key words: LFC; White mold; Pouring; Sand treatment

1  消失模工藝與設(shè)備關(guān)系

眾所周知，消失模設(shè)備是在消失模工藝發(fā)展到一定階段后出現(xiàn)的，我們應(yīng)該明白，消失模設(shè)備的使命是保障消失模工藝的順利實(shí)施，是為了消失模工藝的順利開展而服務(wù)的。換句話說，如果沒有了工藝做支撐，設(shè)備只是一堆廢銅爛鐵毫無意義。所以只有對(duì)消失模工藝有著深刻理解，甚至多年致力于消失模工藝的研發(fā)與拓展，這樣的企業(yè)才可以制作出真正適用于消失模工藝的設(shè)備，真正意義上做到“消失模設(shè)備是為了保障消失模工藝”這一理念，而不會(huì)為了業(yè)務(wù)額，為了效益，淪為僅僅只是制作設(shè)備的“設(shè)備廠”。本文主要針對(duì)在消失模工藝過程中有著至關(guān)重要作用，對(duì)消失模工藝的實(shí)施做出巨大貢獻(xiàn)的設(shè)備做簡要的分析說明。目的是為了讓消失模行業(yè)的從業(yè)者們充分了解消失模設(shè)備在消失模工藝過程中的重要作用，并對(duì)這些設(shè)備的性能和特點(diǎn)有一定認(rèn)識(shí)。本文將消失模工藝過程分為：白模質(zhì)量、澆注過程、型砂處理三個(gè)模塊，主要從這三個(gè)方向來做闡述。目前市場上消失模設(shè)備的質(zhì)量參差不齊，為了統(tǒng)一本文所列舉設(shè)備均為河北瑞歐消失?？萍加邢薰舅a(chǎn)。

2 白模

2.1預(yù)發(fā)工藝要求和工藝流程

2.1.1預(yù)發(fā)機(jī)工藝要求

預(yù)發(fā)成型作為LFC法的第一步，是整個(gè)消失模工藝過程的開端，直接影響著整個(gè)工藝過程的質(zhì)量和效率。現(xiàn)在廣泛應(yīng)用于消失模生產(chǎn)領(lǐng)域原料主要為：EPS、STMMA。其工藝要求為：

（1）較高的生產(chǎn)效率；

（2）可控的珠粒密度；

（3）發(fā)料均勻，無子料；

（4）發(fā)料后珠粒粒徑滿足使用要求。

2.1.2預(yù)發(fā)機(jī)工藝流程

預(yù)發(fā)機(jī)工藝流程為：原始珠粒選擇→珠粒預(yù)發(fā)泡密度控制→珠粒預(yù)發(fā)泡→珠粒熟化。合理的珠粒粒徑和密度對(duì)模樣的表面質(zhì)量和模樣強(qiáng)度有著至關(guān)重要的影響，進(jìn)而影響著鑄件的質(zhì)量。預(yù)發(fā)機(jī)機(jī)型的選擇和工藝參數(shù)設(shè)置對(duì)原始珠粒預(yù)發(fā)泡成型以及后續(xù)工序已至整個(gè)消失模工藝的影響都是深遠(yuǎn)的。預(yù)發(fā)機(jī)的種類和特點(diǎn)見表2-1。 

圖2-1是電蒸汽預(yù)發(fā)機(jī)ROYF-Ⅰ EPS、STMMA雙用。

表2-1預(yù)發(fā)機(jī)種類和特點(diǎn)

2.2 白模成型質(zhì)量

2.2.1白模工藝要求和成型機(jī)工藝流程

原始珠粒經(jīng)過預(yù)發(fā)機(jī)預(yù)發(fā)泡（一次發(fā)泡）為合格珠粒后，需要經(jīng)過成型機(jī)進(jìn)行二次發(fā)泡才可以形成最終的白模模型。為了滿足工藝要求，白模模型應(yīng)該具備以下幾個(gè)條件：

（1）光滑平整的表面質(zhì)量（無斷料和成型不足現(xiàn)象）；

（2）合理精確的輪廓尺寸；

（3）滿足工藝使用的強(qiáng)度。

成型機(jī)工藝流程：

成型機(jī)工藝流程：合模→預(yù)熱→加料→固模加熱→動(dòng)模加熱→熱壓→水冷卻→真空冷卻→脫模。成型機(jī)的功能是生產(chǎn)出合格的白模模型，成型質(zhì)量好壞直接影響白模模型的品質(zhì)，進(jìn)而影響鑄件的品質(zhì)，關(guān)乎整個(gè)消失模工藝的成敗。每一道流程都是必不可少的，都是為了能夠制作出滿足工藝要求的白模而設(shè)計(jì)的。不合理的成型工藝會(huì)產(chǎn)生模型的不良品，圖2-2是瑞歐公司為摩洛哥生產(chǎn)的井圈模樣的不良品和良品。

就目前來說成型機(jī)種類比較繁多，我簡要說明。成型機(jī)采用PLC可編程控制器與觸摸屏，可以實(shí)現(xiàn)成型機(jī)半自動(dòng)及全自動(dòng)化生產(chǎn)。成型機(jī)由于采用PLC可編程控制器，其工藝參數(shù)可以通過觸摸屏寫入PLC控制器，從而可以滿足不同模具不同產(chǎn)品的生產(chǎn)。瑞歐ROCX-I成型機(jī)的參數(shù)如表2-2所示。圖2-3是瑞歐公司生產(chǎn)的ROCX-I 液壓全自動(dòng)成型機(jī)。2.3 模型烘干質(zhì)量要求

2.31烘干設(shè)備組工藝要求

烘干設(shè)備組的作用是對(duì)整個(gè)工藝過程中的白模單一模型、組型粘接后進(jìn)行刷涂的模型簇進(jìn)行烘干，去除其所含水分,最終使模型具備一定的強(qiáng)度，并可以滿足埋箱和澆注工序的要求。水分來源主要有幾個(gè)方面：（1）預(yù)發(fā)成型時(shí)所帶水分；（2）水基涂料所含水分；（3）烘干后未及時(shí)澆注返潮水分。由此我們可以得出烘干設(shè)備組所應(yīng)具備的工藝特性，如表2-3。

表2-3烘干設(shè)備組工藝特性

2.32烘干房基本配置和烘干技術(shù)要求

一個(gè)完整的白區(qū)車間，其烘干房是有很多級(jí)別的，但其配置大同小異，這里我們以瑞歐公司白模車間烘干房配置為例。不同類別的烘干房具有不同的烘干技術(shù)要求，可以滿足不同模型的烘干。

烘干房的加熱配置、分類及技術(shù)要求分別見表2-4、表2-5和表2-6。

表2-4  烘干房基本配置

表2-5  烘干房分類

表2-6  烘干技術(shù)要求

不同烘干房有不同的烘干技術(shù)要求，擺放模型時(shí)切勿混放以免造成烘干不徹底或者損壞模型現(xiàn)象。圖2-4是瑞獸公司生產(chǎn)車間的烘干房及其正在烘干的白模。

消失模有一句行話：“成也白模，敗也白模”，白模是整個(gè)消失模鑄造工藝過程的靈魂，白模的質(zhì)量關(guān)乎整個(gè)工藝的成敗，因此控制好白模質(zhì)量是非常必要的。

3澆注

澆注是將熔煉合格的鐵水倒入鑄型內(nèi)并冷卻成型的過程，這個(gè)過程包括：熔煉、埋箱、震實(shí)、負(fù)壓、澆注。每一道工序都需要嚴(yán)格控制。

3.1熔煉

我們說白模的質(zhì)量是整個(gè)工藝的靈魂所在，那么熔煉就是澆注過程的靈魂。熔煉的作用是利用生鐵、廢鋼、回爐料以及其他一些輔助材料，將他們?nèi)刍療捴瞥删哂幸欢囟?，一定化學(xué)成分的合格鐵液。熔煉的控制要點(diǎn)見表3-1。

表3-1熔煉控制要點(diǎn)

3.2埋箱

3.2.1砂箱工藝要求

LFC法所用砂箱，其結(jié)構(gòu)形式直接決定著砂箱內(nèi)負(fù)壓場的形成和分布，但有不少錯(cuò)誤觀念認(rèn)為，砂箱內(nèi)部只要能夠抽氣就好，至于怎么抽，抽多少都是無關(guān)緊要的，只要不塌箱就可以。所以現(xiàn)在各式各樣的砂箱都有，似乎都可以澆注出鑄件，可是產(chǎn)生的影響卻是大大不同的。一個(gè)滿足工藝要求的砂箱應(yīng)該具備以下幾點(diǎn)：

（1）合理的輪廓和結(jié)構(gòu)尺寸（根據(jù)鑄件和工藝要求）；

（2）足夠的焊接強(qiáng)度；

（3）排列均勻、分布合理的氣室。

3.22砂箱內(nèi)氣室分布工藝要求

從消失模工藝的角度，最理想的狀態(tài)是砂箱內(nèi)所形成的負(fù)壓場是一個(gè)穩(wěn)定、壓力均勻的力場，而負(fù)壓場的形成依賴于砂箱氣室的分布。氣室分布均勻合理則砂箱內(nèi)形成的負(fù)壓場越穩(wěn)定，即可以大大降低塌箱的幾率，生產(chǎn)出來的鑄件表面和內(nèi)部質(zhì)量越好。可是實(shí)踐證明，同一個(gè)模型，在一個(gè)負(fù)壓場下它各個(gè)點(diǎn)的所受到的力是不一樣的，對(duì)于一個(gè)僅有四壁抽氣的砂箱來說，負(fù)壓力往往由砂箱四周向中心逐漸減弱，而砂箱輪廓越大，這種趨勢越明顯。塑料模型分解氣化產(chǎn)生大量氣體，造成鑄型局部氣壓急劇上升，如果這些氣體不能被及時(shí)抽走，很可能會(huì)造成澆注反噴現(xiàn)象，甚至發(fā)生脹箱，造成嚴(yán)重的人員傷亡和產(chǎn)品報(bào)廢。氣室分布合理均勻的砂箱，即使在很小的負(fù)壓場下，仍然可以很好的完成澆注任務(wù)，不僅不會(huì)造成報(bào)廢，還可以節(jié)約能源，一舉兩得。 

3.3震實(shí)

3.3.1震實(shí)對(duì)消失模工藝的影響

LFC法埋箱造型過程中，對(duì)于結(jié)構(gòu)簡易的鑄件，震實(shí)的主要作用是，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)不損傷模型表面的涂料，并保證其尺寸的精確度，模型不變形的情況下快速的填充砂箱的各個(gè)部位，并使型砂在模型周圍均勻分布，并且達(dá)到要求的緊實(shí)度，保證抽負(fù)壓時(shí)型砂顆粒不會(huì)有較大位移。對(duì)于有些結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有很多盲孔或者死角部位的鑄件，如果在造型過程中這些部位未能填充足夠的型砂而留有空隙，澆注時(shí)此部位涂料在高溫鐵液的沖刷和高負(fù)壓場下很可能會(huì)破裂，導(dǎo)致鐵液被吸出型腔，鑄件表面形成鐵疙瘩，又稱鐵包砂，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)造成局部塌箱，造成不必要的浪費(fèi)。震實(shí)臺(tái)的另一個(gè)作用就是為了克服這些在造型過程中存在的死角，不易填砂的部位。震實(shí)臺(tái)震實(shí)效果的好壞直接影響著鑄件的成品率、尺寸精度、表面質(zhì)量和內(nèi)在質(zhì)量。目前震實(shí)臺(tái)的設(shè)計(jì)中，對(duì)于振幅，震動(dòng)頻率，激振力及如何配置電機(jī)往往模棱兩可，缺乏基本的核算依據(jù)，可以借鑒的參考數(shù)據(jù)是，振幅0.5mm左右，頻率不低于1500r/min，可以達(dá)到較好的震實(shí)效果。隨著LFC法的發(fā)展，原有的一維震實(shí)臺(tái)已經(jīng)難以滿足生產(chǎn)需求，必須使用更為可靠地三維震實(shí)臺(tái)，甚至更優(yōu)秀的震實(shí)臺(tái)。對(duì)于震實(shí)臺(tái)的選則和使用在LFC法鑄造過程中是非常必要的，然而很多企業(yè)并不能很好的意識(shí)到這個(gè)問題，由于震實(shí)效果不達(dá)標(biāo)而造成粘砂或者報(bào)廢比比皆是。

3.3.2震實(shí)臺(tái)的工作原理和技術(shù)參數(shù)

瑞歐公司所產(chǎn)震實(shí)臺(tái)共有三大類：（1）傳統(tǒng)三維震實(shí)臺(tái)，（2）懸浮激振震實(shí)臺(tái)，（3）包夾式震實(shí)臺(tái)。我們以懸浮激振式震實(shí)臺(tái)為例。一般的三維震實(shí)臺(tái)是利用氣缸夾緊砂箱，在空氣彈簧升起或者橡膠彈墊起到隔離作用，水平方向四個(gè)電機(jī)分別產(chǎn)生X和Y方向的力，而底部的兩個(gè)電機(jī)產(chǎn)生Z方向的力，一共三組六個(gè)電機(jī)，每一組電機(jī)的轉(zhuǎn)向是相反的，激振力都是可以調(diào)節(jié)的，如圖3-2所示，工藝參數(shù)見表3-2。三維震實(shí)臺(tái)缺點(diǎn)是當(dāng)模型太過復(fù)雜時(shí)，造型過程中容易出現(xiàn)死角部位。瑞歐公司生產(chǎn)的懸浮激振式震實(shí)臺(tái)，改變以往的三維震實(shí)方式，砂箱放在頂升柱上無需夾緊，（頂升柱的數(shù)量根據(jù)砂箱定）震動(dòng)電機(jī)只有兩個(gè)，配備重力傳感器，可根據(jù)重力傳感器檢測自動(dòng)調(diào)頻以達(dá)到合適的振動(dòng)加速度。加砂過程中，砂箱重力、重心發(fā)生變化，造型機(jī)負(fù)載發(fā)生變化，要達(dá)到較好的震實(shí)效果需要適合的振動(dòng)加速度，振動(dòng)加速度與振動(dòng)頻率成正比，根據(jù)造型機(jī)的重力傳感器檢測到反饋信號(hào)，自動(dòng)調(diào)整振動(dòng)電機(jī)頻率，達(dá)到符合要求的振動(dòng)頻率。彌補(bǔ)傳統(tǒng)造型振實(shí)臺(tái)對(duì)復(fù)雜件的低效率難造型的不足。該懸浮全方位激震造型機(jī)為垂直運(yùn)動(dòng)的反向填充，可達(dá)到各個(gè)方向不同部位的振實(shí)，達(dá)到各個(gè)死角的填充，它具有高頻率、低振幅、震實(shí)效率高的特點(diǎn)。

表3-2震實(shí)臺(tái)工藝參數(shù)

3.4負(fù)壓

3.4.1 負(fù)壓系統(tǒng)對(duì)消失模工藝的影響

LFC法鑄造又稱干砂負(fù)壓真空實(shí)型鑄造，負(fù)壓環(huán)節(jié)在整個(gè)鑄造過程中有著舉足輕重的作用。我們都知道，LFC法鑄造在澆注過程中型腔內(nèi)會(huì)產(chǎn)生大量的氣體，這些氣體對(duì)鑄件會(huì)造成很多致命的傷害，負(fù)壓系統(tǒng)的作用不僅僅是提供一個(gè)澆注前相對(duì)真空的模型型腔，方便澆注時(shí)鐵液順利快速充滿整個(gè)型腔，其更為重要的作用是快速持續(xù)的將澆注時(shí)產(chǎn)生的氣體吸出砂箱，穩(wěn)定鑄型內(nèi)負(fù)壓場，減少反噴，降低鑄件氣體缺陷。負(fù)壓系統(tǒng)不僅可以強(qiáng)化型砂緊實(shí)度，抽走澆注過程中產(chǎn)生大大量氣體，還為澆注時(shí)提供一個(gè)高溫?zé)o氧的環(huán)境，有利于鑄件成型和缺陷的控制。

3.4.2 負(fù)壓系統(tǒng)原理及技術(shù)參數(shù)

目前生產(chǎn)消失模設(shè)備的廠家所產(chǎn)負(fù)壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)各異，筆者以河北瑞歐消失?？萍加邢薰舅a(chǎn)的負(fù)壓系統(tǒng)為例，對(duì)負(fù)壓系統(tǒng)做一個(gè)簡要說明。瑞歐公司ROFY-35A 負(fù)壓系統(tǒng)如圖3-3所示。

負(fù)壓系統(tǒng)通過水環(huán)式真空泵抽吸不溶于水，無腐蝕性的氣體，在密閉的容器中形成真空和壓力，提供澆注過程中所需負(fù)壓，為砂箱提供穩(wěn)定的負(fù)壓場。

負(fù)壓系統(tǒng)配置見表3-3，瑞歐ROFY-35A技術(shù)參數(shù)見表3-4。

表3-3  負(fù)壓系統(tǒng)配置

表3-4  ROFY-35A技術(shù)參數(shù)

4砂處理

4.1砂處理工藝要求

砂處理系統(tǒng)顧名思義，這是一個(gè)處理LFC法用砂的完整體系，LFC法用砂一般為40~60目的寶珠砂或者石英砂。我們都知道塑料模型置換高溫鐵液后，模型周圍的型砂勢必會(huì)被高溫的模型加熱，溫度會(huì)很高，越貼近模型的型砂溫度越高，造型人員根本無法操作，而生產(chǎn)線每天都會(huì)有新的生產(chǎn)任務(wù)，必須具備一定的儲(chǔ)砂量以滿足生產(chǎn)。澆注完后清理鑄件，勢必會(huì)有很多的雜質(zhì)混入型砂之中，例如脫落的涂料皮，澆口杯碎塊，澆注時(shí)飛濺出來的鐵水等，這些雜質(zhì)是需要清理的。因此一套合格的砂處理系統(tǒng)應(yīng)該具備以下工藝要求：

（1）有一定的儲(chǔ)砂能力，且可以滿足每天的生產(chǎn)任務(wù)；

（2）可以對(duì)高溫型砂進(jìn)行降溫冷卻，達(dá)到循環(huán)使用；

（3）可以將型砂和各種雜質(zhì)分離，清潔型砂；

（4）能夠去除型砂中的塵土，提高車間環(huán)境質(zhì)量。

4.2 砂處理系統(tǒng)配置

筆者以河北瑞歐消失?？萍加邢薰舅a(chǎn)的砂處理系統(tǒng)為例。一套完整的砂處理系統(tǒng)應(yīng)該包含翻箱機(jī)、篩分輸送機(jī)、鏈?zhǔn)教嵘龣C(jī)、臥式冷卻機(jī)、帶式提升機(jī)、皮帶輸送機(jī)、砂溫調(diào)節(jié)器、氣體輸送、儲(chǔ)砂斗、除塵系統(tǒng)。

對(duì)于一個(gè)完整的LFC生產(chǎn)線，砂處理系統(tǒng)是必不可少的。每一個(gè)設(shè)備都有自己獨(dú)特的性能以滿足消失模工藝要求。表4-1所列為常規(guī)砂處理設(shè)備所應(yīng)具備的功能。

砂處理系統(tǒng)是一個(gè)消失模鑄造車間不可或缺的，不僅可以使寶珠砂循環(huán)再利用，還可以凈化車間環(huán)境質(zhì)量。21世紀(jì)對(duì)環(huán)境質(zhì)量的要求越來越高，如何打造一個(gè)符合要求的環(huán)保車間是我們共同的目標(biāo)。

表4-1 砂處理設(shè)備性能要求

9 總結(jié)

9.1 消失模設(shè)備理念

由于LFC法鑄造的巨大優(yōu)勢，其在國內(nèi)的發(fā)展是飛速的，LFC法的飛速發(fā)展帶動(dòng)了一大批產(chǎn)業(yè)鏈的露頭，其中LFC法設(shè)備行業(yè)的發(fā)展是很快的。如此快的發(fā)展速度，勢必會(huì)帶來一些負(fù)面的影響，很多設(shè)備生產(chǎn)廠商甚至從來沒有涉足過消失模鑄造領(lǐng)域，公司也毫無消失模文化底蘊(yùn)，但靠著依葫蘆畫瓢和中小企業(yè)對(duì)消失模設(shè)備的認(rèn)知不足，這些廠家也可以在消失模設(shè)備行業(yè)占有一席之地。然而他們生產(chǎn)出來的設(shè)備，可想而知是沒有任何基礎(chǔ)的，是完全的仿制品，這樣的設(shè)備也許可以生產(chǎn)出合格的鑄件，但其絕不可能會(huì)經(jīng)住工藝的考驗(yàn)。真正的消失模設(shè)備是為了保障消失模工藝而生，工藝永遠(yuǎn)是主導(dǎo)，設(shè)備僅僅只是輔助，設(shè)備設(shè)計(jì)和生產(chǎn)的出發(fā)點(diǎn)永遠(yuǎn)是工藝的要求，不能滿足工藝要求的設(shè)備是不合格的是有缺陷的。筆者認(rèn)為設(shè)備生產(chǎn)廠商應(yīng)該以“消失模設(shè)備是為了保障消失模工藝”這一理念為準(zhǔn)則，真正意義上去為了中國消失模行業(yè)做出貢獻(xiàn)，而不只是為了“分一杯羹”。只有這樣，消失模鑄造才會(huì)走的更遠(yuǎn)，它的作用才能發(fā)揮的更大，才可以再中國鑄造行業(yè)熠熠生輝。

9.2 消失模行業(yè)未來發(fā)展方向

消失模鑄造發(fā)展至今，來到21世紀(jì)，本世紀(jì)是一個(gè)講求大數(shù)據(jù)的時(shí)代，每一個(gè)行業(yè)都會(huì)有自己的產(chǎn)業(yè)鏈，而夠整合這些產(chǎn)業(yè)鏈資源的企業(yè)才可以在大數(shù)據(jù)時(shí)代獨(dú)領(lǐng)風(fēng)騷。筆者認(rèn)為，未來消失模行業(yè)的主要發(fā)展方向同樣為資源整合。我們都知道消失模所涉及到的領(lǐng)域繁多，只有將這些資源整合到一起形成一個(gè)完整的消失模產(chǎn)業(yè)鏈基地，這樣的企業(yè)才能走得更快、更遠(yuǎn)，也只有這樣的企業(yè)才可以真正做好消失模鑄造。我們可以大膽推測，未來消失模行業(yè)不會(huì)屬于任何一家設(shè)備廠、涂料廠或者消失模模具廠，它只會(huì)屬于真正擁有消失模產(chǎn)業(yè)基地的企業(yè)，也只有這樣的企業(yè)才可以在消失模行業(yè)里一直發(fā)展、壯大，為中國的消失模鑄造行業(yè)增光添彩。

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