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專注：消失模鑄造模具和EPS、EPP等泡沫包裝模具的生產(chǎn)
主要應(yīng)用于消失模鑄造模型的制作和泡沫包裝產(chǎn)品的生產(chǎn)
摘要：通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的工藝總結(jié)，詳細(xì)記錄后橋主減的消失模鑄造工藝。本論文分別從原材料的選擇、預(yù)發(fā)成型、涂料涂刷、澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及埋箱澆注等幾個(gè)方面詳細(xì)闡述了整個(gè)生產(chǎn)工藝流程。
關(guān)鍵詞：消失模 后橋主減 工藝流程 貴州消失模模具
1 前言
近日我公司完成3000T消失模鑄造生產(chǎn)線的生產(chǎn)調(diào)試工作。該生產(chǎn)線主要生產(chǎn)后橋主減、中橋主減、過(guò)橋箱等球鐵類殼體鑄件。在雙方的通力合作下，確定了黑白黃區(qū)整套消失模鑄造的工藝流程，實(shí)現(xiàn)了生產(chǎn)線的正常運(yùn)作。該生產(chǎn)線是我公司首條全自動(dòng)分離澆注生產(chǎn)線，減少了設(shè)備投入，提高生產(chǎn)效率。全線均采用PLC自動(dòng)控制，自動(dòng)化程度較高。
消失模鑄造(Lost Foam Casting，簡(jiǎn)稱LFC)是20世紀(jì)50年代末發(fā)展起來(lái)的砂型鑄造生產(chǎn)上革命性的新技術(shù)，被譽(yù)為“2l世紀(jì)的鑄造新技術(shù)”、“鑄造中的綠色工程”[1,2]。采用消失模鑄造工藝，可取消砂芯、分型、合箱等工藝，減小鑄件加工余量，減輕毛培質(zhì)量，降低表面粗糙度。消失模鑄造的工藝流程如圖1。該現(xiàn)場(chǎng)主要產(chǎn)品為重汽上后橋主減速殼、中橋主減速殼以及過(guò)橋箱三種，均為球鐵鑄件?，F(xiàn)主要介紹后橋主減速殼的消失模鑄造工藝流程。
2 鑄件結(jié)構(gòu)分析
后橋主減速器殼是汽車上的重要部件，裝配精度高，要求加工精度高，且加工面較多，最大加工量在1~2mm。該鑄件單件重量約為20kg，輪廓尺寸為400*380*160mm。鑄件的壁厚不均勻，最薄處壁厚只有6mm。內(nèi)腔結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，油道口較小，注意防止鐵包砂的產(chǎn)生，同時(shí)鑄件四個(gè)軸承角座處厚度較大，是熱節(jié)處，易產(chǎn)生縮孔縮松。
3 工藝流程
3.1 白區(qū)
（1）預(yù)發(fā)
使用間歇性半自動(dòng)蒸汽預(yù)發(fā)機(jī)，發(fā)泡原料為共聚料（凱斯特STMMA-3A），預(yù)發(fā)后珠粒密度22~23g/L，預(yù)發(fā)后烘干熟化至少5h后使用。
（2）成型
使用單絲杠半自動(dòng)成型機(jī)，運(yùn)行平穩(wěn)。外界條件設(shè)定：蒸汽壓0.4~0.6MPa，水壓0.3~0.4 MPa，氣壓0.6~0.8 MPa，手動(dòng)沖料。調(diào)整設(shè)置好運(yùn)行參數(shù)，注意防止白模變形。
（3）白模
將采用貴州消失模模具廠生產(chǎn)的合格的白模放入烘干房?jī)?nèi)進(jìn)行烘干。烘干房采用溫濕度自動(dòng)控制，蒸汽主烘干為主，電加熱輔助。烘干房溫度設(shè)置為45℃，濕度設(shè)置為16以下。白模放入烘干房?jī)?nèi)烘干2~3天，以稱量白模重量不變?yōu)闇?zhǔn)，方可進(jìn)入涂刷環(huán)節(jié)。
（4）粘接、組型
1）打磨模型外表飛邊毛刺，用紙膠帶、雙面膠、修補(bǔ)膏修補(bǔ)凹坑、破壞損壞等缺陷；均勻涂刷冷膠，將白模各分片粘接在一起，粘接縫隙較大的用雙面膠封嚴(yán)。
2）澆注系統(tǒng)設(shè)置
按水力學(xué)計(jì)算公式計(jì)算。水力學(xué)計(jì)算公式如下：
式中 ∑F內(nèi)—內(nèi)澆道總的截面積，單位cm2 ；
G—流經(jīng)內(nèi)澆道的金屬液的總重量，單位kg，包括鑄件重和澆注系統(tǒng)重；
μ—流量系數(shù)，其值可在參考書目查詢，修正值也需查詢，一般取0.30~0.40；
Hp—壓頭高度，根據(jù)模型在砂型中的位置確定；
τ—充滿型腔的總時(shí)間，單位s，其值可按下式確定。
為保證金屬液不斷流和具有一定的充型速度，選用封閉式澆注系統(tǒng)，底注式澆注方式，各澆道的比例選為：∑F內(nèi)：∑F橫：∑F直=1：1.2：1.4。
現(xiàn)根據(jù)理論法計(jì)算澆注系統(tǒng)各澆道的截面積，澆道具體尺寸形狀根據(jù)普通砂型鑄造選取。根據(jù)鑄件的形狀，設(shè)計(jì)兩個(gè)內(nèi)澆道，由水力學(xué)計(jì)算公式式中：G=50kg, μ=0.35, Hp=600mm。消失模鑄造中澆注系統(tǒng)一般通過(guò)手工切割苯板獲得，考慮到切割方便以及與其他鑄造類型相比，消失模鑄造冷卻速度更快，澆注系統(tǒng)一般要大些。參考計(jì)算結(jié)果以及實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，內(nèi)澆道橫截面尺寸為8×40mm，直澆道為40×20mm，直澆道為40×40mm。
消失模鑄造造型時(shí)，澆注位置設(shè)計(jì)應(yīng)盡量遵循以下幾個(gè)原則[17]：
a. 盡量立澆、斜澆。避免大平面向上，保證金屬有一定上升速度。
b. 澆注位置應(yīng)使金屬與模樣熱解速度相同，防止?jié)沧⑺俣嚷虺霈F(xiàn)斷流現(xiàn)象，引起塌箱紊流缺陷。
c. 模樣在砂箱中的位置應(yīng)有利于干砂充填，盡量避免水平面和水平向下的盲孔。
d. 重要加工面處在下面或側(cè)面，頂面最好是非加工面。
e. 澆注位置還應(yīng)有利于多層鑄件的排列，在涂料和干砂充填緊實(shí)的過(guò)程方便支撐和搬運(yùn)，使模樣某些部位可能加固，防止變形。
3.2 黃區(qū)
（1）涂料按照規(guī)定配比進(jìn)行攪拌。涂刷采用浸涂方式，因此攪拌40min，波美度達(dá)到1.6左右即可。
（2）對(duì)組好的白模分3次進(jìn)行涂刷，以便每層涂料徹底干透。烘干房溫度設(shè)置在50℃，濕度設(shè)置為16以下。前兩遍各紅烘干1天，第三遍烘干一天后，對(duì)露白處進(jìn)行補(bǔ)涂，澆口及進(jìn)水口處加厚涂刷。三遍后白模涂料厚度達(dá)到1.5mm，澆口及進(jìn)水口處達(dá)到2~3mm。
（3）白模浸涂后，需靜置1min待表面涂料均勻后，再調(diào)整放置位置放入烘干房?jī)?nèi)進(jìn)行烘干，防止白模有涂料堆積。
3.3 黑區(qū)
（1）金屬熔煉
鑄件材質(zhì)要求為球鐵450-10，國(guó)標(biāo)牌號(hào)化學(xué)成分要求控制范圍。
廠家熔煉控制：（2.5T爐，半小時(shí)出1T鐵水進(jìn)行球化）
①原材料以鐵屑為主，加少量鋼筋和回爐料，出爐前加7.5kg硅鐵，爐前采用鐵水碳硅分析儀測(cè)量出爐前的鐵水成分，碳硅的化學(xué)成分控制：C3.6~3.7，Si2.6~2.7。
②出爐球化溫度1540~1560℃，溫度太高會(huì)影響鐵水的球化效果。采用喂絲法球化，球化鋼絲型號(hào)如下圖6。1T鐵水使用42m球化鋼絲，球化時(shí)間約3min。球化完成后用“三角法”檢驗(yàn)球化效果。
（2）埋箱造型
該生產(chǎn)線設(shè)有自動(dòng)預(yù)埋底砂工位，到埋箱工位時(shí)，底砂已到位震實(shí)。擺放模型時(shí)，須注意擺放位置（如下圖7所示）。由于主減殼有油道結(jié)構(gòu)，埋至此位置時(shí)可用手檢查是否留有死角，若砂子未填實(shí)，澆注后會(huì)造成鐵包砂。放砂分2~3次，每次震動(dòng)40s左右，逐層震實(shí)以增加震實(shí)效果。澆口應(yīng)高出砂面一定距離，防止?jié)沧r(shí)鐵水將周圍沙子卷入引起缺陷，同時(shí)面砂也應(yīng)有一定的厚度，以防澆注時(shí)燙壞塑料薄膜。集渣冒口注意扎眼以增加排氣效果。
該生產(chǎn)線為兩工位自動(dòng)分離澆注線，為滿足廠家生產(chǎn)要求，一箱澆4簇，近200kg，每小時(shí)8箱。
埋箱造型時(shí)特別注意澆口處的處理，對(duì)于澆注時(shí)負(fù)壓的保持及防沖砂有很大的關(guān)系。一般采用如下幾種方式：
①直澆道上套陶瓷環(huán)，安裝陶瓷澆口杯。
② 制作樹脂澆口杯，在直澆道口上用密封泥與樹脂澆口杯連接。
③手工切割或機(jī)打泡沫澆口杯，在澆口杯處刷2~3mm涂料，外用石棉布包裹。
④在泡沫澆口杯外用水玻璃砂等圍起。
（3）鐵液澆注
鐵水澆注前做好除渣工作，澆注溫度一般在1480℃左右。澆注前將負(fù)壓系統(tǒng)打開(kāi)，負(fù)壓度控制在0.045~0.05。因一次澆包澆注4箱，16個(gè)澆注口，澆注口較多，如一次澆注時(shí)負(fù)壓太小，注意調(diào)節(jié)控制各箱負(fù)壓度。鐵水包鐵水澆完后，將所有砂箱蝶閥全部打開(kāi)，負(fù)壓調(diào)至0.015~0.02保壓15分鐘。
澆注時(shí)，注意澆注速度控制，一般節(jié)奏：慢—快—慢。在鐵水不反噴的情況下，盡量加快澆注速度，盡量控制在控制在20秒內(nèi)。為保證球化效果，澆注隨鐵液放入10~20g孕育劑經(jīng)行二次孕育。保壓完成后，砂箱運(yùn)轉(zhuǎn)系統(tǒng)自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)1h后有自動(dòng)翻箱機(jī)翻出，送到清理工位經(jīng)行鑄件清理。
4 結(jié)論
通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的多次試澆注，確定的上述工藝流程基本滿足澆注出的合格的鑄件產(chǎn)品，且能保證較高的正品率。但澆注的結(jié)果也會(huì)出現(xiàn)諸如氣孔、冷隔等鑄造缺陷。出現(xiàn)氣孔其主要原因在于白模密度、烘干程度以及負(fù)壓的保持。對(duì)于冷隔，由于球化溫度與澆注溫度存在一定的沖突，為平衡這一點(diǎn)，還需做進(jìn)一步的改進(jìn)，必要時(shí)需整個(gè)澆注作業(yè)節(jié)拍做出調(diào)整。
消失模鑄造的整套工藝流程較其他普通鑄造方式，各個(gè)環(huán)節(jié)可謂環(huán)環(huán)相扣，哪一個(gè)環(huán)節(jié)稍有紕漏，鑄件澆注就會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題。因此一個(gè)可行的工藝流程必須靠一個(gè)穩(wěn)定負(fù)責(zé)的管理團(tuán)隊(duì)去執(zhí)行操作。
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