消失模铸造工艺过程及铸件质量控制

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高锰钢铸件的铸造工艺及质量控制举例
高锰钢抗磨铸件， 单件小批量生产时， 不用制作木模， 生产成本低， 生产周期短。大批量生 万方数据 产的衬板等铸件， 难以机械加工， 一般为毛坯直接使用， 要求铸件尺寸形状准确， 特别是锁孔的
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间距要求严格， 细小的孔槽必须铸出， 因而最适宜用干砂消失模铸造工艺。 高锰钢颚板的材质为 !"#$%&， 单件重量 %’( )*， 铸件轮廓尺寸为： +&( ,, - .%( ,, - /+ 其端面结构简图如图 & 所示。该件一般为单件生产， 如采用普通砂型铸造其木模的制作 ,,， 成本相对较高， 生产周期长， 难以满足用户的急需。同时齿面间易产生机械粘砂等缺陷。因 此， 宜采用干砂消失模铸造工艺进行生产。其干砂消失模铸造工艺是： 用密度为 ( 0 (%/ 1 ( 0 (’ * 2 3,& 的泡沫板材手工加工成泡沫模样， 采用精确的样板， 线收缩 率为 ’ 0 45 ， 尺寸误差可控制在 & ,, 内。 采用棕刚玉硅溶胶涂料， 涂刷三次， 齿槽处涂层厚度为 ’ 1 & ,,， 其余部位 % 1 ’ ,,， 烘干 温度 +( 1 4( 6 ， 烘干时间 %’ 7。 浇注温度 %+’( 1 %+4( 6 ， 真空罐负压 ( 0 (8 1 ( 0 (/ #9:， 采用倾斜浇注， 底注， 齿面朝上， 底 部均布冷铁。 铸件冷却 ’( 1 ’4 ,;$ 开箱入水急冷， 水温低于 +46 。 铸件质量： 铸件表面粗糙度可达 <:8 0 & 1 %’ 0 4， 铸件尺寸误差长度方向偏差 ! ’ ,,， 底面 平直度!& ,,， 铸件无裂纹、 缩孔和气孔缺陷， 满足用户质量要求。 高锰钢板锤的材质为 !"#$%&， 单件重量 ’. )*， 铸件结构简图如图 + 所示。板锤四周及 8 个螺孔位置以螺孔为基准， 用样板检验， 板锤长度方向的弯曲变形小于 ’ ,,。采用普通砂型 铸造时， 增加了生产工序， 且位置精度难以保证， 铸件因尺寸误差造 8 个螺孔必须用砂芯成型， 成的废品率较高。采用干砂消失模铸造后， 用聚苯乙烯泡沫塑料发泡， 螺孔直接成型， 铸件尺 寸精度得以保证。其干砂消失模铸造工艺是： 采用铝制发泡模具， 蒸缸发泡成型， 密度小于 ( 0 铸件收缩率为 ’ 0 45 。其涂料及涂敷工艺同颚板的工艺。采用倾斜浇注， 底注顶 (’4 * 2 3,& ， 冒， 浇满后从冒口处补充热钢水， 铸件侧部放置冷铁。
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前言
［#， !］ 干砂消失模铸造技术是一项具有广阔应用前景的铸造新工艺 。它利用聚苯乙烯泡沫
塑料作一次性模样， 采用不含任何添加剂的干砂造型， 在浇注和凝固期间铸型保持一定的负 压。因此采用该工艺， 可获得表面光洁、 尺寸精确、 无飞边、 组织致密的铸件。 干砂消失模铸造中， 由于泡沫塑料模样的存在及其与金属液的相互作用， 使其充型和凝固 过程比较复杂。如不掌握好干砂消失模铸造的每一工艺环节， 不仅会出现常规的铸造缺陷， 还 易出现干砂消失模铸造特有的缺陷。因此， 为了发挥干砂消失模铸造技术的优势， 生产出优质 铸件， 就必须严格控制其工艺过程。
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工艺过程及控制
干砂消失模铸造工艺过程如图 #。
图#
干砂消失模铸造工艺过程
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泡沫塑料模样的制造 干砂消失模铸造铸件的尺寸精度和表面粗糙度与聚苯乙烯泡沫塑料模样的质量有关， 而
模样的质量取决于泡沫塑料的质量和制造方法。模样的制造方法主要是依据产品的数量及精 度而定， 通常分为发泡成型和加工成型， 对于大量生产的成批中小模样的制作多采用发泡成型
收稿日期： !""" > ## > !" 万方数据 作者简介： 冯小明 （#BC$ > ） ， 男， 陕西耀县人， 陕西工学院副教授， 主要研究材料成型工艺及铸件质量控制。
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机或发泡装置制得。发泡成形模样尺寸精确， 表面粗糙度好； 而对单件或小批量生产的模样则 用泡沫塑料板材加工成型。对泡沫塑料板材的要求是： 具有较好的内在质量， 不允许有夹生和 疏松缺陷； 比重轻， 强度和表面刚性好， 密度一般在 ! " !#$ % ! " !&$ ’ ( )*& 范围内， 最好选用铸造 专用泡沫塑料。模样采用电热丝切割， 机械加工等方法制作， 制作时必须注意其机械加工的特 点， 才能制出合格的模样。 对于复杂的模样， 可采用板材或发泡成形模具分别加工成若干几何形状较简单的部分， 然 后用不损害聚苯乙烯的粘结剂， 将模样的各部分用 “叠积木” 的方式胶合起来， 制得泡沫塑料模 样。常用的粘结剂为聚醋酸乙烯乳液。 &"& 涂料及涂敷工艺 在干砂消失模铸造中， 泡沫塑料模样和浇注系统的外表面须涂挂涂料。 & " & " # 干砂消失模铸造对涂料的要求 涂料在合金液充型及冷却凝固过程中， 始终与高温金属液、 铸型、 模样接触， 互相作用， 因 此涂料的好坏必将直接影响铸件的质量。干砂消失模铸造对涂料的要求是： 具有良好的透气性。泡沫塑料汽化产生的大量气体须及时通过涂层排出铸型， 否则就易 导致铸件缺陷。因此， 涂料的透气性是影响铸件质量的关键因素。涂料的透气性与耐火材料 的种类、 颗粒度、 涂层的厚度以及粘结剂的种类和加入量等因素有关。 涂层具有较高的干强度。为了防止涂层在填砂中剥落， 抵抗金属液的冲刷作用， 涂层应具 有较高的强度。 涂料应具有良好的涂挂性。由于水基涂料与模样湿润性差， 涂料不易涂挂在塑料模样的 表面。因此， 涂料必须具有较好的涂挂性。 试验选用水基涂料。在配制涂料时， 通过添加适当的表面活性剂和其它附加物很好地解 决了涂料与泡沫塑料不湿润的问题。试制的涂料涂挂性好、 强度高、 具有一定的透气性。经过 实验室试验和生产验证， 确定的涂料基本组成如表 #。 表#
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干砂消失模铸造工艺过程及铸件质量控制
流、 以防夹渣和增碳等缺陷； 内浇注位置应尽量设在铸件的薄壁处， 以减少浇注系统初期汽化 模的发气量， 浇道距离在可能情况下越短越好。 干砂消失模铸造浇注系统适宜采用封闭式浇注系统，对于铸铁件， 其! （5 ( " # 2直 3! 2内 4 （5 ( ’% # 5 ( %） 可获得优质铸件。 5 ( ’） 3 5，对于铸钢件，其 ! 2直 3! 2内 4 3 5， 干砂消失模铸造无论铸钢件还是铸铁件均应设置冒口， 一方面用来防止金属液的液体收 缩产生的铸件缩孔， 另一方面起除气和集渣作用。
& " & " & 涂料的涂敷工艺 涂料的涂敷工艺是： 用淋刷法涂敷大型铸件， 小型铸件采用浸涂的方法。涂层厚度是影响 铸件质量的又一个重要因素， 最佳的涂层厚度取决于铸件大小和复杂程度。涂层厚度通过调 整涂料比重， 涂敷次数和涂敷操作控制， 一般涂敷三次， 厚度控制在 ! " $ % 0 **。 模样在涂敷好涂料后应在 -! % $!4 的烘房干燥， 防止涂层中水分在浇注过程中与金属液 发生作用， 产生侵入性气孔。 &"0 埋砂 万方数据 干砂消失模铸造采用无粘结剂的干砂造型， 主要要求铸型具有良好的透气性和均匀、 足够
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的紧实度。型砂选用单一石英砂， 型砂粒度为 !" # $" 目。型砂在使用过程中应控制温度， 防 止温度过高而使模样变形， 型砂温度应低于 %"& 。大型铸造车间， 必须设有干砂的冷却装置。 埋型时， 铸件下凹和槽孔尽可能放置在上面和侧面。若必须放在下面时， 则下凹处必须人工捣 实型砂。一般铸件通过抽真空即可紧实， 复杂铸件则要附加振动紧实的方法， 保证铸型紧实度 均匀。 ’(! 负压浇注 干砂消失模铸造在浇注及冷却期间， 铸型必须保持一定的负压。真空系统的组成如图 ’。
图&
颚板端面结构简图
图+
板锤结构简图
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结论
采用干砂消失模铸造工艺可获得尺寸精度高， 表面光洁、 内部致密的铸件。 干砂消失模铸造应控制的主要因素是： 模样质量、 涂料及涂层厚度、 负压度及浇注系统设
计。 ［ 参 考 文 献 ］
［%］ 冯小明 0 负压实型铸造在高锰钢铸件生产上的应用 ［ =］ 总第 >& 期 （’） ： 0 铸造技术， %>>8， 4 1 .0 ［’］ 刘子利， 等 0 消失模铸造充型过程的研究进展及展望 ［ =］ 总第 +> 期 （+） ： 0 铸造， ’(((， ’%& 1 ’%/ 0 ［&］ 张英杰， 等 0 磁型铸钢 ［#］ 中国铁道出版社， 0 北京： %>/% 0
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干砂消失模铸造的工艺特点
铸造工艺设计时， 不需拔模斜度和起模分型面， 铸件尺寸精度高； 由于表面刷有涂料所得
铸件表面光洁度可达熔模铸造水平； 由于铸件在铸型中可任意放置， 浇注系统开设灵活， 冒口 和冷铁放置方便， 且有负压吸力的作用， 对铸件补缩有利， 可减少或消除铸件内部缩孔和缩松。
［.］ 干砂消失模铸造， 浇注系统的设计必须保证金属液平稳地流入铸型 ， 避免产生涡流、 紊
成 编 号 # & 0 棕刚 玉粉 -$ & 13 铝矾 土 &! 12 石英 粉 膨润 土 & & & 白乳 胶 硅溶 胶 00 0 0!
涂料组成
分 （+） # , -!./. 水溶液 适量 #! 氧化 铁粉 适量 氧化 铝粉 适量 活性 剂 适量 适量 适量 消泡 剂 适量 适量 适量 用 途
铸钢件 铸铁件 大型铸钢件
真空泵 ! 除尘净化器 ! 真空罐 ! 砂箱 图’ 真空系统的组成
铸型的强度与真空度有密切关系， 一般铸件， 其砂箱负压控制在 " ( ") # " ( "* +,-， 铸件壁 越厚， 应适当提高真空度。浇注后应根据铸件大小和壁厚确定延后抽真空时间， 以使铸件在负 压下凝固， 防止铸件产生胀箱缺陷。对于中等厚度 ’" # ." // 壁厚的铸件， 一般为 . # % /01。 浇注是影响干砂消失模铸件质量的关键工序之一。应该控制浇注过程中两个因素： 浇注 速度和浇注温度。浇注速度对铸件质量的影响很大。在整个浇注过程中应始终保持浇注系统 被金属液充满， 给予金属液以较大的静压力， 有利于浇注速度的提高。快的浇注速度可瞬时提 供较多的热量， 弥补由于泡沫塑料汽化而造成的金属液的热损失， 使液体金属始ຫໍສະໝຸດ Baidu保持足够的 流速。相反， 速度太慢会增加金属液的热损失和降低它的温度， 易产生冷隔， 浇不足或铸铁皱 皮等缺陷。但浇注速度过快易使铸型受冲刷及金属液在型内产生紊流， 导致金属液包覆未汽 化的聚苯乙烯残留物和使气体不易排出型外， 造成铸件的气孔和夹渣等缺陷。因此， 适宜的浇 注速度应能使金属液在铸型内的上升速度等于或接近泡沫塑料模的气化速度。和普通砂型铸 造相比， 干砂消失模铸造应具有较高的浇注温度， 一般铸铁件高 ." # %" & ， 铸钢件提高 ’" # !" &。
冯小明， 王绪然
)!$""$） （陕西工学院 材料科学与工程系， 陕西 汉中
［摘 ［关
要］ 总结了干砂消失模铸造技术的研制经验， 探讨了主要工艺因素对消失模 键 词］ 消失模铸造； 铸件； 质量控制 ［文献标识码］ D
铸造工艺过程的影响， 介绍了典型铸件的干砂消失模铸造工艺和技术经济效果。 ［中图分类号］ 8A!?B ( C