消失模在煤礦機械設備方面的應用研究

摘要：消失模技術作為一種精密近凈成型技術，具有多方面的優點，被譽為了“21世紀的綠色鑄造技術”，擁有廣闊的應用前景，勢必成為鑄造業發展過程中相當好的技術選擇。本文就對消失模技術的特點進行簡單介紹，并結合生產實踐，重點對其在煤礦機械設備加工制造方面的應用進行了分析探索。

關鍵詞：消失模技術；煤礦機械設備；應用探索

1.消失模技術特點、優點

隨著社會的發展，鑄造工件在現代工業中的應用范圍變得越來越廣（見表1），與之密不可分的鑄造工藝技術在不斷進步和發展是其重要前提，其中的消失模鑄造工藝技術尤其值得一談。這項技術又被稱作是負壓鑄造、氣孔模鑄造，簡稱EPC鑄造，采用的是無粘結劑干砂和抽真空技術相結合的一種鑄造工藝。在鑄造過程中，利用泡沫塑料模樣不用取出，所鑄部件內腔直接用于泡沫塑料模樣充填形成，不用放芯子，實體澆注。消失模技術有著諸多優點：零件設計的自由度大，能夠保證鑄件表面平整光滑，這是很多傳統的鑄造工藝無法達到的；大大減少鑄件在鑄造的過程中出現夾液、夾砂、縮孔、凹坑等缺陷，使鑄件的合格率大大提高；鑄件尺寸得到了嚴格保證，防止鑄件在鑄造的過程中出現變形的問題，變形量大大減小，而且加工余量能夠按照鑄造標準中要求予以實現，還可以將鑄造過程中的成本進一步控制；對工作者來說，這種鑄造方式將大大減小勞動強度，使施工環境得到進一步改善，能為環保做出貢獻。也正是由于消失模工藝的這么多優點，也使其成為當今鑄造業中最領先的技術，也是應用前景和范圍最廣泛的技術，尤其在煤礦機械設備鑄造方面有著更加重要的應用和推廣意義。

2.消失模技術中泡沫塑料模樣的制造

模樣的制造是最關鍵的，對其材料的選擇、以及制造方法都應當給予高度重視。消失模模型的材料主要具有以下幾點要求：氣化溫度和發氣量低；氣化速度、完全，殘留物要少；密度小、強度和表面剛性好，以使模樣在制造、搬運和干砂充填過程中不易損傷，確保模樣尺寸和形狀穩定，這樣才能夠保證所制造的模樣滿足技術要求。

模型使用的材料是具備良好揮發性的聚苯乙烯珠粒，要求其粒度都是均勻的，同時每一批購進的材料所存放的期限以及環境都是有所要求的，存放環境的溫度不超過10攝氏度，存放的時間應當在120天以內，這樣的材料才會在使用的時候有足夠的發泡劑含量。應當達到16—24g/L的珠粒預發成型后珠粒的堆積密度。

在進行模樣的制備過程中，首先應當熟悉圖紙，對技術要求有進一步的了解后再來制定模樣的制作方案，力求科學合理。

3.消失模技術中涂料的技術要求及配置

進行涂料的涂刷是一件非常重要的事情，從涂料的配置以及進行涂刷都有嚴格要求，只有對這些方面都給予高度重視，才能保證利鑄件達到質量要求。對涂料的技術要求是必須要具有良好的強度、透氣性、涂掛性，同時涂料的滴淌性、流平性、絕熱性、耐火度等等也都要適度。在鑄造不同的金屬材料的時候，涂料的配方也得有所不同，尤其是相應的配方。以下是消失模技術在煤礦機械中常用的一種涂料配方（見表2）。

表2 涂料配方一覽表

利用攪拌機對配好的材料進行攪拌，加水將密度調節到1.28—1.30g/cm3，條件粘度為385cm2/s。為了使涂料具有良好的涂掛性能，在涂料中應當加入JFC表面活性劑，使模樣浸入涂料中，取出以后模樣外部和內腔就都能全部涂上涂料了。噴涂時要求第一次噴刷要求是光滑平整，厚度應當在1毫米左右，放在烘干室內，將涂料中的水分都清除；第二次進行涂刷的時候，外表涂料厚度應當在2—2.5毫米，在烘干以后，應當能夠具有一定的強度，還要對模樣進行檢查，看看其是否具有漏刷的部分，只有在澆口頭子處，其他任何地方都是不允許出現漏刷現象的。對于重量不同的模樣，在進行涂料涂刷的過程中，厚度是有差異的，也應當根據其重量來進行相應的強度增加。

4.裝箱以及負壓澆注工藝技術

在裝箱過程中，應當將砂箱裝置在三維振動臺上，調整振幅要求應該保證在0.5左右，將激振力調整在4kN左右，往砂箱內裝的底砂厚度應當為150到200毫米左右，啟動Z向進行垂直振動10秒鐘，這是為了保證底砂基本緊實，防止模樣組在振動的時候下沉。當底砂振實以后逐漸放進第1層模樣，在箱內完成組合以后，放砂并且要使砂過模樣最高處達到70—80毫米。放砂時，應當同時進行X、Y向的微振，當放完砂以后，再將Z啟動，依舊是做三維復合振動10秒鐘。之后是放入第二層的模樣，之后放砂的高度是與第一層相同的，在放砂的過程中，也是要進行X、Y向微振。在砂量的高度達到以后，進行Z向振動啟動，振動時間不是10秒鐘，而是5秒鐘。最后是要將砂不足到砂箱口以下的50毫米左右，插進緊實度測量棒，同時一起啟動X、Y、Z三向，見效三維復合振動30秒鐘，等到振動完全都停止以后，用彈簧秤將測量棒提出來，得到的機箱體外圍砂的緊實數字在4.5到5千克之間的時候，就是符合要求的，之后就是鋪上塑料薄膜。

最后一道工序就是進行負壓澆注了。負壓澆注主要目的有三點：為造型緊實鑄型，將泡塑模在高溫下生產的氣體逸出鑄型，有利于金屬液的充填。由于負壓澆注的重要性，因此必須給予重視，應當嚴格按照規定進行，以下是對負壓澆注的方法簡單介紹，在進行負壓澆注的過程中，如果方法使用不但，也是會對煤礦機械設備鑄造方面有著重要影響和作用的。在進行負壓澆注的過程中，鋼水入鋼包前先負壓5到8分鐘，將負壓表開到0.08—0.09MPa。當澆注工作完成以后，還要繼續進行負壓8到15分鐘，在負壓的時間到了以后，將箱表的砂和薄膜都揭開，進行抽冷風5到10分鐘，對鑄件進行冷卻。

5.消失模鑄造工藝在煤礦機械設備的鑄造中表現出的優點及注意事項

結合我們的生產實踐，在消失模鑄造工藝的諸多優點和廣泛的適用性中，我們發現其主要針對那些外觀要求高的鑄件（不會有費工費時難處理的因為砂型崩潰造成的鼓出來的疤瘤，凹陷修補容易處理、沒有合箱分型面所產生的飛邊毛刺）、尺寸精度要求高的鑄件、不需要批量生產的大型鑄件、外形結構復雜鑄件、薄壁鑄件、價格昂貴金屬零件的鑄造、高硬度零件的鑄造、想進行一次性完工的無余量加工鑄件、帶試驗性質（一次性的、未定型、要修改）的鑄件、想快速完工的鑄件，具有極大的明顯的優勢，所以特別適合在這類零件很常見的煤炭機械設備的制造中推廣使用。消失模鑄造工藝所具備的一系列優勢的核心原理就是：1、由于是在負壓環境中完成冶金鑄造，使得金屬熔液的流動性變好，有害煙塵氣體方便收集；2、采用可氣化消失的泡沫實心模具，沒有了傳統砂型鑄造工藝中經常出現的砂型崩潰的頭痛煩惱。

需要注意的是：1、雖然說消失模鑄造技術幾乎能完成所有的傳統的和其它原理的鑄造技術所能完成的鑄造，但其泡沫實心模具是一次性不可重復使用的，配套設施的投入資金也很大，生產成本較高，所以主張沒有必要什么都采用消失模工藝來鑄造，能不采用的就盡量不采用，應該綜合考慮技術經濟性，盡量和其它制造技術特別是其他傳統低成本鑄造技術相結合相配套運用，做到好鋼要用在刀刃上，做到技術經濟效益最大化，只有在算清楚了經濟賬后再決定是否采用。2、對于那種一定要用貴重金屬或高硬度金屬來鑄造、同時又不得不通過切削加工以得到精確和光潔表面的零件，應該盡可能采用復合材料，也就是將價廉、易加工的金屬（如Q235等）想辦法合鑄在一起（做起來并不困難），使得機加工可以在價廉、易加工的金屬上進行，這樣也可以最大程度地提高貴重金屬的有效利用率。3、再有，由于填砂振動不緊實、涂料涂刷不均不合理、涂料保管不善變質等等本不該發生的問題，經常造成鑄件表面粘砂是個容易麻痹忽視的問題。

下面是幾個具體的生產實踐應用。案例1：由于具有負壓環境下，熔融金屬的流動性改善，金屬熔液更容易到達遠處并填充飽滿，通過科學布置排氣口，可以大大改善大型鑄件的質量，我們決定在為豐城礦務局鑄造重量達2.5噸、直徑達3000mm的立井天輪（大型、薄壁零件）時采用了消失模鑄造工藝，達到了我們期待的效果。案例2：同樣是案例1的理由，在我們加工的各式各樣的煤礦機械減速機箱體，如刮板式運輸機的減速機箱體，是典型的結構復雜薄壁零件，在客戶同意的前提下，我們也經常采用消失模工藝來鑄造，可以很好地保證質量。案例3：我們曾經對萍鄉礦務局安源煤矸石磚廠的Φ1830×3000球磨機襯板進行改造，改用采用KmTBCr26材質（一種優秀的高鉻鑄鐵材料，硬度高、不易碎、耐磨，單位價格很昂貴）；考慮到鑄造過程中，冶金材料投放比例控制不準或雜質不易杜絕控制或退火處理不易把控或熱處理爐體受到工件尺寸限制等諸多因素的影響，往往造成胚件的硬度極其的硬，搞不好就無法切削加工成為價格昂貴的廢品，于是我們決定采用消失模技術，進行一次性鑄造完成工件制造，實現無余量加工，大大縮短了制造周期、降低了制造成本、提高了貴重金屬材料的有效利用率、延長了襯板的使用壽命，取得了非常好的技術經濟效果。案例4：南昌的一家醫療固廢垃圾處置公司，采用的主體設備是由國外引進的一種叫做旋切式負壓高溫蒸汽消毒分解爐的先進設備，苦于作為易耗件的襯板（內徑達1000mm、厚度達50mm）從國外進口價格貴得令人咋舌，急切地想將其國產化，在我們的建議和幫助下，同樣采用KmTBCr26和消失模鑄造工藝，制造出了令人滿意的代用襯板配件，據說使用效果和壽命都遠遠好于進口配件，為其公司節省了大量外匯資金；另外該零件外弧面要求和圓形筒體內壁緊密貼合，又用螺栓固定的筒壁上，所以零件的外圓弧面有較高的形狀尺寸精度要求和螺紋孔定位要求，必須機加工才能達到要求，于是我們用16mm熱軋鋼板卷成外圓筒，內部焊接足夠數量30mm高的鉤錨，以加強碳鋼外套與KmTBCr26材料的合鑄后的結合強度和可靠性，最后在立式車床上完成外圓加工，解決了形狀尺寸的精度問題；采用預埋Q235Φ50鋼棒（等車完外圓后再鉆孔攻絲）解決了螺孔定位問題。相關的案例還很多，不再累述，只要認真領會消失模鑄造工藝的特點精華，大膽嘗試和探索，定能用好這項先進技術，既可以提高裝備制造水平，又可以為企業創造良好的經濟效益。

6.結論

對消失模技術來說，在任何一個環節之中都要嚴格按照規定進行，使得消失模技術的優越性可以充分展示出來，讓其應用效果變得越來越好并得以推廣，讓這項技術為煤礦機械設備的制造進步做出應有的貢獻。本文雖然出于某種原因，主要論述的是消失模鑄造技術在煤炭機械制造上的應用，但絕不否認消失模鑄造技術在其他行業遇到類似情況時同樣適用。

參考文獻 ：

[1]葉升平，吳志超.北美和歐洲消失模鑄造發展現狀[J].特種鑄造及有色合金.2004（02）

[2]章舟，李艷明，應根鵬.鑄鐵件消失模鑄造對鐵液溫度的要求[J].現代鑄鐵.2010（06）

作者簡介：陳彬（1968-），男，1992年畢業于原冶金部南方冶金學院冶金機械本科專業，1998年獲機械工程師資質，現工作于江西省煤炭工業集團公司所屬江西省晨光煤礦機械制造有限公司。