消失模組簇鑄造技術(shù)在生產(chǎn)中的應(yīng)用

孫帥，張甯遠(yuǎn)

鐵煤集團(tuán)機(jī)械制造有限責(zé)任公司 遼寧鐵嶺 112000

1 消失模組簇鑄造工藝特點(diǎn)

消失模鑄造（簡(jiǎn)稱EPC）是采用涂有耐火材料涂層的可發(fā)性聚苯乙烯（EPS）或聚甲基丙烯酸甲酯（EPMMA）泡沫塑料為模樣，澆注高溫合金液使模樣熱解氣化“消失”，并占據(jù)泡沫塑料模樣所退出的空間，最終獲得鑄件的方法。消失模組簇鑄造是消失模鑄造工藝形式之一，其更容易實(shí)現(xiàn)小件批量生產(chǎn)。除此以外，消失模組簇鑄造還具有以下優(yōu)點(diǎn)。

1）組簇后裝箱操作簡(jiǎn)單方便，效率高。

2）豎澆道與內(nèi)澆道連接，內(nèi)澆道與工件連接，澆注時(shí)，澆道既是鋼液通道又可以起補(bǔ)縮作用。

3）組簇澆注，鑄件工藝出品率高，同時(shí)成品率高，可達(dá)98%以上，一箱多件，大大提高了鑄件的生產(chǎn)效率。

4）采用3t塞桿包，頂澆，底抽式負(fù)壓，澆注系統(tǒng)橫截面積比為1∶1.1∶2.4，充型平穩(wěn)，滿足車間3t/h中頻感應(yīng)電爐、澆包、砂箱配套生產(chǎn)。

2 間隔鐵鑄件工藝特點(diǎn)分析

間隔鐵鑄件（見圖1）重24kg，屬于小型厚壁鑄件，要求精鑄、直徑22mm裝配孔和斜度1∶4裝配斜面不加工、公差±1mm，材質(zhì)為ZG270-500，鑄件不許有氣孔、砂眼、縮松和縮孔等鑄造缺陷。根據(jù)車間實(shí)際生產(chǎn)情況和該類鑄件特點(diǎn)，更適合采用消失模鑄造工藝。消失模鑄造能夠保證表面粗糙度和尺寸精度，但考慮工件尺寸小、數(shù)量多，在工藝設(shè)計(jì)時(shí)要滿足車間設(shè)備產(chǎn)能，提高生產(chǎn)效率，因此選用消失模組簇鑄造技術(shù)。

圖1 間隔鐵鑄件結(jié)構(gòu)

3 工藝設(shè)計(jì)及工藝參數(shù)的控制

3.1 白模制作

選用密度為18g/cm3的EPS，用數(shù)控雕刻機(jī)制作模樣，選用內(nèi)澆道尺寸為15mm×15mm、長(zhǎng)150mm，兩端各黏結(jié)間隔鐵一件，與間隔鐵連接處開倒角5mm×5mm；選豎澆道尺寸為40mm×25mm、長(zhǎng)500mm。將上述組好的白模黏結(jié)在該立澆道上成串，每串7對(duì)，間距50mm，孔向上，如圖2所示。

圖2 間隔鐵組串示意

3.2 涂料的組成及配制

消失模涂料除了具有一般砂型鑄造涂料要求的懸浮性、耐火度和流變性外，還必須具有以下性能：良好的透氣性，使?jié)沧r(shí)產(chǎn)生的泡沫塑料分解產(chǎn)物能順利逸出；涂層有較高的強(qiáng)度和剛度，保證模樣在搬運(yùn)時(shí)不變形，在澆注期能支撐干砂不崩塌；良好的附著力和涂掛性，能均勻而牢固地黏附在泡沫模樣表面。

（1）耐火材料 耐火材料具有抗粘砂和降低鑄件表面粗糙度值等作用，它的物理和化學(xué)性能在很大程度上決定了涂料的使用性能。我公司生產(chǎn)車間根據(jù)間隔鐵材質(zhì)選擇了耐火度較高的不同粒度的鋯砂粉和硅砂粉的優(yōu)化組合。

（2）載液 載液的選擇將直接影響涂料的工藝使用性能。目前采用空氣干燥的溶劑，如乙醇、甲醇等，依靠醇類快速揮發(fā)的特點(diǎn)，使涂料干燥速度快，提高生產(chǎn)效率。但是這類載液不僅易燃易爆、存儲(chǔ)困難，其中甲醇、丙酮對(duì)泡沫塑料還有化學(xué)腐蝕作用，同時(shí)這些材料價(jià)格昂貴、成本高，因此生產(chǎn)車間依然采用來源廣泛、價(jià)格低廉的水作涂料的載液。

（3）黏結(jié)劑 涂料層的強(qiáng)度主要取決于黏結(jié)劑的黏結(jié)強(qiáng)度。消失模涂料黏結(jié)劑有低溫型和高溫型兩類。通常水溶性合成樹脂、聚乙稀醇、羧甲基纖維素鈉、聚醋酸乙烯乳液、糖漿等黏結(jié)劑耐熱性低，大多在400℃或500℃以上均燒失而失去黏結(jié)強(qiáng)度。高溫黏結(jié)材料主要有黏土、磷酸鹽、水玻璃、硅溶膠等，其耐熱性高，能與耐火骨料形成燒結(jié)層，具有強(qiáng)化涂料層和防止金屬滲透的作用。消失模涂料層應(yīng)兼具適宜的透氣性和較高的涂層強(qiáng)度，因此采用高溫（黏土）-低溫（羧甲基纖維素鈉）復(fù)合黏結(jié)劑。

（4）懸浮劑 懸浮劑是促使涂料中耐火骨料在載液中保持懸浮、防止沉淀分層的物質(zhì)。使用傳統(tǒng)的懸浮劑——膨潤土即可滿足要求。

（5）其他添加劑 泡沫塑料模樣與水潤濕不良，加入少量表面活性劑可以降低涂料的表面張力，使水基涂料易于涂掛。若涂料中由于攪拌引起的微小氣泡不能逸出，會(huì)影響涂料黏度和鑄件表面質(zhì)量，加入適量的消泡劑可有效避免氣泡的產(chǎn)生。消失模涂料涂層較厚，干燥后易產(chǎn)生龜裂紋，為防止涂層開裂，可添加少量無機(jī)硅酸鹽多孔纖維素。

我們使用的涂料配比見表1。

表1 涂料配比 （%）

3.3 涂料配制和涂刷工藝

先將表面活性劑和懸浮劑加入水中，在攪拌機(jī)中高速分散30～40min，然后加入耐火材料和消泡劑，繼續(xù)攪拌30min，再加入黏結(jié)劑和防腐劑，攪拌2h，即可出料并轉(zhuǎn)移到涂料池內(nèi)使用。將制好的組串烘干后涂刷第一遍涂料，在45～55℃烘干室中烘干12h，涂刷第二遍涂料，繼續(xù)烘干12h，修復(fù)涂刷過程中損壞的間隔鐵白模，補(bǔ)刷露白處，保證涂層厚度在1.2～1.4mm且均勻無露白。

4 澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）砂箱設(shè)計(jì) 砂箱尺寸為1000mm×1000mm×900mm，負(fù)壓管道為φ70mm，4根，在砂箱底面平均排布。

（2）澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì) 主澆道為1道65mm×65mm（橫截面，下同）直澆道連接1道65mm×65mm扁擔(dān)形橫澆道，兩側(cè)再設(shè)置2道65mm×60mm橫澆道，各連接5道40mm×25mm豎澆道，每道豎澆道連接7對(duì)（14件鑄件）15mm×15mm內(nèi)澆道。

澆注系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)如圖3所示，鑄造清砂后實(shí)物如圖4所示。

圖3 澆注系統(tǒng)示意

圖4 澆注系統(tǒng)實(shí)物

（3）裝箱 采用雨淋加砂，三維震實(shí)，尤其保證裝配孔內(nèi)加砂充實(shí)。

通過采用上述澆注系統(tǒng)，金屬液在澆注過程中合理流動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了流場(chǎng)與熱場(chǎng)的合理分布，產(chǎn)品尺寸符合標(biāo)準(zhǔn)要求，無飛邊等缺陷，成品率達(dá)到98%以上。

5 澆注工藝

鋼液出爐溫度1700℃，然后鎮(zhèn)靜3～5min，澆注溫度控制在1675～1680℃，澆包下澆注口直徑為30mm，澆注時(shí)快速澆注，保持澆口杯呈充滿狀態(tài)，澆注過程中保證負(fù)壓度在0.04～0.05MPa，澆滿后再進(jìn)行點(diǎn)澆冒口，減少出現(xiàn)冷隔、縮孔等鑄造缺陷。

6 缺陷分析

6.1 粘砂

（1）原因分析 由于填砂過程中對(duì)間隔鐵表面涂料有一定的沖刷作用，使表面涂料層可能局部脫落或變薄，金屬液通過涂層破裂、剝落處滲入型砂的干砂空隙中，將干砂夾持凝固在鑄件表面上從而造成頂層間隔鐵表面粘砂。澆注時(shí)負(fù)壓度大小對(duì)金屬液流動(dòng)能力影響很大，負(fù)壓度越大，金屬液流動(dòng)性越好，粘砂也會(huì)越嚴(yán)重，此時(shí)易出現(xiàn)金屬液透穿涂層滲入砂型而粘砂。

（2）防止措施 制作三棱柱形遮擋板，裝箱時(shí)固定在上層間隔鐵上，避免下落的寶珠砂直接碰撞在涂料層上，同時(shí)把握好填砂方法和涂料涂刷質(zhì)量，選用合適的負(fù)壓度以及控制好澆注溫度等均非常重要。經(jīng)鑄造試驗(yàn)，負(fù)壓度控制在50kPa較為適宜。

6.2 冷隔及澆不足

（1）產(chǎn)生原因 模樣被加熱、分解后要大量吸收金屬液熱量，使金屬液降溫，降低金屬液的流動(dòng)性，引起冷隔、澆不足；澆注系統(tǒng)、結(jié)構(gòu)、澆注操作工藝不當(dāng)；充型過程中負(fù)壓度太大，液體金屬沿型壁上升速度高于內(nèi)部中心上升速度，在溫度較低時(shí)，靠近鑄型表面先形成一薄金屬殼，而后續(xù)金屬液充型后又沒有足夠熱量熔化此殼，就會(huì)出現(xiàn)冷隔、重皮缺陷。

（2）防止措施 保證1700℃出鋼，同時(shí)在鋼液上表面覆蓋保溫劑。改進(jìn)澆注系統(tǒng)，提高充型速度，采用頂注式直澆道，縮短澆注系統(tǒng)總長(zhǎng)度，讓液流縮短、充型過程流暢，避免冷隔、澆不足。

6.3 需注意的問題

1）在鑄件的爐前配料時(shí)，其含碳量宜控制在要求范圍的下限，以適應(yīng)消失模鑄鋼件的增碳問題。嚴(yán)格控制鑄件的化學(xué)成分，每爐取樣進(jìn)行化學(xué)成分分析，以保證產(chǎn)品的質(zhì)量穩(wěn)定。

2）嚴(yán)格按要求操作，必須保證充型速度，避免由于充型過程中的失誤導(dǎo)致的冷隔、澆不足等鑄造缺陷。

7 結(jié)束語

通過消失模組簇鑄造技術(shù)在間隔鐵生產(chǎn)中的應(yīng)用，證明該項(xiàng)工藝技術(shù)適合生產(chǎn)精度高、批量大、質(zhì)量小的產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)了鑄件的高效生產(chǎn)，大幅改善了操作員的工作環(huán)境，減輕了操作員的勞動(dòng)強(qiáng)度，生產(chǎn)成本較傳統(tǒng)工藝鑄造大幅降低，為該類鑄件的生產(chǎn)開辟了一條成功之路。

目前，我們已將該技術(shù)推廣應(yīng)用到配重塊、壓塊、電動(dòng)機(jī)喇叭嘴及水道等鑄造生產(chǎn)中，均取得了很好的效果。