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消失模铸造质量管理及容易忽视的工艺条件

新闻来源:www.jinshencn.com  发布时间:2015-10-10 13:58:01  点击量:  次

      消失模铸造看似简单,其实内涵极为丰富。消失模铸造是一个系统工程,任何一个工艺条件发生改变,都会对其它条件造成影响。任何环节,任何细小的环节出现纰漏都会导致最终产品的缺陷。特别是在单一品种的大批量生产中,如果一时疏忽,一处疏忽,会造成大量的废品,后果严重。这也是与传统铸造所不同的。
    消失模铸造做的时间长了以后,会发现这样的一个特点:“其实消失模铸造真的没有什么好难的,就是创造条件,工艺条件具备,认真执行操作规程,实现生产的高效率和质量高的成品率,并没有什么难的。”话又说回来,难就难在许多厂家,对准备和创造条件不认真,存有侥幸心理,差不多心理,压缩投资省点钱的心理,这些是老板的心理;在操作做熟了以后,总也没出问题,又会产生消失模铸造不过如此,没有必要搞的那么麻烦,有了怕麻烦的心理,就产生了“省点事”的心理,这些是操作者的心理。如果,老板有了省点钱的心理,工人有了“省点事”的心理,这两个“省点”心里,就会导致“废点”或“废一批”。所以,在谈质量管理时,首先要纠正的,就是“省点”的心理。
一 必须具备起码的条件——硬件准备
    1 高质量的模具:泡沫模型是消失模铸造生产的根据,没有泡沫型就无法生产,没有好的泡沫型,无法生产出好的铸件。所谓好的泡沫型,包括这么几个条件:
    ① 好的模型——加工精细,反映在模型上就是泡沫珠粒融合的好,没有过生过熟区,熟化均匀,说得容易,真正做到融合好,不是一件容易的事,首先要有先进的加工手段,然后要有经验丰富的专做泡沫模具的钳工,合理的分布气塞,该密的部位要密,该稀疏的部位要稀疏。
    泡沫模的模具与其它模具不同,有时钳工调试的时间,大大的高于机械加工的时间,有时,越是看似简单的模具,越不好调试。不是这里过生,就是那里过熟。所以,要选专业厂家,模具验收的泡沫模型为依据。
    ② 尺寸精确,二次收缩量合理。泡沫型自身的尺寸稳定时间约在20天—50天;不同的使用时间会造成尺寸的不同。同一套模具发泡的密度不同,收缩量不同,也会有尺寸的差异。模型的组合方式不同,也会造成收缩量的不同,一个零件水平放置的线收缩与垂直摆放的线收缩,差的很多。浇注温度不同,也会造成尺寸的变化,所以,模具设计的缩量,要与铸造工艺相配合,要在此基础上调整各部位的缩量,一个精细产品,不同部位的缩量是不同的。
    ③ 低密度,合理的设计,加工出的模具可以获得较低密度的泡沫型,设计的不合理无法获得低密度泡型。这与模型的壁厚,是否合理,壁厚是否均匀,壁厚是否与模型的壁厚保持有机的调整。气塞分布的量是否充足等有直接关系。
    ④ 防变形措施。消失模铸造自始至终存在着防止变形的课题,防变形的第一道关口是模具的结构,合理的结构,使泡沫珠粒受热均匀,冷却均匀,发生变形的可能性小。没有好的模具却是肯定做不出好的泡沫型来。如果有了省一点的心理,必然会找非专业的厂家,非正规的厂家做。因为,这些厂家报价低,待到模具做出来以后,不知还要投进去多少钱,耽误多少事,细算并不合算。
    2 性能优良的预发机
    预发泡机是消失模铸造中的关键设备之一,有了模具没有好的预发泡机,也无法获得优良的泡沫模型。预发泡机有许多种,用于铸造模型制作的预发机,要具备如下特点:
    ① 可以预发细小珠粒;
    ② 珠粒的发泡倍率相同;
    ③ 预发桶内,含水量少;
    ④ 升温快,升温高,同时要降温快。
    要具备这些条件,首先要选用间歇式的、间接加热的、蒸汽加热的。因为,只有间歇式加料,才能发小珠粒,才能使每个珠粒的发泡倍数相同,连续式加料的,达不到此效果。只有间接加热的方式,才能使预发桶内水份少。试想,水份多的时候,珠粒由水包裹着,一是粘成团,二是温度升不起来,间接加热的介质有两种,一是油,二是汽,油的特点是要用电加热,耗能费用且不谈,加热的温度虽然能比较高,但是升温慢,无法降温,要借助冷风,不如蒸汽操作方便。所以,目前最理想的预发泡机是间歇式预发泡机。
    3 宽敞通风的烘房
    许多单位不重视烘房,其实烘房非常重要,原则上讲,烘房应有三个,一个烘房是烘第一遍涂料的,一个是烘二遍涂料,一个是组合好,待埋箱的模型束。涂料有很强的吸潮性,烘干以后如果不保存在干燥的烘房内,会吸湿,降低强度,甚至剥脱,涂层吸湿以后,浇注时会发生什么情况,可想而知。另外,强调了宽敞和通风,烘房不通风,湿度过大,干燥的慢;过于狭窄,模型距离热源过近,会造成模型变形。
    烘房是非常重要的设施之一。
    烘房的热源有许多形式:
    ① 电加热:结构最简单,取热最方便,配备一个简单的电路,就可以成为自动控温的,做到无人看守;但细算一下,电加热的成本很高,以配合1台0.5吨中频炉的生产为例,如果年产1000吨铸件,大约烘房的面积不能小于60M2,需配备32KW电热板。如果电费平均为0.5元1度,每小时耗电16元,每日耗电 15小时计算,是240元,每日电费7200元,每年耗电8万多元。每吨铸件的耗电成本80多元。
    ② 蒸汽加热,适用于有发泡制模车间的厂家;而且锅炉房距烘房要近,不然也利用不上。
    ③ 最省钱的是烧煤,可以砌火炕,火墙,烧煤也可以自动控制温度,煤炉子的吹风机与烘房的热电偶相接,也是自动控温,烘房温度降下来的时候,鼓风机通电、鼓风,煤烧起来了,加热,烘房温度够用了,鼓风机自动停机,非常适用。
    ④ 利用余热做辅助加热。可以利用冲天炉的余热和电炉的炉头余热,接通烘房热水管,将热量散失在烘房内,节省了部分热能,又减轻了冷却水的压力。这些或许对在座的厂家有借鉴作用。
    4 振实台:振实台也是消失模铸造中值得关注的设备。十几年来,震实台有了许多的改进,性能良好的需实台,应该具备如下性能:
    ① 良好的悬浮性能:几年以前,多数厂家用的振实台都是四个硬橡胶垫做支撑,硬橡胶的悬浮性能不好。激振源的功能多数不是作用到砂箱上,而是变成了撞击力,作用到震实台的钢架结构上,所以,容易造成结构开裂。近几年基本上都采用了橡胶空气弹簧悬浮。  
    ② 可以调整的频率和激振力:根据加砂的多少,调整激振强度。以免动力过剩,也能防止动力不足。
    ③ “三维”振实台的产生
    振动电机只有两台在对称位置设置,做旋转时才能产生定向激振力。水平装在振动台台面上的振动电机,不仅使振实台面产生Z轴方向振动。同时,也使Y轴、X轴方向产生一定的振动,不过激振力和振幅相对要小些。为了提高Y轴、X轴的激振力,根据需要,才在Y轴和X轴方向上安装振动电机。人们习惯称作“三维”振实。其实不然,在橡胶空气弹簧的悬浮作用下,振动电机振动所产生的激振力和方向是无规律的,像地震一样。你说是左右摇摆,是上下颠覆,还是无轴心的旋转?
    大家都知道,除了水平安装的两个振动电机,由于重力的作用,停止时激振块才能保持在一个方位上(处于下方)。垂直于台面安装的任何振动电机,由于制造质量、摩擦、空气阻力的不同,停止时两个振动电机的激振块永远不会保持在一个方位的。
    选则振动电机时,关键是要选择振动电机转数的同步性,质量好的产品。
    5 负压砂箱
    负压砂箱是消失模铸造工艺装备中一个重要的组成部分,负压砂箱是盛装模型束的,但更重要的作用是形成干砂的负压氛围,使干砂定型。
    负压也就是抽真空的作用,除了使干砂定型外,还要将泡沫型的气化产物抽走。气化产物的走向,与负压场有关,力都是做直线运动的,都是走短路的,所以负压源设置的位置,影响着气化产物的排出方向。
消失模铸造是液固浸润,所以呈凹字型充型,如是这样,如果模型的一侧负压值高,则充型仰角必然向负压值高的一侧。泡沫型气化残留物的密度低于液态金属,必然受牵拉吸附在此侧的涂料壁上。使缺陷集中在一侧。某厂有这样一个例子。生产煤气管网上用的凝水缸,其内腔很大且形状特别,有一个大肚形的型砂(像普通工艺中的吊芯)。开始因为内腔型砂溃散,浇足不成。在铸件内部接了一根负压接力管,这样一来,铸件内外腔的负压基本平衡,凝水缸铸成了,
    讲到这里,我们总结对消失模铸造基本理论的理解上,强调了五个方面:
    ① 高温无氧条件下的浇注;
    ② 置换速度的平衡;
    ③ 流场;
    ④ 热场;
    ⑤ 负压场。
    砂箱种类有很多,我们可以根据生产中的需要做选择。可以组合、可以翻转、可以底吸、侧吸、五面吸、可以自动出砂。
    为了有目的地使某一部位的真空度有所提高,我们还常使用“真空接力管”对型内腔的负压做调整。
典型砂箱
    a 夹层气室五面吸式负压砂箱
    夹层气室五面吸式负压砂箱是消失模铸造技术问世早期时较为通用的砂箱,此种砂箱如同大方箱套小方箱,气室间隙30-50mm,真空气室的排气窗由双层多孔板和100目不锈钢筛网组成,筛网防止型砂进入真空气室,砂箱内层多孔板对筛网起保护作用。
    b 单层底吸气室型负压砂箱;
    单层底吸气室型负压砂箱箱体可做成方形,也可做圆形,箱底都是方形,常见于(美)福康公司设计的生产线,此种砂箱较夹层气室型砂箱简化许多,造价可降低了40%,加工周期可缩短60%。
    c 单层底吸埋管式负压砂箱
    单层底吸式埋管式负压砂箱由单层钢板焊接,底部设置由3/2″焊管组成的钻有密集φ5-7小孔的真空排管,管外用100目不锈钢缠绕,100目不锈钢外层由40目普通筛网作保护。经测算埋管钻孔总面积远远高于夹层气室型底板钻孔的总面积,而且制作更趋简单,筛网更换更容易、更方便。
    d 单层侧吸埋管式负压砂箱
    与单层底吸排管式负压砂箱不同之处是将真空排管,根据工艺的需要,设置在砂箱侧壁(二侧壁或四侧壁),真空排管由钢网或多孔板保护。
    e 组合负压砂箱
    组合砂箱适用于做较高的铸件,为便于埋型操作,在掩埋泡沫模型下半部后,再将上箱套在下箱上组合,继续埋型。上箱套与下箱间用EPS薄板密封,螺栓紧固成一体。上箱套和下箱各设自己的真空装置,以避免上部和下部的负压差过大。
    组合砂箱减少了砂箱的储备数量。 
    f 可翻转组合式负压砂箱
    可翻转组合砂箱是为负压实型铸造工艺生产超大型铸件而设计的,目前国内最大的砂箱尺寸4500×3000×2500,单箱耗砂30立方米,砂箱总重45吨。可生3700×2400×1200超大型消失模铸件。
    可翻转组合砂箱的最大优点是:防止大型铸件变形,利于泡沫模型上下两侧充分填干砂,免除用自硬砂预先充填安息角的不便。
    可翻转组合砂箱由箱底、下箱、上箱、平台四部件组成。
操作步骤如下:
    ① 先把平台置于震实台台面上,泡沫模型放置平台中央,安放浇冒口的平面朝下。
    ② 套好下箱,将其与平台锁紧,填砂振实后,将砂面刮平。
    ③ 封盖箱底,锁紧后做180°翻转,取下平台,组装上下箱,制作浇注系统,安置冒口后,充填模型背部型砂。
    ④ 砂箱紧实后作密封,造型结束,做浇注前准备。
    可翻转组合负压砂箱的问世,结束了负压实型铸造工艺无法生产超大型铸件的历史,具有特殊意义。
    G 自泄砂负压砂箱
    负压砂箱都是倾倒出砂,自动线上必须配置翻箱机,增加了设备投资额和维修工作量,生产大型铸件时,天车吊装翻箱,不仅会造成大量扬尘,还会使砂箱变形,翻箱机倾倒砂箱或吊车翻箱都属于动出砂。自泄砂砂箱由出砂口放砂,则属于静出砂,扬尘小又不伤及砂箱,砂箱循环线上可以减少翻砂机的配置。
    出砂口可以放置在底部或单侧壁、双侧壁。工装和设备是实现生产大纲、满足于工艺需要的,因此,负压实型铸造砂箱和设计要简单实用,多功能和通用。
    6 筛分除尘设备
    原则上讲,消失模铸造设备应配备一整套的砂处理设备,包括落砂、筛分除尘及水平输送、提升机、冷床、储砂斗及加砂设备,但考虑投资问题,许多厂家为了节省固定资产投入,不上砂处理设备,但至少要做一付细筛子(60-80目的筛子)。
二 附助材料应该引起重视的环节
    1 泡沫板材的干燥问题。
    国内多数厂,或者说绝大多数的厂都要使用外购的EPS大板拼制泡沫型。泡沫板材在制作过程中,进入珠粒内部和珠粒间的水蒸气,在冷却过程凝结成冰,存在于泡沫板材中。泡沫板里的水分,极不易挥发,自做的泡沫板的规格是:1500×1000×200mm,应该说不算很厚,但如果彻底干燥,至少要半年时间。每年秋季集中生产大板,准备够一年用的,在存放过程中也不是一张压一张,而是每两张板之间垫20mm厚板块,使每块板都能自然透气。这样存放的板材非常好用。
外购板材的厂家,做过调查,多数是现买现用,设想一下,泡沫板材厂,通常不会有大量的长时间积压品,即使有积压,存放过程中也是一块压一块。不会有自然通风的间隙。现在回忆早期作消失模时,都是到化工厂去买板,冬季时板与板之间结冰,可见水分有多少,这些含水的泡沫板做成泡沫型后,如果模型不做烘干处理,会给铸件质量带来严重的隐患。每年都有一些厂家向我们请求技术支援,因为,泡沫板材不干燥导致不能生产出合格产品的厂家,占比例不小。因此,建议使用泡沫板材手工拼型的厂家,要提前半年把泡沫板买进厂,存放在宽敞通风的库房,存放时每块板之间要有通风的距离,使其能自然干燥。不要现购现用。本厂存放不便时,也可以委托泡沫板厂存放,但也要隔开一个距离。这样做产品的质量会明显改善和提高。
    2 用模具发型的厂家:多数厂对模型的彻底干燥重视也不够。常常出现了泡孔缺陷,冷隔缺陷找不到原因,其实原因就在泡沫型内含有水分。
使模具成型的厂,泡沫模组装刷涂料之前,一定要测量泡沫模型的干燥曲线。即每天检测泡沫型重量,做记录连线,连续重量不减时,才视为模型彻底干燥。
    模型不干,导致气孔缺陷,铸件报废的例子多得很。例如:徐州铜山阀门厂,开始浇注的阀门外表和内部缺陷非常严重。后来把白模烘干烘透,一次生产成功。具备条件就试产,不具备条件时坚决不试产,确保一次试产顺利成功!
    3 砂子的选择:消失模铸造使用干砂充型,对干砂的要求,比传统砂型铸造要严格。消失模铸造用砂,要保证有良好的透气性,充型特性和较低紧实沉降率。其次才是对耐火度的要求。过去清一色的采用精制石英砂。片面的强调耐火度和透气性,没有重视砂子的形状和充型特性,以及紧实沉降率。现在我们认为,选择消失模铸造用砂,首选的是形状。一定要圆形砂粒,因为圆形砂粒,横向送砂性能好,比如宝珠砂,我们做过的试验中,可以横向送砂近200mm,精制石英砂(人造砂、尖角砂)50mm都送不了,安息角达60℃。园粒状砂,紧实时砂子下沉量非常小。可是你多振长时间,它下沉的量都那么多。宝珠砂每米下沉约30mm,人造石英砂可多达80mm。所以,使用多角砂时,常常发生铸件的折角处长瘤子,就是因为型砂下沉量大,振实时间过长所致。其次是粒度均匀:粒度均匀的型砂透气性好,紧实下沉系数也低。粒度不均的砂,紧实下降量也大。然后再考虑耐火度等其它因素。我带来两种砂子的样品,一种是宝珠砂(人工砂),一种是承德天然砂。宝珠砂特别适用于做铸钢件;承德天然砂,则适合作铸铁件。
    4 砂子的相变处理(除去结晶水)
许多新上消失模铸造的厂家,都会遇到这个问题,砂子不经过高温焙烧,每次浇注后都发现塑料薄膜下有大量的水珠,距离铸件周围100~150mm左右的砂层像淋了水一样湿漉漉的。这是因为接触铸件的型砂,结晶水挥发后,遇冷再度凝结成被结成水的缘故;此时铸件表面会有大量气孔,像是呛火一样,同时涂层下面会有积碳,象是燃烧不净的样子;或是负压不够的样子,都是砂子中的结晶水闹事。待到反复使用过几次,砂子中的水气才会少下来,铸件也不再出废品了。
    对于小规模生产来说,砂子陆续烫,陆续加新砂,也就可以应付生产了。然而对于大型生产线,一次投砂需要上百吨,或两百吨砂子,型砂的准备,就显得非常重要了。据我所知,目前做型砂相变处理的砂厂,只有山东兖州有一个厂,其它地方还不能做。
    承德砂的粒型虽好,结晶水含量却很大,山东聊城厂正在用此砂。比较起来还是宝珠砂好,不含结晶水,又是中性砂,只是价格太贵。所以,新上消失模铸造的厂家,一定要把型砂的脱水当成一个重要环节来抓。去年调试中,新疆油田的自动线非常顺利,顺利地获得成功,与该厂重视砂子的脱水有直接重要的关系。
    5 涂料中原材料质量至关重要。
    大家都知道涂料非常重要,但是,优良性能的涂料,不仅要有合理的配方,更重要的是要有优质的材料。在涂料原材料中,首先要重视骨料。骨料不能用落地粉,要用精制砂制成粉。比如石英粉,不能用落地粉,要用20~40目精制石英砂再次加工成粉,才能确保骨料的质量。刚玉粉,钛砂粉等,也都是相同道理,骨料提倡用复合的——即几种配合用。
    其次是膨润土,作为悬浮剂和溃散剂,膨润土的质量也很重要,膨润土要用钠基的,不要用钙基的,更不要把粘土混做膨润土用。关于膨润土的介绍,听过北京科技大蔡振升老师的课,技术指标很多,最近我厂在许多厂家筛选出,吉林省内范家屯煤矿的膨润土质量非常好,涂料配制人员形容这个膨润土油汪汪的,触变特性,流平性都非常好。
    其他材料也要做筛选,这样可以确保涂料的质量。
在涂料中,影响透气性(涂料允许热解产物逸出的能力,称为渗透性或叫渗透性)的成分是有机粘结剂,有剂粘结含量的增减,可以调整涂料的透气性和脱壳性能,所以有机粘结剂也要筛选,不能拿来一个就用。受地区局限,用惯了一种简称BY的变性淀粉。通过调整其含量,对涂料的透气性和剥脱性能掌握的比较好。
    在生产和具体操作,有如下环节要注意——振实时间的长短
    干砂振实不是震的时间越长越好,振动时间10秒至15秒已振实,时间延长没有意义。
    消失模铸造工艺技术最关键的是一个“干”字。预发珠粒要干(熟化),白模要干(时效处理),型砂要干(去掉结晶水),涂层要干(烘干烘透),板材要干(时效处理)。总之,暂时不用的要尽量储存在烘干室内。尤其是空气湿度大的地方,更要注意这些工艺条件。