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近代化学固化砂铸造工艺---气化模铸造技术

来源:未知 佚名 2019-06-11 浏览
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 1.气化模-负压铸造技术(EPC-V法)EPC-V法铸造技术的关键为制造优质气化模,配制涂挂性和透气性好的涂料和负压工艺等。
(l)气化模铸造技术
1.气化模-负压铸造技术(EPC-V法)
EPC-V法铸造技术的关键为制造优质气化模,配制涂挂性和透气性好的涂料和负压工艺等。
(l)优质气化模制造 气化模在EPC-V法中占有极其重要的地位,其质量优劣直接影响铸件的质量。
目前用于制造气化模的材料主要是聚苯乙烯珠粒(EPS),要求密度和粒度尽可能小,密度为0.015~0.025g/cm3,珠粒直径参考值见表1。对于不同的铸造合金,由于浇注温度不同,对EPS模型的密度要求也有差异详见表2。成模发泡时在型腔内要建立一定的负压,以利EPS珠粒均匀充满,获得表面光洁、密度均匀的泡沫塑料模型。
表 1 铸件壁厚与 EPS 珠粒直径关系
铸件壁厚 /mm EPS 原珠直径 /mm 预发泡后珠粒直径 /mm
3 ~ 4 0.3 ~ 0.4 0.9 ~ 1.2
4 ~ 5 0.4 ~ 0.5 1.2 ~ 1.5
> 5 0.5 ~ 0.6 1.5 ~ 2.5
 
表 2 不同铸造合金用 EPS 模型密度参考值
铸造合金 浇注温度 / ℃ EPS 模型密度 /(kg/m3)
铝合金 700 ~ 780 24 ~ 25.6
铜合金 1030 ~ 126 20 ~ 21.6
灰铸铁 1370 ~ 1450 ≤ 20
1590 ~ 1650 ≤ 17.6
 
(2)耐火涂料
料必须具有良好的涂挂性、透气性和强度。由于涂料涂在EPS模样表面,在施涂方法上采用浸涂和淋涂,因此EPC-V法铸造要求涂料在模样上均匀流布附着并保持足够的厚度,模组从涂料槽中取出后又要求粘度较快增长。具有这种性能的涂料必须是有一定屈服点值(7~12Pa)和较小触变性的假塑性流体,才能使涂料具有良好的涂挂性。涂料一般以水作载体,分别以铝矾土、石英粉、刚玉粉、诰英粉等与不同种类粘结剂如聚乙烯酸(PVA)、羧甲基纤维素(CMC)、聚醋酸乙烯乳液(PAL)、粘土、硅溶胶等配制而成。以PVA、CMC、PAL等作粘结剂的水基涂料具有触变性,采用膨润土和CMC配合作用或用<10μm的细粉来调节涂料的流变性。
   由于EPS模型的发气量大,按EPS模壁厚不同发气量波动于5~40cm3/g之间,所有这些气体都必须通过涂料层排出,因此涂料层必须具有良好的透气性和强度,这是获得合格铸件的关键。提高涂料透气性的主要途径:选用粒度较粗0.1~0.075mm(150~200目)颗粒较集中的耐火骨料、选用多孔的轻质材料作骨料、采用薄层涂料及微波干燥法均可改善涂料的透气性。
(3)无粘结剂干砂造型
该造型法最重要的是要求铸型具有良好的透气性、足够的紧实度。填砂造型时一般选用单筛砂,其粒度推荐值见表3,砂粒呈圆形或多角形的型砂,还必须经振动紧实,以获得均匀和足够的堆积密度。对于形状简单的部件,一维振动已足够;对有深腔和凹槽多的复杂零件,要采用三维振动造型来紧实型砂。造型时选择适当的振动强度。振动加速度在1.5~2.5g范围内效果最好。
表 3 型砂粒度推荐值
浇注合金型砂粒度 /mm 负压造型 常压造型
铸钢、铸铁件 0.355 ~ 0.28(50 ~60 目 )
铸铝件 0.355 ~ 0.28(50 ~60 目 ) 0.355 ~ 0.154(50 ~100 目 )
铸铜件 0.154 ~ 0.1(100 ~150 目 ) 0.355 ~ 0.154(50 ~100 目 )
 
(4)铸型负压度的控制
该法浇注及冷却期间,铸型必须保持一定的负压度,其作用为:固定松散的干砂,保持铸型有足够的强度、消除浇注时EPS分解产物对铸件、填砂及环境的污染、控制金属液的充填。
正确选择真空泵的功率和排气量是保证EPC-V法铸型维持适当负压度的前提条件。真空泵的动力消耗可按下式计算:
W=Kn(V1+βmQ)
式中 W——水环式真空泵电动机功率(kw); 
K——动力系数, K≈2~6(kw/m3); 
n——砂箱个数; 
V1——单个砂箱的体积(m3); 
β——安全系数(取β=3~10) 
m——每个砂箱内的EPS模型质量(kg); 
Q——EPS发气量(浇注钢铁时,取 Q=0.5~1.0m3/kg)。
在实际生产中一般都是依据真空罐上的真空表调节负压度,为了保证铸型有足够的稳定性,要正确选择初始负压度,初始负压度低于0.02MPa时铸型强度不够,极容易出现金属喷溅现象,若高于0.05MPa时又容易产生渗透粘砂缺陷,一般铸型负压度控制在0.025~0.05MPa范围内,浇注薄壁小件可取低值。
2.气化模-精铸-负压复合铸造技术(EPC-CS法)
该工艺的突出特点是用气化模来代替蜡模,因此制造优质气化模及超薄陶瓷型壳是EPC-CS法复合铸造的关键,其次是振动紧实负压工艺。
(1)优质气化模的制造
该法气化模用的原材料为聚苯乙烯珠粒(EPS),但与EPC-V法用的EPS珠粒不同,为获优质气化模要采用高密度、粒径小而均匀的EPS珠粒,其粒径为0.25~0.5mm,密度为 0.l~0. 3g/cm3。
气化模的成形包括:设计与加工气化模用模具,聚苯乙烯珠粒的预发、干燥熟化、气化模的蒸气成形工艺。EPS珠粒的预发采用热水预发工艺,将EPS珠粒放入连续式预发泡机中,加入适量的分散剂,为避免珠料预发时粘结,要严格控制预发温度和时间,使预发后EPS珠粒的密度为0.059/cm3左右。此密度的预发珠粒具有较高的膨胀能力,成形后可得到表面光洁、尺寸精确的气化模。可发性EPS珠粒最佳热水预发工艺见表4。预发后的可发性 EPS珠粒要在空气中放置一段时间,让空气渗透到珠粒的泡孔内,使珠粒变得干燥而有弹性,这个过程为熟化。预发后的EPS珠粒含水量很高,必须进行干燥,干燥熟化工艺见表5。干燥熟化时,为加快速度可以吹风,风速以不使EPC珠粒沸腾为限。
表 4 热水预发工艺
预发温度 / ℃ 100 ~ 102
热水预发时间 /min 2 ~ 3
加料量 / 水量 < 6
分散加入量 / 水量 > 0.03
 
表 5 干燥熟化工艺
干燥熟化温度 / ℃ 50
干燥熟化时间 /h > 12
干燥后 EPS 珠粒含水量①( % ) < 1
 
气化模成形应用最广、使用效果最好的是蒸汽成形法。该法是用过热水蒸气作热载体,将装满顿发的可发性EPS珠粒的母型(型壁装有排气筛的铝等轻合金模具)放入蒸汽室,通入过热蒸汽,热蒸汽通过排气筛进入母型内加热珠粒,使其发泡并保持到EPS珠粒再发泡终了为止。气化模蒸汽成形工艺见表6。
表 6 蒸汽成形工艺
喷料压力 /MPa 成形压力 /MPa 模具预热时间 /s 成形时间 /s
0.34 ~ 0.44 0.098 ~ 0.147 10 ~ 15 10 ~ 30
 
(2)超薄陶瓷型壳
EPC-CS法复合铸造用超薄陶瓷型壳厚一般为3~4mm,因此型壳必须具有足够的强度,为此选硅溶胶作为粘结剂,锆英粉、铝矾土粉作为涂料的填料,莫来石砂作为撒砂材料。采用如下精铸制壳工艺制取超薄陶瓷型壳。
1)严格控制涂料的质量,涂料按组元配制后,采用“L”型涂料搅拌机低速长时间搅拌,使粘结剂与填料充分润湿。面层涂料粘度:(30±1)s,加固层涂料粘度:(15±2)s。
2)制壳工艺:根据铸件大小,型壳可挂3~4层,制壳工艺参数详见表7,最后型壳再挂一遍涂料,干燥后待用。
表 7 制壳工艺参数
层次 面层 ( 一、二层 ) 加固层 ( 三、四层 )
撒砂粒度 /mm( 目 ) 0.45/0.22(40/70 目 ) 2.0/0.9(10/20 目 )
干燥时间 /h 4 ~ 6 2 ~ 4
环境温度 / ℃ 18 ~ 20 18 ~ 20
相对温度 (%) 40 ~ 60 40 ~ 60
 
3)失模、型壳焙烧工艺:型壳在高温焙烧前要将气化模从型壳中融出,为此将模组放人带托盘的低温干燥箱中进行加热,使气化模变成融熔流体从型腔中脱出,较好的失模温度为50~90℃,保温30~40min。
将失模后的超薄陶瓷型壳放入高温炉中焙烧,在1000~1050℃下保温lh,出炉用于浇注。由此不难看出,EPC-CS法复合铸造在浇注前将气化模熔失,再进高温炉焙烧,因此在型壳中没有残存碳,可用于浇注任何合金铸件,同时解决了气化模燃烧时产生的烟雾,减轻环境污染。
(3)振动紧实及负压工艺
将焙烧后的陶瓷型壳放人振动台上的砂箱中,填入0.9mm/0.45mm(20目/40目)或2.0mm/0.9mm(10目/20目)的型砂,通过振动紧实和负压物理过程,使型砂得到紧实,保证型壳具有足够的抗变形、抗开裂能力,防止型壳因热冲击及合金凝固收缩应力作用产生破裂、跑火等现象。型砂振动紧实以共振状态下紧实效果为最好,三维振动紧实效果优于二维、一维振动紧实效果。一维振动参数选择合适仍能满足生产要求,而且设备投资少,操作简便。一维振动紧实型砂的最佳工艺参数如下:频率为50Hz左右,振幅为0.lmm左右,加速度为1~1.5g左右,振动时间根据铸件复杂程度确定。
在铸件浇注和冷却过程中必须实施负压,有利于型腔中气体的排除和金属液的充填,提高铸件表面质量。适宜的真空度为0.03MPa左右,浇注后消除负压,将铸件从型砂中取出,除掉超薄陶瓷型壳,获得优质铸件。
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