特种铸造5第五章_消失模铸造

第五章消失模铸造5.1概述•定义：消失模铸造（LostFoamCasting）又称气化模铸造（EvaporativePatternCasting）或实型铸造（FullMoldCasting）。它是采用泡沫塑料模样代替普通模样紧实造型，造好铸型后不取出模样、直接浇入金属液，在高温金属液的作用下，模样受热气化、燃烧而消失，金属液取代原来泡沫塑料模样占据的空间位置，冷却凝固后即获得所需的铸件。消失模铸造简介消失模工艺流程：泡沫塑料珠粒预发泡模样成形发泡模样组合（粘接）涂刷涂料造型（填砂）浇注落砂图1消失模铸造工艺过程图•把涂有耐火材料涂层的泡沫塑料模型放入砂箱，四周用干砂或自硬砂充填紧实，浇注时高温金属液使泡沫塑料模型热解“消失”，并占据模型所退出的空间，最终获得铸件的方法。干砂造型消失模工艺过程：•预发泡发泡成形浸涂料烘干（白区）•造型浇注落砂清理（黑区）•近年来采用干砂造型的消失模铸造发展迅速。早在1958年，美国人H.F.Shroyer就发明了实型铸造（即FM法,采用泡塑模结合有粘结剂自硬砂铸造的方法,称之为实型铸造法），并随后将其应用在工业生产当中，为消失模铸造的产生奠定了基础。1971年日本秋田株式会社和长野县工业试验所发明的真空密封造型法（即V法），更是推动了消失模铸造技术的产生。80年代初英国铸钢研究与商业协会（SCRAA）将这两种方法结合起来，研究成功了消失模铸造法(EPC,泡沫塑料模采用无粘结剂干砂结合抽真空的铸造法,称为消失模铸造法,也叫EPC法,)，并将其命名为Replicast法，也称作气化模铸造法。•作为“二十一世纪的铸造技术”，消失模铸造与普通砂型铸造法比较，有如下优点：1.简化了模型，无需起模。2.铸件尺寸精度和表面光洁度显著提高。3.简化了工艺，填砂的过程就是造型的过程，使劳动强度和劳动条件大幅度的改善，相同产量的情况下，对工人的技术熟练程度要求降低。4.带有孔或者内腔的铸件不需要下芯。5.采用无任何粘结剂的干砂造型，消除了水、粘结剂和附加物带来的铸造缺陷。6.易于实现机械化、自动化生产，由于工序的减少和必需设备的简化，使投资减少。7.节材、节能，旧砂回用率可达95%以上，不需要像粘土砂生产线那样的砂处理成套设备。8.铸件成本可降低10%～40%（铸钢件成本可降低40%左右，铸铁件可降低10～20%左右）。•80年代初这种方法开始应用于工业生产。1982年福特汽车公司在Essex工厂建成了一套年产2.5万只铝合金进气歧管的EPC中间试验装置获得成功，紧接着于1984年耗资1100万美元建立了占地10万m2、生产能力180型/h、年产100万只铝合金进气歧管的高度自动化生产线。•1990年通用汽车公司在Saturn建成年产铸件5.5万吨(24万辆轿车)10万m2的新铸造厂。•1991年，意大利菲亚特公司在都灵建成当时欧洲规模最大的EPC车间4400m2，年产铸铁件5000～15000吨，60～120型/h，自动化程度非常高，全车间仅22人。•在世界潮流的影响下，90年代初,我国的EPC技术也有了较快的发展，一大批工厂利用国产设备和技术建成了年产几百吨至几千吨铸件的简易型生产线.也有少数工厂投入较大资金引进国外先进设备和技术。•我省最早的消失模铸件生产厂是临沂铁合金厂，主要生产磨球，年产量约10000吨，规模最大的是山东工程机械厂，年产量约16000吨，其次是荣成漄西铸造厂，主要生产拖拉机铸铁油泵体，年产量也在万吨左右；日照五莲开元铸造有限公司，年产量约10000吨，主要生产箱体类铸件。近几年来，我省又有若干中小厂相继建立了一批小批量生产的消失模生产车间，年产量在1000～5000吨不等。据不完全统计，我省大大小小的消失模铸造生产企业已有80多家，生产各种材质的铸件。5.1.1国外消失模铸造的发展•进入21世纪后,北美和欧洲的消失模铸造技术发展和工业应用情况如何?北美和欧洲的学者还在做消失模铸造的基础研究吗?下面介绍一下目前北美和欧洲在消失模铸造研究上的三大热点，以及北美和欧洲消失模铸造企业的基本情况。1.北美和欧洲在消失模铸造研究上的三大热点热点之一:减轻或消除消失模铝合金铸造缺陷•近年来，国外许多专家一直致力于研究关于如何消除消失模铸造铝合金铸件最头疼的难题——碳夹杂冷隔缺陷。许多研究者从以下不同的角度来探讨如何消除碳夹杂冷隔缺陷:•①通过如何提高铝合金流动性来减少碳夹杂冷隔缺陷;•②通过提高涂层渗透能力,使涂层及时排出金属前沿分解的泡沫塑料液态产物而获得合格铝铸件;•③铸造企业采用了很多工艺方法将碳夹杂物移到非重要部位,或通过改变浇注口位置、调整模样在砂箱中的位置、或在金属浇注时抽真空来减轻碳夹杂物;•④美国MercuryMarine公司则采取在砂箱内加压的新技术,有效地解决了冷隔和缩松缺陷,提高了铸铝件气密性（图1）。图2美国MercuryMarine公司消失模车间自动化生产线热点之二:发泡模具及白区制模技术•目前欧美国家消失模铸造企业的另一个研究热点就是发泡模具及白区制模技术。其中比较有价值的研究内容有:普及发泡模具的CAD/CAE/CAM技术,缸体和缸盖的分块技术,以及多块模片的粘接工艺等。图3美国MercuryMarine公司消失模铸件产品及模样热点之三:消失模铸造CAE和快速成型技术•将先进的CAE分析软件和快速制造技术用于消失模铸造已成为趋势。欧美国家消失模铸造企业目前主要的研究领域涉及以下几个方面:•①对复杂铸件如缸盖的发泡模具,用计算机动态模拟泡沫珠粒充填模腔的过程,用模拟结果指导射料枪的安放位置和排气塞的布局;•②对发泡模具温度场模拟,用以指导模具壁厚和进排气设计；•③模拟消失模铸造过程,即同时展现泡沫模消失过程和金属液充填过程,•④用数控直接加工出泡沫原型的方法,再用消失模铸造工艺快速提供铸件样件;•⑤开发多种采用快速制模的方法,缩短发泡模具的开模周期。2.北美和欧洲消失模铸造企业的基本情况•美国、德国和意大利等发达国家是在几个汽车集团的积极参与下,致力于消失模铸造研究,经历了较长的技术积累,已进入大批量生产铝合金和黑色合金铸件的技术成熟期。•下面列举出了北美和欧洲采用消失模铸造生产铝合金铸件的前十大企业(见表1)和黑色合金铸件的前十大企业(见表2)的主要产品和产量情况。从表1知,2001年美国6家公司消失模铝合金铸件的总产量已超过8万吨,其中铝合金铸件年产超过万吨的公司就有4家。可以说在美国用消失模铸造生产铝合金铸件的产量大有超过黑色合金铸件产量的趋势。表1北美和欧洲铝合金消失模铸造十大企业公司名称基本情况美国GM2Saturn公司[e-mail]年产1.035万吨铝合金缸体、缸盖和球铁铸件美国GM2PowertrainSaginaw厂年产1.775万吨铝合金(A356)缸体和缸盖铸件美国GM2PowertrainMassena厂年产3.6万吨铝合金(319)铸件(汽车发动机铸件)德国BMW公司生产轿车铝合金铸件(6缸缸体缸盖)美国IntermetFoundry公司万吨铝合金(319/354/242)发动机铸件意大利TeksidAluminum公司万吨铝合金(356)轿车和船舶铸件美国WillardIndustries公司万吨灰铁和球铁铸件(汽车配件)美国CitationFoamCast公司万吨灰铁和球铁铸件(轿车、卡车配件及电机壳体)美国AdvanceCastProducts公司万吨灰铁和球铁铸件(汽车配件)美国MetfoamCasting公司万吨灰铁和球铁铸件(汽车和机车辆配件)美国WaukeshaFoundry公司生产铬基合金、铜合金以及碳钢铸件荷兰Lovink公司生产灰铁、球铁以及铝合金铸件墨西哥Arbomex公司万吨灰铁和球铁铸件(汽车配件)英国Linamar公司生产汽车和铁路配件(灰铁和铝合金)美国Mueller公司国内消失模企业介绍•20世纪90年代初，继美国德国和日本等发达国家之后，中国掀起研究和推广消失模铸造技术的高潮，至今热度不减。国内主要生产企业按生产条件可以分为三大类。•1.1采用国产闭环型消失模铸造生产线•1.2简易生产线或单机型消失模铸造•1.3采用国外引进型消失模铸造生产线1.1采用国产闭环型消失模铸造生产线•这种采用机械、液压和电气方式的闭环型生产线砂箱数在24～100箱不等，主要厂点有:长春光机所工厂(长春九龙铸造有限公司)、赤峰富龙集团铸业有限公司、丹江口水利枢纽管理局机械厂、广西灵山县机械实业总公司、福州柴油机总厂、通海玛钢厂、温州瓯海实型铸造有限公司、山东兖州有色金属精铸厂和大连机车车辆厂(磁型)等，这类生产线一般投资在20～1000万元不等(其中包括白区部分的费用)。•另外值得一提的是，山东工程机械厂采用国产设备，投资1000万（包括基建投资）建造了一条年产能力16000吨的消失模生产线（图5），主要铸件材质为灰铸铁、球墨铸铁和铸钢件，其中最大的灰铁铸件重达三吨。图6山东工程机械厂消失模铸造车间1.2简易生产线或单机型消失模铸造•通常是在铸造工部仅设置一台(造型用)振动台,几个专用砂箱,或设带辊道的砂箱简易输送线;干砂一般为自然冷却,或设置简易砂冷却装置;另加一套真空系统，这种生产模式比较符合我国国情,花钱少、上马和见效快。生产厂家可依据资金状况选择，少则约20～30万,多则几百万到上千万元。•这种生产形式在我国(与日本一样)发展很快;尤其为近几年“异军突起”的私营或集体中小企业广泛采纳,这方面的主要厂点有:徐州电力铸钢厂、无锡永鑫实型铸造厂、重庆江南机械厂、广东紫金县联发合金钢制品有限公司以及山东五莲开元铸造有限公司、山东章丘圣达阀门厂、烟台宏源特种铸造有限公司等多家厂点。1.3采用国外引进型消失模铸造生产线采用国外引进型消失模铸造生产线及有关设备的厂点有下面这几家：(1)第一汽车厂轻型发动机厂于1993年从美国福康公司引进造型用震动台、生产EPS模的预发泡机和成型机各1台及进气歧管发泡模具1套,共4件约75万美元。(2)全椒柴油机总厂于1995年从美国福康公司引进消失模铸造生产线一条,预发泡机、成型机、粘结机和涂料搅拌机各1台及缸盖发泡模具1套,约300万美元,其余国内配套,总投资人民币4500～5000万元。(3)长沙发动机总厂于1996年从意大利法塔铝公司引进自动化消失模铸造生产线一条,生产EPS模发泡设备预发泡机、成型机、模型胶合机各1台和进气管发泡模具1套合计约300万美元;另加国内配套总投资约4000多万人民币。(4)赤峰富龙集团铸业有限公司1996年引进日本两条消失模铸造生产线约1600万人民币,另