精密鑄造專用砂 串鑄技術有著悠久的歷史從古代鑄幣到近代砂

串鑄技術有著悠久的歷史從古代鑄幣到近代砂型鑄造 從現(xiàn)代精密鑄造到消失模鑄造 串鑄技術能大幅度提生產(chǎn)率 廣泛用于中小件批量生產(chǎn)。對國內(nèi)消失模而言 工藝技術還處在經(jīng)驗積累階段 與國外相比還存在較大差距。 目前消失模鑄造串鑄工藝在鑄鐵鑄鋼中小件生產(chǎn)中應用相當廣泛 其中澆注系統(tǒng)設計是該工藝成敗的關鍵 它對鑄件的產(chǎn)量、質量、工藝出品率等有著非常大的影響。作者通過多家消失模生產(chǎn)廠家進行調(diào)研 發(fā)現(xiàn)廠家生產(chǎn)中小鑄件時 為提高生產(chǎn)效率都應用了串鑄技術 但由于缺乏理論指導 往往需要通過多次試驗 才能確定出適合某一產(chǎn)品的串鑄工藝。結果 不僅耗費人力物力 還嚴重影響工作進度?？梢?對中小鑄件消失模串鑄工藝進行深入研究是相當必要的。 本文對國內(nèi)外串鑄澆注系統(tǒng)進行總結 按照泡沫模樣相當直澆道的位置 將各式各樣的串鑄結構歸納為水平串鑄、垂直串鑄和簇擁串鑄三大類 并提出了各類串鑄工藝的特點和適合條件。將新的串鑄結構模式用于鑄鐵閥體、球鐵壓盤、鑄鋼沖擊座和高錳鋼錘頭等串鑄結構的設計和生產(chǎn)實驗。針對消失模串鑄中常見的沖砂、粘砂、夾渣、縮孔縮松等缺陷 從改進澆口杯和直澆道入手 設計出傾斜式澆口盆、帶閘板式澆口盆和大喇叭口泡沫空心直澆道 并就輕質耐火纖維空心直澆道、大喇叭口空心直澆道和紙質空心直澆道進行對比實驗 對尚存在的問題提出改進措施。

關鍵詞 消失模鑄造 串鑄技術 澆口杯 空心直澆道 II Abstract Cluster casting technique has centuryold history from mint traditionalfoundry precisioncasting LFCwhich can increase rate usedwidely mediumparts Although much experience has accumulated ourcountry longway LFClost foam casting widelyused mediumsmall parts Among feedingsystem mostimportant one which have greateffect quantityquality authorhad fourfactory agglomerationmetalworking Wuhansteel combine 、Jianghan vehicle factory 、Suizhou suitong foundry etc companiesadopt smallparts relatedtheory trymany times suitabletechnique parameter particularparts which really humanresource material timeSo weshould further our research authormakes feedingsystem Clustercasting According foampart typicalstructures clustercasting have been classified threetypes horizontal cluster casting vertical cluster casting clusteraround Besides clustercasting design castiron valve ductile cast iron pressure plate 、cast steel impact block high manganese steel hammering alsodescribed Against familiardefects clustercasting sandwashing、sand adhesion 、cinder inclusion、dispersed shrinkage、ripple pouringcup strobepattern 、hollow sprue foam、sphereriser atmosphericthrough experiment analyze exist problem designKey LFC Cluster casting technique pouring cup hollow sprue 獨創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學位論文是我個人在導師指導下進行的研究工作及取得的研究成果。

盡我所知 除文中已經(jīng)標明引用的內(nèi)容外 本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果。對本文的研究做出貢獻的個人和集體 均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到 本聲明的法律結果由本人承擔。學位論文作者簽名 日期 學位論文版權使用授權書本學位論文作者完全了解學校有關保留、使用學位論文的規(guī)定 學校有權保留并向國家有關部門或機構送交論文的復印件和電子版允許論文被查閱和借閱精密鑄造專用砂。本人授權華中科技大學可以將本學位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關數(shù)據(jù)庫進行檢索 可以采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文。 保密 年解密后適用本授權書。不保密 學位論文作者簽名指導教師簽名 日期 發(fā)展中的消失模鑄造消失模鑄造 Lost Foam Casting 簡稱LFC。準確地說LFC技術是由美國人M Flemings于1962年提出但至到20世紀80年代初 福特汽車公司率先在Essex建成年產(chǎn)25 000只鋁合金進氣歧管的LFC中間試驗裝置 并獲得成功 才揭開了LFC在先進工業(yè)國家飛速發(fā)展的序幕 。1989年美國能源部組織26家鑄造工廠、原材料和設備供應商、學術機構組成一個聯(lián)合集團分工對泡沫模型的熱解特性、金屬的充填凝固特性、干砂的緊實特性等專題進行系統(tǒng)的研究 并取得很好效果。

1990年 通用汽車公司在Saturn建成10萬平方米、年產(chǎn)鑄件5 5萬噸的新鑄造廠 屆時 LFC技術以其巨大的優(yōu)勢再次迎來新的發(fā)展高潮。2001年美國鑄造學會 AFS 評選出十件獲獎鑄件 其中有五件是消失模鑄件 后來連續(xù)幾年AFS評選的十佳鑄件都有消失模鑄件 對比國外消失模發(fā)展歷程1985年中科院長春光學機械研究所建成中國第一條LFC中式生產(chǎn)線。然而 LFC在中國較廣泛的應用于生產(chǎn)是在20世紀90年代中后期 并且首先在鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)、中小型鑄造配件廠發(fā)展起來 同發(fā)達工業(yè)國家比較 我國消失模技術的發(fā)展步伐明顯滯后一個階段 。1995年中國消失模鑄造技術學會成立2003年5月消失模鑄造技術網(wǎng)站www xsm com cn開通 為從事消失模鑄造研究、開發(fā)、生產(chǎn)和服務的院所及企業(yè)提供網(wǎng)絡交流平臺 目前全國已有近200家從事消失模鑄造的企業(yè)、公司加入中國消失模鑄造技術學會。據(jù)消失模鑄造網(wǎng)絡平臺顯示 目前國內(nèi)消失模鑄造發(fā)展規(guī)模是 從事消失模鑄造的研究和技術推廣的單位有二十余家 為消失模鑄造提供設備、模具和材料的供應商且配套齊全的達五十家。擁有消失模鑄造工藝的企業(yè)超過300余家 其中活躍的消失模鑄造企業(yè)超過百家 經(jīng)濟效益較好 主要批量生產(chǎn)球鐵管接頭、汽車用箱體以及耐熱耐磨備件等幾大類鑄件 形成中國消失模鑄造的特色。

2006年中國消失模鑄造產(chǎn)量估計超過30萬噸。 國內(nèi)消失模工藝發(fā)展現(xiàn)狀及存在問題從國內(nèi)外消失模鑄造的發(fā)展歷程 不難發(fā)現(xiàn) 同發(fā)達工業(yè)國家比較起來 我國消失模技術還遠遠落后于工業(yè)發(fā)達國家。并且不少企業(yè)急功進利 花巨資引進國外消失模生產(chǎn)線 希望拿錢買現(xiàn)成技術 。殊不知產(chǎn)品對象千差萬別實際生產(chǎn)中 存在各種各樣的技術關鍵和難題。往往在生產(chǎn)線建成后 技術難題久攻不克 只能生產(chǎn)一些質量要求較低的鑄件 造成資源大量浪費 資金難于收回?？傮w上說 是由于許多企業(yè)對消失模鑄造工藝了解不深入 剛開始認為消失模鑄造工藝很簡單 沒有充分估計到它的規(guī)律性和復雜性 匆忙投產(chǎn) 又缺乏對每一個工藝環(huán)節(jié)的嚴格控制 結果在實際生產(chǎn)中面對粘砂、增碳、縮松縮孔及工藝出品率低等諸多問題時 沒有成熟的理論做指導 也沒有成功經(jīng)驗可參考 。有的工程師將消失模技術總結為“一看就懂一學就會 一做就廢”。我國是一個鑄造生產(chǎn)大國 各鑄造企業(yè)為了使自己能在競爭激烈的市場中贏得一席之地 對鑄件質量的要求越來越苛刻。然而在鑄造生產(chǎn)過程中 有許多因素影響制約著鑄件質量、產(chǎn)量的提高。作者通過對武漢鋼鐵集團的第四燒結廠、第四金工工廠、江岸車輛廠及湖北隨州隨通機械有限公司等多家消失模生產(chǎn)廠家的生產(chǎn)情況進行調(diào)研 發(fā)現(xiàn)以上廠家在生產(chǎn)中小鑄件時 為提高工作效率都采用串澆的方式 但由于缺乏理論指導 往往需要通過十幾次甚至幾十次的試驗 才能總結出適合某產(chǎn)品的串澆工藝。

這樣 不僅耗費人力、物力 還嚴重影響工作進度?？梢?對中小鑄件消失模串鑄工藝進行深入研究是相當必要的。 中小件消失模鑄造的關鍵技術——串鑄技術串鑄技術是指將若干個相同型腔或模樣的內(nèi)澆道連接成一體的、組合成不同形式的結構 每次澆注均由同一澆包的金屬液經(jīng)過所有型腔或模樣共用的澆注系統(tǒng) 以不同的充型方式分配至各個內(nèi)澆道 完成全部型腔或模樣的充填任務 待其冷卻、凝固和落砂后即獲得成串鑄件的制造方法。由于消失模鑄造采用遇金屬液即消失的泡沫塑料作模樣 無需取模 故采用串鑄技術組模自由度較大 能大幅度提高生產(chǎn)率 成為生產(chǎn)不同批量的各類鑄件的先進工藝。 中國古代串鑄技術串鑄技術起源于中國 曾在我國鑄幣史上留下了光輝的一頁。根據(jù)考古工作者提供的史料和出土的實物證明 早在商周時期 人們就在軟石或磚上刻出刀幣、布幣等的形狀 將其覆蓋在平面石板或磚上 即成為兩合鑄型 。其澆道開設在分型面上一端敞開 環(huán)錢型腔分別刻于其兩側 兩者分布在同一型塊上 澆注時將兩合型捆緊豎直放置每型澆注后可得環(huán)錢6 12枚 這就是垂直串鑄的原始形式其澆注方式和澆注系統(tǒng)形式與近代國外的恒壓等流量澆注系統(tǒng)和無箱分型垂直擠壓造型自動化生產(chǎn)線 DISA 有類同之處。

秦朝的立式串鑄泥范春秋時期鑄幣方法開始改進 即用許多副相同的兩合水平串鑄的范塊或范片層層疊合起來 其產(chǎn)量得到較大幅度提高。先秦時期秦始皇統(tǒng)一鑄造“半兩錢” 立式串鑄得到發(fā)展和完善 還出現(xiàn)了金屬型立式串鑄 如圖1 2所示秦朝的立式串鑄。到了漢代 無論是鑄型工藝設計、模具制作、造型材料和鑄型制備等各方面 均已達到相當完善的程度 漢代立式串鑄是我國獨創(chuàng)的先進技術 當時大量用于鑄錢工業(yè) 對鑄錢數(shù)量和質量的提高起了舉足輕重的作用 。西安袁家堡銅范、漢五銖陰文泉范和陜西寶雞市疊串用銅范顯示了我國秦漢時期立式串鑄的高技術水平。西安袁家堡銅范的澆注系統(tǒng)與錢腔直澆道長度 230mm 上端寬度為24mm 下端寬僅為7mm 這種大錐形直澆道與近代的立式串鑄的直澆道很一致 漢五銖陰文泉范在大錐度直澆道兩側各有3行錢腔 除兩邊行有錢腔9枚外其余均為10枚 一次可澆得漢五銖58枚 顯著提高了生產(chǎn)效率 陜西寶雞市簇擁疊串用銅范的圓盤形母范直徑118mm 厚度9mm 周框寬6mm 5mm錢模共18枚 外周12枚 如圖14所示 此為早期層疊串鑄。 串鑄技術在砂型鑄造中的應用為了減少用砂量 充分利用鑄型面積 提高生產(chǎn)效率和節(jié)省金屬 將鑄件布置在分配直澆道的周圍 最好置于一塊砂型中 而另一面為平面或為雙面型塊 以提高其利用率。

如雙面型腔鑄型 砂箱上下兩面均布置型腔在生產(chǎn)中應用廣泛 。隨著串鑄技術在在砂型鑄造中的應用除了垂直串鑄外 還有水平排型串鑄 串鑄技術在精密鑄造中的應用熔模精密鑄造又稱失蠟鑄造 它的產(chǎn)品精密、復雜、接近于零件最后形狀 可不加工或很少加工就直接使用。熔模鑄造的歷史可以追溯到4000年前 最早發(fā)源于埃及、中國和印度 熔模技術曾在國內(nèi)藝術鑄造史上留下了光輝的篇章 10 經(jīng)過制殼、脫蠟、型殼焙燒即得到類似砂型鑄造的型腔 通過澆注 便得到幾件或數(shù)十件鑄件 則是串鑄技術在精密鑄造中的應用。 串鑄技術在消失模鑄造中的應用古老而年輕的串鑄技術 從上世紀80年代至今進入了新的發(fā)展時期 從傳統(tǒng)鑄造領域推廣到了特種鑄造 本文第四章將詳細介紹目前串鑄技術在消失模鑄造領域的應用。消失模串鑄技術與砂型鑄造中的串鑄技術的主要區(qū)別有三點 澆注系統(tǒng)的各組元的尺寸比例不同。一般消失模串鑄的澆注系統(tǒng)各組元尺寸比例比砂型鑄造各組元尺寸大1520 11 實型與空型。澆注時消失模串鑄技術是高溫金屬液取代一串泡沫模樣 而砂型串鑄則是金屬液充填各個型腔。 充填順序不同。消失模串鑄即高溫金屬液所到之處泡沫模樣迅速分解氣化金屬液逐漸推進 直到完全取代遠端泡沫模樣 砂型串鑄時 金屬液則從遠端型腔開始充填 即金屬液充填順序與消失模串鑄相反。

消失模鑄造技術消失模鑄造技術經(jīng)過幾十年的發(fā)展 目前較普遍的工藝是將與鑄件尺寸、形狀相似的泡沫模型粘結組合成模型簇 9即為組?，F(xiàn)場12 。從圖片上可看到工人在成型的泡沫澆道盤上粘結六個水泵殼體泡沫模樣 其中澆道盤的中心凸臺上扣著紅色塑料罩 是起隔離涂料的作用 在造型時將其取下 再插入空心輕質耐熱直澆道 這樣凸臺一方面起到定位直澆道作用 另一方面直澆道和底盤的連接不再需要膠 減少模組整體的發(fā)氣性 膠的發(fā)氣量是泡沫模樣發(fā)氣量4 再浸涂耐火涂料并烘干然后埋在干砂中振動造型 10在負壓下澆注 使模型氣化 液體金屬占據(jù)原模型位置 凝固冷卻后形成鑄件的鑄造方法。消失模鑄造與普通砂型鑄造相比 具有下列優(yōu)點 鑄件尺寸精度較高及提高了鑄造零件設計的自由度造型完成后不起模、不分型 沒有鑄造斜度和活塊。避免普通砂型鑄造時因起模、組芯及合箱等所引起的鑄件尺寸誤差和缺陷 提高了鑄件尺寸精度 同時 可根據(jù)鑄件的結構進行設計 增大了設計鑄造零件的自由度 13 14 10造型圖片 簡化了鑄件生產(chǎn)工序縮短了生產(chǎn)周期 提高了勞動生產(chǎn)率 中心凸臺 消失模鑄造采用泡沫聚苯乙烯材料制模比用木材或金屬制造模的過程簡單 加工容易 粘合方便 制模效率一般可提高1 3倍。

尤其是復雜零件 原先需要多個零件加工組裝的構成 采用消失模鑄造工藝后可以通過分片制模然后粘合的辦法整體鑄出 有的復雜的缸蓋和缸體模樣可以由4 6個模片粘結 而且型芯可以省去 孔、洞可以直接鑄出 大大減少機械加工 縮短了生產(chǎn)周期 提高了勞動生產(chǎn)率。 減少材料消耗降低模具成本 采用消失模鑄造可節(jié)省大量木材 所用的泡沫型材料的成本 一般只為木模的三分之一左右 并且模具壽命長 大大降低單個鑄件的模具費用。其次 采用無粘結劑的干砂消失模鑄造 可節(jié)省大量的型砂粘結劑 型砂可以回用 砂處理簡單。 消失模鑄造具有串鑄優(yōu)勢出品率高 消失模鑄造生產(chǎn)中 由泡沫模樣質量輕 可根據(jù)泡沫模樣結構在砂箱內(nèi)隨意組裝 同一泡沫模樣可進行不同方式的澆注設計 一串澆注出幾件甚至幾十件鑄件 故鑄件工藝出品率高。下面以疊串工藝展示消失模串鑄技術的高效率和高工藝出品率 如圖1 11所示 國外某公司設計的水平疊鑄 在雙向橫澆道兩側 對稱布置分橫澆道 再在各分橫澆道兩側對稱分布多個泡沫模樣 將一支橫澆道上的所有泡沫模樣視為一組 來自直澆道的金屬液通過主橫澆道進行一次分配 同時進入各分橫澆道 15 。此后 再由各分橫澆道進行二次分配 高溫金屬液同時取代各泡沫模樣。從圖片可知 每串12件 上下雙層結構 即一次澆鑄96個鑄件出品率達90 以上。11水平疊鑄 12斗齒模型及其疊鑄工藝 國內(nèi) 河北臨漳縣特鋼公司采用類似澆注系統(tǒng)結構 12生產(chǎn)斗齒 由于斗齒體積較大 根據(jù)砂箱尺寸 一串生產(chǎn)48件 成功澆鑄出斗齒 工藝出品率達80 左右精密鑄造專用砂。

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