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消失模鑄造中常見的問題及對策

發表時間:2020-11-27【

消失模鑄造中常見的問題及對策 


1.鑄鐵件表面皺皮(積碳)


鑄件表面有厚薄不同的皺皮,有波紋狀、滴瘤狀、冷隔狀、渣狀或夾氣夾雜狀等。波紋狀較淺,其余皺皮則較厚、較深。其表面常呈輕質發亮的碳薄片(光亮碳膜),深凹溝陷處充滿煙黑、碳黑等。皺皮的厚度為0.1一1.0mm,甚至超過10mm,導致鑄件報廢。這種缺陷往往在鐵液最后流到的部位或液流的“冷端”部位。大件出現在上部;15-20mm現在側面或鑄件的死角部位,這與澆注系統(頂注、底注、側注、階梯注)有關。當1350-1420℃的鐵液注人型內時,EPS或STMMA料模急劇分解,在模樣與鐵液間成氣隙,料模熱解形成一次氣相、液相和固液氣相主要由CO,CO2,H2,CH4,和分子量較小的乙烯及其衍生物組成;液相由苯、甲苯、乙烯和璃態聚苯乙烯等液態烴基組成;固相主要是由聚苯乙烯熱解形成的光亮碳和焦油狀殘留物組成,因固相中的光亮碳與氣相、液相形成熔膠粘著液相也會以一定速度分解形成二次氣相和固液態中的二聚物、三聚物及存在再聚合物,這當中往往會出現一種粘稠的瀝青狀液體,這種液分解物殘留在涂層內側,一部分被涂層吸收分在鑄件與涂層之間形成薄膜,這層薄膜在還原(CO)氣氛下形成了細片狀或皮屑狀、波紋狀的結晶殘碳即光亮碳,此種密度較低(疏松)的光碳與鐵液的潤濕性很差,因此在此鑄件表面形成碳沉積(皺皮)。


A.影響因素


(1)泡塑模樣:模料EPS比EPMMA,STMMA更容易形成皺皮,因為EPS含碳量比后二者高,其中EPS含碳92% , STMMA(苯乙烯—甲基丙烯酸甲脂共聚樹脂)含碳69.6% , EPMMA(可發性聚甲基丙烯酸甲脂)含碳60.0%;此外,模樣密度越高體積越大,分解后液相產物越多,越容易產生皺皮。


(2)鑄件材料成分的影響:含碳低的鑄鐵件(合金鑄鐵),模型分解產物中的碳可以部份溶解其中,不易產生皺皮;含碳高的鑄鐵(球鐵)最易形成皺皮缺陷。


(3)澆注系統影響:澆注系統對鐵液充型流動場及溫度場有著重大影響,直接決定著EPS(EPMMA,STMMA)模料的熱解產物及其流向;加大直、橫、內澆道截面積,易產生皺皮(模料量增多)。頂注要比底注出現皺皮幾率小,頂部冒口有利于消除皺皮。


(4)鑄件結構影響:鑄件的體積與表面積之比(模數)越小,越有利于模型熱解產物排出,皺皮缺陷產生傾向越小。


(5)澆注溫度的影響:隨著澆注溫度的提高模料熱解更徹底,氣相產物比例增加,液、固相產物減少,有利于減少或消除皺皮現。


(6)涂料層及型砂透氣性的影響:涂層及型砂透氣性越高,越有利于模型熱解產物的排出,減少了形成皺皮傾向,因此,涂層越薄、涂料骨料越粗,型砂粒度越粗,越有利于排氣,減少皺皮出現。


(7)負壓度影響:實踐證明,隨鑄型負壓度提高,皺皮缺陷減少或消除。因為負壓度越高,充型速度越快,澆注時間變短,致使低粘度的液相產物來不及轉變為高粘度液相分解產物,光亮碳出現減少;負壓度越高,越有利于模樣熱解產物通過涂料層進人砂層,越有利于減少皺皮形成或出現。


(8)工藝參數配合的影響:澆注溫度,澆注速度,真空度等工藝參數配合不當會引起皺皮。當澆注速度加快時,流股變粗,如果沒有相應提高真空度,常會出現皺皮。


B.防止措施


(1)采用低密度EPS或EPMMA作模樣材料;較大的鑄件或直澆道,可采用空心的模樣和直澆道以減少發氣量,模料密度0.016~0.022 gcm3為宜。


(2)澆注系統應保證鐵液流動平穩、平衡、迅速地充滿鑄型,以保證泡沫塑料殘渣和氣體逸出型腔外或被吸排入涂層和干砂空隙中,盡量減少澆注過程中鐵液流熱量的損耗,以利加速模料氣化。采用頂注和側注雖不易出現皺皮,但會產生內部富碳缺陷(因為下落的鐵液流易將模樣分解后的殘留物卷入);底注能減少鑄件內部富碳缺陷,但易在頂面,特別是厚大部位造成皺皮。對于高度不大的小鑄件宜采用頂注,大件宜采用階梯式側注,并保證內澆道由下而上逐層進鐵。在頂端或殘余物擠至死角處設置集渣冒口,或加大切除量,將皺皮集中去除。


(3)提高澆注溫度和澆注速度,使鐵液有充分熱量將模料氣化,減少其分解物中的固相、液相及玻璃態成分。鐵液澆注溫度宜比砂型鑄造高30-80℃,或再高些,對于負壓干砂消失模鑄造鐵液澆注溫度以1 420~ I 480℃為佳。澆注液流股由細、小,變粗、大,再轉細、小。收包時,冒口要補澆。


(4)合理地控制負壓度,由于負壓缺氧,澆注時模料將主要發生氣化,而很少燃燒,使發氣量大為降低104 g泡沫塑料模在空氣中1 000℃燃燒時生成1000 L氣體;在缺氧條件下只產生100L氣體。并且,氣體產物能及時通過干砂型被抽去,鐵液與模樣之間的間隙壓力降低,鐵液充型速度加快,有利于模樣分解。


(5)提高涂層的透氣性。涂料的透氣性取決于涂料中耐火材料的粒度、配比及涂層厚度,好的涂料涂層在0.5~1.0 mm已具有足夠強度并有良好的透氣性。涂層過厚會使透氣性下降,逸氣通道受阻,易產生氣孔、皺皮等缺陷。球墨鑄鐵件涂料不能加入有機物將其烘干而提高透氣性,因為涂料中存在著有機物的殘余,增加了C,H2含量反而易致氣孔或皺皮。


(6)降低鑄鐵碳當量,減少自由碳數量,配料時盡量按標準化學成分下限熔煉鐵液。型砂可采用具有氧化性能脫碳的702砂。


影響皺皮缺陷的因素是多方面的,應緊緊抓住有利于泡沫塑料模氣化這個中心因素,綜合考慮各方面影響問題。制定出最佳工藝來保證獲得無皺皮的優質消失模澆注鑄鐵件。


2.反噴(嗆火)


澆注過程中,由于氣體模熱分解發出氣體量過大,引起噴火或噴金屬液,導致鑄件報廢。


防止方法是:


(1)EPS模樣密度控制在0.013~0.022 g cm-3,模樣要干燥,上涂料后要干燥,減少水分含量和發氣量。


(2)增加涂料透氣性,調整好涂層厚度(0.5~1.0mm為宜)以便模樣裂解后氣體及時逸出。


(3)控制干砂透氣性粒度以20 / 40目為佳,切忌不同粒度干砂混用,降低透氣性;砂箱以五面(四側面和底面)抽氣結構為最佳。同時要控制負壓度(真空泵吸氣),在真空缺氧條件下,澆注時模樣將主要發生氣化,而很少燃燒,使發氣量大為降低。


(4)控制澆注溫度和澆注速度以金屬液的熱量來保證模樣氣化,同時在模樣大量生產氣體時的800~1200℃溫度范圍控制澆注速度,以免澆注速度過快,促使裂解氣體大量迸發。


(5)設計合理的澆注系統,保證金屬液充型平穩、平衡、迅速地充滿鑄型模樣,以保證模樣裂解氣體逸出型腔之外而被吸排出去;采用頂注、底注、側注、階梯澆注時,要注意在氣體、焦狀體,殘余物到達的死角處或頂端設置氣眼、集渣冒口或加大切除量。


3.氣孔


(1)過程中產生紊流,或頂注、側注情況下,部分模樣被金屬液體包圍后進行裂解,所產生的氣體不能從金屬液中排出,就會形成氣孔,這種氣孔大而多,并且內表面有碳黑。防止措施:改進工藝,使鐵液平穩充型,不出現紊流;提高澆注溫度,提高負壓度(如果產生紊流引起氣孔,降低負壓度);提高涂層和型砂透氣性。


(2)模樣含有水分、涂層干燥不良或發泡劑里含量過高,澆注時會產生大量氣體而引起氣孔。防止措施:模型必須要干燥,(按模料發泡制模工藝特性操作);涂層必須干透。


(3)模樣粘合劑過多引起氣孔。防止措施:選用低發氣的模型粘結劑;在保證粘牢前提下,用粘膠量越少越好。


(4)澆注時卷入空氣形成氣孔。如澆注時直道不充滿,就會卷入空氣,這些氣體若不能及時排出,就會引起氣孔。防止措施:采用封閉式澆注系統,澆注時,保澆口杯內有一定量的金屬液,以保證直澆道處充滿狀態,此外采用空心的直澆道模,減少發氣,對防止氣孔亦有利。


4 .鑄件尺寸超差、變形及防止


影響因素有:鑄件本身的結構、形狀和大小,重量的分布情況、制模過程、造型和澆注等。其中組模過程和造型過程的影響最大。


A.泡沫塑料模的制作工藝對尺寸精度影響


(1)模具質量的影響:模具尺寸精度直接影響鑄件尺寸精度。為此正確選擇收縮率,準確確定型腔尺寸(可在試模后及時修正,使模樣誤差小于0.05mm),對模具型腔和鑲嵌件要進行精整和拋光以達到精確尺。此外,要正確選擇取模方法(方向、位置),防止出模樣時使其變形。


(2)模料和制模工藝的影響。成形后模樣的冷卻程度會影響模樣的尺寸穩定性,為此,取模前應使模樣充分冷卻,發泡終止,以得到尺寸穩定的模樣,并防止頂出模樣時模樣變形。泡沫冷卻會引起內部孔隙中的水和戊烷凝結,而使泡沫模樣小于模具尺寸,一般約小0.4%(0.3%-0.5%),對此應有所考慮。取出模樣的干燥程度直接影響著鑄件尺寸的穩定性,泡沫塑料模的干燥過程稱熟化。為穩定模樣尺寸,提高生產率,可將取模后的模樣在60--70℃下干燥2-8 h,干燥時間不同的模樣實際尺寸也不完全相同,因而影響鑄件尺寸精度。用不同尺寸珠粒EPS制模,也將造成模樣收縮不同而引起尺寸波動,應控制EPS珠粒的大小(對EPMMA,STMMA珠粒更要注意控制)。預發珠粒齡期(預發珠粒熟化時間稱預發珠粒齡期),不同的預發珠粒其發泡劑戊烷含量不同,齡期長則戊烷含量少,模樣成形時質量就差,但成形后模樣收縮也小。生產中應控制預發珠粒齡期,一般應為2~12 h,預發珠粒齡期控制不嚴,模樣尺寸則波動較大,質量也難以保證確定。模樣密度、制模方法和壓力的影響,密度較高的模樣比密度低的線收縮量小(但發氣量大);常規方法制模其收縮量大于冷卻時使用負壓方法的模樣收縮;制模時使用較高的蒸汽壓力可減少模樣熟化的收縮量。粘結劑的質量,粘結操作工藝,胎具的定位等都會影響粘結組合后模樣的精度。


B.造型對鑄件尺寸精度影晌


(1)震實方式的影響:不同的加砂方式和震實方式適用于不同形狀的鑄件,選擇不當會使砂型緊實不均勻而影響尺寸精度。


(2)涂料涂層的影響:涂層厚度直接影響模樣尺寸,涂料層能增強模樣的表面強度,提高模樣抗沖擊性能,可防止造型過程中模樣變形,使鑄件精確度提高。因此,模樣所用涂料應具有良好的透氣性能外,還要有足夠的強度。涂料選用必須要與鑄件金屬液和干砂性質相匹配,涂掛操作工藝要合理等。



河北北重機械鑄造是專業生產消失模機床鑄件的廠家,采用樹脂砂消失模鑄造工藝,年產量在15000余噸,單件長度可做18米,單件重量可達40噸,擁有齊全的材質化驗儀器,光譜儀等確保鑄件材質達標,可定做HT200,HT300,球墨鑄鐵件等消失模鑄造件。


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