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论我国砂型铸件的现状与发展前景
编辑:无锡市汇海机械有限公司   时间:2018-05-05

    在科学技术迅猛发展的现代,由于铸造成形工艺的特殊优势,有些复杂结构件目前尚无其他制造工艺可替代。砂型铸件工艺仍是最经济且便捷的金属成形工艺。随着全球经济一体化,在国际间的合作日益密切、竞争日趋激烈之时,中国铸造业应更充分地发挥铸造资源优势,发展自己的铸造产业。消失模铸造工艺近几年在我国有较大的发展,国内多家汽车公司投资建造了消失模铸造生产线,大批量生产高牌号铸铁缸体、球墨铸铁进排气管和铝合金气气缸盖铸件。今后,该工艺将大量采用快速制模技术和模拟仿真技术,以缩短生产准备周期,实现铸件的快捷生产。未来的铸造发展方向必定是质量好、复杂、精密、寿命长的高档消失模模具。提高该技术的模具材料、成形工艺、涂料技术、工装设备的技术水平,使EPS铸件获得更广阔的发展前景。就消失模铸造的现状与未来发展前景,在这和各位同行、同事共同交流与探讨。


    消失模铸造是将泡沫塑料模样组合成模型簇,刷涂耐火涂料并烘干后,埋在干砂中振动造型,在负压下浇注、使模型高温状态下气化,液体金属占据模型位置[置换过程],金属凝固冷却以后形成铸件的铸造方法。


    消失模铸造,58年由H.F SHroyer发明,随后由德国公司购买了这一专利技术并加以开发,采用无粘结剂干砂生产铸件的技术。德国人十年后采用了可以被磁化的铁丸来代替硅砂作为造型材料。将磁力场作为“粘结剂”,这就是我们今天所说的 “磁型铸造”。 1971年,日本的秋田株式会社发明了V法(真空铸造法),受此启发,今天的消失模铸造在很多地方也采用抽真空的办法来固定型砂。消失模铸造与其它铸造方法相比工序大为简化,由于不需分型、不需取模、无有砂芯、不用下芯、不需要合箱;不用配置型砂和芯砂,其工艺设计原则和内容也有很大区别。至今还没有很规范的非常成熟的工艺技术值得借鉴,加之各企业间对技术的封锁,相互合作较为困难,不能分享利用与技术信息,导致各工厂单位技术发展缓慢,这就影响到消失模铸造技术在我国的推广。


    在20世纪80年代中期已发展到相当的规模,已成功地应用于汽车件的工业化生产。最初是采用EPS板材加工模样,采用粘土砂造型,用来生产艺术品铸件,也就是现在的实型铸造。在1980年以前使用无粘结剂的干砂工艺必须得到美国“实型铸造工艺公司” 的批准。在该专利失效以后,近几十年来消失模铸造技术在全世界范围内得到了迅速的发展,从国外消失模铸造工艺发展的经验来看,也不是一帆风顺的。20世纪90年代曾出现过徘徊局面,由于美国经济不景气,EPC生产工厂经历过关停并转和重组低潮,但是,EPC工艺的优势(工序简化、好学易懂、便于操作、作业环境改善等)仍然一直受到普遍的关注。


    我国树脂砂铸造的产品主要有汽车配件、工程机械、管件和耐磨、耐热铸件,其中铸铁件约占85%,铸钢件占12%左右,铝铸件不足3%。我国的EPC生产在20世纪90年代初期发展较快。据对当年资料的不完全统计,1995年EPC(包括FM)铸件产量不足2万吨;到2005年EPC(包括FM)铸件产量约38.5万吨,十年产量几乎翻20倍,其中EPC铸件为25.5万吨,FM铸件约为13万吨。


    目前已形成约95%以上采用国产原辅材料、国产设备和国内技术为主的生产局面,短短十年内EPC工厂有三百家左右,其中产量近5年内平均以20%的比例递增,已形成了一批产量大、质量好的骨干工厂。铸造行业历来被认为是高能耗、高污染的行业,要不断开发新的节能、清洁、低排放、低污染的铸造材料以投入生产使用。“绿色铸造”是使铸造产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理整个产品的生命周期中,对环境的负面影响最小,资源效率最高。干砂消失模铸造:散砂振动真空紧实,无粘结剂、无废砂排放、铸件的精度高表面质量好,被公认为“21世纪的绿色铸造程”。

    1)铸件精度高——精确成形,无需取模、无分型面、无拔模斜度

    2)铸件设计灵活-- 铸件结构设计自由度大。原为几个零件,可装配组合整体铸造

    3)无传统铸造中的砂芯——采用干砂造型紧实,无需制

    4) 清洁生产、绿色铸造--无粘结剂,浇注时,泡沫塑料排放的有机物少、排放时间短、地点集中,便于集中收集处理;干砂造型,铸件落砂、清理的工作量小,旧砂回收率高

    5)适合于铸造生产复杂的箱体、缸盖、管接头等各类铸件。


    我国消失模铸造的发展历经坎坷,经过从事消失模铸造工程技术人员和行业里志士能人坚持不懈研究和开发,近几年快速发展,取得令人十分可喜成果。突出显示在如下4个方面:

目前已形成约95%以上采用国产原辅材料、国产设备和国内技术为主的生产局面,短短十年内EPC工厂有三百家左右,其中产量近5年内平均以20%的比例递增,已形成了一批产量大、质量好的骨干工厂。铸造行业历来被认为是高能耗、高污染的行业,要不断开发新的节能、清洁、低排放、低污染的铸造材料以投入生产使用。“绿色铸造”是使铸造产品从设计、制造、包装、运输、使用到报废处理整个产品的生命周期中,对环境的负面影响最小,资源效率最高。干砂消失模铸造:散砂振动真空紧实,无粘结剂、无废砂排放、铸件的精度高表面质量好,被公认为“21世纪的绿色铸造程”。

    1)铸件精度高——精确成形,无需取模、无分型面、无拔模斜度

    2)铸件设计灵活-- 铸件结构设计自由度大。原为几个零件,可装配组合整体铸造

    3)无传统铸造中的砂芯——采用干砂造型紧实,无需制

    4) 清洁生产、绿色铸造--无粘结剂,浇注时,泡沫塑料排放的有机物少、排放时间短、地点集中,便于集中收集处理;干砂造型,铸件落砂、清理的工作量小,旧砂回收率高

    5)适合于铸造生产复杂的箱体、缸盖、管接头等各类铸件。


    我国消失模铸造的发展历经坎坷,经过从事消失模铸造工程技术人员和行业里志士能人坚持不懈研究和开发,近几年快速发展,取得令人十分可喜成果。突出显示在如下4个方面:


    1、消失模铸造工艺优化及快速制模技术

    针对消失模铸造模具薄壁随形的特点,研发了集工艺优化、数控加工和快速翻制于一体的模具快速制造技术,改变了消失模模具制造由锻铝坯数控加工 (费工费料)的局面。

    2、消失模铸造模具粉末涂料技术

    新型消失模铸造模具表面粉末涂料及添加剂,使用方便、运输便利、成本低廉。效果:改善铸件表面质量、降低了铸件清理成本

    3、消失模铸造废气净化技术

    采用催化裂解方法净化消失模铸造废气,由华中科技大学牵头组织、研制了国内首台废气净化设备。目标:废气净化率达99--100%;消失模铸造废气排放,远优于国家排放标准。研制开发的我国首台消失模铸造废气净化装置,解决了消失模绿色铸造的关键技术问题,为以后环保工作推广奠定基础。

    4、铝(镁)合金消失模铸造新技术

    真空低压消失模铸造技术与装备。因为镁(铝)合金消失模铸造成形能力差,提出采用真空低压消失模铸造新技术方法设备。真空低压消失模铸造、振动压力消失模铸造等技术,解决了镁(铝)合金薄壁铸件消失模铸造成形难的问题,在国际上首次铸造成功2.5mm厚镁合金复杂壳体铸件。


    我们应当客观地观察面对现实,我国的EPC生产到现在为止不少工厂是走出了摸索阶段,处于技术革新阶段;一批工厂正在向技术稳定阶段迈进,许多工厂产品品种过多,废品率高,管理(处于砂铸粗放的管理模式)和技术水平低下,甚至半停产或倒闭,还有一些工厂处于开工不足的状态。


    任何工艺有其长,必有其短。消失模铸造工艺也是如此。所以,我们多次说到消失模铸造不是万能的,一定要从适合消失模铸造的产品入手,完成消失模铸造工艺的技术积累。先要懂得消失模铸造的基础理论和消失模工艺的核心技术,别以为只要能制作出“白件”就能生产出健全合格的消失模铸件,消失模铸造并非是那么简单易学,不妨你试试看先上消失模生产线后立即生产,很容易陷入困境;时好时坏是常见问题,可以预见投资很难得到及时回报。在此,我建议有志消失模铸造的企业老板,最好是同高等院校及铸造研究所合作、或求教于有消失模铸造经验的公司,尽量缩短技术积累过程,使消失模铸造技术尽快发挥出应有的经济效益和社会效益。

 

    1)浇注温度要求较高-泡沫模样的存在,浇注温度较普通铸造高30~50℃

    2)易产生增碳、冷隔、气孔和夹渣等缺陷-泡沫模样气化产生气体、残渣等影响

    3)消失模铸件的组织晶粒相对粗大,铸件性能略低-无粘结干砂对金属液的冷却速度偏慢

    4)铝镁合金铸件易产生针孔缺陷,组织致密度不好-高温下(~800℃)液态铝合金浇注时,易产生H针孔

    5)泡沫模具相对复杂--一个复杂铸件,常需要多付模具。


    消失模铸造工艺与其他铸造工艺一样,有它的局限性。并非所有的铸件都适合采用消失模工艺生产,要进行具体分析。主要依据下面4方面因素考虑是否采用这种工艺:

    1)铸件的批量:批量越大、经济效益就越可观。工艺可采用串铸及多层埋箱。

    2)铸件材质:其适用性好与差的顺序大致是灰铸铁—非铁合金—普通碳素钢—球墨铸铁—低碳钢和合金钢。通过必要的准备,以不致使工艺实验、调试周期过长。

    3)、铸件大小主要考虑,相应设备的使用范围(如振实台、砂箱)。4)、铸件结构:铸件结构越复杂就越能体现消失模铸造工艺的优越性和经济效益,对于结构上有狭窄的内腔通道和夹层的情况,采用消失模工艺前需要预先进行实验才能投入生产因。


    纵观国外消失模铸造的发展,产量持续增长;我国消失模技术市场开拓并不尽人意,其主要原因大体有如下4个方面:

    1、对消失模成本的错误估算;

    2、利用传统砂铸理念对消失模铸造工艺设计错误;

    3、过高地估计了消失模铸造优势,尤其是(因变形)在尺寸精度方面;

    4、保守的投资及对新技术、新工艺应用的迟疑性。


    首先是必须走出涂料问题的误区。经常听到有人说:“外国的涂料比中国的好”,以我之见其实不见得。我们有些从马来西亚铸造厂转来的美国和澳大利来涂料的样品,经生产对比验证:中国的涂料并不比他们的差,尤其是脱砂效果和环保指标更是优于进口涂料,而价格仅为进口涂料的1/4。涂料的科学配用是稳定获得优质铸件的关键环节。实践表明,消失模铸件的废品和诸多问题的产生,百分之六十的因素是和涂料有关。很多消失模厂由于缺乏专业意识,在涂料上的问题一是糊涂、不明白,二是马虎、不认真。涂料说白了确实不是很神秘的东西,就是选对了骨料粉后加点粘结剂、悬浮剂之类的玩意。但是,简单的东西同样会变得很复杂,复杂到跟你自己开玩笑。比如,河南和山西有几个厂,生产600×400×50mm左右的衬板,白模只需浸涂2次,每次就半分钟,可工人操作时就是很随意,认真不起来,把白模从涂料池中捞起来就随便一挂,再好的涂挂性也会出现上薄下厚之分,挂到表面稍不粘手就摆在露天晒太阳,他们把这叫“能源利用”,被风吹得满地翻滚,变形、开裂、缺损样样都有。类似这样马虎的管理,虽然各地都有,在我们见到的这几家只是非常突出。他们岂不知:消失模铸造,涂料起着关键作用。涂料性能的优劣以及成本的高低直接关系到消失模铸造能否满足生产需求及利润的高低。在用消失模工艺生产的铸件中,我估计大约有三分之二的铸件缺陷是与涂料本身和涂料使用不当有关。消失模涂料不仅要有传统砂铸涂料良好的悬浮性、适宜的密度、触变特性等,消失模涂料还应有较高的透气性,这样涂料和型砂相配合浇注时在合适的负压下泡塑模样热解的残留物才能够排出,从而获得理想的效果。就我们所知多数情况下一般的消失模铸造厂都缺乏开发正确的涂料配方的能力。但是我们同时发现有许多铸造厂为了降低成本,为省钱而喜欢自己琢磨或者买个配方自己制作涂料。从其他地方廉价获得所谓涂料配方,岂不知此配方不一定就适合自己铸件的工艺要求;加之涂料原材料质量在购置过程控制的不到位的话,产生的问题是层出不穷、变化无常这样带来的结果将会更为严重。“因为专业,所以更好”。如果你还不具备自己研发、生产涂料的情况下,最好使用商品化的消失模涂料。如果考虑国外的消失模涂料价格贵的话,建议你可以使用国内的消失模涂料。所以,在此郑重向你推荐:大禹化工研制生产的消失模铸造涂料:(特色粉状:现场搅拌容易,省成本,运输、储存方便)。在许多消失模铸造企业生产中应用,收到客户好评。主要应用于铸铁:平衡块、高铁制动盘、空压机减速箱体、浴缸、锅片等;铸钢: 法兰盘、前后车桥、大型齿圈、工程机械用支座等;铸铝:箱体、壳体等。

透气性是消失模涂料很重要的技术指标。涂料透气性是指:由模样分解所产生的气体通过涂层的难易程度。透气性高的涂层对气体流动产生的阻力较小,透气性低的涂层对气体流动产生的阻力则大的多,从而对型砂产生较大反压。浇注金属液时,泡塑模样热解产生气体通过涂层被抽入型砂中。透气性很低的涂料将导致金属液充填不完整的危险。但是,并不是透气性越高越好!

片面追求涂层的高透气性,极易恶化铸件表面质量。透气性过大,铸件表面形成针刺缺陷(金属液温度越高越明显);甚至就有可能出现金属液穿透涂层烧结型砂(涂层若厚度不足越发明显)。使用的造型砂如果是石英砂,本身耐火度低,被烧结的几率就更大,在这种情况下就会产生严重节瘤缺陷。


    我国和美国相比,黑色金属差距很小,在铝(镁)合金方面差距很大。我们是世界铸造大国,其总产量占世界第一位,遥遥领先于世界其他各国。但是,我们远非铸造强国,其铸件质量和技术管理水平是今后发展的关键,在EPC生产方面的表现尤为突出。


    我国的消失模铸造任重道远,与国外先进国家相比,主要差距反映在这两点上:

    1)我国消失模铸件的产量仍然偏低,我国消失模铸造生产线远未发挥应用的效益;主要反映在大多数消失模铸造企业设备自动化程度低、规模较小许多设备简陋;或因产品废品率居高不下,影响到年产量徘徊不前,达不到原设计的要求。尤其是很多民营企业就是年产量在万吨以下

    2)在我国采用消失模铸造生产铝合金铸件,仍然还有许多技术上的难关没有完全攻克。在工业发达国家(如:美国等)消失模铝合金铸件占主导地位,就是以铝合金消失模铸造为主;在我国则是以黑色金属尤其是铸铁为主,三年以前我国的消失模铝合金产量占总产量大概是1‰,美国早在2007年时铝合金消失模铸件产量占总产量的52.6%;在一次展览会上意大利FATA公司展示了最新的铝合金缸体和缸盖铸件、表明发达国家长期致力于消失模铝合金的研究,他们经历了较长的技术积累期,已进入技术成熟期。由此可见,铝合金铸件消失模铸造在我国发展潜力和前景非常巨大。近年来我国在有色金属消失模铸造方面研究有长足进展,如北京华德铸造有限公司和安徽应流集团公司生产的铝合金和铜合金铸件在国内甚为少见,可算是消失模铸造冲出的两匹黑马。尽管与发达国家仍存在差距,今后大力发展铝合金消失模铸造成为我国消失模铸造行业的一个方向。


    我国的EPC生产发展空间仍然是很大的,抓住发展机遇,发挥我们自身的优势,经过长期的技术积累,只要找准差距,不断总结经验善于交流,与时俱进,走我们自己独特的发展道路。可以预料,今后经过共同努力奋斗,我国在世界消失模铸造行业中将占有举足轻重的地位。由于EPC(FM)铸造的历史比砂型铸造短,生产经验总结和理论研究都很不够,随着今后国内外的发展,积累更为丰富的生产经验和研究成果,将使EPC(FM)铸造工艺的设计更加完善,降低成本,更进一步提高铸件质量。随着世界经济的回升,特别是汽车工业、机械装备工业的复苏,EPC生产即将走出低谷,恢复快速增长势头。经过我国许多从事铸造工程技术人员和诸多科研院所的努力,消失模技术在我国得到长足发展,许多领域已经走在世界的前列。消失模铸造技术发展到今天已日趋完善,理所当然地受到国内外企业的普遍重视。我们满怀信心的说:该技术目前和未来的最大应用市场在亚洲,特别是在我们中国。有远见的企业家,抓住机遇,铸造的辉煌就在灿烂的明天!

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