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可用于消失模泡沫铸造的涂覆有耐火浆料的泡沫模样及其制造和使用方法;浇注模具
消失模铸造被誉为“21世纪的铸造工艺革命”和“最值得推广的绿色铸造工程”,具有铸件精度高,表面质量好,生产清洁及工艺过程简化等传统铸造方法无可比拟的优点,适用于制造各种不同材质和不同大小的复杂铸件,尤其在汽车模具及五金金属板材冲压成型模具上的应用愈益广泛,另外其中有些结构与形状太过复杂的模具用传统砂型铸造方法几乎不能铸出,从而显示出消失模铸造工艺的强大优势。近几年来,中天创展球铁企业已为广州庆成金属工业企业,东莞久和模具有限企业,顺德科龙模具企业等模具制造厂家提供了大量汽车覆盖件及五金冲压件铸造模具,总铸出量近万吨。

一. 消失模铸造的基本方法

消失模铸造是用易于加工成型的汽化泡沫模代替铸模,放入砂箱里进行填砂紧实造型,模样不取出,直接浇注金属液把泡沫模在铸型里烧失而得到理想铸件的近净成型工艺。目前主要有两种造型方法生产消失模铸件:

1. EPC法

即干砂无粘结剂抽真空造型法,是泡沫消失模与真空密封造型(V法)的完美结合,近几年已发展到第三代铸造工艺,目前全国大约有一百多家铸造厂采用此法生产铸件。由于金属液被浇注进入真空状态下的型腔,因此铸件表面精度很高,同时简化了造型操作,无须混砂工序,铸件容易落砂清理,极少粉尘污染,减少了气孔以及根除了由粘结剂等添加物引起的铸造缺陷。但如果此法用来铸造各种各样尺寸大小不同的单件模具,需要配备专用砂箱和抽真空装置而变得复杂化,使生产成本增加。特别是大型模具需要更大功率的真空负压系统,以铸造厂现有的生产条件去适应不断的尺寸大小变化就显得不现实。尽管EPC法极具优势,但铸件尺寸和重量却受到限制,据报道迄今为止国内只能生产不超过5吨重的铸铁件,生产中大型模具仍存在着难以克服的困难。

2. FM法

即粘结剂自硬砂实型铸造法,在我国已有多年生产历史和成熟经验。在铸铁件生产上通常使用呋喃树脂自硬砂充填铸型去覆盖汽化泡沫模,待铸型硬化后把铁液浇入型腔,泡沫模在砂型里面烧失殆尽后便形成铸件。此法省去了一般砂型铸造中的起模,翻箱,下芯及合箱工序,提高了铸件整体尺寸精度,降低了劳动强度,缩短了生产周期,是铸造中大型单件铸铁模具的适用方法,目前采用树脂自硬砂FM法的铸造厂全国也不过30家左右。我企业应用此法已生产的中大型汽车模具和五金冲压模具中,灰铁单件重量达到12吨,球铁灰铁单件重量达到10吨,并可继续提高。

二. 铸造工艺过程和生产实例

1. 呋喃树脂砂FM法工艺流程:

放模填砂紧实是造型操作的要点。因为泡沫模质轻易变形,放入砂箱时要垫住中间悬空部位,一层一层地先四周后中间填砂,死角凹位要填到位并插实。对不易填实的内孔、窄槽,插入相等尺寸的芯柱或芯块紧固。

涂料选用铸铁专用商品系列涂料,要求透气性、涂挂性,强度要高。涂层厚度铸件厚壁处可涂厚一些,以铸件表面不产生粘砂为合适,可以用手工刷涂或喷淋涂等方式。泡沫模上涂料后在约55℃以下的气氛中烘干4~8小时。

浇注系统可采用顶注、侧注、底注或多层浇口的方式,浇道用陶瓷管组合驳接或直接用泡沫材料组成。根据球铁模具的结构和工作面选择浇口位置十分重要,设置不当会引起缩孔、粘砂、气孔、碳黑及皱皮等缺陷。由于浇注时泡沫燃烧汽化产生大量黑浓烟污染环境,因此不推荐用明冒口和散气片,最好采用暗冒口以及提高透气性的方法排气。合理设计浇冒系统可大大消除由泡沫不完全汽化引起的残留碳和缩孔、疏松等常见铸造缺陷。

2. 工艺技术指标

    消失模泡沫铸造是一项近净成型铸造工艺,与普通砂型铸造相比,铸铁件表面粗糙度降低2~3个等级,达到Ra 6.3~12.5μm;机械加工余量减少30~60%,对某些零件甚至可以不加工;铸件尺寸精度达到CT 7~9,铸件壁厚偏差能够控制在-0.15~+0.15mm之间。铸件重量减轻10~25%;金属利用率(加工后成品重量/铸造毛坯重量)可达94~97%。插入小芯可铸出φ3—5mm小孔,直径大于6mm的浅盲孔可直接铸出。所以,消失模铸造是很值得推广的半精密铸造模具制造技术。

   3. 铸造实例

覆盖件的成形过程分若干工序完成,如汽车前围外板就经过落料、拉伸、修边冲孔、冲窗口整形、翻边翻口工序,需要多套独立模具或组合模具。目前汽车覆盖件冲模及家电产品外壳冲压成形模需求量十分巨大,而消失模近净成型铸造方法可解决供不应求的瓶颈问题,它大大降低了生产成本,缩短制作周期,减少模具的后续机械加工量。以下是在我企业生产的其中一些实例。

三.消失模铸铁模具的应用前景

随着国民经济的发展,汽车等运动机械和家电五金所需的薄钢板中大型冲压件的生产和使用量急剧增加,相应地中大型模具的需求量也大幅度增加,对质量也提出了更高要求。过去,中大型冲压件模具多用锻造合金钢模具, 由于存在原材料价格高、材料利用率低、工序较复杂、制造周期长、加工费用高、组合安装精度低等缺点,使模具制造成本居高不下,冲压件精度下降。多年来大量的研究和实践表明,球墨铸铁屈服强度比普通钢高得多,屈强比几乎为普通钢的2倍,基体组织与钢相同,球状分布的石墨不易产生应力集中,另外球墨铸铁能够浸入润滑油,组织中的石墨具有自润滑作用,能有效地减轻拉深中的摩擦。理论上讲,凡对钢可以进行的热处理工艺基本上都适用于球墨铸铁,因此,可通过适当的热处理来改变球墨铸铁的组织状态,以提高其性能,从而扩大应用范围,所以球墨铸铁材料是替代合金模具钢的优选材料,而高强度灰铸铁材料也可以代替部分碳素钢。

由于消失模铸造的经济性和快捷性,已成为模具制造的首选工艺。首先是泡沫材料成型,可用预发泡模腔蒸压成型或数控加工方法获得,第二铸出的模具坯料精确接近使用模具的尺寸,只需少量加工即达到最终尺寸和表面光洁度。第三可适用于铜、铝合金、高强度灰铸铁、普通球铁和特种球铁、普通碳钢及合金钢材料。行家认为,采用消失模法生产球铁模具取代合金钢模具是中大型模具制造的发展趋势,尤其是在汽车覆盖件冲模和家电外壳冲压成型模上的应用。球铁模具精加工后,在工作面进行表面淬火处理,达到表面洛氏硬度Rc45~55可满足耐磨性要求。用于汽车模具各组件的铸铁牌号有:模架、压料板、托料板为高强度灰铸铁HT250,HT300;模仁,分模块为球铁QT450-10;QT500-7和QT600-3用于滑动块,环模,压边圈和上下模座。最新研制成功的特种合金铸铁材料GM241和合金球铁材料GM246,通过添加铬、钼、铜、镍等元素进行微量合金化,大大提高了模具的综合机械性能,可以同优质碳素钢和合金钢模具相媲美。

汽车产业的高速发展直接带动了汽车覆盖件模具的高速发展,年均增幅高于行业总水平,估计年均增长率接近20%。由于汽车工业和家电是广东省的支柱产业,推出新产品和产品改型的速度非常快,但是现阶段汽车模具及五金冲压模具的供应是一个薄弱环节。值得注意的是,江浙地区近年来在铸造模具方面发展迅速,一大批民营汽车模具生产企业异军突起,已走在全国的前列。随著消失模铸造技术的进步,开拓铸铁在高精汽车模具及五金冲压模具上的应用具有极其广阔的前景。

四.结束语

消失模泡沫铸造在我国走过了近二十年的发展路程,工艺技术不断成熟和完善,但如果生产过程控制不当,铸件容易产生粘砂、夹砂、表面积碳和内部缩松等精密模具不允许存在的缺陷。此法铸造中大型灰铸铁模具表面质量已达到了相当令人满意的效果,但用于球墨铸铁模具,仍存在残留碳黑、皱皮等问题,这可能是球铁的糊状凝固特点与灰铁的层状凝固特点的不同所致。中天企业经过大量的研究试验与技术攻关已得到明显改善,达到了客户的使用要求。若要“百尺竿头更进一步”,仍然需要广大消失模铸造工编辑继续研究探索,从泡沫材料、涂料、浇注系统及工艺方法等诸多影响因素进行分析改进,促使铸造球铁模具的表面精度与光洁度有突破性提高,以满足国内外汽车、家电及其它行业中高档与高精尖模具的庞大市场需求。

消失模泡沫

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