国内外消失模铸造现状

国内外消失模铸造现状（通用2篇）

国内外消失模铸造现状 篇1

消失模铸造 (Lost Foam Casting, 简称LFC或Expendable Pattern Casting, 简称EPC) , 又称实型铸造 (Full Molding Casting) , 它是传统铸造生产的技术革命, 被铸造界誉为“21世纪的铸造新技术”和“铸造中的绿色工程”。它是采用泡沫所料制作成与零件结构和尺寸完全一样的实型模样, 经浸消失模涂料, 完全烘干后放入振动台中进行振动紧实。然后浇注金属液使模样受热气化消失, 进而获得与模样形状一致的金属铸件的铸造方法[1,2,3,4,5]。振动台是消失模铸造的关键设备之一, 型砂紧实不够会导致浇注时铸型壁塌陷、胀大、粘砂和金属液渗入, 而过度振动会使模样变形[6,7,8]。

因此振动台的好坏直接关系到振动紧实率的高低, 并会直接影响到铸件的质量好坏。

1 国内消失模铸造振动台振动台研究现状

型砂的振动紧实是消失模铸造中的关键步骤之一, 而该过程主要是通过振动台实现的。造型过程中, 振动台通过电机转动产生不同方向、不同频率的机械振动, 从而对砂箱产生一定的作用力, 即激振力。在激振力的作用下, 干砂得到紧实, 为涂料层提供足够的支撑而防止铸造缺陷的产生。

目前国内已有消失模振动台的相关研究, 主要包括振动台电机结构的研究、振动台控制系统设计、振动台仿真模拟等方面。

1.1 双电机振动台的研究现状

华中科技大学的刘洪永[9]等对双电机的振动模式及效果进行了研究, 根据振动电机的数学模型, 研究分析了双电机同向转动、反向转动及单电机转动时不同位置的加速度和振幅大小, 实验结果表明, 双电机同向转动时, 加速度和振幅在垂直方向上均匀性差, 呈“V”字分布, 故适合水平方向的充填;反向转动时, 加速度和振幅在垂直方向上分布均匀, 适合垂直方向的充填;而单电机的加速度呈倾斜分布, 适合水平方向的充填。

李文革[10]对双电机消失模振动台的控制系统进行了设计, 该系统主要包括PLC、文本显示器和变频器。实验中选用西门子S7-200CPU214 PLC作为控制系统, TD200为文本显示器, 艾默生EV1000系列为变频器。将PLC与变频器互联, 其互联图如图1所示, 通过控制端子的组合方式可以实现双电机的调速、同向转动、反向转动以及正向与反向转动组合等多种模式, 从而满足复杂铸件的生产要求。

刘枭[11]对双电机振动筛的动力学及试验进行了研究, 实验中主要对双电机不等速同向回转振动、反向回转振动等模式进行了仿真实验, 实验结果表明, 复频振动筛的特殊激振方式使得筛面振动轨迹的分布不同, 筛面各段的抛掷指数、振幅也不相同, 从入料端到出料端, 抛掷指数和振幅的变化趋势是先减小再逐渐增大的, 物料输送速度在出料端略有增加。复频筛更有利于筛面上物料的输送, 筛分效果更加理想。

1.2 六电机振动台的研究现状

华南理工大学的陈绍华等[12]对六电机消失模振动台的控制系统进行了设计, 该系统利用单片机原理对振动台进行控制。该系统可根据铸件形状与工艺要求而对六电机振动台的每组振动电机进行顺序振动与振动时间的控制, 从而满足型砂对白膜各个部位的充填与紧实。而且该系统采用MC-51系列单片微型机控制, 从而达到工作程序可自动进行而且有记忆功能。

河北科技大学李立新等[13]对消失模铸造振动台的振动参数的确定进行了研究。该研究根据型砂充填紧实过程中对模型壁产生的动态压力可以反应出该处的型砂紧实程度的原理, 采用膜片式应变传感器作为动态压力的输出, 以此可以确定出泡沫模型周围的型砂紧实程度。从而, 研究人员可以对消失模铸造振动台参数进行更加直观的设定。

兰州理工大学的来进勇等[14]对消失模铸造振动台的充填紧实性能从动态仿真角度进行了研究。该研究利用Pro E, Adams等软件对振动台进行三维模型的建立与动态模拟, 得到了振动台的动力学规律。该研究结果表明通过三维模型绘图软件与动态仿真软件的结合, 可以针对不同结构的模型对振动台的振动参数进行相应的设定, 以及对振动台的结构进行相应的修改。

2 国外消失模铸造振动台原理

国外对消失模铸造的研究相对我国来说更早, 其各方面的工艺与设备也相对我国来说更加成熟。国内引进的一些国外的消失模铸造振动台更是与国内一些常见的振动台结构存在很大的差异, 而且其价格也更高。由于技术保密等原因, 国外对于相关研究的论文也是寥寥无几。因此, 笔者将针对国外振动台的一些原理进行介绍。

2.1 日本垂直面圆周运动振动台

大阪府立大学院工学研究科池永明等[15]对垂直面圆周运动振动台的工作原理及应用进行了研究。研究表明该振动台采用偏心驱动方式, 振动台底部装有两台强制联动的偏心电机, 使左右两侧的偏心块做同一方向的相位差回转。该结构振动台可以有效的防止泡沫模型变形与未充填紧实的砂粒被烧结等缺陷。

2.2 美国GK公司振动台

美国GK公司的振动台有高频率、低振幅、振实效率高的特点。该类型的振动台只有在垂直方向上安装振动电机。由于振动台并未与砂箱夹紧在一起, 因此在振动台工作过程中, 振动电机所产生的激振力会使砂箱相对于振动台竖直的抛起。在砂箱竖直抛起与下落过程中, 型砂通过砂箱与振动台产生的不规则碰撞达到紧实的效果。这种紧实型砂的方法相对简单, 但对振动电机的调试与控制相对复杂。

2.3 美国Vulcan公司的抱夹式振实台

美国Vulcan公司的抱夹式振实台是目前型砂充填紧实较好的一种振动台。该振动台采用四个气缸将砂箱加紧, 其激振力来源于砂箱两侧的两组振动电机。该振动电机与普通的振动电机存在很大不同, 该类振动电机设计有一个调节器, 通过调节器可以实现对振动电机速度, 加速度, 以及偏心块偏心角度的控制。根据不同铸件的振动紧实要求, 该类振动台均可调节出相应的振动模式, 即可以实现纯水平振动, 纯垂直振动, 以及水平, 垂直振动相结合的圆周振动[16]。因此该类振动台对解决水平盲孔与型砂向上垂直充填的难题有很大帮助。

3 国我国消失模铸造振动台的发展展望与应对措施

我国对消失模铸造振动台的研究相比欧美、日本等国家起步较晚, 但是在基础理论方面的研究与国外相比并不存在本质性差距。近些年来, 国家及相关的政府单位也增加了对消失模铸造研究科研经费的投入, 有很多相关企业同时也加大了对此项理论的研究, 当然, 有一些企业不太注重长远利益, 不注重新技术的开发和研究, 也不和相关研究单位合作, 这是限制我国消失模铸造振动台发展的一大原因。

相比之下, 我国在消失模铸造振动台方面和国外的发展程度还是存在较大的差距, 为了促进我国消失模铸造振动台的长远发展及应用, 同时增强我国在国际上的竞争力, 我国应该从以下几个方面来完善我国对消失模铸造振动台理论的研究:

(1) 进一步加强对消失模铸造振动台的理论研究, 并加强研究单位和企业的合作。

(2) 增强大中小型企业的创新意识, 让其真正的了解消失模铸造振动台在消失模铸造工艺中的重要性, 与此同时, 国家和相关的政府单位也要加大技术创新的投入力度。

(3) 在理论研究的同时, 加强实验投入力度, 研究和实验是为了更好地生产, 所以, 相关工作要与企业相关条件紧密结合。同时, 国外在消失模铸造振动台的应用方面比较发达, 我们要积极向国外学习, 只有自身的努力和不断的向其他人学习, 才能使我国消失模铸造振动台走向时代的前沿。

(4) 研究在实际消失模铸造过程中型砂充填与流动的基础理论, 并要加强对型砂振动紧实过程的运动学仿真与力学模拟, 为型砂振动紧实提供更可靠的理论依据。

国内外消失模铸造现状 篇2

关键词：消失模铸造,机床床身,工艺参数,缩孔缩松

为了提高机床铸件的可靠性、适用性, 提高产品在市场上的竞争能力, 对机床铸件质量的要求不断提高。机床铸件质量的概念至少包括两个方面的内容:一是产品质量, 即铸件满足用户要求的程度;或按其用途在使用中应取得的功效, 这功效是反映铸件结构特征、材质和工作特性和物理学特性的总和, 是评价铸件质量水平和技术水平的基本指标。二是工程质量, 指的是铸制毛坯和铸制零件的生产过程对产品质量的保证程度, 即铸件在具体使用条件下的可靠性。这一指标在相当大的程度上决定于前述的功效指标, 还与稳定性、耐用性和工艺性等指标有关。采用消失模铸造工艺, 可以生产出外观质量优良, 尺寸误差小, 内应力小的机床铸件, 确保机床的整体质量和精度要求。但由于机床铸件生产中较容易出现缩孔缩松的问题, 因此在设计新铸件的工艺时, 既要根据铸件特征计算好工艺参数, 还要采取一定措施避免缺陷。

1 机床床身铸件的消失模铸造工艺分析

1.1 消失模铸造机床铸件的优点

1) 机床铸件精度高。消失模铸造是一种几乎无余量, 精确成型的新工艺, 该工艺无需取模, 无分型面, 无砂芯, 因而铸件没有飞边, 毛刺和拔模斜度, 并减少了由于型芯组合而造成的尺寸误差。

2) 设计灵活。这为机床铸件结构设计提供了充分的自由度, 可以通过泡沫塑料模片组合铸造出高度复杂的铸件。

3) 无传统铸造中的砂芯, 避免出现传统砂型铸造中因砂芯尺寸不准或下芯位置不准确造成铸件壁厚不均等情况。

4) 降低成本。消失模铸造机床铸件, 还能降低投资和生产成本, 减轻机床铸件毛坯的重量, 机械加工余量也小。

1.2 消失模铸造轴承磨床床身铸件的原理

轴承磨床床身铸件属于大型薄壁类零件, 铸件的质量周界商在1300~1800之间, 最大尺寸为2 400 mm×1280mm×700mm。在采用消失模铸造过程中, 根据干砂定型原理和消失模铸造过程的气体控制技术, 结合浇注系统大孔出流理论, 及金属液体在消失模铸造型腔中的有阻流动过程的温度变化分析, 确定采用顶注多点分流式浇注系统, 通过大流量快速浇注, 确保砂型中具有合理的压差, 实现浇注过程中流场、压力场、温度场的合理分布, 确保铸件的品质。

2 工艺参数的确定

根据上述工艺分析, 在确定的工艺设计原则基础上, 进行了具体铸件的工艺设计。本文选定的床身铸件主要壁厚为15mm、总质量1900kg、高度630mm, 质量周界商为1500。根据压差定型的原理、浇注系统的设计位置与形式等确定床身铸件的浇注时间为55s, 浇注系统的阻力系数分别为内浇道0.4, 横浇道0.5, 直浇道0.5, 浇注系统截面比为:F直∶F横∶F内=1∶2∶2, 静压头为600cm, 按照大孔出流理论:

式中, k1、k2是有效截面比, Hp为小孔出流条件下平均压力头, hp为大孔出流平均压力头。

计算内浇道的压力头为14.2cm, 代入内浇道计算公式

式中, G为铸件质量, ρ为密度, γ为时间, μ3取0.5。

计算出内浇道的截面积为73cm2, 直浇道截面积为36.5cm2, 横浇道截面积为73cm2。为此选定浇注系统各部分尺寸为直浇道截面为60mm×60mm, 横浇道设2道, 得到截面为60mm×60mm, 内浇道共设25道, 单道截面尺寸为10mm×30mm。

3 避免出现缩孔缩松问题的对策

在机床床身铸件的生产过程中, 很容易出现缩孔缩松的问题, 只要采取正确的措施, 是可以避免的。具体对策如下:

1) 合理掌控机床铸件的浇注温度。浇注温度高, 有利于补缩, 但太高会增加液态收缩量, 对消除缩孔、缩松不利, 所以应根据具体情况合理选择浇注温度, 一般以1300~1350℃为宜。本次浇注选用的温度在1350℃左右。

2) 控制机床铸件的碳当量和床身铸件成分中的磷含量。提高碳量, 增大了石墨化膨胀, 可减少缩孔缩松。若含磷量偏高, 使凝固范围扩大, 同时低熔点磷共晶在最后凝固时得不到补给, 以及使铸件外壳变弱, 因此有增大缩孔、缩松产生的倾向。一般控制含磷量小于0.08%, 本次浇注选用的铸件成分中磷含量约0.69%。

3) 严格规范铸件的壁厚。当铸件表面形成硬壳以后, 内部的金属液温度越高, 液态收缩就越大, 则缩孔、缩松的容积不仅绝对值增加, 其相对值也增加。若壁厚变化太突然, 孤立的厚断面得不到补缩, 使产生缩孔缩松倾向增大。

4) 浇冒口及冷铁设置恰当。若浇注系统、冒口和冷铁设置不当, 不能保证金属液顺序凝固;另外, 冒口的数量、大小以及与机床铸件的连接当否, 将影响冒口的补缩效果。

4 结语

应用消失模铸造的压差定型理论, 确定铸件的浇注位置和浇注时间, 考虑消失模铸造过程中的充型阻力大于砂型铸造的特点, 应用大孔出流理论进行浇注系统的设计计算, 得到的浇注系统尺寸是合理的, 完全可以满足消失模铸造生产机床床身铸件的需要。

参考文献

[1]秦国治, 易成华, 张文婕等.大型板状件的消失模铸造工艺[J].特种铸造及有色合金, 2003.

[2]崔春芳, 邓宏运, 赵琦.消失模铸造技术及应用实例[M].北京:机械工业出版社, 2007.

[3]李魁盛, 马顺龙, 王怀林.典型铸件工艺设计实例[M].北京:机械工业出版社, 2008.

[4]李晨希.铸造工艺设计及铸件缺陷控制[M].北京:化学工业出版社, 2009.