精密铸造专用砂 串铸技术有着悠久的历史从古代铸币到近代砂

串铸技术有着悠久的历史从古代铸币到近代砂型铸造 从现代精密铸造到消失模铸造 串铸技术能大幅度提生产率 广泛用于中小件批量生产。对国内消失模而言 工艺技术还处在经验积累阶段 与国外相比还存在较大差距。 目前消失模铸造串铸工艺在铸铁铸钢中小件生产中应用相当广泛 其中浇注系统设计是该工艺成败的关键 它对铸件的产量、质量、工艺出品率等有着非常大的影响。作者通过多家消失模生产厂家进行调研 发现厂家生产中小铸件时 为提高生产效率都应用了串铸技术 但由于缺乏理论指导 往往需要通过多次试验 才能确定出适合某一产品的串铸工艺。结果 不仅耗费人力物力 还严重影响工作进度。可见 对中小铸件消失模串铸工艺进行深入研究是相当必要的。 本文对国内外串铸浇注系统进行总结 按照泡沫模样相当直浇道的位置 将各式各样的串铸结构归纳为水平串铸、垂直串铸和簇拥串铸三大类 并提出了各类串铸工艺的特点和适合条件。将新的串铸结构模式用于铸铁阀体、球铁压盘、铸钢冲击座和高锰钢锤头等串铸结构的设计和生产实验。针对消失模串铸中常见的冲砂、粘砂、夹渣、缩孔缩松等缺陷 从改进浇口杯和直浇道入手 设计出倾斜式浇口盆、带闸板式浇口盆和大喇叭口泡沫空心直浇道 并就轻质耐火纤维空心直浇道、大喇叭口空心直浇道和纸质空心直浇道进行对比实验 对尚存在的问题提出改进措施。

关键词 消失模铸造 串铸技术 浇口杯 空心直浇道 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 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知 除文中已经标明引用的内容外 本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到 本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名 日期 学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定 学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版允许论文被查阅和借阅精密铸造专用砂。本人授权华中科技大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 保密 年解密后适用本授权书。不保密 学位论文作者签名指导教师签名 日期 发展中的消失模铸造消失模铸造 Lost Foam Casting 简称LFC。准确地说LFC技术是由美国人M Flemings于1962年提出但至到20世纪80年代初 福特汽车公司率先在Essex建成年产25 000只铝合金进气歧管的LFC中间试验装置 并获得成功 才揭开了LFC在先进工业国家飞速发展的序幕 。1989年美国能源部组织26家铸造工厂、原材料和设备供应商、学术机构组成一个联合集团分工对泡沫模型的热解特性、金属的充填凝固特性、干砂的紧实特性等专题进行系统的研究 并取得很好效果。

1990年 通用汽车公司在Saturn建成10万平方米、年产铸件5 5万吨的新铸造厂 届时 LFC技术以其巨大的优势再次迎来新的发展高潮。2001年美国铸造学会 AFS 评选出十件获奖铸件 其中有五件是消失模铸件 后来连续几年AFS评选的十佳铸件都有消失模铸件 对比国外消失模发展历程1985年中科院长春光学机械研究所建成中国第一条LFC中式生产线。然而 LFC在中国较广泛的应用于生产是在20世纪90年代中后期 并且首先在乡镇企业、中小型铸造配件厂发展起来 同发达工业国家比较 我国消失模技术的发展步伐明显滞后一个阶段 。1995年中国消失模铸造技术学会成立2003年5月消失模铸造技术网站www xsm com cn开通 为从事消失模铸造研究、开发、生产和服务的院所及企业提供网络交流平台 目前全国已有近200家从事消失模铸造的企业、公司加入中国消失模铸造技术学会。据消失模铸造网络平台显示 目前国内消失模铸造发展规模是 从事消失模铸造的研究和技术推广的单位有二十余家 为消失模铸造提供设备、模具和材料的供应商且配套齐全的达五十家。拥有消失模铸造工艺的企业超过300余家 其中活跃的消失模铸造企业超过百家 经济效益较好 主要批量生产球铁管接头、汽车用箱体以及耐热耐磨备件等几大类铸件 形成中国消失模铸造的特色。

2006年中国消失模铸造产量估计超过30万吨。 国内消失模工艺发展现状及存在问题从国内外消失模铸造的发展历程 不难发现 同发达工业国家比较起来 我国消失模技术还远远落后于工业发达国家。并且不少企业急功进利 花巨资引进国外消失模生产线 希望拿钱买现成技术 。殊不知产品对象千差万别实际生产中 存在各种各样的技术关键和难题。往往在生产线建成后 技术难题久攻不克 只能生产一些质量要求较低的铸件 造成资源大量浪费 资金难于收回。总体上说 是由于许多企业对消失模铸造工艺了解不深入 刚开始认为消失模铸造工艺很简单 没有充分估计到它的规律性和复杂性 匆忙投产 又缺乏对每一个工艺环节的严格控制 结果在实际生产中面对粘砂、增碳、缩松缩孔及工艺出品率低等诸多问题时 没有成熟的理论做指导 也没有成功经验可参考 。有的工程师将消失模技术总结为“一看就懂一学就会 一做就废”。我国是一个铸造生产大国 各铸造企业为了使自己能在竞争激烈的市场中赢得一席之地 对铸件质量的要求越来越苛刻。然而在铸造生产过程中 有许多因素影响制约着铸件质量、产量的提高。作者通过对武汉钢铁集团的第四烧结厂、第四金工工厂、江岸车辆厂及湖北随州随通机械有限公司等多家消失模生产厂家的生产情况进行调研 发现以上厂家在生产中小铸件时 为提高工作效率都采用串浇的方式 但由于缺乏理论指导 往往需要通过十几次甚至几十次的试验 才能总结出适合某产品的串浇工艺。

这样 不仅耗费人力、物力 还严重影响工作进度。可见 对中小铸件消失模串铸工艺进行深入研究是相当必要的。 中小件消失模铸造的关键技术——串铸技术串铸技术是指将若干个相同型腔或模样的内浇道连接成一体的、组合成不同形式的结构 每次浇注均由同一浇包的金属液经过所有型腔或模样共用的浇注系统 以不同的充型方式分配至各个内浇道 完成全部型腔或模样的充填任务 待其冷却、凝固和落砂后即获得成串铸件的制造方法。由于消失模铸造采用遇金属液即消失的泡沫塑料作模样 无需取模 故采用串铸技术组模自由度较大 能大幅度提高生产率 成为生产不同批量的各类铸件的先进工艺。 中国古代串铸技术串铸技术起源于中国 曾在我国铸币史上留下了光辉的一页。根据考古工作者提供的史料和出土的实物证明 早在商周时期 人们就在软石或砖上刻出刀币、布币等的形状 将其覆盖在平面石板或砖上 即成为两合铸型 。其浇道开设在分型面上一端敞开 环钱型腔分别刻于其两侧 两者分布在同一型块上 浇注时将两合型捆紧竖直放置每型浇注后可得环钱6 12枚 这就是垂直串铸的原始形式其浇注方式和浇注系统形式与近代国外的恒压等流量浇注系统和无箱分型垂直挤压造型自动化生产线 DISA 有类同之处。

秦朝的立式串铸泥范春秋时期铸币方法开始改进 即用许多副相同的两合水平串铸的范块或范片层层叠合起来 其产量得到较大幅度提高。先秦时期秦始皇统一铸造“半两钱” 立式串铸得到发展和完善 还出现了金属型立式串铸 如图1 2所示秦朝的立式串铸。到了汉代 无论是铸型工艺设计、模具制作、造型材料和铸型制备等各方面 均已达到相当完善的程度 汉代立式串铸是我国独创的先进技术 当时大量用于铸钱工业 对铸钱数量和质量的提高起了举足轻重的作用 。西安袁家堡铜范、汉五铢阴文泉范和陕西宝鸡市叠串用铜范显示了我国秦汉时期立式串铸的高技术水平。西安袁家堡铜范的浇注系统与钱腔直浇道长度 230mm 上端宽度为24mm 下端宽仅为7mm 这种大锥形直浇道与近代的立式串铸的直浇道很一致 汉五铢阴文泉范在大锥度直浇道两侧各有3行钱腔 除两边行有钱腔9枚外其余均为10枚 一次可浇得汉五铢58枚 显著提高了生产效率 陕西宝鸡市簇拥叠串用铜范的圆盘形母范直径118mm 厚度9mm 周框宽6mm 5mm钱模共18枚 外周12枚 如图14所示 此为早期层叠串铸。 串铸技术在砂型铸造中的应用为了减少用砂量 充分利用铸型面积 提高生产效率和节省金属 将铸件布置在分配直浇道的周围 最好置于一块砂型中 而另一面为平面或为双面型块 以提高其利用率。

如双面型腔铸型 砂箱上下两面均布置型腔在生产中应用广泛 。随着串铸技术在在砂型铸造中的应用除了垂直串铸外 还有水平排型串铸 串铸技术在精密铸造中的应用熔模精密铸造又称失蜡铸造 它的产品精密、复杂、接近于零件最后形状 可不加工或很少加工就直接使用。熔模铸造的历史可以追溯到4000年前 最早发源于埃及、中国和印度 熔模技术曾在国内艺术铸造史上留下了光辉的篇章 10 经过制壳、脱蜡、型壳焙烧即得到类似砂型铸造的型腔 通过浇注 便得到几件或数十件铸件 则是串铸技术在精密铸造中的应用。 串铸技术在消失模铸造中的应用古老而年轻的串铸技术 从上世纪80年代至今进入了新的发展时期 从传统铸造领域推广到了特种铸造 本文第四章将详细介绍目前串铸技术在消失模铸造领域的应用。消失模串铸技术与砂型铸造中的串铸技术的主要区别有三点 浇注系统的各组元的尺寸比例不同。一般消失模串铸的浇注系统各组元尺寸比例比砂型铸造各组元尺寸大1520 11 实型与空型。浇注时消失模串铸技术是高温金属液取代一串泡沫模样 而砂型串铸则是金属液充填各个型腔。 充填顺序不同。消失模串铸即高温金属液所到之处泡沫模样迅速分解气化金属液逐渐推进 直到完全取代远端泡沫模样 砂型串铸时 金属液则从远端型腔开始充填 即金属液充填顺序与消失模串铸相反。

消失模铸造技术消失模铸造技术经过几十年的发展 目前较普遍的工艺是将与铸件尺寸、形状相似的泡沫模型粘结组合成模型簇 9即为组模现场12 。从图片上可看到工人在成型的泡沫浇道盘上粘结六个水泵壳体泡沫模样 其中浇道盘的中心凸台上扣着红色塑料罩 是起隔离涂料的作用 在造型时将其取下 再插入空心轻质耐热直浇道 这样凸台一方面起到定位直浇道作用 另一方面直浇道和底盘的连接不再需要胶 减少模组整体的发气性 胶的发气量是泡沫模样发气量4 再浸涂耐火涂料并烘干然后埋在干砂中振动造型 10在负压下浇注 使模型气化 液体金属占据原模型位置 凝固冷却后形成铸件的铸造方法。消失模铸造与普通砂型铸造相比 具有下列优点 铸件尺寸精度较高及提高了铸造零件设计的自由度造型完成后不起模、不分型 没有铸造斜度和活块。避免普通砂型铸造时因起模、组芯及合箱等所引起的铸件尺寸误差和缺陷 提高了铸件尺寸精度 同时 可根据铸件的结构进行设计 增大了设计铸造零件的自由度 13 14 10造型图片 简化了铸件生产工序缩短了生产周期 提高了劳动生产率 中心凸台 消失模铸造采用泡沫聚苯乙烯材料制模比用木材或金属制造模的过程简单 加工容易 粘合方便 制模效率一般可提高1 3倍。

尤其是复杂零件 原先需要多个零件加工组装的构成 采用消失模铸造工艺后可以通过分片制模然后粘合的办法整体铸出 有的复杂的缸盖和缸体模样可以由4 6个模片粘结 而且型芯可以省去 孔、洞可以直接铸出 大大减少机械加工 缩短了生产周期 提高了劳动生产率。 减少材料消耗降低模具成本 采用消失模铸造可节省大量木材 所用的泡沫型材料的成本 一般只为木模的三分之一左右 并且模具寿命长 大大降低单个铸件的模具费用。其次 采用无粘结剂的干砂消失模铸造 可节省大量的型砂粘结剂 型砂可以回用 砂处理简单。 消失模铸造具有串铸优势出品率高 消失模铸造生产中 由泡沫模样质量轻 可根据泡沫模样结构在砂箱内随意组装 同一泡沫模样可进行不同方式的浇注设计 一串浇注出几件甚至几十件铸件 故铸件工艺出品率高。下面以叠串工艺展示消失模串铸技术的高效率和高工艺出品率 如图1 11所示 国外某公司设计的水平叠铸 在双向横浇道两侧 对称布置分横浇道 再在各分横浇道两侧对称分布多个泡沫模样 将一支横浇道上的所有泡沫模样视为一组 来自直浇道的金属液通过主横浇道进行一次分配 同时进入各分横浇道 15 。此后 再由各分横浇道进行二次分配 高温金属液同时取代各泡沫模样。从图片可知 每串12件 上下双层结构 即一次浇铸96个铸件出品率达90 以上。11水平叠铸 12斗齿模型及其叠铸工艺 国内 河北临漳县特钢公司采用类似浇注系统结构 12生产斗齿 由于斗齿体积较大 根据砂箱尺寸 一串生产48件 成功浇铸出斗齿 工艺出品率达80 左右精密铸造专用砂。

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