消失模·V法铸造学习报告

1、2015.10.26 桂林消失模V法铸造学习报告supersuper目录1消失模铸造简介2消失模铸造工艺设计与新技术4消失模铸造典型缺陷分析3消失模铸造案例分析5消失模铸造用涂料6消失模铸造工装设备7消失模铸造实习与试验1消失模铸造简介 消失模铸造是把涂有耐火涂料的塑料泡沫模型（白模）放入砂箱，模型四周用干砂充填，采用微震抽负压紧实，浇注液态金属，在浇铸和凝固过程中继续保持一定的负压，使泡沫塑料模型气化继分解而被金属液取代形成铸件的一种新型铸造工艺。白模白模的制作的制作喷涂喷涂与烘干与烘干浇注系浇注系统设置统设置填砂填砂装箱装箱抽负压抽负压烧空烧空浇注浇注振动振动落砂落砂清理清理流程工艺流程工

2、艺流程白模的制作1-1入库EPS珠粒预发泡熟化成形冷却脱模干燥模样组合检验白模的白模的基本要求基本要求1、模样表面粗糙度低，无过融、缺凹、伤损、油污缺陷；4、模样的尺寸要精确、稳定；5、模样的结构与工艺设计要合理。2、模样要有一定的强度与表面刚度；3、模样在确保强度与刚度的前提下密度要小且各部位密度均匀；白模制作要点1-1.1 1、泡沫材料的选择：EPS、STMMA与EPMMA。EPS含碳量最高，发气量最小；EPMMA含碳量最低，发气量最大；STMMA是以上两种的混合物。 2、预发泡的工艺流程：加热预发泡筒加料并搅拌抽真空喷水雾停抽真空卸料。 3、模样的熟化：其主要目的就是消除水分和稳定线收缩

3、率。 4、模样密度参数的选择：为保证模样有足够的强度与刚度，根据模样的壁厚等因素选择合适的密度。 5、模样的烘干：注意含水量与收缩率。 6、模样的变形与过度边角的处理：对于不可避免的变形可根据经验设置反变形余量；模样过渡边角一般要用涂料泥补成圆角。消失模铸造的优点与局限性 消失模铸造以生产投入少、铸件余量小、表面质量高和可直接生产复杂铸件等优点被广泛采用，并被誉为“21世纪绿色铸造新技术”。但它同样有着明显的局限性，主要有以下三点，对策此三个问题是本次学习的主要内容。1-2碳缺陷123 结晶质量低不环保干砂负压浇注的铸件凝固和冷却过程缓慢、结晶粗大、组织不致密、铸件不耐磨1、装箱时灰尘大2、E

4、PS高温裂解成CO2、苯等有害气体泡沫模型热解导致铸件增碳、夹渣、皱皮、成分不均和机械性能恶化等缺陷问题问题对策-先烧后浇、振动浇注1-3振动浇注振动浇注先浇后烧先浇后烧 传统的消失模铸造是将铁水直接浇注到表面有涂层的白模中，缺氧情况下塑料泡沫模型遇高温会热解生成气体、液体和裂解碳，这会造成环境气体污染与铸件的增碳、碳夹渣、气孔和皱皮等缺陷。 先烧后浇是指在浇注金属液之前快速燃烧掉塑料泡沫模型，只留下模型的涂层空壳，以便浇注。 传统的消失模铸造是在负压干砂型腔中浇注金属液，干砂负压双重的缓慢冷却决定了铸件的结晶粗大、组织疏松，从而导致其机械性能与使用性能差。 振动浇注是指在金属液结晶时以一定的

5、频率变速振动，使金属结晶平衡相压缩、拉伸与破碎，从而增加晶核的生成率和平衡相黏度、均匀金属液成分和加速金属凝固。 浇注系统是指铸型中引导金属液流入型腔的通道，一般包括浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道和冒口。在工艺设计中主要是计算和确定浇道和冒口的技术参数，以及选择浇口杯与浇注形式。消失模铸造工艺设计2设计的设计的基本原则基本原则1、浇注系统应能保证金属液连续、平稳充型，能阻止熔渣和气体进入型腔；2、横浇道的主要作用是减缓金属液的流动与冲刷，避免熔渣进入型腔。其挡渣作用是通过其合理的结构以及它与直、横浇道之间组合位置和大小的合理比例来实现的；3、内浇口的大小、形状与位置和砂型铸造一样对铸件的影响至

6、关重要。浇注系统的型式 浇注系统根据其各单元断面大小比例分为封闭式、半封闭式和开放式；如下表，F直、F横和F内分别指直浇道、横浇道和内浇道的总截面积。铸件大小划分：小件100Kg 中件1000Kg 大件10000Kg F横F内浇注时铁水快速充满浇道，呈压流动状态，有较好的挡渣作用，但铁水对涂层冲刷力较大，一般用于中、小铸件半封闭式F横F直F内浇注时浇注系统快速充满，有一定的挡渣作用，铁水对涂层冲刷力较小，一般大、中、小铸件均可使用。浇注大件时应采用耐高温冲刷的高强涂料开放式F直F内浇注系统短时间不能充满，呈无压流动状态，充型平缓，挡渣能力差，冲刷力较小，浇注大件时由于时间较长直浇道会因冲不足与

7、涂层脱落而“长粗”浇注系统各单元断面面积比例的选择及其特点浇注系统各单元断面面积比例的选择及其特点浇注系统的形式 不论是砂型、消失模、V法或其它形式的铸造，浇注系统的基本形式和设计原则是基本相同的。根据铸件结构的不同和防缺陷的侧重点不同，常用的进铁水的方式有如下十种。2-2浇口杯设计 浇口杯主要功能是储备铁水，使进入型腔的铁水充型连续、平缓，并有一定的挡渣作用；主要参数是其容量与形式的选择。2-3常用浇口杯的几种形式常用浇口杯主要有：1、普通漏斗形浇口杯2、带过滤网的漏斗形浇口杯3、普通盆形浇口杯4、带闸门的盆形浇口杯5、带柱塞的盆形浇口杯2-3.1内浇道设计 内浇道直接与型腔相通，它的作用是

8、使铁水快速、有序理想的充入型腔；它的位置、形状和大小可以决定金属液的流速、流向和流态，对铸件质量至关重要。2-4内浇口设计要点 1、不要设在铸件重要部位，以免局部过热而造成铸件缩松、裂纹、缩孔、结晶粗大和铸件粘砂等缺陷； 2、对壁厚较均匀的铸件，为实现同时凝固，内浇口应开设在薄壁处。对壁厚差异较大的铸件，为实现顺序凝固，内浇口应开在壁厚处，或者通过冒口进入型腔，以提高补缩效果。对于收缩率较大的合金（如钢铁、球铁、可锻铸铁等）多考虑顺序凝固以开设内浇口； 3、内浇口应尽量沿着型腔空间开设，避免垂直近距离直接对涂层壁或涂层突出的薄弱位置冲刷； 4、内浇口开设应避免金属液进入型腔后发生紊流，避免金属

9、液在型腔内长距离流动后双向对流汇合，以免出现铸件冷隔。 2-4.1内浇口设计要点2-4.1 5、内浇口开设不能过于集中，应考虑温度相对均衡，特别是易变形、热裂及浇口附件易产生气孔的铸件。分散的内浇口还应有利于进铁水后模型的充分气化与排出； 6、内浇口应尽量设置在铸件方便切割与打磨处，其与铸件接口处的截面厚度应小于铸件此处壁厚的一半； 7、内浇口的设置更重要的一个基本要求是必须以碳缺陷形成与抑制的理论为依据，正确选择和设置其位置。 浇注时间与平均压头的计算2-5式中：t浇注时间（S）G铸型中金属液总重量（Kg）V金属液充型速度（Kg/s）S经验系数，随着铸件大小、壁厚的不同而变化，参考值可查有关

10、资料。 冒口的主要作用是补缩，用于补缩铸件容易产生缩孔或缩松的区域，从而获得组织致密的合格铸件。当然，冒口的作用还有保温、排气、集渣和溢流（储存冷铁水）等作用。冒口设计设计的设计的基本原则基本原则1、冒口的位置一般设置在可能产生缩孔或者缩松的热节区或壁厚的部位。冒口多设置比其补缩的热节部位高；2、在满足补缩作用的前提下，冒口设置要方便去除与打磨。在能满足补缩条件的情况下，冒口尺寸应尽量小；3、为了使冒口最晚凝固，其形状应尽量选择模数大的，如球体与圆柱体；为了控制压头压力与补缩效果，暗冒口顶部应做成下凹的沟槽。2-6 冒口尺寸确定的依据是铸件需要补缩热节圆的直径或截面厚度，同时也需考虑铸件重量和

11、材质的影响。一个铸件冒口尺寸的确定和合理设置，应是理论计算、经验修正和生产验证三者的结合。冒口尺寸的经验计算与确定2-6.1 1、T铸件需要补缩部热节圆直径或断面厚度。对于铸件结构有利于补缩时，D/T取偏小值，反之偏大。具体应用中可参考经验数值； 2、冒口的高度H除受D影响外，还需考虑铸件本身的高度，特别注意暗冒口高度； 3、冒口颈与铸件接触面的形状是根据铸件接触处外形决定的，一般要考虑到方便切断与打磨； 4、冒口的个数可根据冒口的有效补缩距离来决定，一般原则是宁多而小、不可少而大。具体应用中可参考经验数值； 5、当一个冒口补缩两个或以上的热节时，冒口直径与高度要适当增加。冒口尺寸设计的要点2

12、-6.2 冒口的设置一定要从实际生产出发，其理论计算的结果还要在实际生产中不断修正。冒口模数计算法（即Chrorinov计算公式）对冒口参数的确定可作参考之用。冒口尺寸参数的模数计算法2-6.3 所谓的冒口模数计算法，即Chrorinov计算公式： t=(M/K)t=(M/K)2 2由于冒口要对铸件热节处补缩， 即 t t冒冒tt件件因此：M M冒冒=CM=CM件件式中：t金属液凝固时间（s） M模数（cm） K凝固系数 C冒口安全系数（1） 由于球冒口的（体积/表面积）值比圆柱体、长方体的都大，故球形凝固时间最长，是为最佳的冒口形状。 消失模（泡沫模样）最大的特点就是量轻、质软、强度低、易变

13、形和缺损断裂，在浸涂涂料与装箱过程中表现尤为突出。 消失模铸造的工艺筋分为铸件工艺筋与模样工艺筋两种。铸件工艺筋与砂型铸造中的一样，是防止铸件产生裂纹或变形的一个附加结构，其又分为收缩筋与加强筋，它们尺寸主要与铸件的壁厚有关，详细可参照铸造手册。模样工艺筋的作用是防止泡沫模样变形与加固模样的某些结构，其设计时没有统一的规范与参数，一般是竹签与细木条用胶带固定在模样上，并一起浸涂涂料，防止模样变形与断裂。消失模铸造工艺筋的设置2-7 双合金复合熔铸主要有两种形式：一是一种固态金属与另一种液态金属复合熔铸，称为固-液复合熔铸；另一种是一种液态金属与另一种液态金属复合熔铸，称为液-液复合熔铸。固-液

14、复合熔铸之固态金属一端是镶嵌与泡沫模样之中，相当于一块内冷铁（冷铁最后粘连在铸件上，为铸件的一部分）。双金属液-液复合熔铸可以理解为两种不同成分的金属液在铸型中分层凝固（不能混合凝固）。复合熔铸多为一些结构简单的耐磨铸件，如高锰钢或高铬铸铁锤头之类。双合金复合熔铸2-8 本次培训介绍了国内外许多铸造厂的消失模铸造生产实例，从中我深刻体会到消失模铸造工艺对其生产的严重影响。我从这众多案例中选取一例具有代表性的产品，联系生产实际状况，对其进行工艺分析，希望从中我们能感受到其工艺之美妙。消失模铸造案例3 案例：消失模大型橡胶机案例：消失模大型橡胶机械托板铸钢件批量化生产械托板铸钢件批量化生产技术要点

15、： 先烧后浇 边振边浇 案例：消失模大型橡胶机械托板铸钢件批量化生产案例：消失模大型橡胶机械托板铸钢件批量化生产工艺分析3-1材料：材料：ZG35ZG35直径：直径：1.8m1.8m 重：重：1660Kg1660Kg生产难点：生产难点： 筋板遍布夹角多 圆面过大易塌箱工艺要点：工艺要点： 平面朝下斜放10度（便于铁水流淌与防塌箱）；凸台上缘设2个冒口，内浇道与两冒口相连（利于补缩，内浇口忌开在内圆孔下沿热节处，明冒口顶注防止塌箱）；筋板夹角处要抹一层涂料膏（防粘砂，易清理）；白模整体要浸涂高强度耐高温冲刷涂料。先烧后浇先烧后浇边振边浇边振边浇 在实际生产中细节决定成败，一定要管控好每道在实际生

16、产中细节决定成败，一定要管控好每道工序的生产标准。工序的生产标准。生产流程3-2工艺分析与设计工艺分析与设计覆盖保压薄膜覆盖保压薄膜填砂与埋负压管填砂与埋负压管 制浇冒口颈制浇冒口颈 富氧烧空富氧烧空浇注与振动浇注与振动落砂清理去冒口落砂清理去冒口模样制作与烘干模样制作与烘干生产流程生产流程 1、工艺分析：根据铸件的结构特点、尺寸与材质等因素，结合浇注系统的理论计算结果；务必清楚其工艺难点与缺陷的预测。 2、喷涂与烘干：白模刷涂料前要先烘干并保证其收缩率与变形量；喷涂涂料后要检查涂层质量；烘干时要注意烘干温度与时间。 3、填砂与浇冒口颈制作：填砂时要注意转角处填砂紧实，并保证涂层完整；为燃烧模

17、样方便与浇注时不形成粗浇、冒口颈，浇、冒口颈处要用水玻璃砂填实（浇口颈处用CO2吹干固结，冒口颈处用酒精固结）。 4、抽负压：注意不同铸件的真空度的差别与浇注不同阶段抽气量的不同。 7、振动：对于不同壁厚的铸件振动的时机不同，主要是金属液凝固时振动碎化结晶。 8、富氧烧空与浇注：富氧燃烧时注意不要将浮砂吹入型腔，泡沫模样一定要完全燃烧（特别对于铸钢件）；浇注完成后顶冒口处覆盖碳渣保温。注意要点3-3 消失模铸造工艺与传统的铸造工艺不同，因而，铸件会产生一些其它铸造工艺上所未见的新缺陷。对待铸造缺陷，应根据消失模铸造工艺的特点作具体分析，从而采取正确的对策。消失模铸造常见的工艺缺陷有铸型损坏、浇

18、不足、粘砂、铸钢表面增碳、气孔、浇道喷溅金属液等。消失模铸造的典型缺陷分析4 铸件损坏与变形是消失模铸造的常见缺陷，大致有以下几种：1、模样变形而导致的铸型变形。发泡模成型后应充分干燥；上涂料及烘干时防止模样变形；填砂时多次填充、振动紧实，注意模样变形与涂层损坏。2、铸型坍塌。当铸型上部砂层太薄时，可能因金属液的浮力而损坏（抬箱）；浇注时发泡模分解产生的气体压力高或铸型中出现短暂空洞，铸型易塌箱。3、浇注系统设置不当而导致的铸型损坏。例如制造较大铸件时，内浇道太短，铸件与横浇道间的砂层太薄，会使这一薄砂层损坏。铸型损坏与变形铸型损坏与变形 铸钢件表面增碳。消失模铸造由于要燃烧泡沫模型，对铸钢件

19、易产生增碳缺陷，但对于高锰钢与铸铁件增碳不明显。增加砂箱负压可降低增碳现象，对于要求高的铸件可用EPMMA珠粒代替EPS珠粒。增碳、金属液喷溅与浇不足4-1 浇道喷金属液。砂箱内负压程度大，金属液充型程度过快，金属液容易卷入大块已发生体积收缩但未分解的模样，这些模样受热分解会造成金属液喷出。较理想的解决办法是合理设计浇注系统。用EPMMA泡沫制作模型时，因其发气量较大，容易发生金属液喷溅现象。 浇注不足。消失模实型浇注时金属液热解泡沫模样会损失一部分热量，特别是浇注薄壁铸件或温度低的合金（如铝合金），容易出现浇不足或冷隔缺陷。防止此类缺陷的对策有，适当提高浇注温度、通过增加负压来缩短浇注时间与

20、以降低发泡模密度来降低其分解的温度。 在浇注过程中，高温金属液对涂层（型壁）产生热化学作用与机械作用,当涂层抵抗这些作用能力减弱或丧失时，铸件将产生粘砂缺陷。粘砂缺陷从形成机理上可分为热粘砂、化学粘砂和机械粘砂，它们之间相互影响，不利于分析解决问题，故我们从粘砂形成原因的角度分析与对策。粘砂1、浇注温度过高。传统的消失模铸造浇注时由于要气化泡沫模型，故浇注温度要适当提高，此举也利于消除浇不足等铸造缺陷，但温度过高就会产生粘砂；2、型砂填充紧实度不够。型砂填充过程中有时局部填砂不紧或内腔转角处（特别是水平孔内）型砂不易填充，容易造成铸件粘砂。故填砂时要多次振动填砂和内腔处塞砂，对于细小孔处可用自

21、硬砂泥芯等方法消除粘砂缺陷；3、涂层太薄或透气性太高，都有可能导致粘砂。这种问题只能以增加涂层厚度或者换涂料来解决。4-2成因成因与分析与分析 气孔是铸造中最主要的缺陷之一，不管是消失模还是砂型铸造，解决气孔缺陷都是不可避免的问题。但消失模铸造中气孔产生的原因更为复杂。气孔4-31、原汤中S、P元素含量过高。为保证铸造质量一般铸件中要求S0.03% ，P0.04%，但可锻铸铁需要提高柔韧性与拉伸强度，需要提高S、P含量；2、涂料透气性差造成的气孔。如果涂料透气能力差，模样分解产生的气体不易排出，除影响金属液充型速度外，在排气条件特别差的部位，金属液还会卷入气体，造成气孔；3、白模或刷涂料后的模

22、样不够干燥易形成气孔。模样中含有水分，浇注时金属液就可能卷入气体而造成气孔，故白模与涂层在进入下一工序前一定要充分烘干；4、粘合剂造成的气孔。组装泡沫模样所用的粘合剂与抹缝剂等，浇注时其残渣的发气量很大，容易被金属液卷入而导致铸件形成气孔；5、卷入泡沫模样造成气孔。铸造薄壁件时砂箱内负压过高，浇注时真空系统的抽气量大于模样分解产生的气体量，有利于金属液沿铸型壁流动，就可能包裹中间还未分解的模样，产生气孔。成因成因与分析与分析 铸造涂料是一门涉及多学科的综合科学，它的配制与选用涉及到很多方面。其中在铸造中最关注的是其高温稳定性及与金属液反应惰性。消失模铸造用涂料5作用作用1、防止铸件粘砂并降低铸

23、件表面的粗糙度；2、保护模样并形成一个完好而可靠性高的铸件；3、顺畅地把泡沫模型在浇注或燃烧中产生的热解物排输到铸型之外。 传统的消失模涂料基本由五部分组成，分别是耐火骨料、载体、悬浮剂、黏结剂和添加剂。消失模铸造涂料的组成5-11、耐火骨料骨料对涂料的耐火度、化学稳定性和透气性等起主要影响。常用的骨料有石英粉、铝矾土镁砂粉、刚玉粉、石墨粉等约30种。2、悬浮剂悬浮剂的主要作用是防止固体骨料在载体中沉淀，并能调节涂料的工艺性能。常用的水基涂料悬浮剂有甲基纤维素CMC、膨润土、糊精以及凹凸棒土等。这些材料往往要用水浸润24小时以上再用，以引发其悬浮性。3、黏结剂黏结剂的作用是粘合涂料中所有组分，

24、并对模样有一定的粘附性，使涂层有足够的强度和耐磨耐冲蚀性。通常有硅溶胶、聚醋酸乙烯乳液和水溶性酚醛树脂等。4、添加剂添加剂有防腐剂、消泡剂、润湿剂和活性吸碳剂等。5、载体载体即是溶剂，分水基与醇基（乙醇）等。 传统的消失模涂料配比太过繁杂，质量不易管控。中南铸冶发明了适用范围广、配用方法简单的“一料通”添加剂桂林5号。消失模铸造“一料通”涂料5-21、外观：粉状+少量绒状（以棉花为原料的高透气抗裂水溶性纤维），浅灰黄色，微味。属多微孔网状分子结构，PH值78.5，弱碱性。2、适用范围广。能与所有耐火骨料配用，适用于各种材质的铸造生产；既可用于消失模实型浇注，又适用于空壳浇注。3、安全无害，配方

25、简单。具体工艺流程为（1Kg桂林5号粉+10Kg耐火骨料粉+10Kg水）中速搅拌约10分钟，再加适量的水调节到合适浓度，再搅拌20分钟即可出浆使用。特点特点 在实际生产中，消失模铸造装备的设计与选用是关系到前期投入、生产产品的类型、生产成本与效率等方面的大问题。一条优秀的生产线绝对是铸造生产成功的必要保证。 在消失模铸造装备中振动台、真空系统和铸造热处理炉是三个最重要的生产装备。消失模铸造生产6 消失模铸造车间主消失模铸造车间主要生产工部及生产流程要生产工部及生产流程 1、发泡成型工部的装备。主要有预发泡机、熟化仓、成型机、蒸汽锅炉、成型模具等。除成型模具外均属国内外商品化的定型装备，其型号、

26、结构、性能等参考各自的说明书即可。2、模型制备工部装备。主要有泡沫切割装置、模样粘合用具、涂料配制搅拌机、涂料施涂槽、白模熟化干燥烘房、模样涂层烘干房等，均属非标化装置，需因厂制宜设计制造。3、装箱振实造型工部的装备。主要有振实台、砂箱、砂处理设备等，均属非标准化装置，需因厂制宜设计制造。4、负压浇注工部的装备。主要有真空泵等，真空泵是商品化定型装置，按不同规格选用。消失模铸造工装装备6-1消失模铸造生产涉及的主要装备：振实台6-2 振动台按振动维度分一维、二维和三维三种，基本要求是填充效果。国内常用的振实台以三维结构占多数，结构特点是垂直方向和两个水平方向各装有3对振动电机。在生产中要注意其

27、振动的均匀性，不能偏振。在空壳浇注的消失模铸造生产中，当金属液凝固临界状态时振动，可细化晶粒获得高质量铸件。真空系统6-3 干砂负压消失模铸造需要有合理而稳定的真空系统，亦称负压系统，这是保证消失模铸造正常生产的基本条件。真空系统主要由真空泵、水汽分离罐、稳压过滤罐、分配阀门、真空度表、真空胶管、沉砂罐、缓冲罐等组成。 1、对经过振动台振动紧实的砂型起二次强力紧固作用，以形成一个足以防止涨箱或塌箱现象，完好坚固的整体铸型；2、在泡沫空壳燃烧或实型浇注过程中，真空系统把泡沫模样燃烧气化生产的热解产物抽吸并排出沙箱之外，从而保证泡沫气化平衡进行；3、抽走砂箱可能因密封不良漏入的气体，以及空壳浇注时

28、从浇冒口进入型腔的气体，并使这些气体在空壳内始终形成对涂层壁垂直向外的作用力，起保护涂层，涂层紧贴砂型表面的作用。真空系统6-3.1真空系统在消失模铸造生产中的主要作用： 消失模铸造生产真空度选择与调控参数表真空度的选择与调控6-3.2 真空度的选择与调控对消失模铸造来说十分重要。生产实践表明,当真空度过小时，铸件易产生皱皮、炭黑、增碳、气孔、冷隔、浇不足、反喷甚至塌箱等现象。当真空度过大时，铸件则易产生穿透性粘砂、针刺、涂层清理困难、结疤、节瘤等缺陷。而且在生产中不同的阶段需要抽走的气量也是不一样的，具体情况视实际生产而定。铸件种类铸件种类铸钢件铸钢件铸铁件铸铁件铸铝件铸铝件真空度/MPa-0.04-0.06-0.03-0.05-0.01-0.02 航空涡喷式热工炉的核心技术是运用航空涡喷发动机、空气动力学和热力学的基本原理，在热风带中设置涡导装置，令鼓入的气流成为龙卷热流，再穿过燃烧室使燃煤充分燃烧形成热流直接加热或进入加热炉腔，使铸件均匀热透和快速升温，并与氧气完全隔绝，龙卷火流燃烧加热的路线比传统的煤气炉或油炉延长50100倍，这就是火流获得充分时间实现100%燃烧和高效加热铸件的基本原理。航空涡喷式热工炉6-4 反射型热工炉（应用于烘干房