采用壳型铸造.doc

特种铸造的发展现状及工艺 作 业 学校：内蒙古科技大学 班级：机械1010 姓名：张艳玲 学号：1064103021 特种铸造的发展现状及工艺1 采用壳型铸造，原使用模具采用顶住封闭式浇注系统，即直浇道、横浇道、内浇道均在铸件的上方，排气、避渣效果不好，铁水对型腔的冲刷较严重。若型腔内存在残余浮渣或型砂飞边，易被冲刷掉而堆积在铸件的上端部件，造成夹砂；铁水净化不彻底，残渣流进型腔不易排出，造成夹渣；铁水流入时，内浇道被铁水充满，型腔内气体不能全部有效排出，造成气孔。铸件凸台处存在缩松。针对以上问题，对模具工艺做了一下试验：（1）将内浇道由垂直进水改为切向进水，便于型腔内的气体和渣、砂上浮。试验表明该办法对铸件产生的缺陷无明显改善。（2）将浇注系统由顶注式改为底注式。铸件的渣孔、气孔问题可得到解决，但在凸台和法兰盘部位产生缩松。顶冒口偏小，铸件补缩不足:顶冒口加大，冒口颈部产生铸件倒拉。试验证明该方案不是最优方案。（3）将直浇道、横浇道、内浇道由原来的封闭式改为半开放式，减少横浇道截面积，增加内浇道截面积；内浇道上方增设补缩冒口；铸型侧上方增设出气口；为保证补缩，将凸台位放在铸型的下方。2 泡沫模样材料及高表面品质模样的制备技术 一般选作消失模铸造模样用的泡沫必须是发气量较少、热解残余物少的泡沫塑料。1000时聚苯乙烯泡沫塑料发气量是105cm3/g，而酚醛泡沫塑料和聚氨酯泡沫发气量分别是600cm3/g和730cm3/g；聚苯乙烯泡沫塑料气化的残余物仅占总量的0.015%，而酚醛泡沫塑料和聚氨酯泡沫塑料则分别为44%和14%，因此，通常采用聚苯乙烯泡沫塑料作为消失模铸造的模样材料。但是EPS分子中含碳量高，热解后产生的碳渣多，影响铸件品质。为解决上述问题，美国DOW化学公司于1986年开发成功聚甲基丙烯酸甲酯(EPMMA)的新型发泡材料，并成功地应用于生产，取得了明显的小姑。然而，EPMMA的发气量和发气速度均比较大，后来人们利用苯乙烯与甲基丙烯酸甲酯（MMA）竞聚率相近的特点，合成了EPS和MMA以一定比例配合的共聚料-StMMA，在解决模样材料的发气量大以及铸件缺陷两方面都取得了较好的小姑，成为目前消失模铸件生产中广泛采用的新材料。 模样的成型工艺及成型装备也十分重要。Teubert公司在以开发的设备基础上，不断加强模样成型工艺的研究，在探索出造成模样内在缺陷和表面品质欠佳的原因后，积极进行成型设备关键部件的改进。 虽然旋转的流量计圆盘阻碍了填充气流，但对于获得高品质的泡沫模样，它仍是一个有效的措施。不过，他们最近的研究发现：1空气压力对加料斗中的预发泡珠粒作用仍较大，使珠粒变形，导致泡沫模样密度增加；2因为流量计圆盘的阻碍作用，珠粒回流进料斗不能达到100%。 Teubert公司基于上述性能，将料仓中的压力降低到最大值为0.5pa，同时，充型压力也从以前的6pa降低到4pa。另外，利用Teubert压力调节器，保证了一个恒定的充型压力。为降低进入模腔的空气流量，特制了注入器皿中的空心喷射嘴。尤其是Teubert公司对其发泡设备中的数字蒸气系统和分流系统以及软件、硬件等方面做了进一步的改进，这是值得我们借鉴和学习的。 此外，法国的KNAUFIndustries公司在提高泡沫模样的内在品质，尤其是表面品质方面已做了大量的研究工作，目前已形成成熟的工艺。他们展示的泡沫模样，表面珠粒相当不错，所使用的泡沫材料为美国Styro-chem公司的EPS3消失模铸造技术应用与市场开拓消失模铸造也称气化模铸造、实型铸造、无型腔铸造。该工艺尺寸精度高达0.2 mm以内，表面粗糙度可达Ra5mRa6m，被铸造界誉之为“21世纪的铸造新技术”、“铸造的绿色工程”。该工艺方法是采用无粘结剂干砂加抽真空技术。据2003年统计，我国有150家企业用该工艺生产箱体类、管件阀体类、耐热耐磨合金钢类等三大类铸件，总产量超过10万t。国内汽车铸造厂，有的采用国产铸造生产线：有的采用简易生产线或单机生产；有的采用国外引进铸造生产线生产。一汽集团公司1993年从美国福康公司引进造型用振动台，生产 EPS模的预发泡机和成型机等设备，生产汽车进气管。长沙发动机总厂从意大利引进自动化铸造线生产铝合金气缸体、气缸盖铸件。合肥叉车集团用4段泡沫模片粘结成整体的工艺生产复杂箱体铸件，尺寸精度可达到 CT7-CT8级，产品出口美国。成都成工集团，用8块泡沫模片粘结成整体的工艺生产装载机变速器，铸件质量达320 kg，与砂型铸造比较，毛坯减重15%，成品率达95%以上。消失模工艺近几年在美国有较大的发展，通用汽车公司投资建造了6条消失模铸造生产线，大批量生产铝合金气缸体、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。未来的发展方向必定是质量好、复杂、精密、寿命长的高档模具。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。 在欧洲，1993年德国宝马汽车公司开始建设一条年生产20万只各种规格铝合金汽缸盖的消失模生产线，到1995年5月正式投产，成品率在90%以上，每天生产1500个铝合金气缸盖。福特汽车公司于1984年建成的消失模铸造线大批量生产进气歧管并持续到上世纪90年代。1986年通用汽车在Massena建成另一条大批量的消失模制模和浇注生产线，为Chevrolet生产铝合金缸体、缸盖。随后通用汽车在肯塔基州的Greenfield建成为Saturn配套的消失模铸造线，生产铝合金缸体缸盖，球铁曲轴和壳体件。通用汽车还在密歇根州的Saginaw和俄亥俄州的Defiance分别建立了两处消失模铸造基地，为轻型卡车生产铝合金缸体缸盖。Mercury Marine公司也于1984年在威斯康星州Found du Lac建立了消失模铸造线生产船用发动机铝合金缸体缸盖，于2000年在新址又建立了更新的消失模铸造线，位于阿拉巴马州的Mueller Corp。拥有多条消失模铸造生产线，生产消防栓及闸门部件。其他成功应用消失模铸造技术的还有位于宾夕法尼亚州的Advanced Cast Products（铸铁）、位于印第安那州的Genernal Aluminum（铸铝）、位于阿拉巴马洲的American Foamcast(铸铝)、位于华盛顿州西雅图的Irish Foundry出了铸铝外，还用了消失模铸造技术生产铸铜件。 消失模生产的铸件量锦棉来在美国持续增长，但纵观欧美市场，消失模铸造技术的市场开拓并不十分尽人意，其原因主要有以下几个方便：1对消失模铸造成本价格的错误估算；2利用传统铸造理念产生的铸造工艺设计错误；3过高的估计了消失模的优势，特别是在尺寸精度方面；4保守的投资及对新技术、新工艺应用的迟疑性。 对该技术的采纳和推广的最初始的迟疑来源于该技术本身的完善性。因此，消失模铸造其本身的技术进步至关重要。随着泡沫材料气化程度的进一步改进，以及浇注冒口的优化设计，已经有效地改善了铸件表面品质，并成功地进入相应的市场。另外，新的切削方法，快速的自动化加工等方法的出现，将有利于降低消失模的加工成本，因此，重要的研究进展将加速消失模住在技术的进步。这些研究进展包括快速加攻技术、数值模拟、泡沫表面的光洁度与熔化程度、泡沫中的嵌入物、无涂层铸造、材料作何（包括泡沫材料）、铸造过程中的变形控制、典型缺陷的降低和力学性能的改善、整个设计链的集成以及全套生产链的集成。汽车铸造现状1 中国汽车铸造业现状 中国是当今世界上最大的铸件生产国家，据资料介绍，我国铸造产品的产值在国民经济中约占1%左右。最近几年，铸件进出口贸易增长较快，铸件的产量已达到9%左右。我国铸造厂点多达2万多个，铸造行业从业人员达120万之多。“长三角”地区的铸件产量占全国的1/3，该地区主要以民营企业为主，汽车和汽车零部件行业的发展有力地拉动了铸造行业的发展。万丰奥特是亚洲最大的铝合金车轮企业，年产值超过10亿元，出口额达6 000美元。昆山富士和机械有限公司生产汽车发动机和制动系统的铸件，年产量达4万t，销售收入5.5亿元。华东泰克西是一个先进的现代化气缸体铸件生产企业，具有年产1 00万件轿车气缸体铸件能力。山西是铸造资源大省，有丰富的生铁、煤炭、铝镁、电力、劳力资源、使山西的铸造产业有得天独厚的优势，具有500个铸造企业，80%为民营企业。山西国际、河津山联、山西华翔年产量分别达4万t、2万t、12万t。“东三省”有一汽集团、哈飞集团等骨干汽车企业带动了汽车铸件产量的增长。一汽集团铸造公司，已经形成40万t铸件的生产能力。辽宁北方曲轴有限公司，到“十一五”末将形成年产15万台发动机、100万件曲轴、产值20亿的曲轴生产基地。“珠江三角洲”压铸行业发达，有700多个压铸企业，年产量达20万t。东风日产、广州本田、广州丰田和零部件企业有力带动了压铸业的发展，轿车气缸体、气缸盖的压铸件产量逐年增长。 2 国外铸造业现状 近几年来，全球铸造业持续增长，2004年铸件产量比上一年度增长8.4%，中国生产铸件2242万t，全球排名第一，比上一年增长23.6%。全球十大铸件生产国的产量与增长率见表1。从表1可见，2004年中国的铸件产量约占全球铸件产量的1/4。巴西铸件产量增长最快，达到25.8%。增长率超过2位数的国家有巴西、中国、墨西哥、印度，都是发展中国家。而发达国家的铸件增长率普遍较低。美国铸件产量自2000。年以来，已经退居到第2位。2004年美国铸件总产量为1231万t，其中灰铁件占35%、球铁件占33%、铸钢件占8.4%、铝合金件占16%。从需求上看，球铁铸件和铝铸件的需求在增长。2003年进口铸件占总需求的1 5%，进口铸件的价格比美国国内低20%50%。近年来因铸造环保要求高、能源消耗大、劳动力昂贵等原因，美国大型汽车公司生产普通汽车铸件的铸造厂纷纷关闭，逐步将铸件的生产转向中国、印度、墨西哥、巴西等发展中国家。日本的铸造业不景气，其从业人员在减少。2004年日本铸件总产量为639万t，其中灰铁件占42%、球铁件占30%、铸钢件占4%、铝合金件占21%。从需求上看，球铁铸件和铝铸件的需求在增长。日本铸造界在技术创新方面作了大量工作，开发了球型低膨胀铸造砂、高减振铸铁材料、中硅耐热球铁等材料。其真空压铸的铸件能焊接和热处理，半固态铸造生产用于汽车铝轮毂，提高了强度和伸长率。镁合金压铸进一步发展，并取代重力铸造，其性能提高，成本降低3 汽车铸造技术的发展方向 汽车技术正向轻量化、数值化、环保化方面发展。据有关资料报道，汽车自重每减少10%，油耗可减少5.5%，燃料经济性可提高3%-5%，同时降低排放10%左右。铸件轻量化主要有两个途径。一是采用铝、镁等非铁合金铸件，美国2003年统计有2/3的铝铸件用于汽车上，每车达到107 kg。二是减小铸件壁厚、设计多零件组合铸件，生产薄壁高强度复合铸件，并减少加工余量，生产近终形铸件。随着汽车技术的快速发展，为缩短铸件生产准备周期和降低新产品开发的风险，要求采用快速制模技术、计算机仿真模拟、三维建模、数控技术。而清洁生产、废物再生是铸造业的发展趋势，降低能耗是其持续发展的主题。我国汽车铸造业必须走高效、节能、节材、环保和绿色铸造之路，因为国家和社会要求严厉管控汽车铸造业的能源消耗大户和污染大户，以利改善铸造业热、脏、累的劳动密集型行业员工的劳动环境。 我国汽车熔模精密铸造技术有了长足的发展，采用近净形技术可以生产出无余量的铸造产品。熔模精密铸造工艺有水玻璃制壳工艺、复合制壳工艺、硅溶胶制壳工艺。汽车产品材料有碳素钢、合金钢、有色合金与球墨铸铁。国外有高合金钢、超合金材料。熔炼设备国内采用普通、快速中频炉；国外采用真空炉、翻转炉、高频炉技术。采用硅溶胶制壳工艺的零件表面粗糙度可达Ra1.6m、尺寸精度可达CT4级，最小壁厚可达0.51.5mm。欧、美、日等国家开始关注精铸件在汽车业的应用与拓展。我国汽车用精铸件的市场需求量也在不断快速增长和发展，2003年精铸件的产量为60万t，产值达到110亿元。东风汽车精密铸造有限公司采用硅溶胶+水玻璃复合型制壳工艺，生产高技术含量、高附加值产品，将原来铸件、锻件、机加工及多件组装结构设计制造成一个整体精密铸件，显著降低了制造成本。 熔模精密铸造成形工艺将来的发展趋势是铸件产品越来越接近零部件产品，传统的精铸件只作为毛坯，已经不适应市场的快速应变。零部件产品的复杂程度和质量档次越来越高，研发手段越来越强，专业化协作开始显现，CAD、CAM、 CAE的应用成为零部件产品开发的主要技术。东风汽车公司、一汽集团公司的精铸企业作为中国精铸行业的领军者，一定能凭强大的研发实力和先进的技术快速发展。3.5 特种铸造开发熔模铸造模具、模料新技术，用硅溶胶或硅酸乙酯做粘结剂造型；采用精密、大型、薄壁熔模铸件成形技术；采用快速成形技术替代传统蜡模成形技术，简化工艺，缩短生产周期；研制适合我国的压蜡设备、制壳机械手、燃油型壳焙烧炉；开发优质型壳粘结剂，增加可铸合金种类、扩大工艺适用面。 深入研究压铸充型、凝固规律，开发新型压铸设备及控制系统，改善液面加压系统性能以满足工艺要求；开展半固态合金压铸及新型压铸涂料研究；开发新压铸技术及金属基复合材料、镁合金、高铝锌基合金等压铸新合金材料；采用快速原型制造技术制作压铸模。开发能与工艺密切结合可满足各种工艺参数要求的低压铸造设备；推行低压铸造模具CAD、合金液填充和凝固过程模拟，使模具满足充填铸型时平稳流动、顺序凝固、及时、充分补缩的要求；开发高度自动化的低压铸造机和高可靠性零部件；开发复杂、薄壁、致密压铸件生产技术，推动低压铸造向差压铸造的发展。 提高熔炼质量、增加预处理、开发性能更优良的模具钢，如优质高寿命的热作模具，深入研究开发铸造模具RPM技术和CAE技术，推动并行环境下CAD/CAE/CAM/RPM集成技术和DNM技术的发展。 改进挤压铸造技术，扩大应用范围（如陶瓷纤维增强和反应合成金属基复合材料）；抓紧进行水平挤压铸造、半固态挤压铸造技术的研究， 加强与塑料、化工行业的协作，开发模样新材料，如研制低密度、尺寸稳定的高发泡率EPS珠粒，创建先进、实用的模具CAD/CAM系统及快速制造技术；开发高效震实台，搞清干砂紧实特性；开发EPC工艺与其他铸造工艺复合的新技术；研究由EPC工艺引发的环境问题及对策，如EPC车间废气有效净化装置和方法；研究铝铸件疏松渗漏、铸钢件增碳增氢、铸铁件出现皱皮等缺陷的机理和消除办法；开发高效高精度制模机、粘合机并实现其国产化系列化；扩大非占位涂料的应用，发展表面合金化涂料、控制凝固涂料、孕育涂料、屏蔽涂料、消失模涂料、离心铸管涂料、激冷涂料等功能涂料。进行涂料性能检测仪的开发；推动