模具设计消失模模具设计——消失模总体结构设计(DOC毕设论文).doc

洛阳理工学院洛阳理工学院 毕业设计任务书毕业设计任务书 填表时间 2012 年 月 日 指导教师填表 学生姓名王星 专业 班级 模具设计与 制造 指导 教师 张旦闻 课题 类型 工程设计 题目消失模模具设计 消失模总体结构设计 主要研究 目标 或研 究内容 利用 pro e 软件对 KA97 08 机体进行造型分模 然后转换成 CAD 二维 图 熟悉并熟练操作 pro e 工程软件 了解消失模结构构造和工艺过程 课题要求 主要任务及 数量 指图 纸规格 张 数 说明书 页数 论文 字数等 设计一套 KA97 08 机体消失模模具 并转换成二维视图 图纸工作量 为 3 张 A0 图纸的工作量 内容为工艺图 装配图 活块 镶件 凹模 凸模 进度计划 第 5 7 周 理解图纸 并造型 第 8 10 周 分模设计模具 第 11 12 周 将立体图转换成二维视图 第 13 15 周 编写说明书 答辩 主要参 考文献 模具设计教程 PRO ENGINEER Wildfire2 0 中文版教程 AutoCAD 应用与开发 消失模铸造生产实用手册 指导教师签字 教研室主任签字 年 月 日 摘摘 要要 社会的发展尤其是现代工业的高速发展 对传统的铸造技术提出了越来越多 的挑战 实现铸造生产过程的机械化 自动化和专业化 追求工序简单 劳动强 度轻 生产效率高 铸件质量好 精度高 环保等要求已成为现代铸造技术发展 的必然趋势 另外 科学技术的日新月异 各种新工艺 新技术和新材料的不断 涌现 科学技术领域的各门学科互相渗透 互相结合日趋密切 在这些基础上 人们对老的铸造工艺方法进行了改进和革新 并研制出许多新的铸造技术 由于化工和塑料工业的发展 特别是聚苯乙烯泡沫塑料的诞生和实行铸造工 艺的出现 打破了千百年来制模用木材 造型要取模的传统 这是铸造生产上的 一大革命 受到国内外铸造工作者的普遍重视 获得了快速的发展 消失模铸造工艺正是在这种背景下形成和发展起来的 消失模铸造所特有的 优点越来越多地被人们所公认 并越来越广泛地受到铸造界 尤其是制模和造型 工人 的欢迎 实践证明 这项新工艺是铸造行业中的一大革新 具有宽广的发 展前途和无限的生命力 是一条多快好省发展铸造生产的有效途径 有力地推动 了铸造生产不断向前发展 而本设计就是基于消失模工艺对 KA97 08 机体进行的消失模模具设计 关键词 消失模 造型 取模 ABSTRACT The development of society especially the high speed development of modern industry which puts forward more and more challenges for the traditional casting technology To realize mechanization automation and specialization of the production process of casting pursuing simple process the intensity of labor light high efficiency good quality high precision castings environmental protection and other requirements of modern casting technology has become an inevitable trend In addition the rapid development of science and technology the emerge of all kinds of new crafts new technology and new materials science technology field of every subject permeates mutually and more closely with each other in these basis people improved and innovated the old casting process methods and developed many new casting technology Due to the development of chemical and plastic industry especially the born of polystyrene foamed plastic and the appear of implement technology of casting which breaks the tradition of making to use wood and modeling to take mode for one thousand years This is one of the revolutions on the casting production which attracts the universal attention of casting of the workers at home and abroad and wins the fast development LFF process is in this context of the formation and development peculiar advantages are more and more recognized by people and more and more widely by casting industry especially mould and modeling workers Practice has proved the new process is a great innovation in the foundry industry with broad development prospects and infinite vitality is a effective and provincial way of casting production which is a powerful impetus to casting production forward development This design is based on the LFF technique to KA97 08 on the body of the disappearing model mold design KEY WORDS disappearing model model and taking mode 目目 录录 前 言 1 第 1 章 消失模铸造简介 2 1 1 消失模基本概念 2 1 2 消失模铸造的基本工艺 3 1 3 消失模铸造工艺特点 4 1 4 消失模铸造的适用性 7 第 2 章 消失模模具设计 9 2 1 消失模模具制造流程 9 2 2 消失模模样三维造型 及考虑因素 9 第 3 章 消失模铸造 17 3 1 消失模铸造基本理论概述 17 3 2 涂料层 18 3 3 填砂 振动紧实 19 3 4 浇注 20 3 5 落砂 21 3 6 铸件清理 21 总 结 22 谢 辞 23 参考文献 24 前前 言言 在我国已有几千年历史的传统铸造 主要用来生产机械零件的毛坯件 因而 尽管发展到现在 也出现了许多新的方法 但是目前生产上应用最普遍的仍是发 展最早的砂型铸造 砂型铸造通常又被称为翻砂 它必须借助于铸模 用木材或金属制成 才 能将型砂制成所需形状的铸型 但是这类用木材或金属制成的模样 必须在浇注 前从铸型中取出 否则就无法浇注 因此 这种工艺显得特别复杂 工序多 劳 动强度大 生产周期长 成本高 因而铸件精度不够理想 甚至对某些复杂的零 件还无法实现活块整体铸造 这就成就了砂型铸造的致命弱点 为了改善砂型铸造的状况 人们作了不少努力 但效果不大 尤其对于那些 单件小批量 形状较为复杂的大中型铸件 如何来实现 高效 优质 低成本 的生产要求 成了铸造工作者亟待解决的重大课题 在消失模铸造法出现之后 这个问题得到了解决 第 1 章 消失模铸造简介 1 1 消失模基本概念 消失模铸造是在实型铸造法 干砂实型铸造法的基础上发展的负压实型铸造 法 实型铸造是在造型和浇注过程中不必取模的铸造方法 而消失模铸造是将真 空密封造型法与实型铸造进行工艺嫁接而形成的一种新的铸造方法 因而它保留 了真空密封造型法和实型铸造的主要优点 克服了它们各自的缺点和局限性 这 不仅是实型铸造技术的新突破 更是实型铸造法的新发展 实型铸造法 干砂实 型铸造法 负压实型铸造法分别代表了消失模铸造发展的三个阶段 也是当前世 界各地广泛使用的 已相互独立的三种铸造方法 实型铸造法 就是用泡沫聚苯乙烯模代替铸模进行造型 其方法主要是用粘 结剂和砂型造型 模样不取出呈实体铸型 浇入金属液 模样气化 而得到理想 铸件的一种铸造方法 该法的工艺过程是将泡沫塑料制成的模样 置入砂箱内填 入造型材料后夯实 模样不取出构成一个没有型腔的实体铸型 当金属液浇入铸 型时 泡沫塑料模在高温金属液的作用下迅速气化 燃烧而消失 金属液取代了 原来泡沫塑料模样所占据的位置 冷却凝固成与模样形状相同的实型铸件 这是 最早的消失模铸造方法 干砂实型铸造方法 与实型铸造方法相比 该铸造方法采用干砂取代实型铸 造法中的型砂 这是一个伟大的进步 因此经过改进后 造型方法发生完全改变 不仅造型工艺变得简单 而且大大简化了砂处理工艺 是的生产线投资非常少 负压实型铸造法 在干砂实型铸造法基础上 采用负压浇注 不仅利用砂箱 内外压差使干砂紧实 还保证了塑料模在真空下气化 这样所产生的气体量大大 减少 产生的气体也能及时有效的排放 该方法已成为消失模铸造的最重要的方 法 人们习惯上把消失模铸造工艺的过程分为白区 黄区和黑区三部分 白区指 的是白色泡沫塑料模样的制作过程 从预发泡 发泡成形到模样的粘结 包括模 样的分体和浇注系统 黄区指的是上涂料以及再烘干 而黑区指的是将模样放 入砂箱 填砂 金属熔炼 浇注 旧砂再生处理 直到铸件落砂 清理 退火等 1 2 消失模铸造 消失模基本工艺如图 1 1 图 1 1 生产内容的减少和生产工序的简化 为消失模铸造提高生产率 降低劳动强 度创造了有利条件 以上三种铸造方法虽然造型方法和造型材料不同 但其本质特征是相同的 即采用泡沫塑料模取代了原来的空型腔呈实体的铸型 并且在浇注过程中泡沫模 样是随金属液的推移而逐渐地被气化消失 模样和金属液同时存在 使铸型始终 保持呈实体的状态 直至浇注完毕 模样完全被金属液所取代 因而在许多铸造 工艺和技术要求上基本都是一致的 例如塑料模制造 涂料等 另外 也有部分国内文献称以上铸造方法为气化模铸造 无型腔铸造等 实 际上 泡沫 塑料模在浇注过程中并非都是气化过程 在浇注过程中 泡沫塑料 的变化包括软化 熔融 气化和燃烧等一系列物理化学现象 在很多情况下 气 化过程并不是主要的 如实型铸造 同样 对很多复杂铸件 如柴油机缸体 也很难做到无型腔 因此 气化模铸造 无型腔铸造的称呼是欠妥的 为避免混 乱 美国铸造协会将负压实型铸造称为消失模铸造 并作为该工艺的名称 1 3 消失模铸造工艺特点 消失模铸造综合了其他几种精密铸造工艺的优点 并克服 弥补了它们各自 的不足 例如 消失模铸造利用了真空密封造型法中用真空手段使松散流动的型 料紧固成铸型的造型原理 且去除了该法中仍然用木模或金属模造型脱模 下芯 合箱等操作 同时又吸收了实型铸造和磁型铸造工艺中用泡沫塑料气化模实体埋 型 不起模就直接进行浇注的优点 而克服了实型铸造中型料需加粘结剂 需捣 实 型料回收困难 打箱清理费劲的缺点 也克服了磁型铸造中铸件尺寸受磁距 间距大小限制的缺点 由于砂型铸造仍是我国普遍存在的铸造方法 以其为比较 对象会发现消失模铸造有非常多的优越性 概括而言 几种消失模铸造法具有以 下几个共同的工艺优点 1 简化工序 缩短生产周期 提高生产效率 由于模样是整体的 基本上不用型 芯 省去了型芯盒和芯骨制备以及芯砂配制的工序 操作上又省去了取模 修型 和配箱等许多工序 因而缩短了生产周期 提高了生产效率 特别对单件 形状 复杂的铸件 效果更显著 按目前的生产水平统计 一般可提高制模效率 0 5 3 倍 提高造型效率 2 5 倍 以盐城化机四厂的实践来说明 其生产效率的提高 和生产周期的缩短是普通砂型铸造所无法比拟的 2 减轻劳动强度 改善制模和造型工的操作环境 改善了作业条件 造型省去了 脱模 修型和合箱等工序 大大减轻了劳动强度和改善了操作条件 而且该法在 浇注时产生的废气可通过密闭管道排放到车间外以便进行净化处理 这样大大改 善了生产现场的环境 3 提高了铸件的尺寸精度 因模样不必从铸型中取出 没有分型面 又省去了配 箱 组芯等工序 避免了在普通铸造中因起模和配箱所导致的尺寸偏差 因而提 高了铸件的尺寸精度 减少了机加工量 据报导 消失模铸造工艺的尺寸精度超 过了湿型工艺和树脂砂工艺的精度 接近精密铸造 例如 通常孔需要加工制 出而用消失模铸造工艺可直接铸出直径大于 6mm的孔 孔径的重复精度相当好 误差一般在 0 2 以内 消失模铸造的铸件表面质量和金属型铸造的铸件质量非 常接近 表面光滑 比砂型铸造的铸件表面粗糙度值低 可达3 2 12 5um铸件尺 寸在铸造过程中只有很小变化 发泡成型机生产的模样尺寸几乎无变化 铸件的 脱模斜度很小 最多0 5 1 0或者为0 铸件的尺寸精度高 可达IT7 9 比传统砂 型铸造提高1 2级别 铸件尺寸公差很小 见表 1 1 1 加工余量最多为 1 5 2mm 可以大大减少机械加工的费用 和传统砂型铸造方法相比 可以减少 40 50 的机械加工时间 1 1 1 4 增大了零件的设计自由度 为铸件结构设计提供了充分的自由度 消失模铸 造方法没有分型和必须取模的铸造工艺 减少了铸造工艺性要求 使铸件设计受 到的限制减少 泡沫模样不需芯子的优点 可使设计者精确地铸出复杂内腔 甚 至多内腔的铸件 铸件壁也可以是曲面式变截面的 5 铸件质量好 废品率低 造型后 铸型是一个整体的 没有分型面 不需取 模 也不必考虑脱模斜度 所以杜绝了铸件的错箱和表面的飞边 毛刺等疵病 同时 还避免了像普通砂型铸造因造型操作不慎遗漏在铸型内的残砂所导致的砂 眼缺陷 在设计铸件时可不考虑飞边 芯破裂 芯座和出砂问题 对铸件生产者 来说没必要提供专用制芯 混砂 下芯 清砂工具 不会产生破芯 坏芯以及使 用芯子形成的气孔或其他问题 内腔不用粘性砂还可减少铸件清理量 没有芯座 芯撑 芯骨 飞边等减少了铸件最后清理量 6 冒口设计方便 金属液利用率高 在砂型铸造中很难设置的球形暗冒口在消失 模铸造中可以很方便地安置在任何位置 同时 由于容易在砂箱中将塑料模串联 起实行群铸 因而 大大节约浇注系统中的液态金属 7 工艺技术容易掌握 生产管理方便 消失模铸造简化了模样制作工艺 简化了 造型操作和工艺装备 使工艺技术容易掌握和普及 同时 使用单一型料 不用 对造型材料进行日常性能检查 也不存在模样的保管和大批砂箱的堆放问题 因 而车间的生产管理工作大大简化 1 4 消失模铸造的适用性 与其他的特种铸造法相比 消失模铸造的应用范围较为广泛 但是每种新的 铸造方法都有一定的使用范围 只有在这个范围内使用 才可以充分发挥它的优 势 得到满意的经济效果 消失模铸造方法也不例外 主要根据以下一些因素来 考虑是否采用这种工艺 1 对铸型材质的适用性 理论上 凡是可以铸造的金属都可以采用消失模铸造 法 在这一点上其适应性甚至超过砂型铸造 例如 普通砂型铸造不能用于钛合 金铸造 但采用 SiC 砂的消失模铸造法可以用来浇注钛合金 从生产实践来看 目前用消失模铸造浇注过的铸件材质有普通铸钢 耐热合金钢 不锈钢 铁镍合 金 普通铸铁 合金铸铁 球墨铸铁 铸铝合金和铸铜等 一般来说 铸造车间 常用的金属材料都可用消失模铸造来浇注 生产实践还证明 用该法浇注铸钢件 球墨铸铁件等熔点高的铸件材质时表 面无飞边毛刺 粘砂情况少 容易清理 铸件的表面质量明显优于砂型铸件 2 对铸件大小的适用性 消失模铸造生产的铸件 不像磁型铸造那样受磁 间距大小的限制 只要磁极大小定了 砂箱大小也就定了 对消失模铸造来说 砂箱大小直接决定消失模铸件的大小 因此 消失模铸造对铸件大小的适用性要 广泛得多 可以在同一振动工作台上放置不同尺寸的砂箱 因而可以十分方便地 生产出各种大小的铸件 据有关资料显示 到现在为止用消失模铸造浇注过的最大铸件为 铸铁件5t 铸钢件2t以下 铸铝件104kg 模样的强度低 加上埋型操作时填料不可能绝对均匀 模样容易变形 这就 给浇注轮廓大 壁薄的铸件带来了一定困难 因此 从方便操作和现有工艺水平 考虑 消失模铸造以浇注 2t 尤其是 500kg 以下 壁厚大于4mm 的铸件为宜 3 对铸件生产批量的适用性 对铸件生产实用性是从经济效果这个角度提出来 的 消失模铸造每浇注一个铸件就要消耗一个泡沫塑料模样 因此 存在一个用 消失模法生产铸件的最佳批量问题 最佳的生产批量必须考虑生产塑料膜所需的 模具成本 对于那些不需要模具或模具费用很低的铸件 可以不考虑生产批量问 题 但对于必须采用价格高昂模具或模具数量必须很多的铸件 计算一个最佳生 产批量是必要的 以确保铸件成本不会太高 对于5件以下的铸件 尤其对于1 2 件的大型铸件 其经济效果最为显著 如果泡沫塑料模与熔模精密铸造 陶瓷型 铸造及消失模铸造等结合使用 是与制造单件和小批量生产的 对精度和表面能 粗糙度要求较高的中大型 20kg以上 精密铸件 4 对铸件结构的适用性 消失模铸造不存在与分型和起模有关的铸件结构工艺 性的问题 消失模铸造从工艺特点出发 特别适合于具有复杂结构 尤其是具有 复杂内腔 模样分型困难 造型困难的铸件 因此 消失模铸造为多品种 单 件小批量及大批量铸件生产几何形状复杂的中小型铸件提供了新的生产途径 消 失模铸造对铸件结构的适应性非常强 特别是那些用普通砂型铸造不好分型 不 好起模 不好下芯的铸件 例如套筒类 缸体 螺旋桨 水泵叶轮 壳体等以及 结构特别复杂 芯子特别多的铸件 国外一些著名的大汽车公司 已成功地应用 消失模铸造工艺大批量生产复杂的汽车发动机缸体 缸盖 进气歧管等铝合金和 铸铁件 与此相反 一些形状简单的 用砂型铸造方法也可以生产出高质量的铸件 而且其生产效率 铸件成本比用消失模铸造方法生产低 这种情况下就不一定采 用消失模铸造方法 另外 对于一些有狭窄的内腔 通道和夹层的情况 采用消 失模铸造时必须谨慎 至少需要预先进行试验 才能投入正式生产 第2章 消失模模具设计 2 1 消失模模具制造流程如图2 1 1 图2 1 1 2 2 消失模模样三维造型 及考虑因素 泡沫三维造型是以铸件图纸或样件为基础 结合泡沫原材料的使用工艺性能 采用计算机 CAD 辅助设计完成铸件毛坯的设计过程 其主要考虑的工艺设计过 程包括以下几个方面 对泡沫模样的工艺审定 拔模斜度的控制 加工余量的控制 应用计算机 pro e 实现泡沫模样的三维造型 模样分片与粘合 1 对泡沫模样的工艺审定 1 壁厚的审定 一般情况下 泡沫模型的壁厚控制在不低于5mm 至少保证在泡沫模型壁厚 的纵向不低于3颗泡沫颗粒排位 特殊的薄壁零件 泵壳 叶轮 壁厚也不能低 于3mm 2 对泡沫模样局部较厚部位的处理 对于一些特别厚实的厚的泡沫模型建议采用抽壳的方法来处理 例如 电解铝用的4爪电极 采取抽壳结构 将泡沫模型设计为两半片粘接组 合成型 粘合后形成中空结构 节省泡沫原材料 保证壁厚使充料顺畅即可 如 图2 2 1和2 2 2所示 图2 2 1 4爪电极 图2 2 2 中空4爪电极 例如 浇注系统使用的直浇棒做成空环结构 再用泡沫板材切割出盖板将其封 住 形成中空结构 防止因浇注时产生大量气体出现反喷现象 如图 2 2 3 所示 图 2 2 3 直浇棒做成中空结构 对于一些敞口件 薄壁件来说 在成型 涮涂料 填砂振实过程中保持泡沫 模样的稳定性很重要 常常采用在敞口面增加拉筋或者粘接木条的方法防止变形 2 拔模斜度 消失模铸造的拔模斜度比砂型铸造要小 但也必不可少 通常起模斜度的具 体取值应考虑以下情况 1 对于内腔空间要求特别严格的泡沫模样采用加大内腔的方法拔模 拔模 之后要保证壁厚的均匀一致 2 对于一些螺丝包 加工孔的拔模斜度常用增加材料的方法 防止由于铸 造变形而引起的加工问题 3 高的孔 高的凸台 筋板 大的端面适当的增大拔模斜度 3 加工余量 泡沫摸样的加工余量一般与铸件的形状 零件的大小 铸造工艺 加工方法 有关 消失模铸件毛坯的加工余量为砂型铸件加工余量的30 50 大于熔模铸件 加工余量的30 50 消失模铸件的机械加工余量的取值如表2 2 3所示 产品最大外轮廓尺寸 mm铸铝件铸铁件铸钢件 501 02 02 5 50 1001 52 53 0 100 2002 03 03 5 200 3002 53 54 0 300 5003 04 04 5 5004 05 06 0 2 2 3 消失模铸件的机加工余量 mm 对于一些铸造容易变形的铸件需要另外增加加工余量 比如图2 2 4 车床床身 这类窄长类的零件在砂型铸造的基础上需增加防变形余量1 2mm 对于直径 30mm加工孔不做出 4 泡沫模样的三维设计 泡沫模样和模具型腔三维设计 有实体造型和曲面造型两种 实体造型时首先构造泡沫模样轮廓实体特征 通过拉伸 旋转 扫描 混合 实体自由形状等方法来形成简单实体 最后通过倒圆角 拔模 求和 求交 求 差等布尔运算精确构造复杂的实体 实体造型的特征量少 作对应的特征修改也 非常简单 所以对外形不是十分复杂的模样来说 用实体造型的方法是最好的 比如电机前置传动装置使用的机体造型过程如 2 2 5 图所示 第一步 使用拉伸 旋转等命令求差 求和建造出外轮廓特征 第二步 使用筋 偏距等命令建造出 零件的筋特征和加工余量 第三步 使用倒圆角 拔模等命令完成零件的圆滑处 理和拔模特征 第一步 第二步 第三步 图2 2 5 曲面造型的原理是分别建构零件的各个曲面 然后将这些曲面整合为完整没 有间隙的曲面模型 曲面特征除与实体特征相同 如拉伸 旋转 曲面延伸 自 由曲面造型等 外 还具有合成 剪切 延伸等其他实体建模所没有的特征 可 以胜任复杂零件的三维造型 曲面造型的最大不足便是特征量太多 每一个单一的曲面都是一个单一特征 在合成曲面模型时这些特征仍然保留 造成在最终生成的模样处理中有相当大的 处理量 消耗大量的系统资源 也减慢了模样的处理时间 影响了建模速度 而 且最终生成实体时往往由于前期造型的疏漏而使得实体不能正确生成甚至拒绝执 行 由此带来的问题就是模型越复杂 计算的速度越慢 效率也越低 因此 现 代的高档三维CAD软件普遍具有复合建模技术 即在构造复杂的零件时可同时使 用以上两种造型方法 以达到最佳的造型效果 5 5 消失模模具设计时应考虑的因素 消失模发泡模模具是依据泡沫模型三维 成型机类型及台面尺寸或者蒸缸尺 寸 浇注工艺方案等条件完成模具本体造型的一个过程 模具设计应考虑以下几 个因素 1 确定模具的收缩率 2 确定模具的型腔数量 3 设计模具充料口 4 设计模具分型面 5 设计芯块和抽芯机构 6 设计成型模具的镶块 7 模具的三维构造 8 发泡模具铸造毛坯的三维设计等 6 确定模具的收缩率 根据铸件大小确定发泡模具的型腔尺寸时 应将泡沫摸样的收缩率和铸件的 收缩率一起计算在内 关系式如下2 2 6所示 模具收缩率 泡沫收缩率 金属收缩率 泡沫收缩率EPS为0 3 0 6 共聚料为0 1 02 金属收缩率如下表2 2 6所示 2 2 6 常用铸造合金的铸造收缩率 铸造收缩率 合金种类 自由收缩受阻收缩 中小型铸件1 00 9 中大型铸件0 90 8 特大型铸件0 80 7 筒形铸件 长度方向0 90 8 灰铸铁 直径方向0 70 5 HT2501 00 8 HT3001 00 8灰铸铁 HT3501 51 1 白口铁1 751 5 壁厚 25mm0 750 5黑心可 锻铸铁壁厚 25mm1 00 75 白心可锻铸铁1 751 5 球墨铸铁1 00 8 锡青铜1 11 2 无锡青铜2 0 2 21 6 1 8 锌黄铜1 8 2 01 5 1 7 硅黄铜1 7 1 81 6 1 7 有色金 属 锰黄铜2 0 2 31 8 2 0 铝硅合金1 0 1 20 8 1 0 铝铜合金 Cu7 12 1 61 1 铝镁合金1 31 0 简单厚实铸件的收缩为自由收缩 除此之外的收缩为受阻收缩 消失模铸造 的收缩影响因素有很多 同一个窄长类灰铁铸件浇注工艺不一样 其收缩差别也 很大 长度方向的模具收缩可达到1 7 而宽度和高度的模具收缩只有1 3 消 失模模具收缩率由厂家的实际生产现场及经验来确定 7 模具材料 发泡模具一般选用耐热的 不易生锈的金属材料来制作 以适应蒸汽加热和 喷水冷却周期作用的工作环境 一般选用铸铝材料和锻铝材料 1 型腔模块 因为型腔模块主要参与泡沫模样的成型时的膨胀 收缩 要 求模具既要有强度又要有韧性 并且满足在冷热水环境中使用 经过多方面研究 GBZL104 和锻铝材料符合以上要求 为了防止泡沫对模具表面的腐蚀 常常在铸 铝模具型腔表面覆盖一层特氟隆涂层 2 汽室模框 汽室模框一般采用铸造成型 其材质大多采用铸造铝合金 牌号为 ZL104 或 ZL101 也有的采用铸铁来制作 铸铁模框虽然强度高 但在水 环境中使用 易将铁锈色污染到泡沫模样上 影响成型质量 在机动开合模具中 汽室模框既要承受成型机的合模压力 又要承受蒸汽压 力 成型 EPS 泡沫模样的常用蒸汽压力为 0 15 0 25MPa 因此汽室模框的强度标 准是能承受 0 3 0 5MPa 的水压试验 对尺寸较大的汽室模框 其模框四角处的 内圆角半径应大于 20mm 防止应力集中 在模框内外还应增设加强肋 必要时 应对模框壁厚还要强度校核 3 模板和底板 模板 底板与模框 模具型腔模块一起构成模具整体 通常 使用 ZL104 采用铸造的方法将各个模块铸造在一起 对于一些锻铝材料 的模板和底板 采用无缝焊接技术将各个模板焊接成气室 再使用不锈钢螺丝家 弹簧垫片将模具型腔和各个模块连接在一起 对于较大尺寸的深腔模具 还需用 支撑柱将模板和薄壳随形型腔模块连成整体 8 模具透气结构的设计 模具型腔面加工完成后 需在整个型腔面上开设透气孔 透气塞 透气槽等 结构 使发泡模具有较高的透气性 达到发泡工艺对透气结构的如下 4 点要求 1 空气能迅速从型腔中排走 2 成型时 蒸汽穿过模具进入泡沫珠粒使其融合 3 冷却阶段 水能直接对泡沫模样进行降温 4 负压干燥阶段 模样中的水分可通过模具迅速排出 透气孔的大小和布置 透气孔的直径为 0 4 0 5mm 过小 易折断钻头 过大 影响泡沫模样表面美 观 有资料介绍 透气孔的通气面积为模具型腔表面总面积的 1 2 据此估 算 在 100mm 100mm 的模具型腔面积上 若钻 0 5mm 的孔 需均匀布置 200 400 个 即孔间距为 3 6mm 钻透气孔的工作量大 因此仅适用于曲率小的圆弧面或尺寸较小的抽芯块 在发泡模具的大平面上通常是嵌入成型透气塞 第3章 消失模铸造 3 1 消失模铸造基本理论概述 消失模铸造与其他铸造法的区别主要在于模样留在铸型内 并受金属液的作 用而在铸型中发生软化 熔融 气化和燃烧 产生液相 气相 固相的物理化学 现象 所以 消失模铸件是在铸型 模样 金属液三者间的相互作用下成形的 由于泡沫塑料模样的存在 大大地改变了金属液的充填过程以及金属液与铸型的 热交换 在金属液流动前沿 存在着复杂的物理 化学反应 传热 传质现象 其中包括 1 在液态金属的前沿气隙中 存在着高温液态金属与涂层 干砂 未气化 的泡沫模样之间的传导 对流和辐射等热量传递 2 消失模的热解产物 液态或气态 与金属液 涂料及干砂间存在着物理 化学反应 发生质量传递 3 由于气隙中气压升高 以及模样热解吸热反应使金属液流动前沿温度不 断降低 对金属液的流动产生动量传递 实践证明 该法制造的铸件不会产生夹砂之类的缺陷 但是 由于金属液与 模样气化产物的相互作用 在不利的工艺条件下 如浇注系统 浇注温度或模样 的密度 干燥程度等因素的影响 很可能在铸件表面形成特殊的缺陷 例如铸钢 件的表面渗碳 铸铁件的表面皱皮 发亮的碳薄膜或充满炭黑的深孔等缺陷 砂 型铸造的原理不能解释消失模铸造的原理 不能解释其铸件的成形过程 必须研 究消失模铸造过程中模样 铸型和金属液相互作用的规律 并由此制定出生产优 质消失模铸件的合理工艺和方法 3 2 涂料 层 消失模涂料的使用不同于一般铸造涂料 在普通铸造中 涂料涂敷在铸型型 腔表面 但在消失模铸造中 涂料是涂在泡沫塑料模样上的 消失模铸皂涂料的 主要作用是 提高泡沫塑料模样的强度和刚度 防止模样在运输 填砂振动耐破 坏或变形 图2 3 1是不同配方的涂料对模样刚度的影响 可见合适的涂料能够提 高模型束的刚度 减少变形 浇注时 涂料层是液态金属与干砂之间重要的隔离 介质 见图2 3 2 涂层将金属液和铸型分开 防止金属液渗入干砂中 以保证得 到表面光洁 无粘砂的铸件 同时 防止干砂流入金属液与泡沫塑料模的间隙中 造成铸型塌箱 涂料层能让泡沫塑料模热分解的产物 大量的气体或液体等 顺 利地排逸到铸型中去 防止铸件产生气孔 炭黑缺陷等 由于浇注不同合金时浇 注温度不同 泡沫塑料模型的分解产物区别很大 浇注黑色金属时 以气态产物 为主 涂层要有较高的透气性 而浇注铝合金时热解产物则以液态为主 要求液 态分解产物能够与涂层润湿 顺利地渗入涂层 排出型腔 在很多情况下 涂层 排出分解产物的能力与涂层的强度性能是一对矛盾 对于消失模涂料而言 既要 对泡沫塑料模样的裂解产物有好的吸附跑力和透气能力 同时要求有高的涂层强 度 另外还要有很好的涂挂工艺性能 浇注铝铸件时 由于金属液温度较低 流 动性差 为了避免由于铸型过度传热造成铝液温度下降过多 造成浇不足等缺陷 要求用于铝消失模铸造的涂料还应具有良好的绝热性 图2 3 1 涂料对模样刚度的影响 图2 3 2 消失模涂料的作用 1 干砂 2 涂层 3 气态产物 4 泡沫塑料模样 5 液态产物 6 金属液 消失模涂料的基本组成 消失模涂料一般由耐火材料 粘结剂 载体 溶剂 表面活性剂 悬浮剂 触变剂以及其他附加物组成 各种组分被均匀混合在一起 在涂料的涂挂和金属 液浇注过程中综合发挥作用 3 3 填砂 振动紧实 1 砂箱结构 消失模铸造用砂箱与砂型铸造用砂箱的结构有很大的不同 为了满足加砂 紧实及抽真空的需要 砂箱常为单向开口的桶形结构 消失模铸造用砂箱通常由 箱体 底座 板 真空室 定位 或夹紧 块等组成 如图2 3 3所示 图2 3 3 消失模铸 造用砂箱结构 1 箱体 2 真空室 3 底座 板 4 定位 或夹紧 块 2 原砂的选择 干砂消失模铸造中原砂是主要的造型材料 它对铸件的质量有重要的影响 对原砂的性能要求包括化学成分 粒度 粒形 含泥量 含水量 灼烧减量等 原砂的化学成分对于生产灰铸铁 非铁合金以及普通铸钢件 一般采用硅砂作为 消失模铸造的原砂的质量分数为90 95 就足够了 对于壁厚不是很厚的铸 2 SiO 钢件和合金钢铸件 铸型的耐火度可以通过采用高耐火度的涂料米保证 使铸件 不致产生粘砂缺陷 只有当生产的壁厚很大的铸钢件 例如50mm 以上 才考虑 采用特种砂来代替硅砂 可采用的特种砂有铬铁矿砂 橄榄石砂 棕刚玉砂和锆 砂等 根据铸件的合金种类及铸件的壁厚来选择 原砂的粒度和粒形在消失模 铸造中 浇注过程中泡沫塑料模样分解物的排除主要靠涂料和原砂 高质量的消 失模铸件必须在透气性良好的型砂中获得的 而高透气性是无粘结剂干砂的主要 特性 但是砂粒粒度过大容易出现粘砂 铸件表面粗糙等缺陷 对洁净的干砂而 言 透气性取决于砂粒的大小 如直径为0 63 0 4mm颗粒度 30 40号筛 的砂 具有710 1000的透气性 而直径为0 16 0 1mm 100 140号筛 的砂其透气性约 65 100 从要求较高的透气性来看 宜选用较粗的砂子 常用的干砂AFS细度在 20 45 30 70号筛 之间 3 4 浇注 消失模铸件在浇注时 铸型内的泡沫塑料模样将发生体积收缩 熔融 气化 和燃烧等一系列物理化学变化 由于浇注过程中金属液 泡沫塑料模样 铸型三者的相互作用 使它的浇注工艺比普通砂型铸造复杂得多 如一个形状 相同 工艺条件也相同的铸件 用普通铸造能浇注成功 而用消失模铸造就不一 定能获得成功 很可能在铸件表面形成凹陷 冷隔和夹渣等缺陷 这些缺陷与浇 注条件有很大关系 3 5 落砂 干砂消失模铸件的落砂有几种办法 对于单件小批 没有采用流水线造型浇 注的工厂 当然最简单的办法是用天车吊起砂箱倾倒 将铸件再吊走去清理工部 旧砂则进入砂处理系统进行处理 对于采用流水线生产方式的铸造厂 铸件的落 砂一般采用翻箱倾倒装置 在浇注冷却后从砂箱中倒出砂和铸件 翻箱倾倒机属 非标设备 其结构形式应根据砂箱的形状 尺寸大小及造型生产线铸型输送方式 来确定 3 6 铸件清理 由于消失模铸件没有分型面 不用砂芯 因此可省去清铲铸件飞边毛刺的工 序 只要去除浇冒口 打磨浇冒口剩余的部分即可 因此可减少打磨的工作量 另外 没有传统砂型铸造中因砂芯的溃散性差造成的砂芯去除困难的问题 也没 有拆除芯骨的工作量 显然 与普通铸造的清理工序相比 不仅简化了工序 减 轻了劳动强度 改善了操作环境 还提高了铸件的表面光洁度和尺寸精度 同时 又可获得较大的经济效益 总 结 现代工业高速发展 机械行业也进行了大量的创新 改变了原有传统工艺的 诸多不便 推动了科技的快速前进 消失模的出现 就深受铸造行业的喜爱 打破了传统木模铸造法 克服了造 模用木材的造模难 取模难 精度低 成型难 这种工艺显得特别复杂 工序多 劳动强度大 生产周期长 成本高 因而铸件精度不够理想 甚至对某些复杂的 零件还无法实现活块整体铸造 这就成就了传统铸造铸造的致命弱点 为了改善 砂型铸造的状况 人们作了不少努力 但效果不大 尤其对于那些单件小批量 形状较为复杂的大中型铸件 如何来实现 高效 优质 低成本 的生产要求 成了铸造工作者亟待解决的重大课题 在消失模铸造法出现之后 这个问题得到 了解决 通过毕业设计 可以使我们温习所学的知识养成独立思考的习惯 增强自己 的分析问题 解决问题的能力 深刻意识到创新在社会发展中的重大意义 也为 自己以后的工作积累宝贵的经验 在这个过程中我深刻的感受到了做毕业设计的 意义所在 谢 辞 在本次毕业设计中 我得到了张旦闻老师的热心指导 张老师自始至终关 心督促毕业设计进程和进度 帮助解决毕业设计中遇到的许多问题 还不断 向我们传授分析问题和解决问题的办法 并指出了正确的努力方向 使我在 毕业设计过程中少走很多弯路 经过近段的努力 使我顺利的完成了毕业设 计 这份毕业设计既是对过去三年所学知识的总结 又是自己学习提高的良 机 综合素养也得到了进一步的提高 在这里非常感谢张老师的指导和帮助 并致以诚挚的谢意 同时 身边的同学给了我许多的帮助 在此 我向身边 关心我的同学致以诚挚的谢意 同时感谢学院对我这三年的培养 参考文献 1 1 刘俞敏 消失模铸造新技术与工艺设计 设备 模具 设计选型及缺陷分析防 中国知 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葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁 蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁罿芄螁蚁膄膀螁螃羇葿螀袅膃蒅蝿肈羆莁螈螇芁芇莄袀肄膃莄羂艿蒂莃蚂肂莈蒂螄芈芄蒁袆肀膀蒀罿袃薈葿螈聿蒄葿袁羁莀蒈羃膇芆蒇蚃羀膂蒆螅膅蒁薅袇羈莇薄罿膄芃薃虿羆艿薃袁节膅薂羄肅蒃薁蚃芀荿薀螆肃芅蕿袈芈膁蚈羀肁蒀蚇蚀袄莆蚇螂肀莂蚆羅袂芈蚅蚄膈膄蚄螇羁蒂蚃衿膆莈蚂羁 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