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车间设计― 实型铸造车间白区工程设计要领

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0 3中国铸造装备与技术 实型铸造车间白区工程设计要领 '

M a i n p o i n t s f o r d e s i g n i n g w h i t e a r e a o f l o s t f o a m f o u n d r y

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3 9机械工业部第四设计研究院 王亚峰 主 题词:箱体铸铁件 消失模 白区 K e y w o r d : l a r g e a m o u n t p r o d u c t i o n , c a s e - s h a p e i r on c a s t i n g s , l o s t f o a m , w h i t e a r e a 机械工业部第四 设计研究院设计的一个年产5

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0 t 箱体铸件 ( 变速箱体、变矩器壳体、离合器壳体等灰铁 铸件) 的消失 模铸铁车间 于1

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9 年下半年成功建成并投 入批量生产.

本文主要介绍该实型铸造车间的白区 ( 即 制模工部)设计要领和经验. 风烘干~输送至造型浇注线 . 1白区工艺流程 白区担负着向造型浇注工部 ( 黑区)提供合格发 泡模束的任务.该工部是实型铸造车间所特有的工 部.工部的工艺流程如下: 外购珠粒进厂一冷藏一予发泡一珠粒熟化一模片成 型~模片时效一模片粘合~浇道粘合~模束上涂料一热 收稿日期:

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2 一222珠粒的冷藏及防爆 不论是何种珠粒 ,如可发性聚苯 乙烯珠粒 ( E P S ) , 可发性聚甲 基丙烯酸甲脂 〔 E P M M A ) , 或者是 E P S 与E P M M A 的共聚物等,在其制作过程中均加入了 低 沸点碳氢化合物或卤代化合物如戊烷等作为发泡剂. 低温储存的主要 目的是减缓发泡剂的挥发散失,延长 珠粒的可使用时间.一般在发泡剂含量挥发至低于5 % 后珠粒就很难应用于铸造生产中. 在大批量生产条件下,应设专用的珠粒冷藏装置 ( 柜) .珠粒冷藏温度要不高于1

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C .由于发泡剂是 易燃易爆物品,珠粒冷藏装置 〔 柜)放置在主车间 外,珠粒冷藏室要通风良 好,室内的电机风机电器要 风扇叶片,用一般的两开模很难生产,而且还需要下 很大的型芯.因此沿用该产品提供者原有的专门技 术,即三箱电动漏模造型技术,这样采用专用的圆形 砂箱,型砂耗量很少,还 自带型芯,既经济又实用. 为了克服曲轴由于石墨球化膨胀造成组织的疏松, 沿用曲 轴产品提供者原有的覆膜砂铁模覆砂造型工艺, 这一工艺是我国上世纪8

0 年代开发的新工艺,与砂型 相比,铸件的内外质量水平均可提高一个档次. 3制芯工艺 由 于曲轴采用覆膜砂铁模覆砂造型工艺后,使制 芯工艺的选用变得简单了,亦相应采用覆膜砂壳芯工 艺.覆膜工艺除了能显著提高铸件质量之外,覆膜砂 可由 专业厂大批量生产,长期储存而不影响使用,因 此可从市场进行采购,使铸造生产过程得到简化. 为一条现代化的砂处理生产线.从图1 工艺平面布置 看, 整个系统又相当简单,设备用得很少,占 地面积 很小.如整个输送系统仅用了5 条带式输送机和2 台斗 式提升机,其中落砂机下来的旧砂和中间斗出来的旧 砂,湿新砂和干新砂分别共用 l 台提升机分时段完成各 自的提升,并共用

1 条带式输送机分时段完成到混砂机 砂斗的输送;

再如采用了高速转子式混砂机省掉了松 砂机,因前者的线速度

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8 m / s ,大大超过了后者

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2 m / s 的 速度,所混出 来的 型砂松散 度已 超过了 松 砂机所能达到的松散程度. 4砂处理工艺 根据型砂周转量不大,又采用二班制生产的特 点,采用图2所示砂处理工艺流程. 如图2示,整个砂处理工艺过程相当完备,不失 5清理工艺 清理采用传统的工艺,即小件用抛丸清理滚筒清 理,大件用双钩抛丸清理室清理,打磨采用台式砂轮 机和手提式风动砂轮机,底漆采用简易的浸漆室浸 涂.综上所述,在缅农铸铁车间的工艺设计中,较集 中 采用了 我国 改革开放以 来 铸造行业所取 得的 一些成果, 同时也作了 一些有益的 尝试,但愿她能为中缅铸造业中 技术交流架起一座沟通的桥梁.

3 7 万方数据 车间设计― 实型铸造车间白区工程设计要领 选用防爆型. 3预发泡机的 选择 预发泡机按照加热方式不同可以分为直热式和间接 加热式两种. 间接加热式予发泡机使用较少.其发泡室为夹层 结构,夹层内热介质间接加热预发缸的壁并且给预发 缸抽真空而使珠粒发泡.优点是由于真空的作用可以 获得较低密度的珠粒,予发后珠粒不含水分.缺点是 难以实现对密度的准确控制,且发泡时需加入少量粉 状润滑剂.目前包装行业常用的是蒸汽直热式预发泡机.其 原理是将蒸汽直接通入预发缸内,直接接触珠粒加热 使其发泡.直接加热式预发泡机的结构及操作较简 单.发泡室预热完毕后加入一定量的珠粒,通入蒸汽 使其发泡至预定的体积.这样可以实现准确控制密 度.即使对大批量生产的铸造车间,其珠粒发泡量也 远低于包装行业的用量.包装行业还有连续式预发泡 机.综合多种因素,最适合铸造行业的预发泡机应是 直热间歇式蒸汽预发泡机. 目 前国际上先进的直热间歇式蒸汽预发泡机能实现 自 动定量加料,发泡倍率、温度、压力和时间预先设 定、程序自动控制.并辅以预发后珠粒千燥、破碎、 筛分、气力输送等装置.该车间设计中即选用了具有 上述功能的直热间歇式蒸汽预发泡机.

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0 3中国铸造装备与技术 差,使模样表面不光洁,某些部位珠粒还会破裂.最 少熟化时间 取决于预发泡机种类、相对湿度、 温度和珠 粒密度, 使用真空预发泡机一般为2 h , 蒸汽预发泡机为

4 h , 熟化时间也不能 太长,时间 长发泡剂逸出多,在制 模片时会因发泡剂过少而发泡不良.珠粒不同,熟化后 的可使用时间也不同, 一般E P S 可使用时间为2 -1

2 h , E P M M A 可使用时间为4

8 h 到半年, 共聚物使用时间为4

8 h 到2 个月. 在大批量生产的车间,一般采取设2个(或更多 的)预发珠粒储存仓,用透气的稀布料或纱布制成. 一个用于珠粒熟化,一个用于储存熟化后可使用珠 粒.采用自然熟化方式,根据季节调整熟化时间. 4珠粒熟化 熟化的机理:珠粒在高温下软化、微孔内气体膨 胀的同时,蒸汽也向内渗透,导致珠粒体积增大,遇 冷后微孔内水蒸汽凝结,气体收缩使其压力低于大气 压,珠粒处于受压状态,这种压力可能使珠粒表面产 生不可恢复的变形.因此, 预发后的珠粒要防止激冷并 存放一段时间,使空气能渗透到微孔内,同时微孔内 的凝结水也逐渐蒸发,珠粒干燥,内外压力达到平 衡,这个过程一般称为熟化. 熟化工序对模片成型有重要作用.未经熟化的珠 粒,泡孔内处于负压状态,受挤压就会被压扁并不能 复原,故不能进行发泡成型.熟化过程使珠粒具有弹 性和再膨胀能力,发泡得到的模型表面光洁,同时熟 化后珠粒变得 结实 ,增加了模型脱模时抗外力变 形能力.此外,因去除了水份也有利于成形工序的加 料操作.熟化工艺参数:熟化温度,常为

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C,温 度过高会使发泡剂损失增加,温度过低则限制了空气 的渗入:熟化时间,熟化时间是影响模样质量的重要 因素.预发泡后珠粒熟化时间太短,制模时膨胀性较 5发泡成型机及模具 发泡成型机按分模方法可以分为水平分模 ( 又称 立式)和垂直分模 〔 又称卧式)两种成型机.水平 分模成型机的优点是模具安装简单,抽芯机构安装维 护方便,缺点是出模时容易破损,下边的气室排水不 顺畅,影响蒸汽加热的效果. 垂直分模成型机排水顺畅,加热均匀.但是模具 安装比较困难,抽芯机构比较难于工作. 在消失模铸造过程中,制模工序是一个至关重要 的过程.这是因为一旦模样在这一阶段作出来,其质 量状况如尺寸精度是不可能在后续环节中予以调整的. 除了 珠粒质量和模具精度外,发泡模的质量很大程度 上取决于成型机的性能. 对于大批量生产叉车、汽车、发动机等行业所需 的内腔复杂的箱体类铸铁件,壁薄且不均匀,一般要 分层制出 模片, 然后再用粘结机粘结成完整的模样.为 使珠粒能充填均匀那奇形怪状的型腔,就要求成型机有 多个射枪同时射料.国内 最常用的成型机无论是蒸缸式 还是单双丝杠式,射料过程都是手工完成,一般仅有两 三个射料口,且同时只有一个射料枪射料,仅适用于比 较简单的模样. 除了对射枪数的要求外,大批量生产条件下对成 型机还有如下技术要求:

1 ) 整体可靠性高;

2 ) 安装模具的空间大,有快换锁紧模具机构,整 机模块化设计方便接触维修;

3 ) 蒸汽室优化设计使其容积最小以节约能源,并 可实现2付以上模具组模生产;

4 )配备真空系统,用于快速除去型腔内残余水 分,及负压吸取发泡模样;

5 )应设有工艺参数( 如蒸汽、压缩空气、循环水 的压力、温度、工作时间等) 的测量显示和控制系统, 可根据不同模具对相关参数进行优化或预置o应可实 现从珠粒输送至发泡模送出的全自 动运行.

3 8 万方数据 车间设计― 实型铸造车间白区工程设计要领 目前我国的成型机研发制造水平较低,还没有卧 式发泡成型机.该车间选用了德国T e u b e r t 公司的卧式 发泡成型机 . 关于配套模具.模具在发泡成型环节至关重要, 其对发泡模的质量影响较大.箱体类铸铁件模具设计 除考虑尺寸精度收缩率外,重点要考虑如下环节:如 何分片,射枪数量及位置,排气塞的数量和位置等. 另外应考虑如何与成型机进行衔接.在简单的成型机 上,模具一般要自 备蒸汽室.在较完备的成型机上模 具和成型机的模底枢间可 自然形成蒸汽室.

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0 3中国 铸造装备与技术 着模片粘合面运动而上胶.这种粘结机的优点是:可 以对任意形状的粘结面上胶,在更换产品的时候只需 要更改控制程序即可,且不需要对胶进行加热. 缺点 是设备较复杂,拈结后达到粘结强度和最大强度的时 间较 长.综合比较后,我们选择了冷胶粘结机.该冷胶粘 结机可对己涂胶并合拢的上下模片通热空气以加快胶的 固化. 模片 在冷胶粘结 机固 化约l m i n 即可被取下, 再在常温下存放约3

0 m i n 胶合面即达到正常使用的强度要求. 6模片时效 模片时效也称模片熟化, 成型后3

0 m i n 内 模片极 软, 模片内9

0 %以上都是中空孔隙,其中充满了空气、 水........