消失模铸造缺陷的影响因素及防止措施.

消失模铸造缺陷的影响因素及防止措施

章

舟 1, 唐锁云 2, 厉三于 3, 李京隆 4

(1. 学林科技开发服务部铸造研究室 , 浙江

杭州

310012; 2. 凯斯特化工有限公司 , 浙江

杭州 311106; 3.

联发消失模成型设备厂 , 浙江

富阳

311404; 4. 宏金隆机械工程技术研究所 , 云南昆明

650100

摘要 :详细介绍了引起反喷、气孔、尺寸超差、变形等消失模铸造缺陷的因素 , 分析了这些缺陷产生的原因 , 并给出了具体的防止措施 ; 同时介绍了消失模铸造中干砂、震实台、砂处理及真空稳压系统的选用原则 , 浇注系统、浇注工艺、真空度的控制方法等 ; 最后指出必须全方位严格管理 , 才能稳定地获得合格的消失模铸件。关键词 :消失模铸造 ; 缺陷 ; 影响因素 ; 防止措施中图分类号 :TG249.5

文献标识码 :B

文章编号 :1003-8345(2006 04-0092-05

Factors Causing Defects of EPC Castings Prevention Measures

ZHANG Zhou 1, TANG Suo-yun 2; LI San-yu 3, LI Jing-long 4

(1.Foundry Research Laboratory, Xuelin Science and Technology Service, Hangzhou 310012, China; 2.Kaisite Chemical Co. Ltd., Hangzhou 311106, China;3. Lianfa EPC Moulding Equipments Works, Fuyang 311404, China; 4. Hongjinlong Mechanical Engineering Technology Institute, Kunming 650100, China

Abstract:A detailed description was made on the factors causing defects in EPC process production such as metal spraying, blow hole, too big dimension deviation, deformation, etc. The defect reasons were analyzed and relevant prevention measures were proposed. The principles were introduced for selecting dried sand system,

jolting

machine, sand treating system, and the vacuum pressure stabilizing system for EPC process production. The gating

system,

pouring process,

and control method of negative pressure was also described.

It was pointed out that

qualified castings can be obtained stably only by conducting strict omnidirectional management. Key words:EPC process; defects; influencing factors; prevention measures

据了解 , 该厂当时用的是敲三角试块看断口的办法来判断蠕化效果 , 这本来无可非议。但该厂现场采用的是底宽约 20mm 、高约 30mm 的三角试样 , 由于蠕墨铸铁的断面敏感性较大 , 如果这种三角试

样断口出现芝麻点的话 , 可能铸件本体已出现片状石墨了 ; 我们认为 , 采用这种三角试块来判断铸件本体的蠕化效果是欠妥的。我们认为 , 采用图 4所示的三角试样将更能模拟铸件凝固。

3结束语

影响铸件质量的因素众多 , 诸如原材料、工艺、

检测等等。在花费大笔资金去购置昂贵、先进的设备

的同时 , 我们不能忽略基本而必要的控制手段 , 包括提供完整又能间接体现铸件特征的试块。缺少切实

的分析数据是铸造不出精品的 , 整个过程将处于失

控状态 , 或者合格品被误判成废品 , 造成生产成本的额外增加 ; 或者等外品可能被当成合格品推向了市场 , 后果难以想象。以上两个案例表明 , 只有采用科学合理的试块才能客观的反映铸件真实的状态 , 才能保证生产过程中质量稳定的连续性。

图 4中等壁厚蠕墨铸铁件炉前三角试块

Fig.4Suggested wedge specimen for on-spot

control of vermicular iron castings with medium

thickness

75

A-A

40

A

V 型缺口

A

180

!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!

设备 , 仪表及其他

Equipments , Instruments and miscellanea

消失模铸造缺陷有 :铸铁件表面皱皮 (积碳 , 铸钢件增碳 , 反喷、气孔 , 尺寸超差、变形 , 塌箱、溃型 , 粘砂 , 节瘤、针刺 , 冷隔 (对火、重皮、浇不到 (足 , 渣孔、砂孔、缩孔、凹陷及网纹 , 内部夹杂物 , 缩松、组织不均等 , 其主要影响因素如下。

1白模 (模样涂料

1.1白模 (模样常见缺陷及防止

1.1.1模样成型不完整 , 轮廓不清晰

产生原因 :(1 珠粒量不足 , 未填满模具型腔或珠粒充填不均匀 ; (2 发泡的粒子粒度不合适 , 不均匀 ; (3 模具型腔的分布 , 结构不合理 ; (4 操作时进粒子不规范。

防止措施 :(1 珠粒大小要与壁厚匹配 , 薄壁模样 , 应该用小珠粒 (最好用EPMMA 、 STMMA 粒子 ; (2 调整模具型腔内结构及通气孔的布置、大小、数

量 ; (3 手工填粒时 , 适当震动或手工帮助填料 ; 用压缩空气喷枪填料时 , 应适当提高压力和调整进料方向。

1.1.2模样熔结不良 , 组合松散

产生原因 :(1 蒸汽的热量、温度不够 , 熟化时间过长 ; (2 珠粒粒度太小 , 发泡或发泡剂含量太少 ; (3 珠粒充型不均匀或未填满模型。

防止措施 :(1 控制预发泡粒子比重 , 控制熟化 ; (2 增加通气的温度、时间和压力 ; (3 改用粒度较小的珠粒。

1.1.3模样外表正常 , 内部呈未曾熔结颗粒

产生原因 :(1 蒸汽压力不足 , 没能进入模型中心或冷气充斥型腔 ; (2 成型加热时间短 , 发泡剂含量太少 ; (4 粒子过期变质。

防止措施 :(1 提高模具的预热温度 , 且使其整体均匀 ; (2 提高蒸汽的压力 , 延长成型时间 ; (3 控制粒子熟化时间及发泡剂的用量 ; (4 选用保质粒料。

1.1.4模样熔融 , 软化

产生原因 :(1 成型温度过高 , 超过了粒子的工艺规范 ; (2 成型发泡时间太长 ;

(3 模型通气孔太多 , 太大。

防止措施 :(1 降低成型发泡温度、压力 ; (2 缩短时间 ; (3 调整模具型腔通气孔大小、数量、分布 ; 1.1.5模样增大 , 膨胀变形

产生原因 :(1 模具未能充分冷却 , 温度过高 ; (2 模样脱模过早 , 过快。

防止措施 :(1 冷却模具 , 不烫手 ; (2 控制脱模时间。

1.1.6模样大平面收缩

产生原因 :(1 冷速太快 , 冷却时间太短 ; (2 成型时间过长 , 使模样大面积过热 ;

(3 模具过热。防止措施 :(1 控制冷速和冷却时间 ; (2 减少成型时间 ; (3 将模样置入烘箱 (50~60℃内进行后处理 , 促其均匀 , 不使收缩过甚而凹陷。

1.1.7模样局部收缩

产生原因 :(1 加料不匀 ; (2 冷却不均 ; (3 模具结构不合理或模具在蒸缸中放置不妥当 , 局部正对着蒸汽进口处的热区。

防止措施 :(1 控制加料均匀 ; (2 调整模具的壁厚和通气孔大小、多少、分布的位置 , 以此控制冷速 , 使模具冷速均匀 ; (3 改变模具在蒸缸中位置 , 避免局部地方对着进口处过热。

1.1.8表面颗粒界面凸出

产生原因 :(1 成型发泡的时间过长 ; (2 模具冷却速度太快。

防止措施 :(1 缩短成型发泡的时间 ; (2 降低模具冷速或放在空气中缓冷 ;

(3 保证粒子的质量。 1.1.9表面颗粒界面凹陷 , 粗糙不平

产生原因 :(1 成型发泡时间太短 ; (2 违反预发泡和熟化规范 ; (3 发泡剂加入量太少 ; (4 通气孔太小 , 数量、分布不合理。

防止措施 :(1 延长成型发泡时间 ; (2 缩短预发泡时间 , 降低成型加热温度 , 延长粒子的熟化时间 ; (3 使用干燥粒子或相应合格珠粒 ; (4 模具型腔通气孔大小、重量、分布要合理。

1.1.10模样脱皮 (剥皮微孔显露

产生原因 :模样与模具型腔表面发生粘合胶着。

防止措施 :加适当的脱模剂或润滑剂 (如甲基硅油。

1.1.11变形、损坏

产生原因 :(1 模具工作表面没有润滑甚至粗糙 ; (2 模具结构不合理或取模样工艺不妥 ; (3 冷却时间不够。

防止措施 :(1 及时加润滑油 , 保证模具工作表面光滑 ; (2 修改模具结构 , 出模

斜度 , 取模样工艺 ; (3 延长模具冷却时间。

1.1.12飞边、毛刺

产生原因 :模具在分型面处配合不严或操作时

收稿日期 :2006-05-09

作者简介 :章舟 (1937.11- , 男 , 毕业于东南大学 (原南京工学院铸造专业 , 工程师 , 目前从事铸造新技术的应用推广工作。

设备 , 仪表及其他 Equipments , Instruments and miscellanea

未将模具锁紧闭合。

防止措施 :(1 模具分型面配合务必严密 ; (2 飞边可用披刀削去或用砂皮纸磨光(但务必保持模样尺寸。

1.1.13模样含冷凝水

产生原因 :(1 颗粒熔结不完全 ; (2 冷却时水压过高和时间过长 ; (3 发泡粒子较粗 , 成型加热时破裂成孔。

防止措施 :(1 成型加热时蒸汽压力要适当 ; (2 调整冷却水压力和时间 ;

(3 将模样放置在 50~60℃烘箱或干燥室热空气中进行干燥处理。

EPC 必须要有合格优质的白模 , 模样与粒料 (EPS 、 STMMA 、EPMMA , 模具 , 发泡、成型设备和操作工艺等密切相关 , 绝对不能有缺陷。

1.2涂料

消失模铸造用涂料有其特点 :

(1 涂挂性能够很融合地浸涂和涂刷在白模的表面上 , 干燥或烘干后不分离起壳 ;

(2 流动性白模涂层表面要光滑平整 , 表面粗糙度、厚薄均匀度应一致。

(3 光洁性白模表面粗糙度影响铸件表面的粗糙度 , 白模表面务必涂敷专用模样表面修补涂料 , 光洁平滑涂膜。然后再挂耐火骨料的涂料 , 且与白模一起完全气化。

表面光洁涂料和耐火涂料必须满足消失模工艺的要求。尤其是耐火涂料除了满足铸造工艺对涂料要求外 , 干燥烘干后必须具备一定的刚度、强度。白模分解时有利于气体迅速排出 , 所以对不同铸造合金务必选择匹配的原材料和涂料制作工艺与挂涂的操作工艺 , 才能防止因涂料引发的各种缺陷。

2干砂和造型设备、砂处理、真空稳压

2.1干砂和震实台

2.1.1干砂

(1 耐火度取决于干砂种类和成分 , 一般石英砂 (黄砂多用于铸铁件 ; 对铸钢件和合金温度较高及厚壁铸件也可用锆英砂 , 对于高锰钢件宜用镁砂或镁橄榄石砂。

(2 透气性取决于颗粒的大小。直径大 , 透气性好 ; 直径小 , 透气性差。形状以圆形为好 , 多角棱形的差。大件用 20/40目 (或 <20目、更粗 , 小件用 40/70目(或 >70目 , 更细。

(3 水分干砂中应小于 1%, 水分太多极易引发许多铸造缺陷 , 如反喷、气孔、表面微孔等等。 (4 温度干砂温度应低于 30~60℃ , 砂温太高易使白模在造型震实过程中变形、扭曲、凹陷。 (5 紧实度取决于干砂的密度和充填方式 (震动强度、干砂的形状和颗粒度 (粗细。直接影响着真空泵吸气的透气性 , 影响铸件表面的碳黑 , 增碳等。 2.1.2震实台

它的作用是使干砂产生无定向振动 , 充满白模 (组串、簇群内外并达到一定紧实度的砂型且不损害白模 (泡塑模样状态。

(1 有效振动紧实干砂又不损害白模的造型。采用高频低幅振动 , 频率 30~80HZ (1800~4800 r/min , 并根据不同白模布置在充型过程中调整频率。振幅一般 0.5~1.5mm , 振动加速度 1~2g 。 (2 振动模式根据白模 (不同铸件应有各种模式 , 垂直振动和两个方向的水平振动 , 也可以采用一个方向的振动 (如平衬板垂直

布置 , 磨球组串 , 也可实施三个方向振动 (三维振动、上下左右前后振动 , 如阀体、六通、复杂泵体等。

(3 足够的弹性支撑能力震实台支撑力应大于砂箱 +型砂 +台面的重量总和。如果震动台的举重力 (支撑力小于工作时总重量之和 , 则影响造型或根本无法成型甚至松散干砂 , 严重影响铸件质量。震动台激振器要具有足够的激振力 , 使其达到要求的振幅和振动加速度。

激振源应多点设置 , 以产生三维方向的往复式 (无方向性振动 , 以免造成型砂定向流动 , 致使白模受损及变形。

(4 震动台性能震动台应有足够的强度 , 刚度和抗振动疲劳结构措施 ; 台面有合适砂箱的尺寸和装卡砂箱的机构 ; 震动造型操作时噪音小。

2.2砂处理

干砂粉尘大、降温慢、工人填砂工作强度大 , 要实现连续的快速生产 , 必须要有砂处理系统及设备。型砂筛分除块、除粉尘、保证干砂良好的粒度状态 ; 磁选去除金属杂物 ; 干砂降温至 60℃以下。主要设备 :筛分、磁选、冷却、水平输送、斗提储砂斗、加砂器等。

经处理后干砂质量 (颗粒、含粉尘和水分等和温度直接影响造型质量 , 从而影响铸件是否会引发缺陷。

2.3真空稳压系统

2.3.1作用和要求

真空稳压系统是为充填干砂砂箱提供稳定的负压场 (真空度 , 使干砂在大气压力作用下定型 ; 同时在浇注过程中将白模 (泡塑模样氧化裂化过程中产生的气体吸走 , 保证浇注顺利有序地进行。其要求 :

设

备

, 仪

表

及

其

他

Equipments , Instruments and miscellanea

(1 真空泵功率大小要与浇注时所连接砂箱多少相匹配 , 尤其是白模 (EPS 或EPMMA 料的发气量相配合 ;

(2 为确保负压值平衡要有足够的稳压空间 , 且准确显示系统各部分的负压值和能有效调整。 (3 白模 (EPS 、 EPMMA 粒料的分解裂解气体 (有机有害气体应能集中作无害处理。

2.3.2组成

由水环式真空泵、气水分离罐、稳压过滤罐、分配阀、真空胶管组成 ; 砂箱结构必须与工艺相匹配 , 自动线采用气动或机械装置 , 使真空稳压系统胶管与砂箱真空接口对接。自由工位时由人工插接真空胶管。

浇注时 , 砂箱中充实干砂的铸型中 , 砂粒之间的气体约占 30%左右砂箱容积内气体 ; 白模在高温金属液的热冲击下 , 迅速分解裂解的大量气体 ; 直浇道随金属流带入的气体及上面密封塑料薄膜泄漏渗透进砂箱内的气体。因此 , 如抽走这些气体选用真空泵抽气容量要大 , 但对其真空度的精确度要求不很高。

确定真空泵的抽气量时要考虑的因素 :浇注的铸件大小、白模大小、数量、粒子材料 EPS 或 EPMMA , 合金材质 (钢、铁、铜、铝等 ; 砂箱大小和同时浇注

的砂箱数量。消失模铸造最适用的是水环式真空泵 , 它抽气量大 , 可达 0.08MPa 以上 , 可以在粉尘、烟气严重条件下工作。浇注大件和特大件时 , 采用二套稳压系统并联 ; 浇注小件时仅使用一套稳压系统。如果真空稳压系统不匹

配 , 或真空系统出故障 , 真空泵无力吸走气体则整个铸件表面发黑。

3浇注系统、浇注工艺、真空度控制和停泵

3.1浇注系统

消失模铸造铸件的浇注系统设置 , 它具有砂型铸造工艺的共性和熔模精密铸造(组串 , 簇模组的特性 , 更要满足白模 (EPS 和 EPMMA 粒料在高温合金液的流股热冲击下的熔解、裂解、分解气体和残留物的排除 , 并附合合金的凝固特性设置浇冒系统。对于顺序凝固铸件 , 冒口应放在最高位置以便能起到收缩和集渣、集气作用 , 形状以球、半球、柱状为佳 , 也可设多个冒口分散补缩 ; 对于均衡凝固铸件 , 必须根据白模分解、裂解、熔解特点设置冒口 , 冒口仅起着集气集渣包的作用 , 应放置在渣尤其是有未完全分解、裂解熔解泡沫塑料 EPS 的粘黑稠渣、气集中的地方或死角顶端。总之 , 浇注系统设置不能使白模和涂料残余杂物进入铸件 (内部或外表为宜。 3.2浇注工艺

浇注过程中金属液、白模 (泡塑模样 EPS 或 EPMMA 粒料及涂料、干砂铸型三者之间的相互作用和真空泵抽真空的作用 , 使其浇注工艺更为复杂。 3.2.1浇注温度

金属液的充型过程中 , 随着白模的气化 , 势必会降低温度 , 从而影响充型速度 , 为了有足够温度来气化白模而不影响充型 , 铸铁件的浇注温度比砂型铸造法提高 20~80℃ , 铸钢件提高 10~40℃ , 有色合金提高 20~50℃。

其中浇注温度对铸件质量最为敏感的是铸铁件 , 尤其对一些复杂薄壁铸铁件 (球铁件更甚。如白模密度 <0.02g/cm 3, 其浇注温度提高 20~50℃ , 密度< 0.03g/cm 3, 提高 40~80℃为宜。浇注温度不足易起皱皮 , 过高则又引发粘砂。

3.2.2浇注速度

适宜的浇注速度应使金属液在铸型中充填速度等于或接近白模的气化速度 , 开始时流股过快过急极易引起反喷、飞溅 , 也易使铸型受冲击引起紊流 , 导致金属液包裹液态聚苯乙烯以及使气化产物卷入其中不易排出 , 造成铸件气孔和夹渣、夹杂等缺陷 ; 流股太慢或时续时断极易引起冷隔、浇不足、对火或皱皮、积碳等缺陷 , 甚至塌型。

3.2.3浇注方式和浇包

(1 浇注方式

EPC 工艺中浇注时使用较大的浇口杯防止浇注过程中出现断流而使铸型塌散 , 保持一定静压头达到流股稳定快速。浇口杯为砂型制成 , 也可采用过滤网保护直浇道和起滤渣的作用。

采用自动浇注机有利于稳定浇注速度 , 并可调整浇注速度 , 如采用加压方法从铸型底部充液 , 采用真空技术将金属液吸入铸型等。手工浇注不利控制 , 受人工操作熟练程度的影响。

(2 浇包

EPC 铸造一般中小铸件大多采用转包。

实际生产中要根据铸件的种类、形状、大小、要求和工厂实际条件综合考虑浇注温度、浇注速度、浇注方式 , 确定合适的浇注工艺 , 避免出现缺陷。 3.3真空度控制和停泵

EPC 真空度是最基本 , 也是最重要的。其负压的作用 :(1 紧实干砂铸型 , 防止冲砂、铸型崩散及型壁移动 ; (2 加快排气量和排气速度 , 降低界面气压加快流股前沿推进速度 , 提高充型能力 , 有利于减少铸件表面的碳黑缺陷 ; (3 抑制白模材料燃烧 , 促使其气化 ; 改善环境 ; (4 增加了流股的流动性 , 成形性 ,

设

备

, 仪

表

及

其

他

Equipments , Instruments and miscellanea

通讯地址 :武汉市珞瑜路 1037号华中科技大学材料学院 (430074 电话 /传

真 :027-********

联系人 :陈立亮、刘瑞祥、周建新、廖敦明

华中科技大学材料学院

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使铸件轮廊更清晰、分明。

但过度提高真空度后 , 使流股穿透力显著提高 , 穿过涂料壳膜而形成针刺、粘砂、结疤等缺陷。所以 , 真空泵的大小必须综合考虑后加以控制。

砂箱内的真空度突然显著下降 , 其原因有 :(1 浇注时 , 金属液流股溢出、飞溅将上面密封塑料薄膜烧穿 , 破坏了砂箱内的密闭状态 ; 浇注开始 , 直浇道没有被流股封住 , 而吸进了一些气体 , 受热膨胀 ;

(2 白模在流股的热冲击下突然产生大量的气体 , 透过涂层经干砂间隙从抽气室被真空泵吸出 , 需要经过一段时间 , 此时砂箱内部的真空度下降到最低值。随后真空度又慢慢上升 , 直至浇注完毕 , 又基本恢复到初始真空度。

浇注过程中 , 铸铁件不低于 0.015~0.02MPa , 最好控制在 0.02MPa 以上 , 决不能出现正压状态。应采用大抽气量真空泵 , 保持浇注过程的最低真空度。为保证真空度和抽气量之间稳定和自行调节 , 可设置大储量的真空罐 (带调压阀。

当铸件表面结壳层 (铸造外壳达到一定的厚度和强度 (刚度时 , 就可停泵释放真空 , 使铸件处于自由收缩状态 , 以减少铸造应力。停泵过早 , 铸件表面强度较低 , 容易引起涨砂变形 , 影响尺寸精度 ; 反之 , 停泵太晚 , 干砂铸型强度比砂型高 (坚硬 , 铸件收缩受阻 , 增大铸造应力 , 引起热裂 , 甚至真空泵吸气过大局部吸冷铸件引起冷却不均而产生裂缝。

停泵时间可从实际出发加以调整控制。

4结束语

EPC 铸件产生缺陷 , 除上述这些主要影响因素

外 , 在生产线中如砂箱结构 , 气室 , 吸气口布置与铸件结构、合金种类等不匹配也会造成缺陷 ; 甚至于潮湿多雨或雪天 , 也易使白模涂料吸潮 , 干砂吸湿 , 引起铸件缺陷等等。总之 , 务必全方位从严管理 , 才能稳定地获得合格的消失模铸件。

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华东地区铸造协会迁址公告

华东地区铸造协会、上海市汽车行业协会汽车铸造分会因地铁建设动迁 , 自2006年 7月 12日起迁至新地址办公。新址 :上海市云岭东路 570号

(上海汽车有色铸造总厂内邮编 :200062电话 :021-********, 62647509传

真 :021-********