消失模磨球鑄造工藝

1前言

消失模鑄造的優(yōu)勢(shì)和工藝特點(diǎn), 尤其適用于磨球的鑄造, 它充分發(fā)揮了熔模精鑄的可組 串澆注特點(diǎn), 又不需結(jié)殼, 有較高的工藝 出品率, 較高的生產(chǎn)效率, 產(chǎn)品質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn),。消失模鑄造磨球, 是消失模鑄造工藝 中較為簡(jiǎn)單的一類(lèi)。

消失模鑄造磨球必須符合磨球國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),。以及電力部,、建材部等部標(biāo)準(zhǔn)。同時(shí), 生產(chǎn)磨球廠家遵照上述標(biāo)準(zhǔn), 結(jié)合用戶(hù)的要求, 根據(jù)當(dāng)?shù)卦锨闆r, 適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行調(diào)整, 比如靠近 生產(chǎn)稀土礦區(qū)或其它礦料中附有稀土元素, 則在熔鑄磨球時(shí)適量加人可改善磨球力學(xué)性能和使用性能,。

2白模制作及組串

2.1泡沫模樣材料的選擇

消失模鑄造選用泡沫塑料為模樣材料,，泡沫塑料的種類(lèi)非常多，消失模模樣所需泡沫塑料需要一定條件,，因此能達(dá)到要求的卻很少,。因?yàn)榕菽芰蠎?yīng)用到消失模鑄造領(lǐng)域時(shí)，必須滿(mǎn)足以下條件：

（1）密度低,，強(qiáng)度高,；

（2）易汽化，高溫分解的殘留物少,；

（3）易成型,，能獲得表面光潔的模樣。

EPS（聚苯乙烯）具有較高強(qiáng)度,，發(fā)氣量較小,，主要分解產(chǎn)物為分子量較大的芳香烴、氣體較多,、單質(zhì)談碳多,，價(jià)格便宜，應(yīng)用比較廣泛,。國(guó)內(nèi)用得較多的是EPS（聚苯乙烯）,，且由00于聚苯乙烯具有良好的發(fā)泡成型性能，所以,，在采用發(fā)泡成形,，大批量生產(chǎn)時(shí)，多選擇聚苯乙烯或聚苯乙烯與聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的共聚物,。此外發(fā)泡的PMMA硬度高,、脆性大，不易獲得低密度的模樣也使得PMMA不適合發(fā)泡成型,。因此可根據(jù)公司實(shí)際情況選擇適合的材料,。

2.2白模成型

以國(guó)內(nèi)用得較多的是EPS（聚苯乙烯）為例進(jìn)行介紹：

（1）預(yù)發(fā)泡：

在制模之前首先將樹(shù)脂顆粒（原始料顆粒）預(yù)發(fā)到合適的密度大概18g/L～22g/L，一般通過(guò)蒸汽加熱或者電加熱來(lái)進(jìn)行,。

（2）預(yù)發(fā)泡工藝參數(shù)（見(jiàn)表2-1）：

表2-1 SJ-KF-450型間歇式蒸汽預(yù)發(fā)機(jī)的操作工藝參數(shù)

采用EPS,，預(yù)熱溫度取80℃，蒸汽壓力0.1MPa，發(fā)泡溫度90℃,，入料時(shí)間通常設(shè)定為3-5s,，加熱時(shí)間150-200s，保溫時(shí)間15-30s,。出料的珠粒冷卻后,，需要進(jìn)行熟化和干燥。珠粒最佳的熟化溫度為23-25℃,，時(shí)間為12-24h,。

2.3成型工藝

模樣材料收縮，采用EPS時(shí)推薦收縮率為0.3%～0.4%,。

消失模鑄造磨球像熔模精密鑄造一樣, 可以組串EPS白模球, 粘結(jié)的直澆道( E P S棒)可四方形,、五邊形、 六角形,、 多邊形,、 圓形。 其大小,、 長(zhǎng)短及E P S球每排個(gè)數(shù)和上下層數(shù)的粘合, 要根據(jù)各廠澆注磨球的工藝, 以及熔煉設(shè)備容量 決定的每只砂箱布置幾個(gè)組串EPS球(大小、 個(gè) 數(shù),、 重量和澆注系統(tǒng)) 而定,。例如：每層6球均布。 多豎串式工藝出品率為 80 % 以上,。如圖2.1,，2.2。

圖 2.1

圖 2.2

2.4澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

因該件屬于中小型鑄件,，以此計(jì)算出該澆注系統(tǒng)澆注時(shí)間,、內(nèi)澆道截面積、澆注系統(tǒng)各組元斷面尺寸各澆道的截面比選：

∑F直:∑F橫：∑F內(nèi)=1.4：1.2：1,。

（1）澆注時(shí)間

T=G?+G?

T=10.6s（T為澆注時(shí)間）,；

（2）內(nèi)澆道截面積的計(jì)算

由水力學(xué)計(jì)算公式：

根據(jù)上圖所示澆冒系統(tǒng)的設(shè)計(jì)可根據(jù)圖2.2所示，依據(jù)上述公式分別計(jì)算出澆注系統(tǒng)各組元斷面尺寸,。采用工藝出品率高的頂注方法進(jìn)行澆注,。

2.5白模粘結(jié)

模樣分成兩部分用成型機(jī)打的，所以,，要把兩部分組合起來(lái),。組合好之后，把澆口杯,、內(nèi)澆口跟橫澆道以及泡塑模樣部件用冷膠粘接起來(lái),。

3涂料的選擇

黃區(qū)是配制消失模涂料的工序。消失模涂料是消失模鑄造中重要的一環(huán),，是關(guān)鍵因素之一,。不同于其他鑄造將涂料涂于型腔內(nèi),，消失模涂料是涂于泡沫塑料模型上的，因此需用專(zhuān)用涂料,。消失模涂料一般由耐火材料,、粘結(jié)劑（溶劑）、表面活性劑,、懸浮劑,、觸變劑及其它附加物。

3.1涂料成分

(1)耐火材料

耐火材料決定了材料的耐火度,、化學(xué)穩(wěn)定性,、及絕熱性能，它是消失模涂料的骨干,。鑄件為鑄鐵件,，常選用鋁礬土、高嶺土熟料,、石英粉,、棕剛玉粉做耐火材料。

(2)粘結(jié)劑

合理的選用有機(jī)粘結(jié)劑及無(wú)機(jī)粘結(jié)劑可以保證涂料的高強(qiáng)度及高透氣性,。其中無(wú)機(jī)粘結(jié)劑常用的有膨潤(rùn)土,、硅溶膠、水玻璃,、磷酸鹽等,。本次使用鈣膨潤(rùn)土作為無(wú)機(jī)粘結(jié)劑,。對(duì)于有機(jī)粘結(jié)劑可選用硅溶膠及白乳膠。

(3)載液

消失模涂料常用的載液為水或醇類(lèi)，考慮環(huán)保、成本問(wèn)題多采用水做載液，制成的涂料為水基涂料。

(4)表面活性劑

為改善涂料的涂掛性需加入表面活性劑,，它既親水也親油。常用的表面活性劑為JFC，全名聚氧乙烯烷基醇醚,。

(5)懸浮劑

為了使耐火材料和粘結(jié)劑充分的混合，使其能處于懸浮狀態(tài),，需加入懸浮劑,。常用的懸浮劑為鈣基膨潤(rùn)土,，也可用CMC做水基涂料的懸浮劑。本次采用膨潤(rùn)土及CMC混合做懸浮劑。

3.2涂敷工藝設(shè)計(jì)

消失模涂料的涂敷一般有刷、浸,、淋、噴四種方式,。因?yàn)殍T件為中批量生產(chǎn)的中小型形狀復(fù)雜的薄壁鑄件,，可采用需采用噴涂法,。消失模鑄造用涂料為水基涂料,，攪拌過(guò)程會(huì)伴隨著涂料粘度下降，攪拌結(jié)束后粘度又會(huì)上升,。因此，為得到均勻厚度,，需邊攪拌邊進(jìn)行涂敷,。同時(shí)攪拌涂料速度應(yīng)保證正常,，避免沉淀及卷氣的產(chǎn)生。涂敷均勻，不得暴露。

水基涂料涂敷后需要進(jìn)行烘干處理,。涂料進(jìn)行烘干由于受到EPS模型軟化溫度的限制,，一般在低溫或常溫烘干,。常在40-60℃,，干燥時(shí)間為2-10h,。烘干過(guò)程中還應(yīng)控制濕度,，一般濕度小于40％并通風(fēng)以達(dá)到更好的干燥效果,。烘干設(shè)備常用的有干燥室,，干燥箱及連續(xù)烘干窯,，熱源有電,、暖氣、熱風(fēng)等,。且在烘干中應(yīng)注意以下事項(xiàng),。

(1)烘干過(guò)程需放置模型的放置與支撐，防止模型變形,。

(2)必須烘干烘透,。

(3)烘干后需將模樣置于濕度小的地方，防止吸潮,。

4造型工藝

4.1埋箱造型相關(guān)設(shè)計(jì)

砂子選用寶珠砂,。一方面因?yàn)閷氈樯傲鲃?dòng)性好，振動(dòng)時(shí),，容易填充實(shí),，緊實(shí)效果好,，石英砂流動(dòng)性不好，有的地方填充不到,，澆注時(shí)導(dǎo)致鐵包砂,，使得鑄件精度降低；另一方面寶珠砂破損率低,，長(zhǎng)久來(lái)看,，使用寶珠砂合適。

型砂目數(shù)大概20～40目,，砂子太細(xì),，透氣性不好，對(duì)鑄件表面質(zhì)量影響較大,，砂子太粗容易造成粘砂等現(xiàn)象,，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)情況選擇。采用雨淋式加砂,。加砂斗底部有定量的料箱,，氣缸拉動(dòng)閥板后，砂子通過(guò)均勻分布在閥板上的小孔流入砂箱,，加料箱尺寸基本與砂箱尺寸相近,，加砂均勻，沖擊模樣力最小,。

4.2 振動(dòng)參數(shù)設(shè)計(jì)

振動(dòng)參數(shù)包括振動(dòng)時(shí)間,、振動(dòng)方向、振動(dòng)頻率和振幅等,。在裝箱時(shí)應(yīng)該根據(jù)泡沫塑料模樣的幾何形狀選擇振動(dòng)的方向和時(shí)間頻率和幅度,。

通常選用高頻低幅振動(dòng)，常用的振動(dòng)頻率是50Hz左右,，確保干砂緊實(shí)又不損壞泡塑模型,。振幅一般為0.5～1.5mm，振動(dòng)加速度10～20m/s2,。

5澆鑄工藝

5.1澆注系統(tǒng)

選用頂注或底注,頂注的工藝出品率高于底注,底注的集渣優(yōu)勢(shì)高于頂注 ,。

5.2負(fù)壓( 真空度 )

低、中,、高鉻合金鑄鐵為-0.04一-0.05MPa,其它合金磨球此范圍內(nèi)選定,。

5.3 澆注溫度

球鐵1400-1450℃,甚至1480℃;合金鑄鐵1450-1550℃，高鉻磨球1520-1550℃ ,。

5.4澆注速度

檢查砂箱澆注前狀況無(wú)誤,開(kāi)始澆注速度要慢,，然后轉(zhuǎn)快，最后收包時(shí)慢。開(kāi)始EPS氣化,、裂化生成物往澆口杯處排出,，應(yīng)防止其噴濺。稍后EPS氣化形成通道,，封住澆道，使鑄型處于密封,維持其真空度,順利進(jìn)行澆注,。最后為使氣化殘?jiān)?、雜質(zhì)有充分的時(shí)間上浮到頂部 , 使氣體逸出 , 轉(zhuǎn)人慢澆,但澆注流股細(xì)—粗—細(xì)切不可中斷。

5.5穩(wěn)壓,、開(kāi)箱

澆注后真空泵繼續(xù)抽負(fù)壓3 ~ 5 m in , 但如澆注低鉻磨球時(shí),，為了達(dá)到金屬型鑄造的冷卻速度和鑄造硬層，也有的廠采用在奧氏體區(qū) ( 鑄態(tài)紅熱下) 進(jìn)行正火,，辦法是吹風(fēng),、吹風(fēng)加噴霧、吹風(fēng)加噴細(xì)水( 轉(zhuǎn)動(dòng)球串) ,，提高硬度,，增加抗磨性能 。

6可能出現(xiàn)的缺陷及防治

6.1塌箱

產(chǎn)生原因：

澆注金屬液浮力過(guò)大,；鑄型內(nèi)氣體壓力過(guò)大,；模樣有空洞或強(qiáng)度不足；金屬液內(nèi)流和沖擊,；砂箱移動(dòng)鑄型內(nèi)部破壞等,。

防止措施：

（1）合理控制澆注速度，保證澆口杯始終被金屬液充滿(mǎn),，澆注過(guò)程中不能斷流,。

（2）適當(dāng)提高負(fù)壓大小，使型砂更加緊實(shí),。

（3）選用低密度的模樣,，減少發(fā)氣量。

（4）選用強(qiáng)度高,，透氣性好的涂料,。

（5）振動(dòng)造型工藝參數(shù)要合理，以保證鑄型各處干砂緊實(shí)均勻,。

6.2冷隔,、澆不足

產(chǎn)生原因：

充型溫度太低；澆注系統(tǒng),、結(jié)構(gòu),、澆注操作工藝不當(dāng)，充型過(guò)程中負(fù)壓太大。

防止措施：

（1）提高金屬液澆注溫度,。

（2）改進(jìn)澆注系統(tǒng),，提高充型速度。

（3）采用適當(dāng)?shù)呢?fù)壓度,。

6.3反噴

產(chǎn)生原因：

負(fù)壓度不夠是造成反噴的根本原因,。而影響負(fù)壓度的原因很多，包括模樣密度過(guò)大,；干砂透氣性差,；涂料透氣性差；澆注溫度太高或澆注速度太快等,。

防止措施：

（1）選擇合適的干砂造型,，以便控制干砂的透氣性，切忌不可混用不同檔次目數(shù)的干砂,。

（2）控制澆注溫度和澆注速度,，即充型溫度來(lái)保證模樣氣化。

（3）合理的控制涂料厚度,，提高涂料的透氣性,，以便于模樣氣化后氣體及時(shí)排出。

（4）設(shè)計(jì)合理的澆冒口系統(tǒng),，保證澆注時(shí),，金屬液充型平穩(wěn)、迅速的充滿(mǎn)型腔模樣,。

6.4氣孔

（1）鑄件一種氣孔的產(chǎn)生主要原因是：高溫金屬液注入時(shí)卷入空氣,，卷入泡沫碎屑會(huì)被金屬液汽化產(chǎn)生氣體，空氣不能夠有效的從鑄型內(nèi)排出,，從而存留在鑄型中,。此種氣孔處理方法是適當(dāng)降低砂箱內(nèi)的壓力。

（2）鑄件另一種氣孔造成的主要原因是因?yàn)橥苛希和苛系耐笟庑阅茌^差,，以及涂料層過(guò)厚引起的,，從而使模樣汽化后的氣體不能及時(shí)有效的從鑄型中完全排除，殘留在鑄型中,。

6.5縮孔縮松

在液態(tài)金屬高溫作用下,，白模汽化消失，金屬液占據(jù)白?？臻g,，當(dāng)高溫液態(tài)金屬冷卻下來(lái)變成固體會(huì)發(fā)生體積收縮，當(dāng)高溫固態(tài)金屬冷卻到室溫時(shí)還會(huì)有固態(tài)收縮,，金屬的固態(tài)收縮會(huì)引起鑄件外輪廓的改變,，金屬液凝固收縮后，新的金屬液將會(huì)被阻擋不能進(jìn)入因此會(huì)出現(xiàn)縮孔縮松的缺陷。

7結(jié)束語(yǔ)

消失模鑄造磨球雖然沒(méi)有金屬型鑄造的外殼抗磨,，由于冷速均勻不會(huì)發(fā)生金屬型鑄造磨球澆冒口處先磨損失圓而影響球磨機(jī)的產(chǎn)量,。 綜合許多廠家經(jīng)驗(yàn)，消失模鑄造磨球直徑以直徑30-120mm為宜,。直徑小于30mm,，由于合金液熱量對(duì)氣化、 裂化白模不足,，因而易引起積碳,、皺皮、夾渣 ( 碳 黑 ) ,；磨球 直徑大于120 m m，則又易引起中心疏 松,、空心,。總之消失模鑄造磨球工藝在不斷地發(fā)展適應(yīng)發(fā)展需要,。