精確鑄造成形關(guān)鍵技術(shù)及計算機(jī)輔助工程

消失模鑄造是一種將泡沫塑料模埋在干砂中,澆注時高溫金屬液使其熱解“消失”,并占據(jù)泡沫塑料模所退出的空間而最終獲得鑄件的鑄造工藝方法。該方法具有鑄件尺寸精度高、工藝過程簡單、設(shè)備投資少等明顯優(yōu)點(diǎn),對于實(shí)現(xiàn)鑄件的精確成型、降低成本和減少環(huán)境污染有重要意義,一開始就受到人們的廣泛重視,被稱為“21世紀(jì)的鑄造技術(shù)”。

   消失模鑄造與傳統(tǒng)砂型鑄造相比,有以下優(yōu)點(diǎn):

  (1)鑄件精度高 消失模鑄造是一種余量少、精確成形新工藝,該工藝無需取模、無分型面、無砂芯,因而鑄件沒有飛邊毛刺,并減少了由于型芯組合而造成的尺寸誤差。

  (2)靈活 為鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了充分的自由度。原先分為幾個零件的結(jié)構(gòu),可以通過由幾個泡沫塑料模片粘合后鑄造而成。原先需要加工形成的孔、洞可以不用砂芯而直接鑄造出來,大大節(jié)約了機(jī)械加工和制芯成本。

  (3) 清潔容易實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。低溫下泡沫塑料對環(huán)境完全無害,澆注時它排放的有機(jī)物很少,而且排放時間短,地點(diǎn)集中,便于集中收集處理;消失模鑄造采用干砂造型,大大減少鑄件落砂、清理的工作量,大大減少車間的噪音和粉塵,舊砂的回收率高達(dá)95%以上。

  (4)自動化程度高 消失模的泡沫塑料模制作、干砂造型和澆注均可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械化、自動化,徹底改變了傳統(tǒng)鑄造的“苦、臟、累”的形象,是鑄造技術(shù)的一次革命。

  (5)成本低 采用消失模鑄造技術(shù)比一般砂型鑄造可以節(jié)約設(shè)備投資30~50%,鑄件成本可下降10~30%。

  安徽叉車集團(tuán)公司是國家生產(chǎn)叉車的骨干企業(yè),產(chǎn)品在國內(nèi)市場占有率達(dá)到40%,出口量逐年增長,己連續(xù)十年獲得叉車生產(chǎn)量、銷售量、利潤、出口量和創(chuàng)匯五項指標(biāo)全國第一。為了進(jìn)一步提高叉車配件和整機(jī)質(zhì)量水平,提高公司市場競爭能力,實(shí)現(xiàn)集團(tuán)公司擠身世界叉車十強(qiáng)的宏偉目標(biāo),公司于1998年投資 4000萬元在集團(tuán)公司合肥鑄鍛廠興建一條機(jī)械化、自動化程度高,體現(xiàn)了90年代世界先進(jìn)水平的消失模鑄造生產(chǎn)線。該生產(chǎn)線于1999年3月投入試運(yùn)行,同年投入正式生產(chǎn)。

  1999年5月22日,清華大學(xué)與安徽叉車集團(tuán)簽定了“精確鑄造成形工藝的關(guān)鍵技術(shù)攻關(guān)”合作協(xié)議。

  清華大學(xué)在消失模鑄造工藝、涂料技術(shù)、凝固模擬技術(shù)、鑄造工藝CAD輔助設(shè)計,企業(yè)信息化管理等方面給予企業(yè)幫助,使產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)步提高,液力變速箱鑄件成品率由原來的30%提高到90%以上。

  為了降低生產(chǎn)成本,廠校合作在消失模用泡沫塑料珠粒的國產(chǎn)化方面進(jìn)行了攻關(guān)。試驗使用杭州亞太化學(xué)工業(yè)有限公司生產(chǎn)的EPS珠粒,通過優(yōu)化鑄造工藝參數(shù),生產(chǎn)的制動鼓鑄件完全達(dá)到質(zhì)量要求。另外還在較為復(fù)雜的變速箱鑄件上試用,EPS與進(jìn)口共聚物按1:1的比例搭配使用也取得了良好效果。使用由清華大學(xué)開發(fā)的消失模專用涂料,使用效果良好,代替了進(jìn)口產(chǎn)品。

  在消失模鑄造工藝方面,雙方合作從發(fā)泡成型、粘接工藝、涂料、造型緊實(shí)工藝、澆注工藝等各個環(huán)節(jié),針對碳黑缺陷、變形、粘砂等質(zhì)量問題,經(jīng)過反復(fù)試驗,根據(jù)不同產(chǎn)品特點(diǎn),選擇和優(yōu)化各項工藝參數(shù),成功生產(chǎn)了近十個品種的鑄鐵件產(chǎn)品,產(chǎn)品質(zhì)量良好,尺寸精確,表面光潔,表面粗糙度達(dá)到Ral2.5μm 以下。鑄件加工量少,重量減輕,清理工作量少,具有良好的綜合經(jīng)濟(jì)效益。以液力變速箱殼體為例,其重量對比如下表。所生產(chǎn)的消失模鑄件重量比樹脂砂鑄件減輕毛坯重近10kg,尺寸精度達(dá)CT7~9,介于樹脂砂鑄件和熔模精鑄件之間。雙方合作進(jìn)行系統(tǒng)調(diào)試,使叉車液壓變速箱殼體鑄件成品率由最初的30%上升到90%以上。在此基礎(chǔ)上總結(jié)得到一整套工藝控制要素,隨后投產(chǎn)的幾個灰鐵鑄件均很快達(dá)到成品率90%以上,并形成了月產(chǎn)150噸的生產(chǎn)規(guī)模。球墨鑄鐵消失模鑄件也實(shí)現(xiàn)了批量投產(chǎn)。鑄件表面沒有飛邊毛刺,減輕了鑄件清理的工作量和工人的勞動強(qiáng)度,改善了車間作業(yè)環(huán)境,顯示出良好的綜合經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。


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