消失模設備對消失模工藝的影響

1 ?消失模工藝與設備關系 眾所周知，消失模設備是在消失模工藝發(fā)展到一定階段后出現的，我們應該明白，消失模設備的使命是保障消失模工藝的順利實施，是為了消失模工藝的順利開展而服務的。換句話說，如果沒有了工藝做支撐，設備只是一堆廢銅爛鐵毫無意義。所以只有對消失模工藝有著深刻理解，甚至多年致力于消失模工藝的研發(fā)與拓展，這樣的公司才可以制作出真正適用于消失模工藝的設備，真正意義上做到“消失模設備是為了保障消失模工藝”這一理念，而不會為了業(yè)務額，為了效益，淪為僅僅只是制作設備的“設備廠”。本文主要針對在消失模工藝過程當中有著至關重要作用，對消失模工藝的實施做出巨大貢獻的設備做簡要的分析說明。目的是為了讓消失模行業(yè)的從業(yè)者們充分了解消失模設備在消失模工藝過程當中的重要作用，并對這些設備的性能和特色有一定認識。本文將消失模工藝過程分為：白模質量、澆注過程、型砂處理三個模塊，主要從這三個方向來做闡述。目前市場上消失模設備的質量參差不齊，為了統(tǒng)一本文所列舉設備均為河北瑞歐智能裝備有限公司所生產。 2 白模 2.1 預發(fā)工藝要求和工藝流程 2.1.1預發(fā)機工藝要求 預發(fā)成型作為LFC法的第一步，是整個消失模工藝過程的開端，直接影響著整個工藝過程的質量和效率?，F在廣泛應用于消失模生產領域原料主要為：EPS、STMMA。其工藝要求為： （1）較高的生產效率； （2）可控的珠粒密度； （3）發(fā)料均勻，無子料； （4）發(fā)料后珠粒粒徑滿足使用要求。 2.1.2預發(fā)機工藝流程 預發(fā)機工藝流程為：原始珠粒挑選→珠粒預發(fā)泡密度控制→珠粒預發(fā)泡→珠粒熟化。合理的珠粒粒徑和密度對模樣的表層質量和模樣強度有著至關重要的影響，進而影響著鑄件的質量。預發(fā)機機型的挑選和工藝參數設置對原始珠粒預發(fā)泡成型以及后續(xù)工序已至整個消失模工藝的影響都是深遠的。預發(fā)機的種類和特色見表2-1。圖2-1是瑞歐公司生產 電蒸汽預發(fā)機ROYF-Ⅰ EPS、STMMA雙用。 表2-1預發(fā)機種類和特色 預發(fā)機 生產效率 珠粒熟化程度 發(fā)料均勻性 電預發(fā)機 較低 較高 均勻 蒸汽預發(fā)機 高 較高 易結塊 電蒸汽預發(fā)機 較高 較高 均勻 圖2-1?瑞歐電蒸汽預發(fā)機ROYF-Ⅰ?EPS、STMMA雙用 2.2 白模成型質量 2.2.1白模工藝要求和成型機工藝流程 原始珠粒經過預發(fā)機預發(fā)泡（一次發(fā)泡）為合格珠粒后，需要經過成型機進行二次發(fā)泡才可以形成最終的白模模型。為了滿足工藝要求，白模模型應該具備以下幾個條件： （1）光滑平整的表層質量（無斷料和成型不足現象）； （2）合理精確的輪廓尺寸； （3）滿足工藝使用的強度。 成型機工藝流程： 成型機工藝流程：合?！崆疤崆邦A熱→加料→固模加熱→動模加熱→熱壓→水冷卻→真空冷卻→脫模。成型機的功能是生產出合格的白模模型，成型質量好壞直接影響白模模型的質量，進而影響鑄件的質量，關乎整個消失模工藝的成敗。每一道流程都是必不可少的，都是為了可以制作出滿足工藝要求的白模而設計的。不合理的成型工藝會產生模型的不良品，圖2-2是瑞歐公司為摩洛哥生產的井圈模樣的不良品和良品。 ? 圖2-2 瑞歐生產摩洛哥井圈不良品和良品 就目前來說成型機種類比較繁多，我們以河北瑞歐智能裝備有限公司生產的液壓全自動（半自動）成型機為例，作簡要說明。瑞歐公司所自主開發(fā)的成型機采用PLC可編程控制器與觸摸屏，可以實現成型機半自動及全自動化生產。成型機由于采用PLC可編程控制器，其工藝參數可以通過觸摸屏寫入PLC控制器，從而可以滿足不同模具不同產品的生產。瑞歐ROCX-I成型機的參數如表2-2所示。圖2-3是瑞歐公司生產的ROCX-I 液壓全自動成型機。 表2-2瑞歐液壓成型機參數 成型機型號 行程 泵站功率 動模速度 成型時間 入口蒸汽壓力 ROCX-Ⅰ 1000mm 3KW 0.15m/s 90~180s 0.5Mpa~0.7Mpa ? ??圖2-3 瑞歐公司生產ROCX-Ⅰ 液壓全自動成型機 2.3 模型烘干質量要求 2.3.1烘干設備組工藝要求 烘干設備組的作用是對整個工藝過程當中的白模單一模型、組型粘接后進行刷涂的模型簇進行烘干，去除其所含水分,最終使模型具備一定的強度，并可以滿足埋箱和澆注工序的要求。水分來源主要有幾個方面：（1）預發(fā)成型時所帶水分；（2）水基涂料所含水分；（3）烘干后未及時澆注返潮水分。由此我們可以得出烘干設備組所應具備的工藝特性，如表2-3。 表2-3烘干設備組工藝特性 序號 1 2 3 4 工藝特性 溫度可控性 除濕性 儲存性 持續(xù)性 ? ? 2.3.2烘干房基本配置和烘干技術要求 一個完整的白區(qū)車間，其烘干房是有很多級別的，但其配置大同小異，這里我們以瑞歐公司白模車間烘干房配置為例。不同類別的烘干房具有不同的烘干技術要求，可以滿足不同模型的烘干。 烘干房的加熱配置、分類及技術要求分別見表2-4、表2-5和表2-6。 表2-4 ?烘干房基本配置 序號 1 2 3 4 5 配置 加熱風機 排風扇 溫/濕度控制儀 烘干支架 照明設備 ? 表2-5 ?烘干房分類 序號 1 2 3 4 類別 白模烘干房 一次涂刷烘干房 二次涂刷烘干房 定型烘干房 ? 表2-6 ?烘干技術要求 類別 白模烘干房 一次涂刷烘干房 二次涂刷烘干房 定型烘干房 烘干溫度（℃） 40±5 50±5 55±5 50±5 烘干濕度（%） ≤30 ≤20 ≤15 ≤15 烘干時間（H） ≥48 ≥24 ≥12 / ? 不同烘干房有不同的烘干技術要求，擺放模型時切勿混放以免造成烘干不徹底或者損壞模型現象。圖2-4是瑞歐公司生產車間的烘干房及其正在烘干的白模。 消失模有一句行話：“成也白模，敗也白?！?，白模是整個消失模鑄造工藝過程的靈魂，白模的質量關乎整個工藝的成敗，因此控制好白模質量是非常必要的。 ? 圖2-4 瑞歐公司白模模型和一次涂刷模型烘干室 3 澆注 澆注是將熔煉合格的鐵水倒入鑄型內并冷卻成型的過程，這個過程包括：熔煉、埋箱、震實、負壓、澆注。每一道工序都需要嚴格控制。 3.1 熔煉 我們說白模的質量是整個工藝的靈魂所在，那么熔煉就是澆注過程的靈魂。熔煉的作用是利用生鐵、廢鋼、回爐料以及其他一些輔助材料，將他們熔化煉制成具有一定溫度，一定化學成分的合格鐵液。熔煉的控制要點見表3-1。 表3-1熔煉控制要點 序號 1 2 3 4 控制要點 配料 出水溫度 澆注溫度 成分檢測 3.2 埋箱 3.2.1砂箱工藝要求 LFC法所用砂箱，其結構形式直接決定著砂箱內負壓場的形成和分布，但有不少錯誤觀念認為，砂箱內部只要可以抽氣就好，至于怎么抽，抽多少都是無關緊要的，只要不塌箱就可以。所以現在各式各樣的砂箱都有，似乎都可以澆注出鑄件，可是產生的影響卻是大大不同的。一個滿足工藝要求的砂箱應該具備以下幾點： （1）合理的輪廓和結構尺寸（根據鑄件和工藝要求）； （2）足夠的焊接強度； （3）排列均勻、分布合理的氣室。 3.2.2砂箱內氣室分布工藝要求 從消失模工藝的角度，最理想的狀態(tài)是砂箱內所形成的負壓場是一個穩(wěn)定、壓力均勻的力場，而負壓場的形成依賴于砂箱氣室的分布。氣室分布均勻合理則砂箱內形成的負壓場越穩(wěn)定，即可以大大下降塌箱的幾率，生產出來的鑄件表層和內部質量越好?？墒菍嵺`證明，同一個模型，在一個負壓場下它各個點的所受到的力是不一樣的，對于一個僅有四壁抽氣的砂箱來說，負壓力往往由砂箱四周向中心逐漸減弱，而砂箱輪廓越大，這種趨勢越明顯。塑料模型分解氣化產生大量氣體，造成鑄型局部氣壓急劇上升，如果這些氣體不可被及時抽走，很可能會造成澆注反噴現象，甚至發(fā)生脹箱，造成嚴重的人員傷亡和產品報廢。氣室分布合理均勻的砂箱，即使在很小的負壓場下，仍然可以很好的完成澆注任務，不僅不會造成報廢，還可以節(jié)省能源，一舉兩得。如圖3-1所示。 ?? 圖3-1瑞歐公司生產線所用砂箱 3.3 震實 3.3.1震實對消失模工藝的影響 LFC法埋箱造型過程當中，對于結構簡易的鑄件，震實的主要作用是，在規(guī)定時間內不損傷模型表層的涂料，并保證其尺寸的精確度，模型不變形的情況下快速的填充砂箱的各個部位，并使型砂在模型周圍均勻分布，并且達到要求的緊實度，保證抽負壓時型砂顆粒不會有較大位移。對于有些結構復雜，有很多盲孔或者死角部位的鑄件，如果在造型過程當中這些部位未能填充足夠的型砂而留有空隙，澆注時此部位涂料在高溫鐵液的沖刷和高負壓場下很可能會破裂，造成鐵液被吸出型腔，鑄件表層形成鐵疙瘩，又稱鐵包砂，嚴重時可能會造成局部塌箱，造成不必要的浪費。震實臺的另一個作用就是為了戰(zhàn)勝這些在造型過程當中存在的死角，不易填砂的部位。震實臺震實效果的好壞直接影響著鑄件的成品率、尺寸精度、表層質量和內在質量。目前震實臺的設計中，對于振幅，震動頻率，激振力及如何配置電機往往模棱兩可，缺乏基本的核算依據，可以借鑒的參考數據是，振幅0.5mm左右，頻率不低于1500r/min，可以達到不錯的震實效果。隨著LFC法的發(fā)展，原有的一維震實臺已經難以滿足生產需求，必須使用更為可靠地三維震實臺，甚至更優(yōu)秀的震實臺。對于震實臺的選則和使用在LFC法鑄造過程當中是非常必要的，然而很多公司并不可很好的意識到這個問題，由于震實效果不達標而造成粘砂或者報廢比比皆是。 3.3.2震實臺的工作原理和技術參數 瑞歐公司所產震實臺共有三大類：（1）傳統(tǒng)三維震實臺，（2）懸浮激振震實臺，（3）包夾式震實臺。我們以懸浮激振式震實臺為例。一般的三維震實臺是利用氣缸夾緊砂箱，在空氣彈簧升起或者橡膠彈墊起到隔離作用，水平方向四個電機分別產生X和Y方向的力，而底部的兩個電機產生Z方向的力，一共三組六個電機，每一組電機的轉向是相反的，激振力都是可以調節(jié)的，如圖3-2所示，工藝參數見表3-2。三維震實臺缺點是當模型太過復雜時，造型過程當中容易出現死角部位。瑞歐公司生產的懸浮激振式震實臺，改變以往的三維震實方式，砂箱放在頂升柱上無需夾緊，（頂升柱的數量根據砂箱定）震動電機只有兩個，配備重力傳感器，可根據重力傳感器檢測自動調頻以達到合適的振動加速度。加砂過程當中，砂箱重力、重心發(fā)生變化，造型機負載發(fā)生變化，要達到不錯的震實效果需要適合的振動加速度，振動加速度與振動頻率成正比，根據造型機的重力傳感器檢測到反饋信號，自動調整振動電機頻率，達到符合要求的振動頻率。彌補傳統(tǒng)造型振實臺對復雜件的低效率難造型的不足。該懸浮全方位激震造型機為垂直運動的反向填充，可達到各個方向不同部位的振實，達到各個死角的填充，它具有高頻率、低振幅、震實效率高的特色。 圖 3-2 瑞公司生產懸浮激振式實臺ROZS-Ⅳ 表3-2震實臺工藝參數 型號 負荷 激振電機 激振力 電源 ROZS-Ⅳ 4t MV-10-2 ?1.1KW*2 15KN 50HZ 380V ? 3.4 負壓 3.4.1 負壓系統(tǒng)對消失模工藝的影響 LFC法鑄造又稱干砂負壓真空實型鑄造，負壓環(huán)節(jié)在整個鑄造過程當中有著舉足輕重的作用。我們都知道，LFC法鑄造在澆注過程當中型腔內會產生大量的氣體，這些氣體對鑄件會造成很多致命的傷害，負壓系統(tǒng)的作用不僅僅是提供一個澆注前相對真空的模型型腔，方便澆注時鐵液順利快速充滿整個型腔，其更為重要的作用是快速持續(xù)的將澆注時產生的氣體吸出砂箱，穩(wěn)定鑄型內負壓場，減少反噴，下降鑄件氣體缺點。負壓系統(tǒng)不僅可以強化型砂緊實度，抽走澆注過程當中產生大大量氣體，還為澆注時提供一個高溫無氧的環(huán)境，有利于鑄件成型和缺點的控制。 3.4.2 負壓系統(tǒng)原理及技術參數 目前生產消失模設備的廠家所產負壓系統(tǒng)結構各異，筆者以河北瑞歐智能裝備有限公司所生產的負壓系統(tǒng)為例，對負壓系統(tǒng)做一個簡要說明。瑞歐公司ROFY-35A 負壓系統(tǒng)如圖3-3所示。 負壓系統(tǒng)通過水環(huán)式真空泵抽吸不溶于水，無腐蝕性的氣體，在密閉的容器中形成真空和壓力，提供澆注過程當中所需負壓，為砂箱提供穩(wěn)定的負壓場。 負壓系統(tǒng)配置見表3-3，瑞歐ROFY-35A技術參數見表3-4。 圖3-3 ?瑞歐公司生產ROFY-35A ?負壓系統(tǒng) 表3-3 ?負壓系統(tǒng)配置 序號 1 2 3 4 5 6 7 配置 復合罐 分離罐 真空泵 電機 對接裝置 負壓管路 負壓表 ? ? ? 表3-4 ?ROFY-35A技術參數 型號 電機功率 負壓抽氣量 最大真空度 環(huán)境溫度 真空泵 電源 ROFY-35A 55KW 35 m3/min -0.098MP 1-40℃ 2BE 380V ? ? 4砂處理 4.1砂處理工藝要求 砂處理系統(tǒng)顧名思義，這是一個處理LFC法用砂的完整體系，LFC法用砂一般為40~60目的寶珠砂或者石英砂。我們都知道塑料模型置換高溫鐵液后，模型周圍的型砂勢必會被高溫的模型加熱，溫度會很高，越貼近模型的型砂溫度越高，造型人員根本無法操作，而生產線每天都會有新的生產任務，必須具備一定的儲砂量以滿足生產。澆注完后清理鑄件，勢必會有很多的雜質混入型砂之中，例如脫落的涂料皮，澆口杯碎塊，澆注時飛濺出來的鐵水等，這些雜質是需要清理的。因此一套合格的砂處理系統(tǒng)應該具備以下工藝要求： （1）有一定的儲砂能力，且可以滿足每天的生產任務； （2）可以對高溫型砂進行降溫冷卻，達到循環(huán)使用； （3）可以將型砂和各種雜質分離，清理型砂； （4）可以去除型砂中的塵土，提高車間環(huán)境質量。 4.2 砂處理系統(tǒng)配置 筆者以河北瑞歐智能裝備有限公司所生產的砂處理系統(tǒng)為例。一套完整的砂處理系統(tǒng)應該包含翻箱機、篩分輸送機、鏈式提升機、臥式冷卻機、帶式提升機、皮帶輸送機、砂溫調節(jié)器、氣體輸送、儲砂斗、除塵系統(tǒng)。 對于一個完整的LFC生產線，砂處理系統(tǒng)是必不可少的。每一個設備都有自己獨特的性能以滿足消失模工藝要求。表4-1所列為常規(guī)砂處理設備所應具備的功能。 砂處理系統(tǒng)是一個消失模鑄造車間不可或缺的，不僅可以使寶珠砂循環(huán)再利用，還可以凈化車間環(huán)境質量。21世紀對環(huán)境質量的要求越來越高，如何打造一個符合要求的環(huán)保車間是我們共同的目標。 表4-1 砂處理產品性能要求 設備 翻箱機 篩分機 鏈提 臥冷 帶提 皮帶機 砂調機 氣體輸送 除塵 功能 翻箱 清理 除雜 輸送 冷卻 輸送 冷卻 輸送 冷卻 輸送 輸送 冷卻 輸送 尾氣處理 ? 5 總結 5.1 消失模設備理念 由于LFC法鑄造的巨大優(yōu)勢，其在國內的發(fā)展是飛速的，LFC法的飛速發(fā)展帶動了一大批產業(yè)鏈的露頭，其中LFC法設備行業(yè)的發(fā)展是最快的。如此快的發(fā)展速度，勢必會帶來一些負面的影響，很多設備生產廠家甚至從來沒有涉足過消失模鑄造領域，公司也毫無消失模文化底蘊，但靠著依葫蘆畫瓢和中小公司對消失模設備的認知不足，這些廠家也可以在消失模設備行業(yè)占有一席之地。然而他們生產出來的設備，可想而知是沒有任何基礎的，是完全的仿制品，這樣的設備也許可以生產出合格的鑄件，但其絕不可能會經住工藝的考驗。真正的消失模設備是為了保障消失模工藝而生，工藝永遠是主導，設備僅僅只是輔助，設備設計和生產的出發(fā)點永遠是工藝的要求，不可滿足工藝要求的設備是不合格的是有缺點的。筆者認為設備生產廠家應該以“消失模設備是為了保障消失模工藝”這一理念為準則，真正意義上去為了中國消失模行業(yè)做出貢獻，而不只是為了“分一杯羹”。只有這樣，消失模鑄造才會走的更遠，它的作用才能發(fā)揮的更大，才可以再中國鑄造行業(yè)熠熠生輝。 5.2 消失模行業(yè)未來發(fā)展方向 消失模鑄造發(fā)展至今，來到21世紀，本世紀是一個講求大數據的時代，每一個行業(yè)都會有自己的產業(yè)鏈，而夠整合這些產業(yè)鏈資源的公司才可以在大數據時代獨領風騷。筆者認為，未來消失模行業(yè)的主要發(fā)展方向同樣為資源整合。我們都知道消失模所涉及到的領域繁多，只有將這些資源整合到一起形成一個完整的消失模產業(yè)鏈基地，這樣的公司才能走得更快、更遠，也只有這樣的公司才可以真正做好消失模鑄造。我們可以大膽推測，未來消失模行業(yè)不會屬于任何一家設備廠、涂料廠或者模具廠，它只會屬于真正擁有消失模產業(yè)基地的公司，也只有這樣的公司才可以在消失模行業(yè)里一直發(fā)展、壯大，為中國的消失模鑄造行業(yè)增光添彩。