消失模鑄造——正在推廣的鑄造新工藝
- 由于鑄造可以在某種程度上自由選定零件的形狀和壁厚,并且鑄件本身具有較高的剛性,所以幾乎在所有的機械和器具中鑄件均被廣泛地采用,特別是那些靜止的機架、箱殼以及壁薄、內(nèi)外結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜的各種結(jié)構(gòu)零部件。但是,長期以來,傳統(tǒng)上鑄造一直是采用空腔模(一般為金屬模)-濕砂造型-澆鑄,而且往往需要根據(jù)不同的情況預(yù)先制備泥芯、活塊,慎重選擇合適的分型面、預(yù)留補縮冒口┅┅正是這種多因素、不穩(wěn)定的鑄造工藝過程才使得“錯箱”、“夾砂”、“氣孔”、“疏松”、“裂紋”、“冷隔”、“出模及清砂困難”之類的鑄造缺陷層出不窮(據(jù)筆者所知有不少廠家鑄件廢品率長年高達30%以上),而且其制模周期長、成本高,造型需要相當(dāng)水平的技藝,員工勞動強度大,作業(yè)環(huán)境惡劣(往往噪聲、粉塵超標,原材料、能源浪費較大)。
消失模鑄造工藝又稱實型鑄造或氣化模鑄造。它是用泡沫塑料(EPS、STMMA或EPMMA)高分子材料制作成與零件結(jié)構(gòu)和尺寸完全一樣的實型模具,經(jīng)浸涂耐火粘接涂料(起強化、光潔作用)烘干后陸續(xù)埋入干砂造型,經(jīng)三維微振加負壓緊實,在沒有泥芯、活塊(甚至沒有冒口)的情況下澆入熔化的金屬液(注意在澆鑄和凝固過程中要繼續(xù)保持一定的負壓),使泡沫塑料模受熱氣化進而被金屬取代的一次性成型鑄造新工藝。此種工藝如能突破各關(guān)鍵技術(shù)點,就能充分顯示其優(yōu)越性:較普通空腔金屬(或木)模-濕砂鑄造能獲得較高的毛坯尺寸精度,而且模具制造周期短、成本低,鑄件的結(jié)構(gòu)、形狀不受限制,為新產(chǎn)品配件設(shè)計提供了充分的自由空間。
消失模鑄造工藝,上世紀60~80年代一度被西方少數(shù)工業(yè)發(fā)達國家壟斷,我國改革開放后,尤其近些年來才陸續(xù)被有關(guān)廠家采用。 有效使用這項鑄造工藝的一些國內(nèi)廠家(如:丹管局鑄造廠、邯鄲軍鋼鑄管廠、安徽叉車集團、襄樊華科公司、即墨東風(fēng)器材、山西群英、溫州甌海等)的實踐證明:采用消失模鑄造工藝不僅鑄件毛坯的外觀質(zhì)量好、尺寸精度高,“錯箱”、“夾砂”等弊病得到根治,而且降低工人的勞動強度,作業(yè)環(huán)境明顯改善;不僅適用于一般的灰鑄鐵、球墨鑄鐵、高鉻鑄鐵,也同樣適用于高錳耐磨鑄鋼、鎳-鉻耐熱鑄鋼和各種鋁合金鑄件。目前國內(nèi)已經(jīng)成功采用消失模鑄造工藝并取得了良好的技術(shù)效果和經(jīng)濟效益的典型鑄件有:炮彈外殼、消防栓殼、電機殼、變速箱殼、磨球、襯板、爐蓖、進(或排)氣岐管、閥體、管件、撥叉、四缸以下缸體、缸蓋、汽車后橋、剎車盤、剎車鼓以及各種曲軸、支板、支架等。
從上述已經(jīng)成功運用消失模鑄造工藝的種種典型零件形體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度和壁厚分析,筆者認為:此項新的鑄造工藝也應(yīng)該能適用于其它機電產(chǎn)品,如各類工業(yè)縫紉機的機殼和相當(dāng)一部分零配件。到目前為止,在這些制造領(lǐng)域里卻少有人嘗試,而依然沿襲著空腔模-濕砂造型-澆鑄的老路,依然繼續(xù)忍受傳統(tǒng)上老的濕砂鑄造工藝帶來的高廢品率、高勞動強度和種種弊端。造成這種“保守有余、創(chuàng)新不足”局面的原因是多方面的:有的耳目閉塞,一直“低頭拉車”,根本就不知道“消失模鑄造工藝”為何物;有的道聽途說,只知道“有不少中小企業(yè)雨后春筍般地相繼上馬,不久就一個個又匆匆下馬”,但其中原因并不真正清楚;有的習(xí)慣于“跟著別人的尾燈前行”,對采用消失模鑄造工藝成功和失敗的根本原因從不做科學(xué)、認真的考究;還有的自己無知卻又聽不進專業(yè)人士的科學(xué)進言,企圖只要花上一堆錢,“拿來就能用”并且要立收“點石成金”之奇效。
消失模鑄造工藝既然是一項技術(shù)、一個系統(tǒng)工程,就應(yīng)該一開始就拿出科學(xué)的態(tài)度和方案認真對待,來不得半點馬虎,否則將會付出“不必要的昂貴學(xué)費”。
企業(yè)上馬消失模鑄造工藝前應(yīng)該組織專門人員(其成員應(yīng)該具備相應(yīng)的資質(zhì)和數(shù)量)進行深入的調(diào)研、資訊、論證,充分估計到它的規(guī)律性、復(fù)雜性。在技術(shù)上應(yīng)該讓有一定實力的領(lǐng)軍人物能對該工藝和加工對象的可靠結(jié)合有詳盡的了解,并且能真正從整個工程的總體設(shè)計、平面布置、設(shè)備選型(含蒸汽鍋爐、預(yù)發(fā)泡設(shè)備、制模設(shè)備、涂掛設(shè)備、干砂造型設(shè)備、熔煉設(shè)備、澆鑄設(shè)備、“三廢”治理環(huán)保設(shè)備等)、工藝技術(shù)參數(shù)、檢驗指標及規(guī)范制定、產(chǎn)品分期分批試點計劃、員工培訓(xùn)等技術(shù)和經(jīng)濟可靠性進行統(tǒng)籌,并報經(jīng)企業(yè)最高決策層乃至當(dāng)?shù)卣嘘P(guān)部門批準后方能執(zhí)行。
任何事情都有兩面性,消失模鑄造工藝也不例外地有它的局限性,對于它的各個關(guān)鍵技術(shù)點務(wù)必有清醒的認識。消失模鑄造生產(chǎn)現(xiàn)場有“白區(qū)”、“黑區(qū)”之分,通常我們將泡沫塑料珠粒預(yù)發(fā)泡、模具成型、涂料浸掛、烘干稱為“白區(qū)”;將干砂造型、熔煉、澆鑄及落砂出模稱為“黑區(qū)”。從“白區(qū)”到“黑區(qū)”,每個環(huán)節(jié)均有自己的關(guān)鍵技術(shù)點。只有通過優(yōu)化控制各關(guān)鍵技術(shù)點使消失模工藝條件穩(wěn)定,才能確保作為穩(wěn)定生產(chǎn)的基本要素,才能收獲消失模鑄造工藝給企業(yè)帶來的實惠和優(yōu)越性。
消失模鑄造生產(chǎn)所需原材料種類較多,大致可分為:模型原材(泡沫塑料)、涂料原材(耐火粘接劑)、造型原材(干砂)、熔煉原材(生鐵或其它合金)。經(jīng)驗證明:如何正確控制各種原材料的質(zhì)量和參數(shù),可以說在某種程度上就成了此項新的鑄造工藝成敗的基礎(chǔ)。目前我國消失模鑄造一般都是采用包裝用普通泡沫聚苯乙烯(EPS),此類高分子材料在熱解氣化過程中有對鑄件表面造成“增碳”的不利趨勢,而且專用涂料及干砂造型尚未形成技術(shù)優(yōu)勢。在諸如此類的細節(jié)上企業(yè)應(yīng)該根據(jù)自己的實況冷靜分析、慎重對待,不宜“照搬照抄”、“拿來就用”。另外,消失模鑄造在澆鑄過程中因模型熱解氣化要吸收熱量,因此其澆鑄溫度應(yīng)略高于普通鑄造(30℃~50℃);消失模鑄造最忌澆鑄斷斷續(xù)續(xù)、不平穩(wěn),澆鑄時務(wù)必使?jié)部诒瓋?nèi)金屬熔液表面始終如一地保持同等高度,從而使?jié)茶T動壓頭平穩(wěn)。
工藝是關(guān)鍵,工藝是功夫。消失模鑄造工藝的改進、成熟、完善同樣需要一個不斷探索和積累的過程。專業(yè)的事要用專業(yè)的人,企業(yè)應(yīng)該有幾個諳熟消失模技術(shù)的專門技術(shù)人員分工負責(zé)、互相交流,方能深入了解,避免一家之偏見。從技術(shù)和組織上同時確保消失模鑄造已為成功的企業(yè)所采用,我們不妨效而試之!