磨球消失模铸造工艺

1前言 消失模铸造的优势和工艺特色, 尤其适用于磨球的铸造, 它充分发挥了熔模精铸的可组串浇注特色, 又不需结壳, 有较高的工艺 出品率, 较高的生产效率, 产质量量高等优点。消失模铸造磨球 , 是消失模铸造工艺 中较为简单的一类。 消失模铸造磨球必须符合磨球国家标准。以及电力部、建材部等部标准。同时, 生产磨球厂家遵照上述标准, 结合用户的要求, 根据当地原料情况, 适当地进行调整, 比如靠近 生产稀土矿区或其它矿料中附有稀土元素, 则在熔铸磨球时适量加人可改善磨球力学性能和使用性能。 2白模制作及组串 2.1泡沫模样材料的挑选 消失模铸造选用泡沫塑料为模样材料，泡沫塑料的种类非常多，消失模模样所需泡沫塑料需要一定条件，因此能达到要求的却很少。因为泡沫塑料应用到消失模铸造领域时，必须满足以下条件： （1）密度低，强度高； （2）易汽化，高温分解的残留物少； （3）易成型，能获得表层光洁的模样。 EPS（聚苯乙烯）具有较高强度，发气量较小，主要分解产物为分子量较大的芳香烃、气体较多、单质碳多，价格便宜，应用比较广泛。国内用得较多的是EPS（聚苯乙烯），且由于聚苯乙烯具有良好的发泡成型性能，所以，在采用发泡成形，大批量生产时，多挑选聚苯乙烯或聚苯乙烯与聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）的共聚物。此外发泡的PMMA硬度高、脆性大，不易获得低密度的模样也使得PMMA不适合发泡成型。因此可根据公司实际情况挑选适合的材料。 2.2白模成型 以国内用得较多的是EPS（聚苯乙烯）为例进行介绍： （1）预发泡： 在制模之前首先将树脂颗粒（原始料颗粒）预发到合适的密度大概18g/L～22g/L，一般通过蒸汽加热或者电加热来进行。 （2）预发泡工艺参数（见表2-1）： 表2-1   SJ-KF-450型间歇式蒸汽预发机的操作工艺参数 采用EPS，提前提前预热温度取80℃，蒸汽压力0.1MPa，发泡温度90℃，入料时间通常设定为3-5s，加热时间150-200s，保温时间15-30s。出料的珠粒冷却后，需要进行熟化和干燥。珠粒最佳的熟化温度为23-25℃，时间为12-24h。 2.3成型工艺 模样材料收缩，采用EPS时推荐收缩率为0.3%～0.4%。 消失模铸造磨球像熔模精密铸造一样, 可以组串EPS白模球, 粘结的直浇道( E P S棒)可四方形、五边形、 六角形、 多边形、 圆形。 其大小、 长短及E P S球每排个数和上下层数的粘合, 要根据各厂浇注磨球的工艺, 以及熔炼设备容量 决定的每只砂箱布置几个组串EPS球(大小、 个 数、 重量和浇注系统) 而定。例如：每层6球均布。 多竖串式工艺出品率为 80 % 以上。如图2.1，2.2。        图 2.1 图 2.2 2.4浇注系统的设计 因该件属于中小型铸件，以此计算出该浇注系统浇注时间、内浇道截面积、浇注系统各组元断面尺寸各浇道的截面比选： ∑F直:∑F横：∑F内=1.4：1.2：1。 （1）浇注时间 T= G ½+G ⅓ T=10.6s（T为浇注时间）； （2）内浇道截面积的计算 由水力学计算公式： 根据上图所示浇注系统的设计可根据图2.2所示，依据上述公式分别计算出浇注系统各组元断面尺寸。采用工艺出品率高的顶注方法进行浇注。 2.5白模粘结 模样分成两部分用成型机打的，所以，要把两部分组合起来。组合好之后，把浇口杯、内浇口跟横浇道以及泡塑模样部件用冷胶粘接起来。 3涂料的挑选 黄区是配制消失模涂料的工序。消失模涂料是消失模铸造中重要的一环，是关键因素之一。不同于其他铸造将涂料涂于型腔内，消失模涂料是涂于泡沫塑料模型上的，因此需用专用涂料。消失模涂料一般由耐火材料、粘结剂（溶剂）、表层活性剂、悬浮剂、触变剂及其它附加物。 3.1涂料成分 (1)耐火材料 耐火材料决定了材料的耐火度、化学稳定性、及绝热性能，它是消失模涂料的骨干。铸件为铸铁件，常选用铝矾土、高岭土熟料、石英粉、棕刚玉粉做耐火材料。 (2)粘结剂 合理的选用有机粘结剂及无机粘结剂可以保证涂料的高强度及高透气性。其中无机粘结剂常用的有膨润土、硅溶胶、水玻璃、磷酸盐等。本次使用钙膨润土作为无机粘结剂。对于有机粘结剂可选用硅溶胶及白乳胶。 (3)载液 消失模涂料常用的载液为水或醇类，考虑环保、成本问题多采用水做载液，制成的涂料为水基涂料。 (4)表层活性剂 为改善涂料的涂挂性需加入表层活性剂，它既亲水也亲油。常用的表层活性剂为JFC，全名聚氧乙烯烷基醇醚。 (5)悬浮剂 为了使耐火材料和粘结剂充分的混合，使其能处于悬浮状态，需加入悬浮剂。常用的悬浮剂为钙基膨润土，也可用CMC做水基涂料的悬浮剂。本次采用膨润土及CMC混合做悬浮剂。 3.2涂敷工艺设计 消失模涂料的涂敷一般有刷、浸、淋、喷四种方式。因为铸件为中批量生产的中小型形状复杂的薄壁铸件，可采用需采用喷涂法。消失模铸造用涂料为水基涂料，搅拌过程会伴随着涂料粘度下降，搅拌结束后粘度又会上升。因此，为得到均匀厚度，需边搅拌边进行涂敷。同时搅拌涂料速度应保证正常，避免沉淀及卷气的产生。涂敷均匀，不得暴露。 水基涂料涂敷后需要进行烘干处理。涂料进行烘干由于受到EPS模型软化温度的限制，一般在低温或常温烘干。常在40-60℃，干燥时间为2-10h。烘干过程当中还应控制湿度，一般湿度小于40％并通风以达到更好的干燥效果。烘干设备常用的有干燥室，干燥箱及连续烘干窑，热源有电、暖气、热风等。且在烘干中应注意以下事项。 (1)烘干过程需放置模型的放置与支撑，避免模型变形。 (2)必须烘干烘透。 (3)烘干后需将模样置于湿度小的地方，避免吸潮。 4造型工艺 4.1埋箱造型相关设计 砂子选用宝珠砂。一方面因为宝珠砂流动性好，振动时，容易填充实，紧实效果好，石英砂流动性不好，有的地方填充不到，浇注时造成铁包砂，使得铸件精度下降；另一方面宝珠砂破损率低，长久来看，使用宝珠砂合适。 型砂目数大概20～40目，砂子太细，透气性不好，对铸件表层质量影响较大，砂子太粗容易造成粘砂等现象，根据实际生产情况挑选。采用雨淋式加砂。加砂斗底部有定量的料箱，气缸拉动阀板后，砂子通过均匀分布在阀板上的小孔流入砂箱，加料箱尺寸基本与砂箱尺寸相近，加砂均匀，冲击模样力最小。 4.2 振动参数设计 振动参数包括振动时间、振动方向、振动频率和振幅等。在装箱时应该根据泡沫塑料模样的几何形状挑选振动的方向和时间频率和幅度。 通常选用高频低幅振动，常用的振动频率是50Hz左右，确保干砂紧实又不损坏泡塑模型。振幅一般为0.5～1.5mm，振动加速度10～20m/s²。                         5浇铸工艺 5.1浇注系统  选用顶注或底注, 顶注的工艺出品率高于底注, 底注的集渣优势高于顶注 。 5.2负压( 真空度 ) 低 、 中、 高铬合金铸铁为-0.04 一 -0.05 MPa , 其它合金磨球此范围内选定。 5.3 浇注温度 球铁1400-1450℃, 甚至1480℃ ; 合金铸铁1450-1550℃， 高铬磨球1520-1550℃ 。 5.4浇注速度 检验砂箱浇注 前状况无误, 开始浇注速度要慢，然后转快，最后收包时慢 。 开始 E P S 气化 、 裂化生成物往浇口杯处排出，应避免其喷溅。 稍后E P S 气化形成通道，封住浇道，使铸型处于密封, 维持其真空度 , 顺利进行浇 注 。 最后为使气化残渣、杂质有充分的时间上浮到顶部 , 使气体逸出 , 转人慢浇 , 但浇注流股细—粗—细切不可中断。 5.5稳压、开箱 浇注后真空泵继续抽负压 3 ~ 5 m in , 但如浇注低铬磨球时，为了达到金属型铸造的冷却速度和铸造硬层，也有的厂采用在奥氏体区 ( 铸态红热下 ) 进行正火，办法是吹风、 吹风加喷雾、 吹风加喷细水 ( 转动球串) ，提高硬度，增加耐磨性能 。 6可能出现的缺点及防治 6.1塌箱 产生原因： 浇注金属液浮力过大；铸型内气体压力过大；模样有空洞或强度不足；金属液内流和冲击；砂箱移动铸型内部破坏等。 避免措施： （1）合理控制浇注速度，保证浇口杯始终被金属液充满，浇注过程当中不可断流。 （2）适当提高负压大小，使型砂更加紧实。 （3）选用低密度的模样，减少发气量。 （4）选用强度高，透气性好的涂料。 （5）振动造型工艺参数要合理，以保证铸型各处干砂紧实均匀。 6.2冷隔、浇不足 产生原因： 充型温度太低；浇注系统、结构、浇注操作工艺不当，充型过程当中负压太大。 避免措施： （1）提高金属液浇注温度。 （2）改进浇注系统，提高充型速度。 （3）采用适当的负压度。 6.3反喷 产生原因： 负压度不够是造成反喷的根本原因。而影响负压度的原因很多，包括模样密度过大；干砂透气性差；涂料透气性差；浇注温度太高或浇注速度太快等。 避免措施： （1）挑选合适的干砂造型，以便控制干砂的透气性，切忌不可混用不同档次目数的干砂。 （2）控制浇注温度和浇注速度，即充型温度来保证模样气化。 （3）合理的控制涂料厚度，提高涂料的透气性，以便于模样气化后气体及时排出。 （4）设计合理的浇冒口系统，保证浇注时，金属液充型平稳、迅速的充满型腔模样。 6.4气孔 （1）铸件一种气孔的产生主要原因是：高温金属液注入时卷入空气，卷入泡沫碎屑会被金属液汽化产生气体，空气不可够有效的从铸型内排出，从而存留在铸型中。此种气孔处理方法是适当下降砂箱内的压力。 （2）铸件另一种气孔造成的主要原因是因为涂料：涂料的透气性能较差，以及涂料层过厚引起的，从而使模样汽化后的气体不可及时有效的从铸型中完全排除，残留在铸型中。 6.5缩孔缩松　 在液态金属高温作用下，白模汽化消失，金属液占据白模空间，当高温液态金属冷却下来变成固体会发生体积收缩，当高温固态金属冷却到室温时还会有固态收缩，金属的固态收缩会引起铸件外轮廓的改变，金属液凝固收缩后，新的金属液将会被阻挡不可进入因此会出现缩孔缩松的缺点。 7结束语  消失模铸造磨球虽然没有金属型铸造的外壳耐磨，由于冷速均匀不会发生金属型铸造磨球浇冒口处先磨损，而影响球磨机的产量。 综合许多厂家经验，消失模铸造磨球直径以直径30-120mm为宜。直径小于30mm，由于合金液热量对气化、 裂化白模不足，因而易引起积碳、皱皮、夹渣 ( 碳黑 ) ；磨球直径大于120 m m，则又易引起中心疏松、空心。总之消失模铸造磨球工艺在不断地适应发展需要。