近代化学固化砂铸造工艺

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1、近代化学固化砂铸造工艺近代化学固化砂铸造工艺1气化模-负压铸造技术（EPC-V 法）EPC-V 法铸造技术的关键为制造优质气化模，配制涂挂性和透气性好的涂料和负压工艺等。（l）优质气化模制造 气化模在 EPC-V 法中占有极其重要的地位，其质量优劣直接影响铸件的质量。目前用于制造气化模的材料主要是聚苯乙烯珠粒（EPS），要求密度和粒度尽可能小，密度为 0.0150.025gcm3，珠粒直径参考值见表 1。对于不同的铸造合金，由于浇注温度不同，对 EPS 模型的密度要求也有差异详见表 2。成模发泡时在型腔内要建立一定的负压，以利 EPS 珠粒均匀充满，获得表面光洁、密度均匀的泡沫塑料模型。表 1

2、 铸件壁厚与 EPS 珠粒直径关系 铸件壁厚/mmEPS 原珠直径/mm预发泡后珠粒直径/mm344550.30.40.40.50.50.60.91.21.21.51.52.5表 2 不同铸造合金用 EPS 模型密度参考值 铸造合金浇注温度/EPS 模型密度/(kg/m3)铝合金铜合金灰铸铁钢7007801030126013701450159016502425.62021.62017.6（2）耐火涂料 涂料必须具有良好的涂挂性、透气性和强度。由于涂料涂在 EPS 模样表面，在施涂方法上采用浸涂和淋涂，因此 EPC-V 法铸造要求涂料在模样上均匀流布附着并保持足够的厚度，模组从涂料槽中取出后又要

3、求粘度较快增长。具有这种性能的涂料必须是有一定屈服点值（712Pa）和较小触变性的假塑性流体，才能使涂料具有良好的涂挂性。涂料一般以水作载体，分别以铝矾土、石英粉、刚玉粉、诰英粉等与不同种类粘结剂如聚乙烯酸（PVA）、羧甲基纤维素（CMC）、聚醋酸乙烯乳液（PAL）、粘土、硅溶胶等配制而成。以PVA、CMC、PAL 等作粘结剂的水基涂料具有触变性，采用膨润土和 CMC 配合作用或用10m 的细粉来调节涂料的流变性。由于 EPS 模型的发气量大，按 EPS 模壁厚不同发气量波动于 540cm3/g 之间，所有这些气体都必须通过涂料层排出，因此涂料层必须具有良好的透气性和强度，这是获得合格铸件的关

4、键。提高涂料透气性的主要途径：选用粒度较粗 0.10.075mm（150200 目）颗粒较集中的耐火骨料、选用多孔的轻质材料作骨料、采用薄层涂料及微波干燥法均可改善涂料的透气性。（3）无粘结剂干砂造型 该造型法最重要的是要求铸型具有良好的透气性、足够的紧实度。填砂造型时一般选用单筛砂，其粒度推荐值见表 3，砂粒呈圆形或多角形的型砂，还必须经振动紧实，以获得均匀和足够的堆积密度。对于形状简单的部件，一维振动已足够；对有深腔和凹槽多的复杂零件，要采用三维振动造型来紧实型砂。造型时选择适当的振动强度。振动加速度在 1.52.5g 范围内效果最好。表 3 型砂粒度推荐值 型砂粒度/mm 浇注合金 负压

5、造型常压造型铸钢、铸铁件铸铝件铸铜件0.3550.28(5060 目)0.1540.1(100150 目)0.1540.1(100150 目)-0.3550.154(50100 目)0.3550.154(50100 目)（4）铸型负压度的控制 该法浇注及冷却期间，铸型必须保持一定的负压度，其作用为：固定松散的干砂，保持铸型有足够的强度、消除浇注时 EPS 分解产物对铸件、填砂及环境的污染、控制金属液的充填。EPC-V 法铸造用的真空系统如图 1 所示。正确选择真空泵的功率和排气量是保证 EPC-V 法铸型维持适当负压度的前提条件。真空泵的动力消耗可按下式计算WKn（V1mQ）式中 W水环式真空

6、泵电动机功率（kw）；K动力系数， K26（kw/m3）；n砂箱个数；V1单个砂箱的体积（m3）；安全系数（取 310）；m每个砂箱内的 EPS 模型质量（kg）；QEPS 发气量（浇注钢铁时，取 Q0.51.0m3/kg）。在实际生产中一般都是依据真空罐上的真空表调节负压度，为了保证铸型有足够的稳定性，要正确选择初始负压度，初始负压度低于 0.02MPa 时铸型强度不够，极容易出现金属喷溅现象，若高于 0.05MPa 时又容易产生渗透粘砂缺陷，一般铸型负压度控制在 0.0250.05MPa 范围内，浇注薄壁小件可取低值。2气化模-精铸-负压复合铸造技术（EPC-CS 法）该工艺的突出特点是用

7、气化模来代替蜡模，因此制造优质气化模及超薄陶瓷型壳是 EPC-CS 法复合铸造的关键，其次是振动紧实负压工艺。（1）优质气化模的制造 该法气化模用的原材料为聚苯乙烯珠粒（EPS），但与 EPC-V 法用的 EPS 珠粒不同，为获优质气化模要采用高密度、粒径小而均匀的 EPS 珠粒，其粒径为 0.250.5mm，密度为 0.l0. 3g/cm3。气化模的成形包括：设计与加工气化模用模具，聚苯乙烯珠粒的预发、干燥熟化、气化模的蒸气成形工艺。EPS 珠粒的预发采用热水预发工艺，将 EPS 珠粒放入连续式预发泡机中，加入适量的分散剂，为避免珠料预发时粘结，要严格控制预发温度和时间，使预发后 EPS 珠

8、粒的密度为 0.059/cm3左右。此密度的预发珠粒具有较高的膨胀能力，成形后可得到表面光洁、尺寸精确的气化模。可发性 EPS 珠粒最佳热水预发工艺见表 4。预发后的可发性 EPS 珠粒要在空气中放置一段时间，让空气渗透到珠粒的泡孔内，使珠粒变得干燥而有弹性，这个过程为熟化。预发后的 EPS 珠粒含水量很高，必须进行干燥，干燥熟化工艺见表 5。干燥熟化时，为加快速度可以吹风，风速以不使 EPC 珠粒沸腾为限。表 4 热水预发工艺 预发温度/热水预发时间/min加料量/水量分散加入量/水量1001022360.03表 5 干燥熟化工艺 干燥熟化温度/干燥熟化时间/h干燥后 EPS 珠粒含水量（%

9、）50121 指质量分数。气化模成形应用最广、使用效果最好的是蒸汽成形法。该法是用过热水蒸气作热载体，将装满顿发的可发性EPS 珠粒的母型（型壁装有排气筛的铝等轻合金模具）放入蒸汽室，通入过热蒸汽，热蒸汽通过排气筛进入母型内加热珠粒，使其发泡并保持到 EPS 珠粒再发泡终了为止。气化模蒸汽成形工艺见表 6。表 6 蒸汽成形工艺 喷料压力/MPa成形压力/MPa模具预热时间/s成形时间/s0.340.440.0980.14710151030（2）超薄陶瓷型壳 EPC-CS 法复合铸造用超薄陶瓷型壳厚一般为 34mm，因此型壳必须具有足够的强度，为此选硅溶胶作为粘结剂，锆英粉、铝矾土粉作为涂料的填

10、料，莫来石砂作为撒砂材料。采用如下精铸制壳工艺制取超薄陶瓷型壳。1）严格控制涂料的质量，涂料按组元配制后，采用“L”型涂料搅拌机低速长时间搅拌，使粘结剂与填料充分润湿。面层涂料粘度：(301)s，加固层涂料粘度：(152)s。2）制壳工艺：根据铸件大小，型壳可挂 34 层，制壳工艺参数详见表 7，最后型壳再挂一遍涂料，干燥后待用。表 7 制壳工艺参数 工艺参数 层次 撒砂粒度/mm(目)干燥时间/h环境温度/相对温度(%)面层(一、二层)0.45/0.22(40/70 目)莫来石砂4618204060加固层(三、四层)2.0/0.9(10/20 目)莫来石砂24182040603）失模、型壳焙

11、烧工艺：型壳在高温焙烧前要将气化模从型壳中融出，为此将模组放人带托盘的低温干燥箱中进行加热，使气化模变成融熔流体从型腔中脱出，较好的失模温度为 5090，保温 3040min。将失模后的超薄陶瓷型壳放入高温炉中焙烧，在 10001050下保温 lh，出炉用于浇注。由此不难看出，EPC-CS 法复合铸造在浇注前将气化模熔失，再进高温炉焙烧，因此在型壳中没有残存碳，可用于浇注任何合金铸件，同时解决了气化模燃烧时产生的烟雾，减轻环境污染。（3）振动紧实及负压工艺 将焙烧后的陶瓷型壳放人振动台上的砂箱中，填入 0.9mm0.45mm（20 目/40目）或 2.0mm0.9mm（10 目/20 目）的型

12、砂，通过振动紧实和负压物理过程，使型砂得到紧实，保证型壳具有足够的抗变形、抗开裂能力，防止型壳因热冲击及合金凝固收缩应力作用产生破裂、跑火等现象。型砂振动紧实以共振状态下紧实效果为最好，三维振动紧实效果优于二维、一维振动紧实效果。一维振动参数选择合适仍能满足生产要求，而且设备投资少，操作简便。一维振动紧实型砂的最佳工艺参数如下：频率为 50Hz 左右，振幅为0.lmm 左右，加速度为 11.5g 左右，振动时间根据铸件复杂程度确定。在铸件浇注和冷却过程中必须实施负压，有利于型腔中气体的排除和金属液的充填，提高铸件表面质量。适宜的真空度为 0.03MPa 左右，浇注后消除负压，将铸件从型砂中取出，除掉超薄陶瓷型壳，获得优质铸件。