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發(fā)表于 2009-4-27 11:46:51
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技術(shù)介紹
$ @1 R; g1 ?$ Z u6 T$ ~ 一,、什么是消失模鑄造,?
+ J) c2 N8 Z2 j' O/ ~) i 消失模鑄造技術(shù)是將與鑄件尺寸形狀相似的發(fā)泡塑料模型粘結(jié)組合成模型簇,刷涂耐火涂層并烘干后,,埋在干石英砂中振動造型,,在一定條件下澆注液體金屬,使模型氣化并占據(jù)模型位置,,凝固冷卻后形成所需鑄件的方法,。 對于消失模鑄造,有多種不同的叫法,。國內(nèi)主要的叫法有“干砂實型鑄造”,、“ 負壓實型鑄造”,簡稱EPC鑄造,。國外的叫法主要有:Lost Foam Process (U.S.A),、 P0licast Process(Italy)等。 - D A# _8 Q+ V
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與傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)相比,,消失模鑄造技術(shù)具有與無倫比的優(yōu)勢,,因此被國內(nèi)外鑄造界譽為“二十一世紀的鑄造技術(shù)”和“鑄造工業(yè)的綠色革命”。
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二,、國外消失模鑄造的發(fā)展簡史,? - n. V! k+ M; f
1956年美國人H.F.SHOYER開始了將聚苯乙烯泡沫塑料用于鑄造的試驗,并獲得成功,引起了人們極大的興趣,,1958年以專利的形式公布于眾,,當時稱之為“無型腔鑄造”,。起初,該法只是用來制造金屬雕像等藝術(shù)品鑄件,,以后經(jīng)過許多實踐和探索,,1962年西德從美國引進專利,消失模鑄造法才開始被開發(fā),,并在工業(yè)上得到應(yīng)用,。
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1964年美國的T.R.SMITH發(fā)表了使用無粘結(jié)劑干砂造型生產(chǎn)消失模鑄件的專利。到了1967年,采用普通粘土砂和自硬砂的消失模鑄造法獲得了成功,并在許多國家得到了應(yīng)用,生產(chǎn)了成千上萬噸鑄件,但無粘結(jié)劑干砂實型鑄造卻沒得到發(fā)展,仍處于探索階段,。在整個六十年代直至七十年代,消失模鑄造法僅限于單件小批生產(chǎn),典型產(chǎn)品是汽車模具,、機器底座、藝術(shù)品等,。1968年,,德國人E.KRYZMOWSKI在砂箱內(nèi)抽成負壓進行澆注,取得了專利,即現(xiàn)在的消失模鑄造,。 ' N2 }2 c5 @$ e! Z$ A0 h2 }
3 I, V- u; m' d1 B" d1 k8 d" b* @ 八十年代以前,,由于專利的制約,生產(chǎn)中使用無粘結(jié)劑干砂消失模鑄造受到限制,;鑄造界與其他產(chǎn)業(yè)部門協(xié)調(diào)不夠,;由于工藝不當、型砂和涂料不合適以及模型質(zhì)量不高所導(dǎo)致的實型鑄件外觀及內(nèi)在質(zhì)量不夠好,,造成了一部分人的等待,、觀望甚至懷疑的態(tài)度,使得消失模鑄造法發(fā)展緩慢,。
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% a" T0 V2 V* ^ I. K' K 1981年以后由于相應(yīng)專利技術(shù)失效,,再加上經(jīng)過幾年努力,發(fā)泡聚苯乙烯原料珠粒有了很大進步,、模型組合粘結(jié)劑質(zhì)量改善,、高質(zhì)量涂料被研制成功等工藝技術(shù)的進步,消失模鑄造法得以迅速發(fā)展,,并很快在生產(chǎn)上得到應(yīng)用。1982年美國首先公開了世界上第一條生產(chǎn)復(fù)雜鋁鑄件的消失模鑄造生產(chǎn)線,。至此,,消失模鑄造作為一種全新的鑄造工藝方法被應(yīng)用于生產(chǎn)。
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三,、消失模鑄造在中國的發(fā)展簡史
; u& @9 Y. N Y' i; m3 @ 1979年,,由我國著名消失模鑄造專家、中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械研究所研究員黃述哲教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組,,在中國最早開始了消失模鑄造的原理性試驗,。同年,,黃述哲教授在全國鑄造工藝學(xué)會上發(fā)表了“消失模鑄造基本特性的研究”論文報告,在國內(nèi)首次系統(tǒng)闡述了這一方法的特點和規(guī)律性,。1982年,,在大量實驗室試驗的基礎(chǔ)上,黃述哲教授主持在光機所工廠建成了一條消失模鑄造實驗生產(chǎn)線,。黃述哲教授主持完成的“消失模鑄造技術(shù)開發(fā)及工業(yè)化應(yīng)用”于1997年,、1998年分獲中科院科技進步二等獎和國家科技進步三等獎,這是我國鑄造工業(yè)界科技成果中獲得的最高獎項,。1998年被國家科技部列為“九五國家科技成果重點推廣項目”(99010202A),。黃述哲教授主持完成了數(shù)十個技術(shù)先進、功能完備,、配置合理,、生產(chǎn)高效的消失模鑄造流水生產(chǎn)線工程。 / X; G8 h$ X- G
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八十年代后期鄭州機械所也開始了消失模鑄造的試驗性應(yīng)用研究,。
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九十年代開始以來,,清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué),、華中理工大學(xué),、西安交大等也紛紛加入了消失模鑄造的研究。
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四,、消失模鑄造的工藝流程
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下圖為大量生產(chǎn)的消失模鑄造的全部工藝流程,。可見,,該流程的主要工部有:熔化工部,;制模工部;模型組合及涂層烘干工部,;造型澆注工部,;落砂清理工部。 + T% N, j3 L: [% w. O8 y
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五,、消失模鑄造的分類
; x/ a! h6 ^* a; g; f8 C j1 e5 u 消失模鑄造根據(jù)其鑄型材料分類:自硬砂消失模鑄造和無粘結(jié)劑干砂消失模鑄造,。 1 f! x& g7 Y/ v3 n
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根據(jù)澆注條件分類:普通消失模鑄造和負壓消失模鑄造 / V0 Y8 d$ e: P! ?
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六、消失模鑄造的工藝特點 2 r5 G t" w9 I# R& ~
與傳統(tǒng)的砂型鑄造相比,,大量生產(chǎn)的消失模鑄造有如下工藝特征: 3 j. P, p K( ?5 f, y
; O- A: ^2 z5 `5 W �,。�1)一個與逐漸形狀完全一致、尺寸大小只差金屬收縮量的泡沫塑料模型保留在鑄型內(nèi),,形成“實型”鑄型,,而不是傳統(tǒng)砂型的“空腔”鑄型(即“空型”)。
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�,。�2)其砂型為無粘結(jié)劑,、無水份,、無任何附加物的干石英砂。 8 I. i. V9 m. v) F' U2 W
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�,。�3)澆注時,,泡沫塑料模型在高溫液體金屬作用下不斷分解氣化,產(chǎn)生金屬—模型的置換過程,,而不象傳統(tǒng)“空型”鑄造是一個液體金屬的填充過程,。制作一個鑄件,就要“消失”掉一個泡沫塑料模型,。
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^# G ^( R* r7 C% @ �,。�4)泡沫塑料模型可以分塊成形再進行粘結(jié)組合。模型形狀(即鑄件形狀)基本不受任何限制,。
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( E/ D' [* D9 d# b# Z! w% E5 S 大量生產(chǎn)條件下傳統(tǒng)粘土砂型鑄造與消失模鑄造工藝特點的比較 (表1)9 |, Y! m5 U; X: ~5 Y4 b# i( ]
* f$ h7 A6 P0 K! _: F* |+ L項 目 傳統(tǒng)砂型鑄造 消失模鑄造 % {/ B6 {/ N D1 @; {6 z* w& A- t
模
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7 ]9 V( D- C) k7 s2 x2 {工
( t+ T5 s! Y- X藝 1.開邊 必須分型開邊,,便于造型 無須開邊 0 \6 z0 m+ Y5 h- d
2.拔模斜度 必須有一定的拔模斜度 基本沒有或很小的拔模斜度
- O: l6 A4 r* L$ _ F: f# a7 S3.組成 有外型芯合組成 單一模型 ( i5 z6 A1 @# S% G: V
4.應(yīng)用次數(shù) 一個模型多次使用 一型一次
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造造型工藝 1.型砂 有粘結(jié)劑、水,、附加物經(jīng)過混制的型芯砂 無粘結(jié)劑,、任何附加物和水的干砂 - v/ {6 p- y4 f! E+ F- j
2.填砂方式 機械力填砂 自重微振填砂 ! E- p; M! ^+ C) D. y
3.緊實方式 機械力緊實 物理(自重、微振,、真空)作用緊實 % p4 V* b( a3 H5 i" f& A
4.砂箱特點 根據(jù)每個零件特點制備專用砂箱 簡單的通用砂箱 6 ]& m, z) D$ G: J! ?
5.鑄型型腔 由型芯裝配組成空腔 實型
3 Z6 q+ N5 u2 f& T6.涂料層 大部分無需涂層 必須有涂層
6 T9 x8 }2 ~- P; M6 d& j2 P澆注工藝 1.充型特點 只是填充空腔 金屬與模型發(fā)生物理化學(xué)作用 3 Y( |2 P. d3 ^5 Z4 U3 L
2.影響充型速度的主要因素 澆注系統(tǒng)與澆注溫度 主要受型內(nèi)氣體壓力狀態(tài),,澆注系統(tǒng),澆注溫度的影響
/ Q |# k! A3 `落砂清理 1.落砂 需強力振動打擊 翻箱或吊出鑄件,,鑄件與砂自動分離
: S; c6 s4 s- T: ~* ?1 F) U. F/ r2.清理 需打磨飛邊毛刺及內(nèi)澆口 只需打磨內(nèi)澆口,,無飛邊毛刺 : D+ ^5 b: o {
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七、消失模鑄造的主要優(yōu)點 4 n) l* S4 d5 q* ^6 k7 r3 \
1.鑄件尺寸形狀精確,,重復(fù)性好,,具有精密鑄造的特點;
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2.鑄件的表面光潔度高,; " Q2 t7 e$ x" F
$ X& P: Y3 E& v: F( J9 u( i3.取消了砂芯和制芯工部,,根除了由于制芯、下芯造成的鑄造缺陷和廢品,; 1 ~3 o( q8 L' k; ^1 l8 `" ?
( l# R; G# j5 v. J# o" j4.不合箱,、不取模,大大簡化了造型工藝,,消除了因取模,、合箱引起的鑄造缺陷和廢品; 5 }" S# C$ W% [# D
7 a4 s; I! J' ^% ~: E3 c5.采用無粘結(jié)劑,、無水分、無任何添加物的干砂造型,,根除了由于水分,、添加物和粘結(jié)劑引起的各種鑄造缺陷和廢品,;
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6.大大簡化了砂處理系統(tǒng),型砂可全部重復(fù)使用,,取消了型砂制備工部和廢砂處理工部,; - b: ^$ q: t# w- o% h% y
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7.落砂極其容易,大大降低了落砂的工作量和勞動強度,; " T; [3 D4 [) o* K: M6 r
3 a; R8 ^% D' v0 h1 \* s8.鑄件無飛邊毛刺,,使清理打磨工作量減少50%以上;' e% j9 i J* f$ }4 R9 S7 D
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9.可在理想位置設(shè)置合理形狀的澆冒口,,不受分型,、取模等傳統(tǒng)因素的制約,減少了鑄件的內(nèi)部缺陷,;
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7 q3 Y0 l/ ~9 d' q0 b10.負壓澆注,,更有利于液體金屬的充型和補縮,提高了鑄件的組織致密度,; 6 [9 ~, F4 e5 S/ D
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11.組合澆注,,一箱多件,大大提高了鑄件的工藝出品率和生產(chǎn)效率,;
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& Z" v4 H& @8 I: I W9 \4 Y12.減少了加工裕量,,降低了機加工成本; * Z% O$ E9 `8 L% S/ w0 J
( I# R; E0 A+ A3 C6 G6 ?# c1 r13.易于實現(xiàn)機械化自動流水線生產(chǎn),,生產(chǎn)線彈性大,,可在一條生產(chǎn)線上實現(xiàn)不同合金、不同形狀,、不同大小鑄件的生產(chǎn),;
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$ k) Q& \! @, B' ^* Z' O0 Y+ ]14.可以取消拔模斜度; ( S" W7 e+ l; b
( j! S+ e0 t. f15.使用的金屬模具壽命可達10萬次以上,,降低了模具的維護費用,;
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) F# q, Y* I# {16.減少了粉塵、煙塵和噪音污染,,大大改善了鑄造工人的勞動環(huán)境,,降低了勞5 F& i: B# U$ j; f% v! Z
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動強度,以男工為主的行業(yè)可以變成以女工為主的行業(yè),;
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5 A- s; M8 q* P' N# x" {: o17.簡化了工藝操作,,對工人的技術(shù)熟練程度要求大大降低; 7 l6 A+ ^' c1 C* |) H k* k
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18.零件的形狀不受傳統(tǒng)的鑄造工藝的限制,,解放了機械設(shè)計工作者,,使其根據(jù)零件的使用性能,可以自由地設(shè)計最理想的鑄件形狀,; - }+ h/ h9 r( c3 R+ K3 \9 o+ `
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19.可減輕鑄件重量,; $ m( }' o9 s4 s8 ^
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20.降低了生產(chǎn)成本,;
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9 a r( ~/ I# U5 [6 d21.簡化了工廠設(shè)計,固定資產(chǎn)投資可減少30∽40%,,占地面積和建筑面積可* z5 g* Y& \) ^ `" D3 v
7 z. K: m5 f8 R* c5 q減少30∽50%,,動力消耗可減少10∽20%;
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22.消失模鑄造工藝應(yīng)用廣泛,,不僅適用于鑄鋼,、鑄鐵,更適用于鑄銅,、鑄鋁等,; ) h9 i' g A& R3 ?8 `+ f3 l! {$ B
0 n9 ^0 @, v) |' a: O4 K0 l23.消失模鑄造工藝不僅適用于幾何形狀簡單的鑄件,更適合于普通鑄造難以下手的多開邊,、多芯子,、幾何形狀復(fù)雜的鑄件;
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24.消失模鑄造工藝可以實現(xiàn)微震狀態(tài)下澆注,,促進特殊要求的金相組織的 形成,,有利于提高鑄件的內(nèi)在質(zhì)量;& P; Q9 {6 L5 ]; F* {7 N
) l$ Y* w" n7 r5 u7 h1 U25.在干砂中組合澆注,,脫砂容易,,溫度同步,因此可以利用余熱進行熱處 理,。特別是高錳鋼鑄件的水刃處理和耐熱鑄鋼件的固溶處理,,效果非常理想,能夠節(jié)約大量能源,,縮短了加工周期,;9 q- D( u2 s! V
4 L, A* y( X- _* |$ u( x/ s26.利用消失模鑄造工藝,可以根據(jù)熔化能力,,完成任意大小的鑄件,。
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八、消失模鑄造需要的專用設(shè)備 / H+ |: B' B* W7 K0 J( y
( m0 X7 O' e& Y; k% T8 t消失模鑄造與其他鑄造方法的主要區(qū)別是它所特有的黑區(qū)和白區(qū)部分,。白區(qū)指制模工部和模型組合及涂料烘干工部,,黑區(qū)指造型澆注工部。 7 X5 [+ D, g$ J5 n
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消失模鑄造的專用設(shè)備有: * E! N9 D) \3 w* ] \3 @
5 K" \' L* X$ S6 S3 c% K+ v3 j白區(qū):
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" y8 p8 X/ G& h/ Q制模工部:預(yù)發(fā)機,、蒸缸,、成型機、 模型干燥室等 . I7 ]. S) I8 b& W# [4 j" _. k
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模型組合及涂料烘干工部:涂料研磨機,、涂料混制滾筒,、模型烘干設(shè)備等 : p4 y# ^! Z+ n* D- t
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黑區(qū):
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+ R7 H2 ]3 E% @1 S! k% V* }造型澆注工部:造型振實臺、真空系統(tǒng)、砂處理系統(tǒng),、砂箱,、雨淋加砂裝置、砂箱運輸系統(tǒng)等4 P1 S7 B5 L3 Q# S' A6 Z1 v
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九,、消失模鑄造生產(chǎn)線 1 f; F# }' M2 \6 D6 |
F- ?. T* D3 j% k2 D1.簡易線:投資少,設(shè)備簡單,,適合小規(guī)模,、小批量生產(chǎn)
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/ R* b3 c, l! T2.流水生產(chǎn)線:系統(tǒng)完整,功能齊全,,連續(xù)作業(yè),,適合大批量、大規(guī)模生產(chǎn) / Z" T4 @+ J8 Y7 r
8 x' l Y3 j& T0 M* Z開環(huán)線
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& w& H G$ ]. @- W- w閉環(huán)線
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十,、消失模鑄造的關(guān)鍵技術(shù)
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1.泡塑模型模具制造技術(shù) 4 ]3 n* T5 q* H8 X$ ~1 y$ V4 B/ `
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(1)消失模鑄造工藝設(shè)計
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$ w) l- I: y. e) p$ R% S( o6 L(2)模具設(shè)計
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(3)模具調(diào)修
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2.泡塑模型制造技術(shù)
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. V# A9 C. E0 d p3 {% D(1)預(yù)發(fā)泡工藝 5 l' ]( ~& I6 ?$ T+ h5 W
$ N& o ]- j% A/ W
(2)模具成型 % R7 g( Z) ]' ?: m( c
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(3)粘結(jié)組合 * f3 \( T( `/ ~% u( g2 ~/ j
6 t# |! m6 U8 D3.涂料及涂層制備技術(shù) ) J% h1 u2 }9 w+ G4 b; o
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(1)涂料配方
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(2)涂料制備 " p1 H/ o) ^1 ^, P8 p/ a4 P
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(3)涂料涂敷
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" Q4 c) Y( [, ^/ ?& f1 Q(4)涂層干燥
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4.微振造型技術(shù) b3 W3 S' U2 J1 ^
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(1)振動臺選用 1 a* G" W% u. {, |/ r& `
, ^& s6 T$ y3 _(2)振動參數(shù)
: e6 P( [8 n' V6 d' q" \% a
- J) ]- b' p" A: `1 A3 l. Z(3)操作要點 6 ]1 F& X* l5 @# U
+ y* W$ O& D: \, r$ y% A( c5.負壓澆注技術(shù) 8 W2 i' H9 ^$ `9 S5 U
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(1)真空系數(shù)選定 : l5 }, P! |) h
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(2)澆注參數(shù) + ]* o5 [# e+ {2 @6 E: g
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(3)負壓規(guī)范
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6.過濾技術(shù)0 s0 `5 C, D8 i1 e k
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, i; R; d* ?& j) h 十一,、世界消失模鑄造技術(shù)的發(fā)展趨勢
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美國學(xué)者C.Bates教授等發(fā)表了《全球消失模生產(chǎn)技術(shù)和市場發(fā)展》的論文,比較詳細地論述了模樣制作,、涂料,、砂子緊實、澆注,、充型和模樣熱解各個環(huán)節(jié)的成就和發(fā)展趨勢,,許多北美的企業(yè)、高校和行業(yè)組織聯(lián)合起來,,組成消失模鑄造聯(lián)盟,,對該工藝進行進行開發(fā)研究,經(jīng)過不懈的努力,,使該工藝得到不斷的改善,,工藝過程得到更好的控制,也逐漸被更多的鑄造界人士所認同,,鑄造企業(yè)和鑄件的使用者都從中受益,。1999年美國威斯康星大學(xué)的一項市場市場調(diào)查表明,在未來的6到10年中,,消失模工藝的前景一片光明,。市場調(diào)查表明:在1990年,有6%的鋁合金鑄件是使用消失模鑄造工藝生產(chǎn)的,。預(yù)計到2007年,,將會有29%的鋁合金鑄件使用該工藝。從1997年起,,灰鑄鐵和球鐵方面也有較大增長,,目前約有2%的灰鑄鐵件是由消失模工藝生產(chǎn)的,預(yù)計到2009年將達到15%。
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6 H& Y$ o( e7 v" I 消失模工藝不斷為人們所認識,,也為新產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了足夠的信心,。通用(美國)、TEKSID(美國),、CASTI(意大利),、INTERMET(美國)、CITATION FORM(美國),、寶馬(德國)都已經(jīng)引進了消失模鑄造工藝,。* h! @( g' @: v
: N- R* ]; a( U0 o! f! ]+ e4 f 十二、我國消失模鑄造的應(yīng)用現(xiàn)狀
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消失模鑄造技術(shù)自九十年代開始在我國進入工業(yè)化應(yīng)用,,經(jīng)過十幾年的發(fā)展,,我國的消失模鑄造工業(yè)具有了一定規(guī)模,成為鑄造工業(yè)的重要組成部分,。消失模鑄造技術(shù)也被國家重點推廣而成為改造傳統(tǒng)鑄造業(yè)應(yīng)用最廣泛的高新技術(shù),。
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但總的來說,我國消失模鑄造的生產(chǎn)應(yīng)用水平與發(fā)達國家仍然有很大的差距,。目前,,我國的消失模鑄造廠家大大小小有數(shù)百家。但大部分的工廠生產(chǎn)能力都不大(與國外動輒數(shù)萬噸的生產(chǎn)能力相比差距較大),。( l& O0 Y6 F C
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形成這種狀況,,除了我國的消失模鑄造工業(yè)起步較晚之外,還因為: @, K! T* o3 C1 e1 I/ f! D( V; f
3 O, L( p: F' b" n(一)很難接受技術(shù)和工藝的有償服務(wù),,這是我國企業(yè)的“通病”,,消失模鑄造行業(yè)也不例外。我國的生產(chǎn)廠家過去在引進消失模鑄造時,,過分注重硬件設(shè)備的引進,,而忽視軟技術(shù)的引進。消失模鑄造對于大多數(shù)企業(yè)來講,,畢竟是新生事物,,從接觸到理解到應(yīng)用需要一個過程,是無法一蹉而就的,�,?科髽I(yè)自身的技術(shù)力量去探索生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品工藝等,,周期較長,。所以,廠家在引進消失模鑄造工藝時,,應(yīng)當注意對技術(shù)和工藝的引進,。 (二)我國國產(chǎn)的消失模鑄造設(shè)備水平能基本滿足生產(chǎn)的需要,,但提供者對于消失模鑄造技術(shù)和生產(chǎn)工藝的掌握卻差別不一。我們在引進消失模鑄造工藝時,,應(yīng)對供應(yīng)商進行綜合評價,。 (三)我國引進消失模鑄造的歷史不長,既有理論又有實踐的消失模鑄造技術(shù)人才還不多,。因此,,技術(shù)人才的培養(yǎng),是我國消失模鑄造工業(yè)迅速發(fā)展的迫切需要,。
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+ U2 Y& g# g d* a% J; e) p現(xiàn)在,,我國的消失模鑄造處于一個蓬勃發(fā)展的歷史時期,只要我們能夠吸取經(jīng)驗教訓(xùn),,并作出不懈的努力,前景將會一片光明,。 7 M" \) g1 {; g7 i! |7 Z
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十三,、消失模應(yīng)用實例:重型汽車變速箱殼體消失模鑄造與樹脂砂型鑄造對比
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6 s/ I" O% S" w! J, X+ Y項目 消失模鑄造 樹脂砂鑄造 比較
* W% Q/ T9 t& K尺寸精度 GBCT7 GBCT9 ↑2級
+ `. ]$ K8 T, N* w/ T; ]) L/ G7 Y4 r主要壁厚 6.8±0.2mm 6~8mm
# Z( J. c5 c, A. L, o' \重量 平均65公斤 平均71公斤 ↓∽10% $ B- x1 E6 ~8 W
重量精度 GBCT7 GBCT9 ↑2級 1 {5 C3 [+ _5 ]- q
加工裕量 2 mm 3~4 mm ↓30~50%
& U" E$ u3 R4 M; U' |廢品率 內(nèi)廢 2% 30%
' ?+ j, `4 V7 C: b% [+ [外廢 0.7% 40%
5 B/ c: T7 g) s2 R! g) r- K鑄件成本 310元/件 380元/件 ↓1000元/噸
; Z ?) y1 k: |3 T3 S4 L復(fù)制粘貼了一下3樓鏈接的內(nèi)容 |
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