消失模铸造简易生产线的设计与应用（黑区部分）

许永光，李 明，徐世娜，李红功

（双星漯河中原机械有限公司，河南 漯河 462300）

消失模铸造生产上一般分为“白区”、“黄区”、“黑区”三个部分。“白区”为制模工部，主要生产设备有：预发泡机、成型机、切割机、黏合机等；“黄区”为涂料涂层、烘干工部，主要生产设备有：涂料制备机、涂料搅拌机、模样浸涂机、模样烘干室等；“黑区”为造型工部、浇注工部、砂处理工部、落砂清理工部，主要生产设备有：造型震实台、专用砂箱、真空负压系统、熔炼浇注设备、翻箱倾倒设备、旧砂冷却回收系统、铸件清理设备等。一条完整的消失模铸造机械化生产线系统庞大、设备占地面积大、设备一次投资费用大，针对这个问题，结合国内众多铸造生产企业实际情况，本公司近几年先后为国内国外铸造生产企业专门设计提供了几条简易消失模生产线，现均在线生产，并运行良好。

本文以某机械工程公司1000 t/a 铸件的消失模生产线为例，简单介绍消失模铸造黑区部分简易生产线的设计思路，以供国内铸造生产企业参考、借鉴。

1 设计参数及要求

1.1 生产纲领

1）年生产铸铁、铸钢件：约1000 t；

2）铸件单重：10 kg～200 kg；

3）生产性质：多品种、小批量生产；

4）工作制度：单班工作制，每班工作8 h.

1.2 工作条件

1）电源：380 V±15%，50 Hz±2 Hz；

2）水压：0.2 MPa～0.3 MPa；

3）环境温度：-35.8 ℃～39.6 ℃；

4）相对湿度：52%～71%.

1.3 原材料要求

1）原砂：耐火度高、流动性好、透气性好、紧实性好、粒形好（圆形最好）、灰分小、水分小。（一般铸造采用石英砂，w（SiO2）≥93%，粒度：30/50 目或40/70 目；含泥量＜0.3%；含水量＜0.3%.）

2）泡沫材料：含碳量少、发气量小，材料强度、表面刚性好。在保证泡沫材料表面质量，模样强度的前提下，泡沫密度越小越好（EPS 聚苯乙烯泡沫材料价格便宜，可满足一般生产）。

3）涂料：涂挂性、流涂性、附着性好，气泡少、吸附能力强，耐火度高、高温透气性好，涂层强度、刚度好（以选择专业生产厂家涂料为好，质量、性能稳定）。

2 设备工艺布置与设计

2.1 设备工艺布置

消失模铸造简易生产线，生产企业“白区”以配套为主，白模实样依托于相关的专业厂家提供或采用市售泡沫板自行切割粘接而成，白区部分生产设备不用采购；“黄区”涂料由专业生产厂家提供，涂料质量、性能稳定，模样手工刷涂、自然晾干，黄区部分生产设备不用采购；“黑区”部分依托现有厂房设备，只需稍加改造及简单采购几样消失模铸造专用设备即可满足生产。专用设备包括一台造型震实台，几个真空砂箱，一套真空负压系统，一套简易电气控制系统。设备工艺布置详见图1.

图1 设备工艺平面布置简图

生产企业造型用砂采用车间现有40 目～70 目石英砂，造型浇注后旧砂经简单筛分、自然冷却回收处理即可，无需采购投资大的旧砂回收冷却系统。

消失模铸造原材料依托专业厂家提供或自制，生产设备以现有厂房设备为主，最大程度减少专用设备配置，因此设备占地面积小，设备投资少，上马快。

2.2 真空砂箱

本文介绍消失模铸造专用真空砂箱是依据用户提供铸件的尺寸大小及形状设计制造，砂箱内尺寸：1900 mm×1000 mm×1200 mm. 由砂箱体、起吊吊把、不锈钢丝网、气孔板、负压抽气口等组成。

如图2 所示。

图2 负压砂箱简图

砂箱整体型钢框架结构，强度、刚性好，不易变形，真空抽气室砂网采用席型金属丝编织不锈钢网，耐磨、防锈，同时砂网便于更换。

真空砂箱设计为夹层底抽加两面侧抽式结构，抽气室相互贯通，以使真空度上下均匀，砂型强度高，不易塌箱，浇注时排气更为通畅。

2.3 真空负压系统

消失模铸造的造型和浇注过程通常是在真空条件下进行的，由砂箱和抽真空系统组成一个封闭系统。

真空负压系统由气水分离箱、真空泵、水洗过滤罐、真空稳压罐、负压管道等组成。如图3 所示。

图3 真空负压系统简图

消失模铸造在浇注时，为了使砂箱内保持一定的真空度，有5 部分气体需要由真空泵强行抽走：1）存在于砂型型砂颗粒间的空气；2）泡沫模样在浇注时迅速分解气化产生的大量气体；3）浇注瞬间由直浇道口带入砂型内的气体；4）砂箱顶部密封塑料薄膜局部被损而进入砂型中的空气；5）砂箱或管路泄露需要抽走的空气。因此选择真空泵的原则是在保证系统一定真空度的情况下，系统抽气量一定要大。

真空泵是消失模铸造中最基本的设备，关于真空泵可选择SK 系列水环真空泵，也可选择2BE 系列水环真空泵，2BE 系列真空泵价格高一些，但运行成本低，一些投资充足的企业可考虑，通常选SK系列真空泵已能满足生产需要，且价格较便宜些。

本文介绍真空负压系统选用1 台SK-20A 型水环式真空泵（额定功率为37 kW），已能满足5 套砂箱同时浇注使用。

2.4 三维震实台

消失模铸造造型时型砂一般需要震动紧实，震动紧实最好在填砂过程中进行，不仅要求干砂快速到达模样各处，充入模样内部空腔，形成足够的紧实度，而且在紧实过程中应使模样变形量最小，以保证浇注后得到轮廓清晰、尺寸精确的铸件。

目前震实台根据震动模式不同，分为：一维震动、二维震动、三维震动。一般认为，消失模铸造的震动紧实应采用高频低幅的三维震动紧实，振幅在0.2 mm～1.5 mm，震动时间在20 s～60 s，才能完成干砂的充填和紧实过程。

消失模铸造三维震实台采用平板形式，基本组成包括：震动工作台、振动电机、减震底座、复合弹簧及控制柜等。如图4 所示。

主要技术参数如下：

1）额定负荷：6000 kg；

2）工作台面：2100 mm×1200 mm；

3）工作振幅：0.5 mm～1.0 mm；

4）工作频率：2870 r·min-1；

5）电机总功率：6.6 kW.

2.5 电气控制系统

消失模简易生产线的控制系统由控制柜集成控制。

控制系统空气开关、交流接触器、中间继电器、热继电器等均采用国内名牌产品，安装符合国家有关标准，走线安全美观，线号清晰。

模拟运行指示灯，寿命大，光度适宜。所有接线点均采用冷压接线片，安装方便，维修简单。

三维震实台设独立的控制柜，便于现场操作和调整。

3 实际应用效果

1）采用消失模铸造生产的铸件质量好，废品率低，废品率可由原来的5%降至2%左右。

2）采用消失模铸造生产的铸件表面光洁，尺寸精度高，可使工件非工作面不再加工，减少机械加工费用。

图4 三维震实台简图

3）采用消失模铸造生产的铸件材料消耗成本低，每吨铸件可降耗5%～10%.

4）消失模铸造用干砂无黏结剂，不用再生可循环使用，大大降低生产成本。

5）采用消失模铸造生产的铸件无飞边、毛刺，铸件清理工序费用低。

6）消失模铸造工艺操作简单，劳动强度低，配置人员少，可大大降低人工成本。

4 结束语

消失模铸造简易生产线，设备占地面积小，设备投资在10 多万元，投资少、上马快、见效快。铸造生产企业“白区”模样、“黄区”涂料可以依托专业生产厂家提供或自制，以减少庞大的设备投资。只要铸造生产企业根据自身情况掌握了消失模铸造生产工艺，就会带来很大的经济效益和社会效益，使环保得到大大改善，使“黑色”铸造变为“绿色”铸造。

[1]黄天佑，黄乃瑜，吕志刚.消失模铸造技术[M］.北京：机械工业出版社，2004.

[2]黄乃瑜，叶升平，樊自田.消失模铸造原理及质量控制[M］.武汉：华中科技大学出版社，2005.

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