摘要：本文通過現場的工藝總結，詳細記錄飛輪殼的消失模鑄造工藝。采用消失模工藝生產飛輪殼，在實際生產過程中遇到的技術問題，本文分別從原材料的選擇、預發成型、涂料涂刷、澆注系統的設計以及埋箱澆注等幾個方面詳細闡述了整個生產工藝流程，并且分析了該鑄件鑄造缺陷，優化工藝方案。
關鍵詞：消失模 飛輪殼 工藝流程 鑄造缺陷  貴州消失模模具廠
1、前言
近日我公司正在進行遼寧客戶現場3000T消失模鑄造生產線的生產調試工作。該生產線主要生產飛輪殼、離合器殼等灰鐵類殼體鑄件。
消失模鑄造技術（EPC或LFC）是用泡沫塑料制作成與零件結構和尺寸完全一樣的實型模樣，經浸涂耐火粘結涂料，烘干后進行干砂造型，振動緊實，然后澆入金屬液使模樣受熱氣化消失，而得到與模樣形狀一致的金屬零件的鑄造方法。消失模鑄造是一種近無余量、精確成形的新技術，它不需要合箱取模，使用無粘結劑的干砂造型，減少了污染，被認為是21世紀最可能實現綠色鑄造的工藝技術[1]。現主要介紹飛輪殼的消失模鑄造工藝流程。2  鑄件結構分析
飛輪殼是汽車上的重要部件，裝配精度高，要求加工精度高，且加工面較多，最大加工量在1~2mm。該鑄件單件重量約為20kg，輪廓尺寸為420*400*130mm。鑄件的壁厚不均勻，最薄處壁厚只有6mm。鑄件要求無砂眼、無氣孔且內腔結構較復雜，注意防止鐵包砂的產生。
3  工藝流程
3.1  白區
（1）預發泡
    珠粒預發是消失模鑄造的一個關鍵環節，因為密度的波動會影響到模樣的收縮、強度及澆注產生缺陷等問題。自動電預發機，發泡原料為EPS料（龍王、H-S），預發后可獲得密度溫度的珠粒（25~27g/L），預發后熟化至少6h后使用。
（2）成型
使用單絲杠半自動成型機，運行平穩。外界條件設定為：蒸汽壓0.4~0.6MPa，水壓0.3~0.4 MPa，氣壓0.6~0.8 MPa，手動充料。（如圖2所示）具體操作過程如下：
1）首先打開蒸氣閥預熱模具，以減少成型時模具內的冷凝水，預熱10s~15s后，關閉蒸汽閥，使用壓縮空氣吹干模具內的水份，用壓縮空氣將珠粒吸入料槍內充入模具內腔；
2）啟動半自動成型機自動按鈕，機器按程序設置參數進行加熱、冷卻過程，直至成型機自動脫模。
    3）然后取下白模，白模在空氣中自然干燥4h~8h，待尺寸穩定后放入烘干室。

（3）白模烘干
將采用重慶消失模模具廠開發的合格的白模放入烘干房內進行烘干。烘干房采用瑞歐公司設計的蒸汽加熱為主、電加熱為輔的溫濕度自動控制。烘干房溫度設置為50℃-55℃，濕度設置為16％以下。（烘干房溫度不可超過55℃，溫度過高，白模容易變形）白模放入烘干房內烘干24h左右，以稱量白模重量不變為準，方可進入涂刷環節。
（4）粘接、組型
1）打磨模型外表飛邊毛刺，用紙膠帶、雙面膠、修補膏修補凹坑、破壞損壞等缺陷；粘接縫隙較大的用雙面膠封嚴。
2）粘模時內澆道和白模結合處涂膠量不要過量，過量的膠水會使涂掛性能一般的涂料不易涂掛，導致該部位涂層厚度偏薄，澆注時鐵水沖破涂層將砂子帶入鐵水中，造成鑄件夾砂。因此，在涂熱膠時應將溢出的多余膠用刀片刮除。
3）澆注系統設置
澆注系統設計對鑄件質量影響較大，如果設計不合理，鑄件會出現冷隔、皺皮、澆不足、氣孔、積炭等缺陷，澆注系統工藝設計及技術參數的正確選用，是消失模鑄造技術控制的重點。
澆注系統工藝設計原則：
① 鐵水進入型腔應平穩流動，并有一定的流動和上升速度；
②  澆注系統應有一定的排氣清渣和補縮作用；
③ 要結合鑄件的結構特點和不同重量，來考慮澆注系統的合理位置，使鐵水進入型腔流動距離最短，彎度最少，這樣有助于金屬液流動中減少熱量損失。
在分析飛輪殼體造型和澆注位置時，提出兩種方案進行比較：平澆方案（見圖2)和立澆方案(見圖3）。
平澆方案可保證環形法蘭不變形，但很難保證飛輪殼底部充填，下腔體采用預置砂工藝。立澆方案有利于干砂充填，但最大的問題是上面環形的變形。考慮到此件預填樹脂砂操作相對簡便，故平澆方案優于立澆方案。
   按水力學計算公式計算。水力學計算公式如下：
式中  ∑F內—內澆道總的截面積，單位cm2 ；
    G—流經內澆道的金屬液的總重量，單位kg，包括鑄件重和澆注系統重；
    μ—流量系數，其值可在參考書目查詢，修正值也需查詢，一般取0.30~0.40；
Hp—壓頭高度，根據模型在砂型中的位置確定；
    τ—充滿型腔的總時間，單位s，其值可按下式確定。
為保證金屬液不斷流和具有一定的充型速度，選用封閉式澆注系統，底注式澆注方式，各澆道的比例選為：∑F內：∑F橫：∑F直=1：1.2：1.4。
現根據理論法計算澆注系統各澆道的截面積，澆道具體尺寸形狀根據普通砂型鑄造選取。根據鑄件的形狀，設計三個內澆道，由水力學計算公式式中：G=20kg, μ=0.35, Hp=600mm。消失模鑄造中澆注系統一般通過手工切割苯板獲得，考慮到切割方便以及與其他鑄造類型相比，消失模鑄造冷卻速度更快，澆注系統一般要大些。參考計算結果以及實際經驗，內澆道橫截面尺寸為6×30mm，直澆道為40×40mm。
3.2  黃區
  涂料作為消失模鑄造的關鍵技術之一，對消失模鑄造工藝的成功與否起著至關重要的作用，是獲得健全鑄件必不可少的一個重要的工藝環節，消失模鑄造工藝對涂料的選擇及涂掛工藝要求尤為重要。灰鑄鐵消失模用涂料必須具有良好的透氣性，觸變性及保溫性等。
  泡沫模樣表面刷涂料，目的是防止粘砂，降低鑄件表面粗糙度；同時，模樣刷涂烘干后強度大幅度提高，可有效防止鑄件變形（已刷涂烘干的泡沫模樣見圖2c）。涂料應具有良好的透氣性，合適的強度和耐火度。
（1）涂料按照規定配比進行攪拌。涂刷采用浸涂方式，因此攪拌30min，波美度達到1.6左右即可。
（2）對組好的白模分2次進行涂刷，以便每層涂料徹底干透。烘干房溫度設置在50℃，濕度設置為16％以下。上午涂刷一遍，當日下午涂刷第二遍，第二遍對露白處進行補涂，澆口及進水口處加厚涂刷。兩遍后白模涂料厚度達到1.5mm，澆口及進水口處達到2~3mm。
（3）白模浸涂后，需放置在臨時架子上靜置幾分鐘并翻轉再靜置待表面涂料均勻后，再調整放置烘干架子上放入烘干房內進行烘干，防止白模有涂料堆積。白模放入烘干房內如圖5所示。
3.3  黑區
  該鑄件在瑞歐消失模鑄造設備有限公司為遼寧北票市興隆鑄鋼有限公司設計制造的流水線上進行生產。該流水線為柔性線生產模式，機械化水平和自動化程度較高，生產線的運轉實現每個節拍8min，且故障率極低。
（1）埋箱造型
  在國內率先采用了由脈動沖擊振動臺。我們對利用脈動沖擊振動臺生產飛輪殼鑄件的生產工藝進行了探索，基本情況為：分兩次振動，第一次將型砂均勻填到與零件平齊振動40S；二次放砂后振動20S。經過大量的測試，通過該振動臺1min的振動緊實，20~40#的型砂緊實密度可以達到1.70g/cm3以上，能夠滿足該鑄件的生產要求。
澆口應高出砂面一定距離，防止澆注時鐵水將周圍沙子卷入引起缺陷，同時面砂也應有一定的厚度，以防澆注時燙壞塑料薄膜。集渣冒口注意扎眼以增加排氣效果。
為滿足廠家生產要求，一箱澆4簇，近300kg，每小時8箱。
埋箱造型時特別注意澆口處的處理，對于澆注時負壓的保持及防沖砂有很大的關系。直澆道上套陶瓷環，安裝陶瓷澆口杯為最優方案。
（3）鐵液澆注
鐵水澆注前做好除渣工作，澆注溫度一般在1420℃-1460℃左右。澆注前將負壓系統打開，負壓度控制在0.04~0.05。因一次澆包澆注4箱，16個澆注口，澆注口較多，如一次澆注時負壓太小，注意調節控制各箱負壓度。鐵水包鐵水澆完后，將所有砂箱蝶閥全部打開，負壓調至0.02~0.03保壓15分鐘。
澆注時，注意澆注速度控制，一般節奏：慢—快—慢。在鐵水不反噴的情況下，盡量加快澆注速度，盡量控制在控制在20秒內。
4  規范澆注工藝
  消失模鑄造的整套工藝流程較其他普通鑄造方式流程多，各個環節可謂環環相扣，哪一個環節稍有紕漏，鑄件澆注就會出現問題。因此必須規范澆注工藝，嚴格控制各個環節。
4.1  規范澆注溫度
鐵水澆注溫度控制在1420～1 460℃，合理的澆注溫度要靠經驗積累，堅持多測溫，對比分析鑄件外觀情況，掌握溫度下限不產生冷隔，溫度上限不造成化學粘砂，逐步確定合理的溫度區間。
4.2  規范澆注速度
提高澆注速度；快速澆注是消失模工藝的特點，澆注時往往能聽到吸氣聲，聲音越大越要快澆。最好讓澆口杯和直澆道封閉，澆注時澆杯內始終存有鐵水不斷流。快速澆注減小了下層鑄件澆口位置的過熱時間，縮小了上、下層鑄件溫度差有利于防止粘砂和冷隔缺陷。飛輪殼消失模澆注速度一般控制在20s之內，為了快速澆注，在工藝措施上澆口杯盡可能做大些，以方便澆注，內澆口要做成開放分散式，以實現平穩快速充型。
4.3 規范其他操作細節
 粘砂是金屬液滲入到涂層和型砂中形成的機械混合物，由于工人首次使用消失模技術做此鑄件，故粘砂現象出現較多，原因一般是多方面的：
（1）由于涂料的流淌，邊角部位涂層過于薄，涂層太薄不足以抵抗金屬液的浸蝕和沖刷而形成機械粘砂；
（2）造型時型砂的緊實度不足，填充不滿，金屬液沖破涂層而機械粘砂；
（3）預填樹脂砂部位未插鋼釘固定，致使預填砂在震動造型過程中脫落，亦產生機械粘砂。
（4）涂層干燥不透強度低、發氣量大，被金屬液沖蝕而粘砂；
通過現場的多次試澆注，確定的上述工藝流程基本滿足澆注出的合格的鑄件產品，且能保證較高的成品率。
5結論
通過對制定的工藝流程嚴格的執行，包括對消失模模具和白模的嚴格控制，可以獲得合格的鑄件，并且能夠獲得較為令人滿意的鑄件出品率和成品率。

重慶凹道模具有限公司專業從事消失模模具開發，同時提供消失模鑄造技術服務，歡迎來電咨詢。