【正文】 消失模鑄造結(jié)構(gòu)工藝。在本次設計結(jié)合灰鑄鐵的性能特點分析消失模鑄造的工藝特點流程及發(fā)展現(xiàn)狀。 2．設計（論文）的基本要求和內(nèi)容 1）消失模鑄造的工藝：工藝特點、工藝流程、充型過程理論； 2）模具設計：零件工藝參數(shù)的確定、鑄件的結(jié)構(gòu)設計（即模樣制作設計）、消失模鑄造澆注系統(tǒng)的設計、造型技術(shù)（如模型吃砂量等）等 3．主要參考文獻 [1] 章舟 .消失模鑄造生產(chǎn)及應用實例 [M].北京：化學工業(yè)出版社， 2020 年 6月 [2] 陶杰，劉子利，崔益華 .有色合金 消失模鑄造原理與技術(shù) [C].北京：化學工業(yè)出版社 ， 2020 年 1月 [3] 黃乃瑜，葉升平，樊自田 .消失模鑄造原理與質(zhì)量控制 [D].武漢：華中科技大學出版社， 2020 4．進度安排 設計（論文）各階段名稱 起 止 日 期 1 開題報告 202033 至 2020310 2 前期及中期設計 2020311 至 2020415 3 中期設計報告 2020416 至 2020424 4 中后期設計 2020425 至 2020530 5 后期檢查審定 20206 至論文答辯日 消失模鑄造工藝畢業(yè)設計 摘 要： 消失模鑄造是一種友好、鑄件質(zhì)量優(yōu)良的無余量液態(tài)金屬精確成型且已成為改造傳統(tǒng)鑄造產(chǎn)業(yè)應用最廣的高新技術(shù)，它適應于零件加工精確化的要求。 畢業(yè)設計任務書 設計題目： 消失模鑄造工藝 系部： 機械工程系 專業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學號 ： 學生： 指導教師（含職稱）： 專業(yè)負責人： 1．設計（論文）的主要任務及目標 針對論文的選題，查詢大量的國內(nèi)外相關(guān)資料和文獻，充分了解國內(nèi)的現(xiàn)狀，對比國外找到國內(nèi)存在的問題，提出自己對消失模鑄造工藝或是自己對這方面的一些見解。 通過畢業(yè)設 計的寫作，培養(yǎng)和提高學生對所學理論、知識和技能的運用能力，加強學生創(chuàng)新意識，同時培養(yǎng)學生實事求是的科學精神、嚴肅認真的工作態(tài)度及良好的團隊協(xié)作精神。三通管接頭，“三通”即有三個通路。對比其它鑄造方法，選用最佳方案。研究確定三通管接頭鑄件的工藝參數(shù)及結(jié)構(gòu)，據(jù)此設計鑄造模具結(jié)構(gòu) ，主要是泡沫模樣發(fā)泡模具設計。其中澆注系統(tǒng)設計包括直澆道、冒口、內(nèi)澆口位置設計等。目前，我國機械產(chǎn)品消耗的能源占全國總能源的 65%，而鑄造行業(yè)是國民經(jīng)濟中能耗較多的行 業(yè)之一，占機械工業(yè)總耗能的 2530%，鑄造生產(chǎn)的能耗約為發(fā)達國家的 2 倍。采用新工藝、新技術(shù)、加強節(jié)能技術(shù)改造成為突顯行業(yè)實力的重要部分。 利用泡沫塑料模和干砂（包括干燥的、無黏結(jié)劑的石英砂，鐵丸或鋼丸），借助重力、磁力或真空負壓等物理方法緊實鑄型的方法稱為消失模鑄造，結(jié)合其他新材料，進而發(fā)展形成實行空腔法、實型精密鑄造等方 法。 設計目的 借助對三通管接頭的相關(guān)設計，全面掌握消失模鑄造的工藝特點、工藝流程、相關(guān)重點技術(shù)（白區(qū)、黒區(qū)、黃區(qū)）等，分析研究鑄造模具結(jié)構(gòu)及裝配等。認真實施好每一環(huán)節(jié)，可以加深我們對消失模鑄造專業(yè)理論的理解，奠定實際生產(chǎn)設計撰寫說明書及軟件繪圖能力，培養(yǎng)自身的綜合素質(zhì)能力，其 意義是深遠的。 對于消失模鑄造有多種不同的叫法，國內(nèi)主要的叫法還有 “ 干砂實型鑄造 ” “ 負壓實型鑄造 ” ， 簡稱 EPS 鑄造。與傳統(tǒng)鑄造技術(shù)相比， 消失模鑄造 具有 非常大 的優(yōu)勢，被國內(nèi)外鑄造界稱為 “21 世紀的鑄造技術(shù) ” 和 “ 鑄造工業(yè)的綠色革命 ” 。 我國研究和發(fā)展消失模鑄造法的歷程與國外基本相似。 太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 3 在消失模鑄造方面所生產(chǎn)的鑄件從早期的磨球、襯板、管狀鑄件逐步發(fā)展到生產(chǎn)曲軸、箱體、閥門、缸體類鑄件，近幾年又進而發(fā)展到生產(chǎn)汽車和 柴油機部件，如制動盤、缸蓋等較復雜鑄件。 目前，國際市場對我國鑄件出口需求量與日俱增，這無疑給適宜采用負壓實型鑄造的我國廣大中小企業(yè)帶來極好的機遇；可以預料， EPS 技術(shù)不僅可在我國汽車、柴油機等行業(yè)的大中型企業(yè)中得到較快發(fā)展，而且將在我國獲得廣闊發(fā)展前景。 通用汽車公司于 20 世紀 70 年代開始消失模鑄造技術(shù)的研究，于 1980 年在紐約州的 Massena 建立了一條小批量試驗生產(chǎn)線，在 1981 年建成用于大批量生產(chǎn)Oldsmobile 汽車的鋁制引擎蓋生產(chǎn)線。 1986 年它又在 Massena 建成另一條大批量的消失模制模和澆注生產(chǎn)線，為Chevrolet 生產(chǎn)鋁合金缸體缸蓋，隨后又分別建成生產(chǎn)球鐵曲軸和殼體件的生產(chǎn)線。 1991 年意大利菲亞特公司在都靈建成歐洲最大規(guī)模的消失模生產(chǎn)車間，年產(chǎn) 萬噸； 1993 年德國寶馬公司建成年產(chǎn) 20 萬只各種規(guī)格鋁合金氣缸蓋的消失模生產(chǎn)線；2020 年美國通用的 SMCO 建成目前世界上最先進、規(guī)模最大的消失模鑄造廠。盡管日本公司消失模鑄造生產(chǎn)規(guī)模皆不大，但其生產(chǎn)效率高、鑄件質(zhì)量好。 鑄造模具用材料可分別選用木材、可加工塑料、鋁合金、鑄鐵、鋼材等 。實型鑄造以泡沫塑料板材為材料，裁減粘貼成模樣，然后澆注而成鑄件，該方法較之用木模，周期短、費用低 ； 塑料模的 應用呈上升趨勢，尤其是可加工塑料的應用日益廣泛 ； 鑄鐵模是大批量鑄造生產(chǎn)的首選，并被大量使用。近幾年來，由于鑄造水平的提高，已有越來越多的模樣、模底板、型板框等采用強度和耐磨性更高的球鐵或高強度合金灰鑄鐵制作，而耐熱疲勞性能更好的蠕墨鑄鐵也被用于制作熱芯盒材料 。 熔模鑄造 鑄 鋼及有 色合金 幾克～幾公斤 很好 任何復雜程度 批量生產(chǎn)時比完全用機加工生產(chǎn)便宜 各種批量的鑄鋼及高熔點合金的小型復雜精密鑄件，特別適合鑄造藝術(shù)品、精密機械零件 尺寸精度高、表面光潔，但工序繁多，勞動強度大 陶瓷型鑄造 鑄 鋼及鑄鐵 幾公斤～幾百公斤 很好 較復雜 昂貴 模具和精密鑄件 尺寸精度高、表面光潔， 但生產(chǎn)率低 低壓鑄造 有 色合金 幾十克～幾 好 復雜（可用砂芯） 金屬模的制作小批量，最好是大批量的大、中型有色合金鑄件， 可生產(chǎn)鑄件組織致密，工藝出品率高，設備較簡單，可采太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 5 十公斤 費用高 薄壁鑄件 用各種鑄型，但生產(chǎn)效率低 差壓鑄造 鋁、鎂合金 幾克～幾十公斤 好 復雜（可 用 砂芯） 高性能和形狀復雜的有色合金鑄件 壓力可控，鑄件成型好，組織致密，力學性能好，但生產(chǎn)效率低 壓力鑄造 鋁、鎂合金 幾克～幾十公斤 好 復雜（可 用砂芯） 金屬模的制作費用很高 大量生產(chǎn)的各種有色合金中小型鑄件、薄壁鑄件、耐壓鑄件 鑄件尺寸精度高、表面光潔，組織致密，生產(chǎn)率高，成本低。 太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 6 三通管接頭工藝參數(shù)的確定 一、鑄件材質(zhì)的適用性 理論上凡是可以鑄造的金屬都可以采用消失模鑄造法，而生產(chǎn)實踐上，目前用消失模鑄造澆注過的鑄件材質(zhì)有普通鑄鋼、不銹鋼、鐵鎳合金、普通鑄鐵、合金鑄鐵、球墨鑄鐵、鑄鋁合金和鑄銅等。 三、鑄件生產(chǎn)批量的適用性 最佳的生產(chǎn)批量必須考慮生產(chǎn)塑料模所需的模具成本（對不需要模具或模具費用很低的鑄件，可以不考慮生產(chǎn)批量問題），確保鑄件生產(chǎn)成本不會太高。消失模鑄造為多品種、單件小批量及大批量鑄件生產(chǎn)、為幾何形狀復雜的中小型鑄件提供了新的生產(chǎn)途徑。 1頓以下 (據(jù)尺寸結(jié)構(gòu)，三通管接頭每件 110kg)。 三通管接頭的工藝因素確定 消失模鑄造的模樣材料 模樣材料決定了熱解產(chǎn)物的類型和數(shù)量，從而影響充型流動性。目前用于制造模樣的主要有可發(fā)性聚苯乙烯（ EPS）、可發(fā)性聚甲基丙烯酸甲酯（ EPMMA）、苯乙烯 — 甲基丙烯酸甲酯共聚樹脂（ STMMA）。針對三通管件表面質(zhì)量要求和防滲漏、耐壓等特點，參照表 21，采用 STMMA 模樣材料較合適，其規(guī)格及珠粒粒徑如表 2 23所示。涂料能增強型砂抵抗金屬液的沖刷和侵蝕能力，防止鑄件表面產(chǎn)生機械和化學粘砂，以獲得表面光潔的優(yōu)質(zhì)鑄件。這樣能夠防止模樣在搬運、填砂緊實過程中破壞或變形。涂層將金屬液與鑄型分開，防止金屬液滲入干砂中，保證鑄件不產(chǎn)生粘砂，使得表面光潔。涂層厚度一般為 ～ 2mm 之間。涂料層能讓泡沫塑料熱分解產(chǎn)物（大量的氣體或液體）順利地排到干砂中去，然后 被真空泵吸出，有效地防止鑄件產(chǎn)生氣孔、炭黑等缺陷。常用耐火材料有剛玉、鋯砂、硅砂、鋁礬土、高嶺土熟料、氧化鎂等。粘結(jié)劑大致可分為有機粘結(jié)劑和無機粘結(jié)劑。常用的無機粘結(jié)劑有膨潤土、水玻璃、硅溶膠和磷酸鹽等。 懸浮劑 ：懸浮劑主要作用是防止涂料中的固體耐火材料發(fā)生沉淀，也起到調(diào)節(jié)涂料的流變性和改善涂料工藝性能的作用。 （ 2）涂料層的干燥 模樣上好涂料后，涂料層厚度為 ～ 2mm，然后進行干燥處理。 快速干燥 ：生產(chǎn)中水基涂料一般采用烘房或干燥爐進行干燥。 EPS 模樣的軟化點為 70℃，所以干燥溫度不能高于 60℃。如果能配備良好的通風設備，烘干效果會更好。 微波干燥：采用 HMZ 系列微波真空干燥爐，可在 30～ 100 ℃ 范圍內(nèi)快速干燥、均勻性好、能效比高、最大限度保持物料原有理化特征、占地面積小、無環(huán)境污染。 B233。 澆注溫度、真空度 消失模鑄造中泡沫塑料模氣化時要吸熱，使金屬液熱量減少，加速金屬液結(jié)晶凝固，故為了得到組織健全的鑄件，必須提高金屬液的澆注溫度來補償氣化模氣化吸熱的熱 量損失。 澆注溫度一般要比砂型鑄造高 2050℃，參照表 24，結(jié)合零件材質(zhì)選用 13501450℃。因此，真空度是實型鑄造最重要、最基本的因素。 表 澆注時推薦的真空度范圍 鑄 件 材 質(zhì) 砂 箱 內(nèi) 真 空 度 /mmHg 鑄鋁、鑄銅合金 300400 鑄鐵、鑄鋼件 400500 注： 1mmHg= 澆注速度 為避免鑄造過程中可能出現(xiàn)的缺陷，澆注速度流股細、小，變粗、大，再轉(zhuǎn)細、小。澆注開始慢澆，是因為此時泡沫塑料氣化生成物與金屬液流動方向正好相反，慢速澆注可使這股氣體先從直澆口排 出，防止金屬液噴濺。這樣可使鑄型重新處于密封狀態(tài)，維持在一定的真空度，順利地進行澆注。②澆注中除了要掌握澆注速度快慢外，還不能斷流和金屬液大量外溢。 鑄件因素 參照下表 26，結(jié)合消失模鑄造工業(yè)生產(chǎn)實踐，可知： 表 消失模鑄造鑄 件尺寸公差 單位： mm 鑄 件 尺 寸 公 差 ＜ 25 177。 80125 177。 175250 177。 消失模鑄造的鑄件表面粗糙度 Ra 值可達 ；鑄件尺寸在鑄造過程中只有很小變化，三通管接頭鑄件尺寸公差為177。；鑄件的精度高可達 IT7IT9 級，比傳統(tǒng)砂型鑄造提高 12 個級別；鑄件尺寸公差很小，加工余量最多為 ,可以大大減少機械加工的費用，和傳統(tǒng)砂型鑄造方法相比，可以減少 40%50%的加工時間。一般沒有明確的值或特殊要求，但不宜太小。如表2 所示，這里選用吃砂量為 150300mm 之間。泡沫塑料模樣放入砂箱前，需在砂箱底部預先放入一層底砂，經(jīng)振實、掛平，其厚度一般為 100mm 左右，再將上好涂料 的模樣組（帶有澆、冒口）放在上面，邊填砂，邊緊實。 我們介紹常用的一種造型方法（兩種方法之一）。底部放入一定厚度的底砂（一般砂床厚度在 50~100mm 以上），振動緊實。黑色金屬溫度高，可選用較粗的砂，鋁合金采用較細砂子。砂箱為單面開口、設有抽氣室或抽氣管、起吊或行走機構(gòu)的砂箱。 ③ 填砂 加入干砂（幾種加砂方法），同時施以振動（ X、 Y、 Z三個方向），時間一般為 30~60 秒，使型砂充滿模型的各個部位，且使型砂的堆積密度增加。較為常用。 消失模鑄造生產(chǎn)原理及工藝特點 該法按 EPC 工藝先制成泡塑模型（手工、機械），涂掛特制涂料，干燥后，置于特制砂箱中，填入干砂，振動緊實，吸真空狀態(tài)下澆鑄，模型氣化消失，金屬液置換模型，復制出與泡塑模型一樣的鑄件。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 ； 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。具體工藝流程如下圖 21 所示。 模型組合及涂料烘干工部：涂料混制滾筒、模型烘干設備等。 （ 3）黃區(qū) 涂料的制備及模樣上涂料、烘干部分。結(jié)合該尺寸及消失模鑄造生產(chǎn)實踐中砂箱的尺寸，粗略確定，采用每箱 8 件。 圖 三通管接頭輪廓尺寸 太原工業(yè)學院畢業(yè)設計 17 消失模鑄造三通管接頭缺陷及控制措施 金屬液的澆注溫度為了分解、裂解 STMMA 模料而提高 70100℃不等，模型表面涂掛涂料種類、型砂類型進而使鑄型緊實度的差異