消失模鑄造法問題調(diào)查報(bào)告

消失模鑄造法問題調(diào)查報(bào)告

實(shí)踐目的

本人是太原工業(yè)學(xué)院機(jī)械工程系材料成型及控制工程專業(yè)的一名普通學(xué)生，想要找一個(gè)與自己專業(yè)對(duì)口的實(shí)習(xí)單位進(jìn)行實(shí)習(xí)。這次實(shí)習(xí)的主要目的有如下幾點(diǎn)：1、了解現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r和自己的就業(yè)方向。2、能夠熟練把所學(xué)的知識(shí)運(yùn)用于實(shí)踐，能夠把實(shí)踐中學(xué)到的東西總結(jié)成理論知識(shí)。3、從實(shí)踐中了解今后學(xué)習(xí)的重點(diǎn)和需要注意的地方。4、初步規(guī)劃自己的事業(yè)及發(fā)展方向。

實(shí)踐內(nèi)容

我的家鄉(xiāng)交城縣重工業(yè)比較發(fā)達(dá)，鑄造廠尤其多，鑄造廠的生產(chǎn)過程也與我的專業(yè)相對(duì)口。因此，我于201*年暑假在交城縣夏家營工業(yè)園區(qū)太原市三高能源發(fā)展有限公司交城分廠進(jìn)行了為期一個(gè)月的實(shí)習(xí)。本廠投資倆千余萬元，擁有工人120余人，日生產(chǎn)量3噸，是一家生產(chǎn)工藝先進(jìn)，人員管理合理，效益良好的工廠。本廠使用的主要原料是14號(hào)生鐵和熟鐵，輔助原料有球化劑、孕育劑、麥芽糊精、羧甲基纖維素鈉、粘土、炭黑、特一粉、白乳膠、甲醛等。本廠的成品是按照?qǐng)D紙和要求加工好的球墨鑄鐵。

本廠主營球墨鑄鐵的鑄造，鑄造方法是消失模鑄造法。球墨鑄鐵是在熔煉過程中經(jīng)過球化處理,使石墨形成球狀的一種鑄鐵。它具有較高的機(jī)械性能和良好的鑄造性能。由于球鐵生產(chǎn)成本比鑄鋼低,機(jī)械性能比一般鑄鐵好,因此目前已得到廣泛應(yīng)用；消失模鑄造（又稱實(shí)型鑄造）是將與鑄件尺寸形狀相似的石蠟或泡沫模型粘結(jié)組合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振動(dòng)造型，在負(fù)壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據(jù)模型位置，凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法。

本廠分為四個(gè)車間：白區(qū)、黑區(qū)、機(jī)加車間、油漆車間。它們的具體工作和產(chǎn)品的加工流程如下：

白區(qū)負(fù)責(zé)制作塑料泡沫模型，具體操作如下：1、把可揮發(fā)性聚苯乙烯放入發(fā)料機(jī)進(jìn)行發(fā)料。2、把料充入模具中，在高溫高壓下煉制出塑料泡沫模型。3、把泡沫模型打磨光滑。4、塑料泡沫上涂抹耐火材料（耐火材料的配置下面將詳細(xì)介紹）。5、烘干。6、把耐火材料薄或是沒涂抹到的地方繼續(xù)涂抹。7、把涂抹好耐火材料的塑料泡沫與涂抹好耐火材料的引流支架連接，從而形成完整的模型。

黑區(qū)負(fù)責(zé)球墨鑄鐵的鑄造成型。具體操作步驟如下：1、把完整的模型裝入沙箱（具體操作比較復(fù)雜，此處只做概括），流入沙子，然后震動(dòng)搖勻。重復(fù)操作上述步驟，直到把模型全部裝入沙箱。2、沙箱上面鋪一層透明塑料，然后把耐高溫漏斗和完整模型連接，再把耐火材料涂抹到漏斗與完整模型連接處。最后把沙箱上再鋪一層沙子，使其壓緊透明塑料。3、將沙箱抽成真空負(fù)壓，使里邊的沙子硬化成型。4、將煉好的鐵水通過漏斗澆入沙箱中（具體煉鐵過程比較復(fù)

雜，下面會(huì)詳細(xì)說明）。4、經(jīng)過24小時(shí)后將鑄好的模具取出。5、用大斧頭把機(jī)件從機(jī)架上敲下來，機(jī)架可切割成小塊后回爐繼續(xù)煉制。6、從每爐的機(jī)架及原料14號(hào)生鐵中選取樣品進(jìn)行化驗(yàn)（化驗(yàn)包括成分的檢驗(yàn)和晶相的檢驗(yàn)）7、將半成品機(jī)件上的耐高溫沙土用拋砂機(jī)進(jìn)行清理。8、把機(jī)件和機(jī)架相連接處的凸出部分用砂輪磨平。9、把半成品機(jī)件上不平的面用刀具進(jìn)行初步加工。

機(jī)加車間負(fù)責(zé)半成品的加工，此加工主要為銑床銑面和鉆床鉆孔；加工好的半成品送入油漆車間進(jìn)行油漆，具體操作為：1、將半成品用打磨器打磨好表面。2將半成品放入草酸池約十分鐘進(jìn)行除銹。3、然后放入水池中一分鐘洗掉殘留的草酸。4、再放入磷酸池中約十分鐘是半成品表面光滑。5、再放入一種綠色溶液池中約十分鐘。6、最后把半成品放入沸水池中，約半分鐘，是半成品出水后能很快把水揮發(fā)掉。7、出水后的半成品進(jìn)行油漆加工成品。

以上四個(gè)車間的工人皆為普通工人，工資平均為201*元/月。除上述車間人員和管理人員外，還有負(fù)責(zé)生產(chǎn)的技術(shù)人員平均工資為10000元/月。他們主要負(fù)責(zé)和根據(jù)廠商發(fā)回來的圖紙計(jì)算出競標(biāo)價(jià)格進(jìn)行競標(biāo)，競標(biāo)成功后根據(jù)圖紙用高溫切割機(jī)把塑料泡沫切割、拼接成圖紙中要求的規(guī)格。（然后按上面白區(qū)的第四步及以后的步驟進(jìn)行加工）。最后把成品送入委托方手中讓其檢驗(yàn)產(chǎn)品的型號(hào)、性能是否符合要求。若符合要求則把圖紙發(fā)給模具生產(chǎn)商，讓其生產(chǎn)泡沫模具。然后大規(guī)模生產(chǎn)。

生產(chǎn)中耐高溫材料和球墨鑄鐵鐵水的配置是生產(chǎn)的關(guān)鍵，下面分別展開介紹：

皂粉70克、麥芽糊精201*克、羧甲基纖維素鈉1000克、粘土800克、炭黑1000克，配好后放入裝有數(shù)十個(gè)鐵球的回轉(zhuǎn)箱，然后加入70000克特一粉，再加入50升水，再加入白乳膠1500克，最后加入一瓶蓋37%~40%的甲醛溶液。回轉(zhuǎn)箱轉(zhuǎn)動(dòng)5個(gè)小時(shí)后耐火溶液配置完成，即可涂抹塑料泡沫。

球墨鑄鐵的配置主要添加劑是：球化劑和孕育劑。球化劑使鑄鐵中的石墨呈球狀析出的鐵水添加劑叫球化劑。其主要成分為：金屬鎂、稀土、硅鐵及其他孕育劑；孕育劑是一種可促進(jìn)石墨化，減少白口傾向，改善石墨形態(tài)和分布狀況，增加共晶團(tuán)數(shù)量，細(xì)化基體組織，它在孕育處理后的短時(shí)間內(nèi)（約58分鐘）有良好的效果。主要適用于各種情況的一般然件或后期瞬時(shí)孕育。孕育劑主要成份：Si：7280%、AL：0.5--1.5。使用方法：1、倒包孕育：將孕育劑加入包內(nèi)，然后沖入鐵水，使其均勻熔化，即可澆注。2、加入量為約為鐵液重量的0.20.4%。

球墨鑄鐵的配置過程為：1、稱取690kg14號(hào)生鐵，100kg熟鐵，300kg回爐鐵，逐步放入高溫爐中進(jìn)行煉制，爐心溫度可達(dá)1600℃。2、煉制好后人工把爐面的雜志除掉。3、將26kg球化劑放入包中，將倆鐵鍬孕育劑灑到球化劑上，然后在包中放入倆塊廢品。4、在爐面灑孕育劑，然后除雜質(zhì)。5、爐中的鐵水澆如包中，然后除雜質(zhì)。6在包面灑一鐵鍬孕育劑，除雜質(zhì)。7、在包面灑一鐵鍬孕育劑。8、把鐵水澆入沙箱。

實(shí)踐結(jié)果

在實(shí)際中總是存在各種各樣的次品，本人把理論知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際中，深刻分

析，不斷觀察，總結(jié)出了各種次品產(chǎn)生的原因和解決方法，如下：

缺陷名稱模樣外觀正常，內(nèi)部熔接不良產(chǎn)生原因1、成型加熱時(shí)間短或蒸汽壓力低2、預(yù)發(fā)泡珠粒干燥，熟化溫度高或時(shí)間長1、珠粒未完全充滿模腔。2、模具結(jié)構(gòu)不合理。解決辦法1、控制珠粒干燥熟化溫度和時(shí)間2、調(diào)整發(fā)泡劑含量1、改進(jìn)填充方法，調(diào)整壓縮空氣壓力。2、改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)。模樣不完整，輪廓不太清楚模樣大面積收縮1、成型時(shí)間太長或溫度太高。1、縮短成型時(shí)間，降低成型溫2、冷卻時(shí)間不夠，冷卻速度太度�？�2、調(diào)整冷卻速度和時(shí)間。1、加料不均勻。2、加熱或冷卻不均勻。3、模具結(jié)構(gòu)不合理。1、確保加料均勻。2、確保加熱冷卻均勻。3、改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)。模樣局部收縮模樣尺寸增大，膨脹變形表面粗糙，珠粒局部有凸凹模具未能充分冷卻，托具時(shí)間太1、調(diào)整托具時(shí)間。早2、充分冷卻模具，使溫度低于60℃1、珠粒密度低或未完全熟化。1、提高珠粒預(yù)發(fā)密度，采用熟化2、發(fā)泡時(shí)間不夠。好的珠粒。3、泡粒發(fā)泡劑含量低。2、延長成型時(shí)間。3、提高預(yù)發(fā)泡珠粒發(fā)泡劑含量1、成型時(shí)間太長。2、冷卻速度太快。1、發(fā)泡珠粒熔接不良。2、冷卻水壓力過高，時(shí)間過長。3、預(yù)發(fā)珠粒密度低。1、縮短成型時(shí)間。2、減慢冷卻速度。1、蒸汽壓力成型溫度要適當(dāng)。2、調(diào)整冷卻水壓力和冷卻時(shí)間。3、提高預(yù)發(fā)珠粒密度。模樣表面珠粒界面凸出模樣中含有冷凝水模樣由模具中取出時(shí)損壞變形1、模樣與模具中有黏貼現(xiàn)象。1、定期潤滑模具工作表面。2、托模時(shí)水壓和氣壓太大。2、控制壓縮空氣和水的壓力。實(shí)踐總結(jié)

1、現(xiàn)代工業(yè)是朝著低污染高效率的方向發(fā)展，但有些企業(yè)由于投資太大，

還是守著陳舊的設(shè)備和生產(chǎn)工藝不放。因此我們在學(xué)習(xí)中，不僅要學(xué)習(xí)先進(jìn)的生產(chǎn)工藝，還要學(xué)習(xí)已經(jīng)陳舊的工藝。

2、工廠中的擔(dān)任要職的老工程師大都不懂計(jì)算機(jī)。因此，在學(xué)校學(xué)好電腦

知識(shí)，能熟練運(yùn)用與專業(yè)相關(guān)的軟件相當(dāng)重要。3、工廠需要的是去了以后直接就能干的人。因此，我們在學(xué)校要多多實(shí)踐。

例如：對(duì)于機(jī)械工程系的學(xué)生，要抓住一切機(jī)會(huì)練熟各種車床的操作及先進(jìn)數(shù)控機(jī)床的操作。

4、瘦死的駱駝比馬大，大學(xué)生工作十年后，有著豐富的工作經(jīng)驗(yàn)，這時(shí)候

是創(chuàng)業(yè)的最佳時(shí)機(jī)，也是人生走向輝煌的最佳時(shí)機(jī)。

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消失模鑄造去碳因素法防止鑄鋼增碳再研究

摘要：一直以來，消失模低碳鋼件的增碳問題被很多專家視為該工藝的“禁區(qū)”，

也是各專家學(xué)者研究的熱點(diǎn)課題。筆者通過在泡沫珠粒中加入少量輔助材料，成功地解決了消失模工藝生產(chǎn)低碳鋼的增碳問題。

關(guān)鍵詞：消失模，低碳鋼，增碳，添加料

Abstract:Allalong,theproblemofcarbonrationinlostfoamlow-carbonsteelis

regardedasthe"ForbiddenZone"byalotofexperts,butalsoisthehotstudytopicsofthevariousexpertsandscholars.Theauthoraddingasmallamountofauxiliarymaterialintofoambead,successfullyresolvedtheproblemofcarbonrationoflowcarbonsteelbytheEPCprocess.

Keyword:Lostfoam,low-carbonsteel,carbonration,auxiliarymaterial

前言：

50年前消失模鑄造法在美國誕生，以其諸多優(yōu)勢吸引了各國鑄造人士，并在過去幾十年來得以工業(yè)化生產(chǎn)。但消失模鑄造增碳問題一直未得到解決，尤其是低碳鋼件。

目前，各企業(yè)通常用共聚料代替聚苯乙稀以防止鑄鋼件增碳。而在用EPS防增碳方面，長春創(chuàng)新公司老總劉立中先生和江西豐遠(yuǎn)鑄鋼公司老總趙光先生用排碳法也能實(shí)現(xiàn)鑄鋼件不增碳。排碳法對(duì)大型鑄鋼件比較好操作，但對(duì)于形狀復(fù)雜的小型鑄鋼件操作起來比較麻煩。

經(jīng)長期生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)，筆者發(fā)現(xiàn)有一種物質(zhì)在高溫下能分解大量氧氣，暫取名為AO。該物質(zhì)加入到預(yù)發(fā)泡前的原料珠粒中，可實(shí)現(xiàn)消失模鑄件不增碳。通過多次的試驗(yàn)現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)AO物質(zhì)的加入量為2.1%左右時(shí)，其防止增碳的效果最佳。本文對(duì)加入2.1%AO物質(zhì)的EPS進(jìn)行了相關(guān)試驗(yàn)檢測，并通過實(shí)例證實(shí)了其防止增碳的效果。這種加入了AO物質(zhì)的EPS由華中科大葉升平教授命名為增氧EPS。

一、增氧EPS成分分析（以下分析和試驗(yàn)由小賀在華中科大完成）

1、發(fā)泡劑含量

檢測方法：①原始珠粒10~20g；②在30~35℃熱風(fēng)中吹10分鐘，使其表面

水分揮發(fā)后，約取1~2g，稱量W0；③放置在烘箱內(nèi)（EPS為110℃，共聚料為150℃），烘烤1小時(shí)，稱其重量Wt；④代入公式：（W0－Wt）/W0，計(jì)算出揮發(fā)物含量。

考慮到珠粒中揮發(fā)物中約有0.5%苯乙烯單體存在，將揮發(fā)物含量減去0.5%，可作為發(fā)泡劑含量的估算值。

檢測數(shù)據(jù)如表1所示。

表1發(fā)泡劑含量測定

W0Wt發(fā)泡劑含量未預(yù)發(fā)2.007g1.886g6.04％預(yù)發(fā)后1.737g1.677g4.60％對(duì)比發(fā)泡劑含量要求，預(yù)發(fā)前EPS發(fā)泡劑含量必須≥5.5%，預(yù)發(fā)后比預(yù)發(fā)前少1％～1.5％左右。增氧EPS預(yù)發(fā)前后的發(fā)泡劑含量分別為6.04%和4.60%，符合要求。

2．熱失重（TGA）分析

分別對(duì)增氧EPS、普通EPS和共聚料進(jìn)行熱失重分析，在氬氣氣氛下其差熱分析數(shù)據(jù)如圖1、圖2、圖3所示。

共聚物tga1201*080試樣重量%60系列140201*-20溫度100201*00400500600

圖2-1，共聚料差熱分析曲線

EPStga1201*080試樣重量%6040201*100201*00溫度400500600圖2-2，EPS差熱分析曲線

增氧EPStga1201*080試樣重量%6040201*-20溫度圖2-3，增氧EPS差熱分析曲線

100201*00400500600由圖中數(shù)據(jù)可知，EPS在約300℃開始分解，約450℃完全分解；增氧EPS在約120℃就開始分解，約420℃完全分解；共聚料在約120℃就開始分解，約450℃完全分解。相比而言，從開始分解溫度來看，增氧EPS與共聚料相近，且均比普通EPS低；從分解曲線斜率來看，增氧EPS介于普通EPS與共聚料之間；從殘留物來看，增氧EPS與共聚料均無殘留物，普通EPS略含殘留物。

由此可以認(rèn)為增氧EPS與EPS成分相近，且其中含有某些可裂解出氧的物質(zhì)，其發(fā)氣速率較共聚料低發(fā)氣量明顯少于共聚料。

3、透析分析

圖2-4，EPS透析圖圖2-5，增氧EPS透析圖

圖2-6，EPS透析圖圖2-7，增氧EPS透析圖增氧EPS的透析圖顯示，增氧EPS基本是EPS的類型，100%苯乙烯生產(chǎn)，有可能加入了一些分子改變劑之類的東西，更說明了增氧EPS和EPS成分相近。

二、增氧EPS鑄造實(shí)例

1、發(fā)泡

增氧EPS采用間歇式預(yù)發(fā)機(jī)預(yù)發(fā)。實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品為汽車零件軸承座，預(yù)發(fā)泡密度為20~22gL，預(yù)發(fā)效果理想。2.澆注系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)計(jì)增氧EPS模樣與普通EPS模樣處于相同澆注條件下，如圖，每條橫澆道分別連接兩個(gè)增氧EPS模樣和兩個(gè)EPS模樣。

圖3-1，澆注系統(tǒng)

3、增碳結(jié)果分析

軸承座為40鋼，增氧EPS泡沫模樣為7.6g，普通EPS泡沫模樣為8g。對(duì)鑄件取樣分析碳成分，其結(jié)果如表2所示。

圖3-6，上表面取點(diǎn)圖3-7，側(cè)面取點(diǎn)圖3-8，下表面取點(diǎn)

表3-1碳含量分析

測量位置上表面上表面向下15mm下表面下表面向下15mm側(cè)面?zhèn)让嫦蛳?5mm增氧EPS碳含量0.4130.3930.4260.4010.4070.406EPS碳含量1.0470.5771.0560.5891.0640.573以上數(shù)據(jù)表明，增氧EPS防增碳效果要明顯優(yōu)于普通EPS，尤其是在表面增碳方面。對(duì)增氧EPS進(jìn)行簡單燃燒試驗(yàn)，增氧EPS燃燒速度快，幾乎無煙且殘?jiān)�少�?、表面質(zhì)量

單從泡沫模樣的外觀上來看，增氧EPS模樣的表面質(zhì)量與普通EPS模樣無太大差別，但從鑄件的表面質(zhì)量上來看，增氧EPS鑄件的表面質(zhì)量要好于EPS鑄件。

圖3-10，EPS鑄鋼件圖3-11，增氧EPS鑄鋼件

從圖中可以明顯看出，增氧EPS制品表面質(zhì)量和光潔度要明顯好于EPS。由此可以得出，增氧EPS澆注時(shí)產(chǎn)生的殘?jiān)�、夾雜要明顯少于EPS，這也可以證明增氧EPS的燃燒、分解效果要好于EPS。

結(jié)論：

1、在炮沫珠粒中加入AO能控制小型低碳鋼件的增碳；2、AO加入量為2.1%時(shí)，發(fā)泡密度為20~22g/L效果最好。

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