消失模在煤礦機(jī)械設(shè)備方面的應(yīng)用研究

摘要：消失模技術(shù)作為一種精密近凈成型技術(shù)，具有多方面的優(yōu)點，被譽(yù)為了“21世紀(jì)的綠色鑄造技術(shù)”，擁有廣闊的應(yīng)用前景，勢必成為鑄造業(yè)發(fā)展過程中相當(dāng)好的技術(shù)選擇。本文就對消失模技術(shù)的特點進(jìn)行簡單介紹，并結(jié)合生產(chǎn)實踐，重點對其在煤礦機(jī)械設(shè)備加工制造方面的應(yīng)用進(jìn)行了分析探索。

關(guān)鍵詞：消失模技術(shù)；煤礦機(jī)械設(shè)備；應(yīng)用探索

1.消失模技術(shù)特點、優(yōu)點

隨著社會的發(fā)展，鑄造工件在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用范圍變得越來越廣（見表1），與之密不可分的鑄造工藝技術(shù)在不斷進(jìn)步和發(fā)展是其重要前提，其中的消失模鑄造工藝技術(shù)尤其值得一談。這項技術(shù)又被稱作是負(fù)壓鑄造、氣孔模鑄造，簡稱EPC鑄造，采用的是無粘結(jié)劑干砂和抽真空技術(shù)相結(jié)合的一種鑄造工藝。在鑄造過程中，利用泡沫塑料模樣不用取出，所鑄部件內(nèi)腔直接用于泡沫塑料模樣充填形成，不用放芯子，實體澆注。消失模技術(shù)有著諸多優(yōu)點：零件設(shè)計的自由度大，能夠保證鑄件表面平整光滑，這是很多傳統(tǒng)的鑄造工藝無法達(dá)到的；大大減少鑄件在鑄造的過程中出現(xiàn)夾液、夾砂、縮孔、凹坑等缺陷，使鑄件的合格率大大提高；鑄件尺寸得到了嚴(yán)格保證，防止鑄件在鑄造的過程中出現(xiàn)變形的問題，變形量大大減小，而且加工余量能夠按照鑄造標(biāo)準(zhǔn)中要求予以實現(xiàn)，還可以將鑄造過程中的成本進(jìn)一步控制；對工作者來說，這種鑄造方式將大大減小勞動強(qiáng)度，使施工環(huán)境得到進(jìn)一步改善，能為環(huán)保做出貢獻(xiàn)。也正是由于消失模工藝的這么多優(yōu)點，也使其成為當(dāng)今鑄造業(yè)中最領(lǐng)先的技術(shù)，也是應(yīng)用前景和范圍最廣泛的技術(shù)，尤其在煤礦機(jī)械設(shè)備鑄造方面有著更加重要的應(yīng)用和推廣意義。

2.消失模技術(shù)中泡沫塑料模樣的制造

模樣的制造是最關(guān)鍵的，對其材料的選擇、以及制造方法都應(yīng)當(dāng)給予高度重視。消失模模型的材料主要具有以下幾點要求：氣化溫度和發(fā)氣量低；氣化速度、完全，殘留物要少；密度小、強(qiáng)度和表面剛性好，以使模樣在制造、搬運(yùn)和干砂充填過程中不易損傷，確保模樣尺寸和形狀穩(wěn)定，這樣才能夠保證所制造的模樣滿足技術(shù)要求。

模型使用的材料是具備良好揮發(fā)性的聚苯乙烯珠粒，要求其粒度都是均勻的，同時每一批購進(jìn)的材料所存放的期限以及環(huán)境都是有所要求的，存放環(huán)境的溫度不超過10攝氏度，存放的時間應(yīng)當(dāng)在120天以內(nèi)，這樣的材料才會在使用的時候有足夠的發(fā)泡劑含量。應(yīng)當(dāng)達(dá)到16—24g/L的珠粒預(yù)發(fā)成型后珠粒的堆積密度。

在進(jìn)行模樣的制備過程中，首先應(yīng)當(dāng)熟悉圖紙，對技術(shù)要求有進(jìn)一步的了解后再來制定模樣的制作方案，力求科學(xué)合理。

3.消失模技術(shù)中涂料的技術(shù)要求及配置

進(jìn)行涂料的涂刷是一件非常重要的事情，從涂料的配置以及進(jìn)行涂刷都有嚴(yán)格要求，只有對這些方面都給予高度重視，才能保證利鑄件達(dá)到質(zhì)量要求。對涂料的技術(shù)要求是必須要具有良好的強(qiáng)度、透氣性、涂掛性，同時涂料的滴淌性、流平性、絕熱性、耐火度等等也都要適度。在鑄造不同的金屬材料的時候，涂料的配方也得有所不同，尤其是相應(yīng)的配方。以下是消失模技術(shù)在煤礦機(jī)械中常用的一種涂料配方（見表2）。

表2 涂料配方一覽表

利用攪拌機(jī)對配好的材料進(jìn)行攪拌，加水將密度調(diào)節(jié)到1.28—1.30g/cm3，條件粘度為385cm2/s。為了使涂料具有良好的涂掛性能，在涂料中應(yīng)當(dāng)加入JFC表面活性劑，使模樣浸入涂料中，取出以后模樣外部和內(nèi)腔就都能全部涂上涂料了。噴涂時要求第一次噴刷要求是光滑平整，厚度應(yīng)當(dāng)在1毫米左右，放在烘干室內(nèi)，將涂料中的水分都清除；第二次進(jìn)行涂刷的時候，外表涂料厚度應(yīng)當(dāng)在2—2.5毫米，在烘干以后，應(yīng)當(dāng)能夠具有一定的強(qiáng)度，還要對模樣進(jìn)行檢查，看看其是否具有漏刷的部分，只有在澆口頭子處，其他任何地方都是不允許出現(xiàn)漏刷現(xiàn)象的。對于重量不同的模樣，在進(jìn)行涂料涂刷的過程中，厚度是有差異的，也應(yīng)當(dāng)根據(jù)其重量來進(jìn)行相應(yīng)的強(qiáng)度增加。

4.裝箱以及負(fù)壓澆注工藝技術(shù)

在裝箱過程中，應(yīng)當(dāng)將砂箱裝置在三維振動臺上，調(diào)整振幅要求應(yīng)該保證在0.5左右，將激振力調(diào)整在4kN左右，往砂箱內(nèi)裝的底砂厚度應(yīng)當(dāng)為150到200毫米左右，啟動Z向進(jìn)行垂直振動10秒鐘，這是為了保證底砂基本緊實，防止模樣組在振動的時候下沉。當(dāng)?shù)咨罢駥嵰院笾饾u放進(jìn)第1層模樣，在箱內(nèi)完成組合以后，放砂并且要使砂過模樣最高處達(dá)到70—80毫米。放砂時，應(yīng)當(dāng)同時進(jìn)行X、Y向的微振，當(dāng)放完砂以后，再將Z啟動，依舊是做三維復(fù)合振動10秒鐘。之后是放入第二層的模樣，之后放砂的高度是與第一層相同的，在放砂的過程中，也是要進(jìn)行X、Y向微振。在砂量的高度達(dá)到以后，進(jìn)行Z向振動啟動，振動時間不是10秒鐘，而是5秒鐘。最后是要將砂不足到砂箱口以下的50毫米左右，插進(jìn)緊實度測量棒，同時一起啟動X、Y、Z三向，見效三維復(fù)合振動30秒鐘，等到振動完全都停止以后，用彈簧秤將測量棒提出來，得到的機(jī)箱體外圍砂的緊實數(shù)字在4.5到5千克之間的時候，就是符合要求的，之后就是鋪上塑料薄膜。

最后一道工序就是進(jìn)行負(fù)壓澆注了。負(fù)壓澆注主要目的有三點：為造型緊實鑄型，將泡塑模在高溫下生產(chǎn)的氣體逸出鑄型，有利于金屬液的充填。由于負(fù)壓澆注的重要性，因此必須給予重視，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行，以下是對負(fù)壓澆注的方法簡單介紹，在進(jìn)行負(fù)壓澆注的過程中，如果方法使用不但，也是會對煤礦機(jī)械設(shè)備鑄造方面有著重要影響和作用的。在進(jìn)行負(fù)壓澆注的過程中，鋼水入鋼包前先負(fù)壓5到8分鐘，將負(fù)壓表開到0.08—0.09MPa。當(dāng)澆注工作完成以后，還要繼續(xù)進(jìn)行負(fù)壓8到15分鐘，在負(fù)壓的時間到了以后，將箱表的砂和薄膜都揭開，進(jìn)行抽冷風(fēng)5到10分鐘，對鑄件進(jìn)行冷卻。

5.消失模鑄造工藝在煤礦機(jī)械設(shè)備的鑄造中表現(xiàn)出的優(yōu)點及注意事項

結(jié)合我們的生產(chǎn)實踐，在消失模鑄造工藝的諸多優(yōu)點和廣泛的適用性中，我們發(fā)現(xiàn)其主要針對那些外觀要求高的鑄件（不會有費(fèi)工費(fèi)時難處理的因為砂型崩潰造成的鼓出來的疤瘤，凹陷修補(bǔ)容易處理、沒有合箱分型面所產(chǎn)生的飛邊毛刺）、尺寸精度要求高的鑄件、不需要批量生產(chǎn)的大型鑄件、外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜鑄件、薄壁鑄件、價格昂貴金屬零件的鑄造、高硬度零件的鑄造、想進(jìn)行一次性完工的無余量加工鑄件、帶試驗性質(zhì)（一次性的、未定型、要修改）的鑄件、想快速完工的鑄件，具有極大的明顯的優(yōu)勢，所以特別適合在這類零件很常見的煤炭機(jī)械設(shè)備的制造中推廣使用。消失模鑄造工藝所具備的一系列優(yōu)勢的核心原理就是：1、由于是在負(fù)壓環(huán)境中完成冶金鑄造，使得金屬熔液的流動性變好，有害煙塵氣體方便收集；2、采用可氣化消失的泡沫實心模具，沒有了傳統(tǒng)砂型鑄造工藝中經(jīng)常出現(xiàn)的砂型崩潰的頭痛煩惱。

需要注意的是：1、雖然說消失模鑄造技術(shù)幾乎能完成所有的傳統(tǒng)的和其它原理的鑄造技術(shù)所能完成的鑄造，但其泡沫實心模具是一次性不可重復(fù)使用的，配套設(shè)施的投入資金也很大，生產(chǎn)成本較高，所以主張沒有必要什么都采用消失模工藝來鑄造，能不采用的就盡量不采用，應(yīng)該綜合考慮技術(shù)經(jīng)濟(jì)性，盡量和其它制造技術(shù)特別是其他傳統(tǒng)低成本鑄造技術(shù)相結(jié)合相配套運(yùn)用，做到好鋼要用在刀刃上，做到技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益最大化，只有在算清楚了經(jīng)濟(jì)賬后再決定是否采用。2、對于那種一定要用貴重金屬或高硬度金屬來鑄造、同時又不得不通過切削加工以得到精確和光潔表面的零件，應(yīng)該盡可能采用復(fù)合材料，也就是將價廉、易加工的金屬（如Q235等）想辦法合鑄在一起（做起來并不困難），使得機(jī)加工可以在價廉、易加工的金屬上進(jìn)行，這樣也可以最大程度地提高貴重金屬的有效利用率。3、再有，由于填砂振動不緊實、涂料涂刷不均不合理、涂料保管不善變質(zhì)等等本不該發(fā)生的問題，經(jīng)常造成鑄件表面粘砂是個容易麻痹忽視的問題。

下面是幾個具體的生產(chǎn)實踐應(yīng)用。案例1：由于具有負(fù)壓環(huán)境下，熔融金屬的流動性改善，金屬熔液更容易到達(dá)遠(yuǎn)處并填充飽滿，通過科學(xué)布置排氣口，可以大大改善大型鑄件的質(zhì)量，我們決定在為豐城礦務(wù)局鑄造重量達(dá)2.5噸、直徑達(dá)3000mm的立井天輪（大型、薄壁零件）時采用了消失模鑄造工藝，達(dá)到了我們期待的效果。案例2：同樣是案例1的理由，在我們加工的各式各樣的煤礦機(jī)械減速機(jī)箱體，如刮板式運(yùn)輸機(jī)的減速機(jī)箱體，是典型的結(jié)構(gòu)復(fù)雜薄壁零件，在客戶同意的前提下，我們也經(jīng)常采用消失模工藝來鑄造，可以很好地保證質(zhì)量。案例3：我們曾經(jīng)對萍鄉(xiāng)礦務(wù)局安源煤矸石磚廠的Φ1830×3000球磨機(jī)襯板進(jìn)行改造，改用采用KmTBCr26材質(zhì)（一種優(yōu)秀的高鉻鑄鐵材料，硬度高、不易碎、耐磨，單位價格很昂貴）；考慮到鑄造過程中，冶金材料投放比例控制不準(zhǔn)或雜質(zhì)不易杜絕控制或退火處理不易把控或熱處理爐體受到工件尺寸限制等諸多因素的影響，往往造成胚件的硬度極其的硬，搞不好就無法切削加工成為價格昂貴的廢品，于是我們決定采用消失模技術(shù)，進(jìn)行一次性鑄造完成工件制造，實現(xiàn)無余量加工，大大縮短了制造周期、降低了制造成本、提高了貴重金屬材料的有效利用率、延長了襯板的使用壽命，取得了非常好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。案例4：南昌的一家醫(yī)療固廢垃圾處置公司，采用的主體設(shè)備是由國外引進(jìn)的一種叫做旋切式負(fù)壓高溫蒸汽消毒分解爐的先進(jìn)設(shè)備，苦于作為易耗件的襯板（內(nèi)徑達(dá)1000mm、厚度達(dá)50mm）從國外進(jìn)口價格貴得令人咋舌，急切地想將其國產(chǎn)化，在我們的建議和幫助下，同樣采用KmTBCr26和消失模鑄造工藝，制造出了令人滿意的代用襯板配件，據(jù)說使用效果和壽命都遠(yuǎn)遠(yuǎn)好于進(jìn)口配件，為其公司節(jié)省了大量外匯資金；另外該零件外弧面要求和圓形筒體內(nèi)壁緊密貼合，又用螺栓固定的筒壁上，所以零件的外圓弧面有較高的形狀尺寸精度要求和螺紋孔定位要求，必須機(jī)加工才能達(dá)到要求，于是我們用16mm熱軋鋼板卷成外圓筒，內(nèi)部焊接足夠數(shù)量30mm高的鉤錨，以加強(qiáng)碳鋼外套與KmTBCr26材料的合鑄后的結(jié)合強(qiáng)度和可靠性，最后在立式車床上完成外圓加工，解決了形狀尺寸的精度問題；采用預(yù)埋Q235Φ50鋼棒（等車完外圓后再鉆孔攻絲）解決了螺孔定位問題。相關(guān)的案例還很多，不再累述，只要認(rèn)真領(lǐng)會消失模鑄造工藝的特點精華，大膽嘗試和探索，定能用好這項先進(jìn)技術(shù)，既可以提高裝備制造水平，又可以為企業(yè)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

6.結(jié)論

對消失模技術(shù)來說，在任何一個環(huán)節(jié)之中都要嚴(yán)格按照規(guī)定進(jìn)行，使得消失模技術(shù)的優(yōu)越性可以充分展示出來，讓其應(yīng)用效果變得越來越好并得以推廣，讓這項技術(shù)為煤礦機(jī)械設(shè)備的制造進(jìn)步做出應(yīng)有的貢獻(xiàn)。本文雖然出于某種原因，主要論述的是消失模鑄造技術(shù)在煤炭機(jī)械制造上的應(yīng)用，但絕不否認(rèn)消失模鑄造技術(shù)在其他行業(yè)遇到類似情況時同樣適用。

參考文獻(xiàn) ：

[1]葉升平，吳志超.北美和歐洲消失模鑄造發(fā)展現(xiàn)狀[J].特種鑄造及有色合金.2004（02）

[2]章舟，李艷明，應(yīng)根鵬.鑄鐵件消失模鑄造對鐵液溫度的要求[J].現(xiàn)代鑄鐵.2010（06）

作者簡介：陳彬（1968-），男，1992年畢業(yè)于原冶金部南方冶金學(xué)院冶金機(jī)械本科專業(yè)，1998年獲機(jī)械工程師資質(zhì)，現(xiàn)工作于江西省煤炭工業(yè)集團(tuán)公司所屬江西省晨光煤礦機(jī)械制造有限公司。