消失模鑄造法問題調(diào)查報告

消失模鑄造法問題調(diào)查報告

實踐目的

本人是太原工業(yè)學院機械工程系材料成型及控制工程專業(yè)的一名普通學生，想要找一個與自己專業(yè)對口的實習單位進行實習。這次實習的主要目的有如下幾點：1、了解現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展狀況和自己的就業(yè)方向。2、能夠熟練把所學的知識運用于實踐，能夠把實踐中學到的東西總結(jié)成理論知識。3、從實踐中了解今后學習的重點和需要注意的地方。4、初步規(guī)劃自己的事業(yè)及發(fā)展方向。

實踐內(nèi)容

我的家鄉(xiāng)交城縣重工業(yè)比較發(fā)達，鑄造廠尤其多，鑄造廠的生產(chǎn)過程也與我的專業(yè)相對口。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行了為期一個月的實習。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，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。本廠的成品是按照圖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,機械性能比一般鑄鐵好,因此目前已得到廣泛應用；消失模鑄造（又稱實型鑄造）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造型，在負壓下澆注，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。

本廠分為四個車間：白區(qū)、黑區(qū)、機加車間、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)負責制作塑料泡沫模型，具體操作如下：1、把可揮發(fā)性聚苯乙烯放入發(fā)料機進行發(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)負責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（具體操作比較復雜，此處只做概括），流入沙子，然后震動搖勻。重復操作上述步驟，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

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

機加車間負責半成品的加工，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、出水后的半成品進行油漆加工成品。

以上四個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，還有負責生產(chǎn)的技術人員平均工資為10000元/月。他們主要負責和根據(jù)廠商發(fā)回來的圖紙計算出競標價格進行競標，競標成功后根據(jù)圖紙用高溫切割機把塑料泡沫切割、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行加工）。最后把成品送入委托方手中讓其檢驗產(chǎn)品的型號、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�；剞D(zhuǎn)箱轉(zhuǎn)動5個小時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，增加共晶團數(shù)量，細化基體組織，它在孕育處理后的短時間內(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號生鐵，100kg熟鐵，300kg回爐鐵，逐步放入高溫爐中進行煉制，爐心溫度可達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。

實踐結(jié)果

在實際中總是存在各種各樣的次品，本人把理論知識運用到實際中，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、成型加熱時間短或蒸汽壓力低2、預發(fā)泡珠粒干燥，熟化溫度高或時間長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間2、調(diào)整發(fā)泡劑含量1、改進填充方法，調(diào)整壓縮空氣壓力。2、改進模具結(jié)構(gòu)。模樣不完整，輪廓不太清楚模樣大面積收縮1、成型時間太長或溫度太高。1、縮短成型時間，降低成型溫2、冷卻時間不夠，冷卻速度太度。快2、調(diào)整冷卻速度和時間。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，托具時間太1、調(diào)整托具時間。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、提高珠粒預發(fā)密度，采用熟化2、發(fā)泡時間不夠。好的珠粒。3、泡粒發(fā)泡劑含量低。2、延長成型時間。3、提高預發(fā)泡珠粒發(fā)泡劑含量1、成型時間太長。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，時間過長。3、預發(fā)珠粒密度低。1、縮短成型時間。2、減慢冷卻速度。1、蒸汽壓力成型溫度要適當。2、調(diào)整冷卻水壓力和冷卻時間。3、提高預發(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、托模時水壓和氣壓太大。2、控制壓縮空氣和水的壓力。實踐總結(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，

還是守著陳舊的設備和生產(chǎn)工藝不放。因此我們在學習中，不僅要學習先進的生產(chǎn)工藝，還要學習已經(jīng)陳舊的工藝。

2、工廠中的擔任要職的老工程師大都不懂計算機。因此，在學校學好電腦

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

例如：對于機械工程系的學生，要抓住一切機會練熟各種車床的操作及先進數(shù)控機床的操作。

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

是創(chuàng)業(yè)的最佳時機，也是人生走向輝煌的最佳時機。

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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)”，

也是各專家學者研究的熱點課題。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鑄鋼公司老總趙光先生用排碳法也能實現(xiàn)鑄鋼件不增碳。排碳法對大型鑄鋼件比較好操作，但對于形狀復雜的小型鑄鋼件操作起來比較麻煩。

經(jīng)長期生產(chǎn)實驗，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)加入到預發(fā)泡前的原料珠粒中，可實現(xiàn)消失模鑄件不增碳。通過多次的試驗現(xiàn)，發(fā)現(xiàn)AO物質(zhì)的加入量為2.1%左右時，其防止增碳的效果最佳。本文對加入2.1%AO物質(zhì)的EPS進行了相關試驗檢測，并通過實例證實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，稱其重量Wt；④代入公式：（W0－Wt）/W0，計算出揮發(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)泡劑含量未預發(fā)2.007g1.886g6.04％預發(fā)后1.737g1.677g4.60％對比發(fā)泡劑含量要求，預發(fā)前EPS發(fā)泡劑含量必須≥5.5%，預發(fā)后比預發(fā)前少1％～1.5％左右。增氧EPS預發(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

分別對增氧EPS、普通EPS和共聚料進行熱失重分析，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鑄造實例

1、發(fā)泡

增氧EPS采用間歇式預發(fā)機預發(fā)。實驗產(chǎn)品為汽車零件軸承座，預發(fā)泡密度為20~22gL，預發(fā)效果理想。2.澆注系統(tǒng)的設計

試驗設計增氧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增氧EPS模樣和兩個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，上表面取點圖3-7，側(cè)面取點圖3-8，下表面取點

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。對增氧EPS進行簡單燃燒試驗，增氧EPS燃燒速度快，幾乎無煙且殘渣少。4、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澆注時產(chǎn)生的殘渣、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，發(fā)泡密度為20~22g/L效果最好。

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