消失模在煤矿机械设备方面的应用研究

摘要：消失模技术作为一种精密近净成型技术，具有多方面的优点，被誉为了“21世纪的绿色铸造技术”，拥有广阔的应用前景，势必成为铸造业发展过程中相当好的技术选择。本文就对消失模技术的特点进行简单介绍，并结合生产实践，重点对其在煤矿机械设备加工制造方面的应用进行了分析探索。

关键词：消失模技术；煤矿机械设备；应用探索

1.消失模技术特点、优点

随着社会的发展，铸造工件在现代工业中的应用范围变得越来越广（见表1），与之密不可分的铸造工艺技术在不断进步和发展是其重要前提，其中的消失模铸造工艺技术尤其值得一谈。这项技术又被称作是负压铸造、气孔模铸造，简称EPC铸造，采用的是无粘结剂干砂和抽真空技术相结合的一种铸造工艺。在铸造过程中，利用泡沫塑料模样不用取出，所铸部件内腔直接用于泡沫塑料模样充填形成，不用放芯子，实体浇注。消失模技术有着诸多优点：零件设计的自由度大，能够保证铸件表面平整光滑，这是很多传统的铸造工艺无法达到的；大大减少铸件在铸造的过程中出现夹液、夹砂、缩孔、凹坑等缺陷，使铸件的合格率大大提高；铸件尺寸得到了严格保证，防止铸件在铸造的过程中出现变形的问题，变形量大大减小，而且加工余量能够按照铸造标准中要求予以实现，还可以将铸造过程中的成本进一步控制；对工作者来说，这种铸造方式將大大减小劳动强度，使施工环境得到进一步改善，能为环保做出贡献。也正是由于消失模工艺的这么多优点，也使其成为当今铸造业中最领先的技术，也是应用前景和范围最广泛的技术，尤其在煤矿机械设备铸造方面有着更加重要的应用和推广意义。

2.消失模技术中泡沫塑料模样的制造

模样的制造是最关键的，对其材料的选择、以及制造方法都应当给予高度重视。消失模模型的材料主要具有以下几点要求：气化温度和发气量低；气化速度、完全，残留物要少；密度小、强度和表面刚性好，以使模样在制造、搬运和干砂充填过程中不易损伤，确保模样尺寸和形状稳定，这样才能够保证所制造的模样满足技术要求。

模型使用的材料是具备良好挥发性的聚苯乙烯珠粒，要求其粒度都是均匀的，同时每一批购进的材料所存放的期限以及环境都是有所要求的，存放环境的温度不超过10摄氏度，存放的时间应当在120天以内，这样的材料才会在使用的时候有足够的发泡剂含量。应当达到16—24g/L的珠粒预发成型后珠粒的堆积密度。

在进行模样的制备过程中，首先应当熟悉图纸，对技术要求有进一步的了解后再来制定模样的制作方案，力求科学合理。

3.消失模技术中涂料的技术要求及配置

进行涂料的涂刷是一件非常重要的事情，从涂料的配置以及进行涂刷都有严格要求，只有对这些方面都给予高度重视，才能保证利铸件达到质量要求。对涂料的技术要求是必须要具有良好的强度、透气性、涂挂性，同时涂料的滴淌性、流平性、绝热性、耐火度等等也都要适度。在铸造不同的金属材料的时候，涂料的配方也得有所不同，尤其是相应的配方。以下是消失模技术在煤矿机械中常用的一种涂料配方（见表2）。

表2 涂料配方一览表

利用搅拌机对配好的材料进行搅拌，加水将密度调节到1.28—1.30g/cm3，条件粘度为385cm2/s。为了使涂料具有良好的涂挂性能，在涂料中应当加入JFC表面活性剂，使模样浸入涂料中，取出以后模样外部和内腔就都能全部涂上涂料了。喷涂时要求第一次喷刷要求是光滑平整，厚度应当在1毫米左右，放在烘干室内，将涂料中的水分都清除；第二次进行涂刷的时候，外表涂料厚度应当在2—2.5毫米，在烘干以后，应当能够具有一定的强度，还要对模样进行检查，看看其是否具有漏刷的部分，只有在浇口头子处，其他任何地方都是不允许出现漏刷现象的。对于重量不同的模样，在进行涂料涂刷的过程中，厚度是有差异的，也应当根据其重量来进行相应的强度增加。

4.装箱以及负压浇注工艺技术

在装箱过程中，应当将砂箱装置在三维振动台上，调整振幅要求应该保证在0.5左右，将激振力调整在4kN左右，往砂箱内装的底砂厚度应当为150到200毫米左右，启动Z向进行垂直振动10秒钟，这是为了保证底砂基本紧实，防止模样组在振动的时候下沉。当底砂振实以后逐渐放进第1层模样，在箱内完成组合以后，放砂并且要使砂过模样最高处达到70—80毫米。放砂时，应当同时进行X、Y向的微振，当放完砂以后，再将Z启动，依旧是做三维复合振动10秒钟。之后是放入第二层的模样，之后放砂的高度是与第一层相同的，在放砂的过程中，也是要进行X、Y向微振。在砂量的高度达到以后，进行Z向振动启动，振动时间不是10秒钟，而是5秒钟。最后是要将砂不足到砂箱口以下的50毫米左右，插进紧实度测量棒，同时一起启动X、Y、Z三向，见效三维复合振动30秒钟，等到振动完全都停止以后，用弹簧秤将测量棒提出来，得到的机箱体外围砂的紧实数字在4.5到5千克之间的时候，就是符合要求的，之后就是铺上塑料薄膜。

最后一道工序就是进行负压浇注了。负压浇注主要目的有三点：为造型紧实铸型，将泡塑模在高温下生产的气体逸出铸型，有利于金属液的充填。由于负压浇注的重要性，因此必须给予重视，应当严格按照规定进行，以下是对负压浇注的方法简单介绍，在进行负压浇注的过程中，如果方法使用不但，也是会对煤矿机械设备铸造方面有着重要影响和作用的。在进行负压浇注的过程中，钢水入钢包前先负压5到8分钟，将负压表开到0.08—0.09MPa。当浇注工作完成以后，还要继续进行负压8到15分钟，在负压的时间到了以后，将箱表的砂和薄膜都揭开，进行抽冷风5到10分钟，对铸件进行冷却。

5.消失模铸造工艺在煤矿机械设备的铸造中表现出的优点及注意事项

结合我们的生产实践，在消失模铸造工艺的诸多优点和广泛的适用性中，我们发现其主要针对那些外观要求高的铸件（不会有费工费时难处理的因为砂型崩溃造成的鼓出来的疤瘤，凹陷修补容易处理、没有合箱分型面所产生的飞边毛刺）、尺寸精度要求高的铸件、不需要批量生产的大型铸件、外形结构复杂铸件、薄壁铸件、价格昂贵金属零件的铸造、高硬度零件的铸造、想进行一次性完工的无余量加工铸件、带试验性质（一次性的、未定型、要修改）的铸件、想快速完工的铸件，具有极大的明显的优势，所以特别适合在这类零件很常见的煤炭机械设备的制造中推广使用。消失模铸造工艺所具备的一系列优势的核心原理就是：1、由于是在负压环境中完成冶金铸造，使得金属熔液的流动性变好，有害烟尘气体方便收集；2、采用可气化消失的泡沫实心模具，没有了传统砂型铸造工艺中经常出现的砂型崩溃的头痛烦恼。

需要注意的是：1、虽然说消失模铸造技术几乎能完成所有的传统的和其它原理的铸造技术所能完成的铸造，但其泡沫实心模具是一次性不可重复使用的，配套设施的投入资金也很大，生产成本较高，所以主张没有必要什么都采用消失模工艺来铸造，能不采用的就尽量不采用，应该综合考虑技术经济性，尽量和其它制造技术特别是其他传统低成本铸造技术相结合相配套运用，做到好钢要用在刀刃上，做到技术经济效益最大化，只有在算清楚了经济账后再决定是否采用。2、对于那种一定要用贵重金属或高硬度金属来铸造、同时又不得不通过切削加工以得到精确和光洁表面的零件，应该尽可能采用复合材料，也就是将价廉、易加工的金属（如Q235等）想办法合铸在一起（做起来并不困难），使得机加工可以在价廉、易加工的金属上进行，这样也可以最大程度地提高贵重金属的有效利用率。3、再有，由于填砂振动不紧实、涂料涂刷不均不合理、涂料保管不善变质等等本不该发生的问题，经常造成铸件表面粘砂是个容易麻痹忽视的问题。

下面是几个具体的生产实践应用。案例1：由于具有负压环境下，熔融金属的流动性改善，金属熔液更容易到达远处并填充饱满，通过科学布置排气口，可以大大改善大型铸件的质量，我们决定在为丰城矿务局铸造重量达2.5吨、直径达3000mm的立井天轮（大型、薄壁零件）时采用了消失模铸造工艺，达到了我们期待的效果。案例2：同样是案例1的理由，在我们加工的各式各样的煤矿机械减速机箱体，如刮板式运输机的减速机箱体，是典型的结构复杂薄壁零件，在客户同意的前提下，我们也经常采用消失模工艺来铸造，可以很好地保证质量。案例3：我们曾经对萍乡矿务局安源煤矸石砖厂的Φ1830×3000球磨机衬板进行改造，改用采用KmTBCr26材质（一种优秀的高铬铸铁材料，硬度高、不易碎、耐磨，单位价格很昂贵）；考虑到铸造过程中，冶金材料投放比例控制不准或杂质不易杜绝控制或退火处理不易把控或热处理炉体受到工件尺寸限制等诸多因素的影响，往往造成胚件的硬度极其的硬，搞不好就无法切削加工成为价格昂贵的废品，于是我们决定采用消失模技术，进行一次性铸造完成工件制造，实现无余量加工，大大缩短了制造周期、降低了制造成本、提高了贵重金属材料的有效利用率、延长了衬板的使用寿命，取得了非常好的技术经济效果。案例4：南昌的一家医疗固废垃圾处置公司，采用的主体设备是由国外引进的一种叫做旋切式负压高温蒸汽消毒分解炉的先进设备，苦于作为易耗件的衬板（内径达1000mm、厚度达50mm）从国外进口价格贵得令人咋舌，急切地想将其国产化，在我们的建议和帮助下，同样采用KmTBCr26和消失模铸造工艺，制造出了令人满意的代用衬板配件，据说使用效果和寿命都远远好于进口配件，为其公司节省了大量外汇资金；另外该零件外弧面要求和圆形筒体内壁紧密贴合，又用螺栓固定的筒壁上，所以零件的外圆弧面有较高的形状尺寸精度要求和螺纹孔定位要求，必须机加工才能达到要求，于是我们用16mm热轧钢板卷成外圆筒，内部焊接足够数量30mm高的钩锚，以加强碳钢外套与KmTBCr26材料的合铸后的结合强度和可靠性，最后在立式车床上完成外圆加工，解决了形状尺寸的精度问题；采用预埋Q235Φ50钢棒（等车完外圆后再钻孔攻丝）解决了螺孔定位问题。相关的案例还很多，不再累述，只要认真领会消失模铸造工艺的特点精华，大胆尝试和探索，定能用好这项先进技术，既可以提高装备制造水平，又可以为企业创造良好的经济效益。

6.结论

对消失模技术来说，在任何一个环节之中都要严格按照规定进行，使得消失模技术的优越性可以充分展示出来，让其应用效果变得越来越好并得以推广，让这项技术为煤矿机械设备的制造进步做出应有的贡献。本文虽然出于某种原因，主要论述的是消失模铸造技术在煤炭机械制造上的应用，但绝不否认消失模铸造技术在其他行业遇到类似情况时同样适用。

参考文献 ：

[1]叶升平，吴志超.北美和欧洲消失模铸造发展现状[J].特种铸造及有色合金.2004（02）

[2]章舟，李艳明，应根鹏.铸铁件消失模铸造对铁液温度的要求[J].现代铸铁.2010（06）

作者简介：陈彬（1968-），男，1992年毕业于原冶金部南方冶金学院冶金机械本科专业，1998年获机械工程师资质，现工作于江西省煤炭工业集团公司所屬江西省晨光煤矿机械制造有限公司。