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EPC

消失模铸造(Expendable casting proces 简称EPC)是泡沫塑料模采用无黏结剂干砂结合,抽真空技术的实型铸造(简称FM)由于这种铸造方法投资少,成本少,铸造尺寸精度高和表面光洁,大大降低劳动强度和改进作业环境实现铸造车间清洁生产。

消失模铸造(Expendable casting proces 简称EPC)是泡沫塑料模采用无黏结剂干砂结合,抽真空技术的实型铸造(简称FM)由于这种铸造方法投资少,成本少,铸造尺寸精度高和表面光洁,大大降低劳动强度和改进作业环境实现铸造车间清洁生产。

从总体上看,目前我国消失模技术还处在较低的水平上在铸造复杂程度上以及质量水平方面。在技术程度性,商品化以及机械自动化程度等方面与先进工业国还有较大差距。先进工业化国家已经成功的大批量生产了汽车的四缸体,缸盖等复杂铸件,生产率达180型/小时。排气管,壳体类等比较简单的铸件,生产率仅30型/小时以下。所生产铸件的精度和表面粗糙度也有相当大的差距,但是消失模铸造这项新技术在我国的发展前景是非常乐观的。

工艺分类

用板材加工成形的气化模铸造的主要特点是:

这种方法主要适用于中、大型铸件的单件、小批生产,如汽车覆盖件模具、机床床身的生产等。通常称这种方法为 Full Mould Casting,简称FMC法。

用模具发泡成形的消失模铸造的主要特点是,模样在模具中成形和采用负压干砂造型。它主要使用于中、小型铸件的大批生产,如汽车和拖拉机铸件,管接头,耐磨件的生产。通常称这种方法为Lost Foam Casting,简称LFC法。

1 预发泡

模型生产是消失模铸造工艺的第一道工序,复杂铸件如汽缸盖,需要数块泡沫模型分别制作,然后再胶合成一个整体模型。每个分块模型都需要一套模具进行生产,另外在胶合操作中还可能需要一套胎具,用于保持各分块的准确定位,模型的成型工艺分为两步,第一步是将聚苯乙烯珠粒预发到适当密度,一般通过蒸汽快速加热来进行,此阶段称为预发泡。

2 模型成型

经过预发泡的珠粒要先进行稳定化处理,然后再送到成型机的料斗中,通过加料孔进行加料,模具型腔充满预发的珠粒后,开始通入蒸汽,使珠粒软化、膨胀,挤满所有空隙并且粘合成一体,这样就完成了泡沫模型的制造过程,此阶段称为蒸压成型。成型后,在模具的水冷腔内通过大流量水流对模型进行冷却,然后打开模具取出模型,此时模型温度提高且强度较低,在脱模和储存期间必须谨慎操作,防止变形及损坏。

3 模型簇组合

模型在使用之前,必须存放适当时间使其熟化稳定,典型的模型存放周期多达30天,而对于用设计独特的模具所成型的模型仅需存放2个小时,模型熟化稳定后,可对分块模型进行胶粘结合。分块模型胶合使用热熔胶在自动胶合机上进行。胶合面接缝处应密封牢固,以减少产生铸造缺陷的可能性。

4 模型簇浸涂

为了每箱浇注可生产更多的铸件,有时将许多模型胶接成簇,把模型簇浸入耐火涂料中,然后在大约30~60℃的空气循环烘炉中干燥2~3个小时,干燥之后,将模型簇放入砂箱,填入干砂振动紧实,必须使所有模型簇内部孔腔和外围的干砂都得到紧实和支撑。

5 浇注

模型簇在砂箱内通过干砂振动充填坚实后,铸型就可浇注,熔融金属浇入铸型后(浇注温度铸铝约在760℃,铸铁约在1425℃,模型气化被金属所取代形成铸件。图1.1所示是消失模工艺的砂箱和浇注示意图。在消失模铸造工艺中,浇注速度比传统空型铸造更为关键。如果浇注过程中断,砂型就可能塌陷造成废品。因此为减少每次浇注的差别,最好使用自动浇注机。

6 落砂清理

浇注之后,铸件在砂箱中凝固和冷却,然后落砂。铸件落砂相当简单,倾翻砂箱铸件就从松散的干砂中掉出。随后将铸件进行自动分离、清理、检查并放到铸件箱中运走。干砂冷却后可重新使用,很少使用其他附加工序,金属废料可在生产中重熔使用。

综上所述,消失模铸造符合当今铸造技术发展的总趋势,有着广阔的发展前景。其优越性不容质疑,但是它不是万能的它有特定的应用范围。具体的产品对象采用什么铸造工艺最合适,必须经过技术上的可行性以及经济上的合理性的充分论证,切不可盲目从事。

几乎所有的铸铁、铸钢和非铁合金(即有色合金,如铝合金、镁合金、铜合金等)都可以采用EPC法生产。在我国2001年生产的68,000t消失模铸件中,绝大部分是铸铁和铸钢件,铝合金铸件微乎其微,而美、德、日等工业发达国家铝合金铸件却占主导地位。

由于消失模样热解产物会造成增碳、黑渣等缺陷,在铸造低碳钢铸件以及要求致密度极高的汽车球铁保安件时,废品率还比较高,选用时应该特别慎重。

EPC法一般都在流水线上组织批量生产,铸件的最大尺寸收模具和砂箱大小的限制,最适合的铸件质量通常从几公斤至几百公斤,如果采用专用砂箱,也可以铸造成吨的大件。如果单件、小批生产,则可以生产质量为几吨甚至几十吨的大件。

铸件的壁厚受泡沫塑料粒度大小的限制,一般要求最小壁厚的截面上至少有3颗粒度,因此铸件的最小壁厚应大于3mm。

由于模具的设计、制造周期长,成本高,因此要求铸件有一定得生产批量,不然分摊到每个铸件上的费用将使铸件价格变得昂贵,难为用户所接受。通常要求EPC法的生产批量为数千件或者更多。批量较小或单个试制件的模样可以通过板材数控加工的办法分块制造粘合而成。

EPC法对对铸件结构形状的适应性比其他方法都强,而且越是结构复杂,原来用砂型铸造时需要使用的砂芯越多、机加工量越大的铸件,采用消失模铸造技术的优越性就越突出,经济效益也越显著。譬如,美国Mercury Marie公司曾生产一种新型的三缸两冲程缸体铸件,包含缸盖和排气循环系统,原先是由13个零件组装而成,还用了12个密封垫和42个紧固螺钉。重新设计后,变成一个消失模铸件,有6个模片粘合而成,整体铸出,大大减少了加工工时和装配工作量。

EPC法可以大大扩展铸件形状结构范围,给设计师更大的自由度。对于一些结构上有窄槽、夹层通道的铸件处理措施,不然容易产生夹砂等缺陷。

现阶段中国消失模铸造技术的发展有以下特点:

从总体(总产量、经济、效益)上看,我国消失模铸造技术还处于初级发展阶段(相当与AFS分析的"技术革命期"),与美国的水平有10~15年的差距,要达到世界先进水平,还要艰苦努力。

从新技术成长的规律看,我国的消失模铸造技术还处于技术革新期,还需要有一个艰苦的技术积累过程,需要付出艰辛的劳动,针对一个一个具体产品对象攻克难关,不可能坐享其成或操之过急。

EPC(Event-Process Chain,事件-过程链)模型化方法 是唯一完全支持顾客的过程建模方法,它是由Keller等人提出基于有向图模型的建模方法,其描述形式类同程序设计语言的语义机构,是集成信息系统结构(ARIS)的建模工具。ARIS方法是现代企业建模方法之一,是由德国Saarland大学的Scheer教授提出的一种面向过程的集成化信息系统框架。它定义了功能试图,并用独特的控制视图来维护功能、组织和数据3个视图间的关系,控制视图是其区别于其它结构的重要特征。EPC是ARIS中用来描述控制视图的方法之一,它兼顾了模型表达能力强和模型易读性两个方面的优点,被广泛应用于业务过程建模、工作流定义与控制和基于活动的成本分析等领域,以及与未受过专业建模训练的普通用户讨论经营过程的场合。

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