本發(fā)明涉及模具制造技術領域，特別的涉及一種垃圾焚燒用往復式爐排片的消失模鑄造成型工藝。

背景技術：

消失模鑄造又被稱為實型鑄造，在其生產過程中將事先通過發(fā)泡成型的與鑄件結構完全相同的白模模樣埋在型砂中，通過三維震動臺震實造型，再于負壓狀態(tài)下將熔融金屬澆入砂箱中，使白模高分子材料在高溫狀態(tài)下發(fā)生一系列物化反應最終由真空系統抽出，從而使熔融的金屬溶液置換原來的白模實型完成相應的成型過程。相對傳統的砂型鑄造而言，消失模鑄造以其技術上的靈活性、生產過程中的環(huán)保性、產品質量上的可靠性被應用到了越來越多的生產制造領域。

爐排片是用來堆積燃料并使之充分燃燒的重要部件，其主燃區(qū)爐排片工作面的溫度高達800-1000℃左右，為保證燃料的充分穩(wěn)定燃燒，對爐排的抗高溫氧化性能提出了較高的要求。另外，由于其燃料燃燒產物通常是由碳、氫、氧、氮等元素組成的黑色固體礦物，在其焚燒過程中將對爐排片的工作面產生相應的磨損，這就對爐排提出了更高的耐磨性要求。爐排片本身屬于中大型鑄件，其結構較復雜，存在較多難成型部位，就鑄造工藝性方面來看，鑄件的最小壁厚為3mm，最大壁厚為40mm，最小鑄出孔直徑為16 mm，目前該鑄件在成型過程中主要存在以下兩個難點：

（1）各部分型壁尺寸大小不均勻，且存在厚壁部位，這些部位容易出現縮孔、縮松等常見的鑄造缺陷；

（2）爐排片部分較薄，其主要尺寸介于3-10mm之間，在合金流動性較差的情況下容易出現冷隔、澆不足等情況。

綜上所述，如果工藝方法選擇不當、工藝方案設計得不合理勢必會使生產出來的爐排產品無法滿足上述結構以及性能方面的要求。

目前，現有垃圾焚燒用爐排片一般采用傳統的砂型鑄造工藝生產。中國專利文獻公開了一種耐熱耐磨耐腐蝕大型機械往復爐爐排的制造方法，其申請?zhí)枮?01110257994.1，該工藝采用了砂型鑄造方法生產爐排，其工藝過程復雜，生產效率低，所成型出來的鑄件精度低、壽命低、廢品率高、鑄造缺陷嚴重。劉太權等（爐排片熔模鑄造充型及凝固過程的數值模擬及驗證，熱加工工藝，2009:38：46-49）采用一模四件對熔模鑄造的爐排片進行了數值模擬。采用熔模鑄造方法盡管表面精度提高，但是工序復雜，且生產效率低和生產成本高。

技術實現要素：

針對上述現有技術的不足，本發(fā)明所要解決的技術問題是：如何提供一種爐排片鑄造缺陷少，表面質量好，成品率高的垃圾焚燒用往復式爐排片的消失模鑄造成型工藝。

為了解決上述技術問題，本發(fā)明采用了如下的技術方案：

一種垃圾焚燒用往復式爐排片的消失模鑄造成型工藝，其特征在于，包括如下步驟：

1）制作泡沫模樣：將最大珠粒直徑小于待鑄造的爐排片鑄件的最小壁厚的泡沫珠粒進行預發(fā)泡，然后將預發(fā)泡后的泡沫珠粒在熟化倉中熟化，再用料槍將熟化后的泡沫珠粒填充到發(fā)泡模具的型腔內，發(fā)泡模具的型腔與待鑄造的爐排片鑄件形狀一致，通過過熱蒸汽將泡沫珠粒加熱進行二次發(fā)泡，再經冷卻脫模形成泡沫模樣；

2）泡沫模樣的干燥與穩(wěn)定化：將經發(fā)泡成型的泡沫模樣放置于干燥室中進行干燥處理，其溫度控制范圍為40~60℃，干燥完成后的模樣水分含量應低于1%；

3）泡沫模樣的涂覆及烘干：在泡沫模樣的表面涂覆一層用于增加泡沫模樣的整體強度的涂覆液，然后烘干；

4）造型：先將砂箱底部鋪上一層干型砂，震動后將泡沫模樣連通用于澆注的澆注道泡沫模樣放入砂箱中，隨后采用雨淋加砂方式加干型砂，加砂過程中邊加砂邊震動，填砂完成后將砂箱表面密封，使砂箱中的干型砂在真空系統產生的負壓作用下“粘接”成一體防止在澆注充型以及凝固過程中發(fā)生塌箱；

5）澆注：在負壓狀態(tài)下，將鋼液由澆注道澆注到砂型中，直到完成澆注；

6）冷卻清理：利用翻箱傾倒裝置，從砂箱中倒出砂和爐排片鑄件，對爐排片鑄件進行落砂清理，并將分離出來的干型砂處理后重復使用。

采用上述成型工藝，使干燥完成后的白模水分含量低于1%，以保證發(fā)泡成型過程中帶入的多與水分被充分排除以提高其抗裂性能。在干燥期間，干燥室的溫度控制在40~60℃之間，時間控制在5~6h之間，這樣不僅能達到在常溫下自然熟化2~3天的效果，還能進一步保證白模的尺寸精度，充分補償由于前期水分和發(fā)泡劑的蒸發(fā)所引起的應力松弛從而對白模出型后的尺寸造成的不良影響。

作為優(yōu)化，所述步驟1）中，所述泡沫珠粒為采用可發(fā)性聚苯乙烯（EPS）制作的泡沫珠粒，其最大珠粒的直徑為待鑄造的爐排片鑄件的最小壁厚的1/8～1/10，具體預發(fā)泡時，每次加料1kg，采用間歇式蒸汽預發(fā)泡機，預發(fā)泡溫度為100~150℃，預發(fā)泡時間為30~45s，蒸汽壓力為0.10~0.12MPa，預發(fā)泡密度控制在16~24g/l。

這樣，每次加料1kg，可以在保證預發(fā)效率的同時，使各泡沫珠粒能充分與過熱蒸汽接觸實現充分預發(fā)泡，防止由于一次性加料過多所造成的部分珠粒欠預發(fā)的不良現象。預發(fā)泡溫度控制在100～150℃，可以達到加快預發(fā)泡速度和避免泡沫珠粒過度預發(fā)、結塊等缺陷的目的。將預發(fā)泡時間控制在30～45s，蒸汽壓力控制在0.01～0.12MPa，可以避免過高的夾套蒸氣壓和過長的預發(fā)泡時間所造成的過度預發(fā)以及發(fā)泡劑損失過多的現象，以保證后續(xù)發(fā)泡成型的質量。預發(fā)泡密度控制在16~24g/l，可以防止珠粒表面凹凸不平或由于珠壁被發(fā)泡劑沖破而造成的不規(guī)律收縮和癟塌現象，以保證白模的表面光潔度提高其表面質量。

作為進一步優(yōu)化，所述步驟1）中，具體熟化時，將預發(fā)泡的可發(fā)性聚苯乙烯泡沫珠粒在熟化倉中熟化，其熟化溫度為23~25℃，熟化時間為5~25h。

這樣，可以達到合理控制空氣滲入和發(fā)泡劑擴散速度，防止因熟化溫度過高引起發(fā)泡劑的損失增大的目的。

作為優(yōu)化，所述步驟1）中，將熟化后的泡沫珠粒填充到發(fā)泡模具的型腔內的過程中，發(fā)泡模具的預熱溫度為100℃，預熱時間為15s，填料時的空氣壓力為0.1~0.15MPa。

這樣，發(fā)泡模具的預熱溫度為100℃，預熱時間為15s，以保證在正式發(fā)泡成型前模具是熱態(tài)和干燥的，防止因模具預熱不足所造成的發(fā)泡不充分所引發(fā)的白模表面質量不佳以及由于模具中殘余水分所導致的白模產生空隙和孔洞等水損壞現象?？諝鈮毫?.1~0.15MPa使泡沫珠粒能夠在壓力的作用下順利填滿發(fā)泡模具型腔的各部分。

作為優(yōu)化，所述步驟3）中，泡沫模樣的涂覆時，先進行兩遍浸涂，然后在進行一遍噴涂，然后放置在360°旋轉多功能烘干架上烘干。

作為優(yōu)化，所述步驟4）中，填砂時，先在砂箱底部鋪上一層高度為300mm的底砂，利用三維震實臺震動15s后，將泡沫模樣放入砂箱中，隨后采用雨淋加砂方式加砂，加砂過程中邊加砂邊震動，加砂至泡沫模樣的高度的2/3處停止加砂，震動30～50s，再繼續(xù)加砂直至砂箱頂部，震動80～100s。

這樣，在分層震動的作用下型砂會產生水平和垂直方向的移動，使消失模白模的水平孔洞以及平面被型砂所填充，補償了只靠型砂自然流動和垂直移動而無法充分充滿的缺陷，再由分層緊實使型砂能夠均勻且充分地填滿砂箱并在負壓的作用下粘接成一個整體，從而保證了消失模鑄造的精度。

作為優(yōu)化，所述步驟5）中，澆注時，采用中頻熔煉爐，鋼液出爐溫度為1580~1600℃，澆注溫度為1520~1560℃，澆注時間為40~50s，澆注時保持負壓0.035~0.06MPa,保壓時間為12~16 min。

這樣，鋼液出爐溫度為1580~1600℃，澆注溫度為1520~1560℃，澆注時間為40~50s，可以補償由于白模汽化所造成的熱損失，提高液態(tài)金屬的充型性能，防止鑄件產生冷隔、澆不足以及夾渣、皺皮等鑄造缺陷。澆注時保持負壓0.035~0.06MPa,保壓時間為12~16 min，可以保證型砂間隙中的空氣、白模于高溫金屬液的熱作用下迅速分解氣化產生的大量氣體以及澆注瞬間由直澆道引入的氣體能夠被及時并充分地被排出成型系統。

作為進一步優(yōu)化，所述步驟5）中，在澆注的初期采用細流慢澆的方式，控制好澆注速度，使泡沫模樣因分解產物所產生的氣體能夠順利排出；澆注中期在保持澆口杯中金屬溶液充滿但不外溢的前提下盡可能的加快澆注速度；在澆注后期，適當地減慢澆注速度以便金屬溶液平穩(wěn)地上升防止其沖出澆口杯。

作為優(yōu)化，所述步驟1）中，發(fā)泡模具的型腔的表面粗糙度小于Ra6.3um，發(fā)泡模樣脫模前需將模具冷卻到40~50℃；發(fā)泡模具排氣孔的面積為型腔總面積的1%~2%。

這樣，較小的表面粗糙度可以保證最終成型出來的鑄件表面質量達到圖樣要求的精度范圍；脫模前將模具冷卻到40~50℃，可以在抑制白模第三次膨脹的同時確保白模溫度達到發(fā)泡材料的軟化點以下，實現硬化定型，保證其形狀以及尺寸精度。發(fā)泡模具排氣孔的面積為型腔總面積的1%~2%，可以使模樣緊實且實現均勻受熱和均勻冷卻。

作為進一步優(yōu)化，所述步驟3）中，烘干爐溫度為40~60℃，烘干時間為2~10h，烘干爐內濕度應小于30%。這樣，可以保證白模的烘干熟化效果。

本發(fā)明與現有技術相比，具有如下優(yōu)點：采用本發(fā)明的消失模鑄造成型工藝生產的爐排片鑄造缺陷少，表面質量好，成品率高，具有良好的經濟效益。

附圖說明

圖1為垃圾焚燒用往復式爐排片鑄件和澆注系統的泡沫模樣組的結構示意圖。

具體實施方式

下面結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。

具體實施時：一種垃圾焚燒用往復式爐排片消失模鑄造成型工藝，包括如下步驟：

1、選擇可發(fā)性聚苯乙烯為原材料的泡沫珠粒，其最大珠粒直徑為鑄件最小壁厚的1/9，將可發(fā)性聚苯乙烯為原材料的泡沫珠粒按照每次1kg加入到間歇式蒸汽預發(fā)泡機中，采用時間繼電器和溫度控制儀同步控制預發(fā)泡時間和溫度，其中預發(fā)泡時間為40s，預發(fā)泡溫度為110℃，預發(fā)泡時所通入的蒸汽壓力為0.10MPa，同時將預發(fā)泡密度控制在24g/l 左右，隨后將預發(fā)泡可發(fā)性聚苯乙烯珠粒放置于溫度為24℃的熟化倉中熟化15h；將經過熟化處理后的珠粒在0.12MPa的空氣壓力下經料槍填充到事先經過15s預熱到100℃左右的發(fā)泡模具內，通過過熱蒸汽將珠粒加熱進行二次發(fā)泡，使各個珠粒之間相互融合形成表面平整光滑的白模模樣，最后將模具冷卻到 45℃左右時開模取件，即得到鑄件的泡沫模樣3和澆注系統的泡沫模樣，如圖1所示，澆注系統的泡沫模樣包括直澆道1和橫澆道2，其中，直澆道的外徑為φ90~120mm，內徑為φ70~100mm，高度為150~200mm。橫澆道采用上大下小的梯形澆口。

2、將發(fā)泡成型的泡沫模樣放置于溫度為45℃、濕度為20%的干燥室中強制烘干7h，使烘干后的白模水分含量小于1%。

3、將通過預發(fā)泡、發(fā)泡、干燥處理后所得到的鑄件的泡沫模樣和澆注系統的泡沫模樣通過熱熔膠、橡膠乳液、樹脂溶劑以及膠帶紙組合粘接在一起成為模簇（模樣組）；將事先經過攪拌機加水均勻攪拌后的消失模專用涂料置于相應的涂料槽中，通過人工將泡沫塑料模樣壓入其中浸涂一段時間后取出，如此重復兩次后再經過一次噴涂使最終的涂層厚度達到1mm，將經過兩遍浸涂加一遍噴涂的模樣簇置于360°旋轉多功能烘干架上于45℃的烘干室中烘干7h使之成為性能穩(wěn)定的消失模模型。

4、將帶有抽真空結構（底部和側面都可以抽真空）和起吊、行走機構的1400 mm ×1400mm×1300mm的砂箱置于震動頻率為55Hz、振幅為1mm的三維振動臺上并夾緊固定，在砂箱中加入厚度為300㎜、水分為0.8%、溫度為35℃左右的干砂后將5組模樣組（每個模樣組包括1個澆注系統的泡沫模樣，2個鑄件的泡沫模樣）固定在砂箱中，隨后采用雨淋加砂方式加砂至鑄件白模高度的2／3處停止加砂，震動40s，再利用相同的加砂方式加砂直至砂箱頂部并振動90s以保證型砂充滿各個部位；填砂完成后將砂箱表面用塑料薄模密封。

5、采用連續(xù)澆注方式，將溫度約為1550℃的合金鋼金屬溶液澆入主澆道中，澆注速度控制為“慢-快-慢”的形式，澆注過程應控制在45s左右，期間將整個系統的負壓維持在0.05MPa，澆注完成后繼續(xù)保壓15 min，以促進凝固成型過程的順利進行。

6、冷卻后，利用翻箱傾倒裝置，從砂箱中倒出砂和鑄件，對鑄件進行落砂清理，并將分離出來的干砂處理后重復使用。

實施時，采用中頻熔煉爐，鋼液出爐溫度為1580~1600℃，澆注溫度為1520~1560℃，澆注時間為40~50s，澆注時保持負壓0.035~0.06MPa,保壓時間為12~16 min。

實施時，在澆注的初期采用細流慢澆的方式，控制好澆注速度，使泡沫模樣因分解產物所產生的氣體能夠順利排出；澆注中期在保持澆口杯中金屬溶液充滿但不外溢的前提下盡可能的加快澆注速度；在澆注后期，適當地減慢澆注速度以便金屬溶液平穩(wěn)地上升防止其沖出澆口杯。

實施時，發(fā)泡模具的型腔的表面粗糙度小于Ra6.3um，發(fā)泡模樣脫模前需將模具冷卻到40~50℃；發(fā)泡模具排氣孔的面積為型腔總面積的1%~2%。

造型時三維振動臺震動頻率為50~60Hz，振幅為0.5~1mm；干砂的水分應小于1%，溫度應低于40℃；采用一箱10件，以提高生產效率；砂箱結構為底抽式砂箱。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不以本發(fā)明為限制，凡在本發(fā)明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內。