特种消失模铸造技术与感应加热技术的介绍

  特种消失模铸造技术：
  消失模铸造技术(EPC或LFC)是用泡沫塑料制作成与零件结构和尺寸一样的实型模具，经浸涂耐火粘结涂料，烘干后进行干砂造型，振动紧实，然后浇入金属液使模样受热气化消失，而得到与模样形状一致的金属零件的铸造方法。造型机厂家认为消失模铸造是一种近无余量、成形的新技术，它不需要合箱取模，使用无粘结剂的干砂造型，减少了污染，被认为是21世纪更可能实现绿色铸造的工艺技术。
  消失模铸造技术主要有以下几种：
  1、压力消失模铸造技术
  压力消失模铸造技术是消失模铸造技术与压力凝固结晶技术相结合的铸造新技术，它是在带砂箱的压力灌中，浇注金属液使泡沫塑料气化消失后，迅速密封压力灌，并通入一定压力的气体，使金属液在压力下凝固结晶成型的铸造方法。这种铸造技术的特点是能够显著减少铸件中的缩孔、缩松、气孔等铸造缺陷，提高铸件致密度，改善铸件力学性能。
  2、真空低压消失模铸造技术
  真空低压消失模铸造技术是将负压消失模铸造方法和低压反重力浇注方法复合而发展的一种新铸造技术。真空低压消失模铸造技术的特点是：综合了低压铸造与真空消失模铸造的技术优势，在可控的气压下完成充型过程，大大提高了合金的铸造充型能力;与压铸相比，设备投资小、铸件成本低、铸件可热处理强化;而与砂型铸造相比，铸件的精度高、表面粗糙度小、生产率高、性能好;反重力作用下，直浇口成为补缩短通道，浇注温度的损失小，液态合金在可控的压力下进行补缩凝固，合金铸件的浇注系统简单有效、成品率高、组织致密;真空低压消失模铸造的浇注温度低，适合于多种有色合金。
  3、振动消失模铸造技术
  振动消失模铸造技术是在消失模铸造过程中施加一定频率和振幅的振动，使铸件在振动场的作用下凝固，由于消失模铸造凝固过程中对金属溶液施加了一定时间振动，振动力使液相与固相间产生相对运动，而使枝晶破碎，增加液相内结晶核心，使铸件更终凝固组织细化、补缩提高，力学性能改善。该技术利用消失模铸造中现成的紧实振动台，通过振动电机产生的机械振动，使金属液在动力激励下生核，达到细化组织的目的，是一种操作简便、成本低廉、无环境污染的方法。
  4、半固态消失模铸造技术
  半固态消失模铸造技术是消失模铸造技术与半固态技术相结合的新铸造技术，由于该工艺的特点在于控制液固相的相对比例，也称转变控制半固态成形。该技术可以提高铸件致密度、减少偏析、提高尺寸精度和铸件性能。
  5、消失模壳型铸造技术
  消失模壳型铸造技术是熔模铸造技术与消失模铸造结合起来的新型铸造方法。该方法是将用发泡模具制作的与零件形状一样的泡沫塑料模样表面涂上数层耐火材料，待其硬化干燥后，将其中的泡沫塑料模样燃烧气化消失而制成型壳，经过焙烧，然后进行浇注，而获得较高尺寸精度铸件的一种新型精密铸造方法。它具有消失模铸造中的模样尺寸大、精密度高的特点，又有熔模精密铸造中结壳精度、强度等优点。与普通熔模铸造相比，其特点是泡沫塑料模料成本低廉，模样粘接组合方便，气化消失容易，克服了熔模铸造模料容易软化而引起的熔模变形的问题，可以生产较大尺寸的各种合金复杂铸件
  6、消失模悬浮铸造技术。
  消失模悬浮铸造技术是消失模铸造工艺与悬浮铸造结合起来的一种新型实用铸造技术。该技术工艺过程是金属液浇入铸型后，泡沫塑料模样气化，夹杂在冒口模型的悬浮剂(或将悬浮剂放置在模样某特定位置，或将悬浮剂与EPS一起制成泡沫模样)与金属液发生物化反应从而提高铸件整体(或部分)组织性能。
  由于消失模铸造技术成本低、精度高、设计灵活、清洁环保、适合复杂铸件等特点，符合新世纪铸造技术发展的总趋势，有着广阔的发展前景。
  感应加热技术的应用及发展
  感应加热作为新兴的学科，在近30年来得到了真正应用。在能源紧缺的今天，其重要性显得尤为突出，技术正在迅速提高，用途日益广泛。我国在改革开放之后开始发展感应加热技术，其应用前景非常看好。
  感应加热的特点:
  (1)加热温度高，而且是非接触式加热。
  (2)加热效率高。
  (3)加热速度快。
  (4)温度容易控制。
  (5)可以局部加热。
  (6)容易实现自动控制。
  (7)作业环境好，几乎没有噪声和灰尘。
  (8)工作占地少，生产效率高。
  (9)能加热形状复杂的工件。
  (10)工件容易加热均匀，产品质量好。
  (11)熔炼中溶液有电磁搅拌作用。可以均匀地调节金属液成份，溶液温度均匀，不会出现局部高温。金属烧损少，这一点，对熔炼稀有金属更重要。
  感应加热的优点：首先是能耗低。感应熔炼炉与感应透热炉的实际坯料加热热效率可达到65%～75%，而火焰炉和各种室式炉只有30%左右。
  第二，该种炉型无需煤炉、燃气炉及电阻炉等必须的预热过程，使用方便，操作简单，可长时间连续工作也可根据需要随时开启或停止工作，全手动也可全自动或半自动工作，即可在生产调度时具备优势。
  第三，无需对工件整体加热，可选择局部加热，因而电能消耗少，工件变形小而且加热速度快，可使工件在极短的时间内达到所需的温度，从而使工件表面氧化和脱碳等加热缺陷降到很低程度，可用于钢铁、钨、钼等钢铁材料也可应用于化学活性较强的铝、钛、锆、铌的加热或热处理。
  第四，感应加热设备可安装在生产线上，易于实现生产线的自动化和机械化，便于管理，可有效减少运输，节约人力，提高生产效率。
  第五，感应加热还具备电能利用率高、环保节能、安全可靠和作业环境好等优点。
  基于以上优点，在电能代替煤、油、气等不可再生能源在加热领域正逐步成为优势能源的今天，感应加热在熔炼、加热等领域得到日益广泛的应用，电加热特别是感应加热的应用有非常广泛的应用前景，感应加热设备生产厂商具备广阔的发展空间。
  在汽车制造中的应用
  汽车工业的蓬勃发展给汽车零部件的产业带来了前所未有的发展机遇。感应加热技术在汽车制造领域也正得到越来越广泛的应用。
  在熔炼方面，铸造是一种易于成形的金属加工方法。采用铸造方法可以制成汽车上各种不同尺寸和复杂形状的零件。可以说在汽车工业的发展方面物尽其用，几乎所有的铸造工艺方法在汽车工业都可以尽其所能。国内外铸造汽车零部件的生产主要采用的熔炼工艺有冲天炉熔炼工艺、中频感应电炉熔炼工艺和冲天炉-中频感应电炉双联熔炼工艺，而感应熔炼炉由于其技术优势在铸造行业也正在得到日益广泛的应用。
  在加热方面，据统计，前苏联在汽车工业中感应热处理的零件已占热处理零件的40%～45%。感应加热技术发展到今天，其应用及发展程度不言而喻。
  感应加热技术在汽车行业中主要应用于以下领域：
  (1)金属的熔炼。
  (2)锻造毛坯的加热。
  (3)汽车零部件的热处理。
  (4)汽车零件粘接后的感应加热固化。
  (5)感应加热半固态成形。
  (6)感应加热装配。
  (7)感应加热钎焊。
  国外感应加热现状
  随着电力半导体器件的开发和电力电子技术的不断发展，感应加热装置的面貌也随之日新月异，以装置的体积、质量、性能方面的变化尤为突出。例如频率，同容量的晶体管式变频装置与电子管式变频装置相比体积缩小2/3，重量减轻2/3，冷却水节约1/2，耗电量节约1/3，效率提高35%，使用寿命更长，更加安全可靠，容易实现自动控制，有利于提高加热效率及质量，维护工作量更小，能做到随用随开。
  德国、美国、英国、法国、日本、意大利、西班牙、比利时和俄罗斯等工业发达国家的感应加热装置的技术发展及应用位于世界前列。
  国内发展与现状
  我国感应加热技术的应用开始于20世纪50年代，发展主要是改革开放以后，主要用于机床、汽车、拖拉机等制造业。感应加热集中在工件表面淬火，而熔炼和透热方面的应用较少。感应加热的技术几乎全来自前苏联和捷克。80年代，浙大自主开发了台并联式晶闸管中频电源并向全国推广。
  20世纪90年代，国外的一些感应电炉公司直接到中国来办厂，如美国的应达感应加热公司和彼乐公司等，和国内的同行业厂家同台竞争。他们的产品技术含量高、电源功率大、品牌全、炉子吨位大、生产线规模大，占据了国内的很大一部分市场。只是他们的设备价格高(国内同性能产品大约是其价格的1/5左右)，这才使国内厂家有了一定的市场发展空间。
  国内感应加热方面从地域上还分“南派”和“北派”技术和产品方面的竞争。“南派”的代表有振吴、四达、兆力等公司;“北派”是以西安市感应加热的公司为代表，这些厂家中比较有影响的有西安博大电炉有限公司、西安电炉研究所有限公司、西安鹏远重型电炉厂、西安机电研究所、陕西海意、西安自动化和华立等。
  感应加热装置发展趋势
  感应加热装置由两部分组成，一部分是提供能量的交流电源，也称变频电源，另一部分是完成电磁感应能量转换的感应线圈及机械结构，称感应炉。变频电源有工频、中频和高频之分。
  (1)高频加热设备 它有一套将工频50Hz交流电转变为高频(70 000～1 000 000Hz)电能的装置，通常采用电子管高频发生器。
  (2)中频加热设备 也有一套将工频50Hz转变成中频(500～10 000Hz)电能的装置，通常为中频发电机(功率因数低)和晶闸管变频器。
  (3)工频感应加热设备 感应器的电源频率与电网的频率相同，即50Hz，所以可以直接从电网吸取能量。美中不足的是功率因数过低。
  随着市场需求的发展，感应加热装置的发展呈现电源随电力电子功率器件的大容量化变得高频化，电子技术装置的控制模拟向数字化、自动控制向智能化发展，感应加热装置的发展趋势呈现以下几个方面的特点：
  (1)电源趋向高频大容量化 感应加热电源中频段主要采用晶闸管;超音频段主要采用IGBT;高频频段原来是SIT，现在主要发展MOSFET电源。采用IGCT的电源也开始亮相。高频电源的需要催生了新的功率器件，而新的器件又反过来促进了高频电源的发展。感应加热电源的大容量化，如几十兆瓦、几百兆瓦，都是可以实现的。
  (2)感应加热装置趋向机械化、自动化。 近几年，随着机电一体化、计算机、信息和控制、装备自动化、新材料、新工艺等的快速发展，铸造、锻压和热处理过程趋向数字化、精密化。反映在对加热方面的需求趋势为：数字化制造融入铸锻过程，包括加热、熔炼设备;铸锻短流程生产要求减少资源浪费;大型铸锻件生产要求工业节能;自动化控制下的清洁生产。