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消失模铸造可行性分析报告

发表时间:2014-08-01 19:34
一、工艺简介:
    消失模铸造又称负压实型铸造,是将泡沫塑料制成的模型埋入无粘结剂的干砂中造型,采用微震加负压紧实,在没有芯子甚至没有冒口的情况下浇入液态金属,在浇铸和凝固过程中继续保持一定的负压使泡沫塑料气化继而被金属取代形成铸件的一种新型铸造方法。
    使用泡沫塑料制造金属零件的方法最先由美国人H.F.Shroger于1958年4月15日取得专利(美国专利号:2830343),当时泡沫模型还是采用泡沫板材加工的,用含粘结剂的型砂造型。1962年美国人M.C.flemings用干砂和泡沫模生产铸件。80年代初这种方法开始应用于工业生产。1982年福特汽车公司在Essex工厂建成了一条年产2.5万只铝合金进气歧管生产线,并试验获得成功。紧接着于1984年耗资1100万美元建立了占地19万㎡、生产能力180型/h、年产100万只铝合金进气歧管的高度自动化生产线,揭开了消失模技术在先进工业国飞速发展的序幕。 1990年通用汽车公司在Saturn建成年产铸件5.5万t(24万辆轿车)10万㎡的铸造厂,其中有三条全自动的消失模生产线,生产铝合金四缸缸体、缸盖和珠光体球铁曲轴及两种型号的传动差动壳体。 1991年,意大利菲亚特公司在都灵建成当时国内规模最大的消失模车间(4400㎡),年产铸铁件5000~15000t,60~120型/h,自动化程度非常高,全车间仅22名生产人员。鉴于Essex工厂、Saturn和都灵工厂的巨大成功,铸造界对消失模技术产生了浓厚的兴趣。在北美、西欧和日本等先进的工业国家,铸造界的企业家们以极大的热情投入消失模技术的开发研究,并取得了前所未有的进展。
二、工艺特点:
    1、铸件一次成型,尺寸精度高。由于采用极易气化的泡沫塑料作模型,不用造型模具(木模),无分型面,无砂芯,因此产品无飞边毛刺,无拔模斜度,减少了由于砂芯组合而造成的尺寸误差,铸件的尺寸精度和表面粗糙度接近熔模精密铸造。同时,因为采用干砂造型,根除了由于型砂中的水、粘结剂、附加物带来的铸件缺陷,铸件废品率显著下降。此外这种新工艺对操作工人的技术水平要求不高,对铸造行业有着巨大的的吸引力。虽然泡沫模型的变形和泡沫材料的热解产物可能会对铸件的质量带来不利影响,但只要对模型材料和制模工艺、涂料以及干砂紧实等环节进行严格、有效的控制,完全可以克服不利的影响因素
    2、整个工艺过程容易实现机械化、自动化生产。可以大大改善铸造车间的环境条件,容易实现无污染生产。低温下聚苯乙烯(EPS)对环境完全无害,浇注时排除的有机物量极少(只占铁水重量的0.3%),而采用自硬砂浇铸时的有机物排放量占到5%以上;同时EPS产生有机物的时间短,易于收集,可以通过对砂箱抽真空进行集中处理,实属对环境的无公害排放。此外用消失模工艺,铸件的清理工作量大大降低,噪声少、一氧化碳和石英粉尘危害小,旧砂回收利用率可达97%以上。
    3、铸件形状、结构不受限制,为铸件设计提供了充分的自由度。原先由多个零件加工组装的构件,可以通过分片制模然后粘合的办法进行整体浇铸成型。原先需要加工的孔、洞可以直接铸出,这就大大减少了加工装配的工时和费用。
    4、生产制造成本低,设备投资小。由于气化模的制作成本低(仅为木模价格的1/3),材料来源广泛,所需的成形设备少,投资小。一般说来采用该技术,设备投资可减少30%-50%,铸件制造成本可下降25%-30%,铸件的成品率99%。因此,可以充分相信消失模铸造技术符合铸造业发展的总趋势,有着广泛的发展前景。
三、工艺前景
    消失模铸造是20世纪50年代末发展起来的革命性新技术,因其设计制造灵活,生产工序简洁,产品近无余量、精确成形,铸件质量好,生产效率高且绿色环保,并可生产非常复杂的铸件,被誉为“21世纪的铸造新技术”、“铸造中的绿色工程”。
    消失模铸造技术经过五十多年的发展,其优势日益明显,作为当今顶尖的铸造技术被世界发达国家广泛采用。全球知名生产企业所需优质铸件均指定使用消失模铸造技术,市场前景极为广阔。  
    铸造业是机械制造产业链中的基础环节。目前,中国正逐步发展成为世界第一铸件生产国,并已经形成了以长江三角洲、珠江三角洲、环渤海湾为代表的三大世界级制造业基地,且以超过两位数的速度继续迅猛发展,世界各国所需铸件中接近90%以上均由中国生产。随着中国作为“世界工厂” 在国际上的地位日益提高,中国铸造工业跻身世界领先行列对消失模铸造技术、设备的研究与使用显得极为重要,不仅对提高我国的铸造业水准有着深远的影响,对提高我国的综合国力和国民经济的可持续性发展也有着相当重要的战略意义。  
四、经济分析:
    以产品最大尺寸(长宽高)600mm、重量0.025吨的铸件为例,按年产1000吨计算;(不包括厂房、铁水熔炼、工装、夹具、水电、发泡设备,自动砂处理设备等)。
    1、设备投入 10万元左右: A.真空系统; B.涂料系统;C.消失模系统;D、砂箱系统;E.振动系统。
    2、产品成本:泡沫塑料模 3.5元/件, 涂料 0.8元/件, 辅料 0.5元/件, 铁水 70.0 元/件, 人工 2.5元/件, 水电 0.1元/件, 其他 3.0元/件,总合80.4元/件。
    3、产品执行标准和质量保证体系:可按精密铸造标准生产以及检验。
    4、环保要求:本工艺对环境不构成污染。操作环境远远好于普通铸造,无“三废”问题。
    5、工艺路线:泡沫塑料模制作(发泡或手工),模型涂挂特制涂料,烘干或晾干有涂料的模型,三维振动装箱,箱内浇铸、冷却,扣箱清理,进行下一循环。
    6、 资金需求: 设备资产投资 10万元左右(不含熔炼等其它设备) 流动资金 20万元(按当月产品售出下月资金回笼)
    7、 人员构成: 操作壮工 4人, 技术人员 2人, 清理人员 1人, 财务人员 2人, 合计 9人
    8、 经济分析: 产品售价 0.025吨×5500=137.5元/件(按每吨5500元计算),每件利润(137.5-80.4)÷1.17=48.8元/件(税后价)。
    假设除专用设备外的投资为40万元,总投资50万元,日产量按每天134件计算(10个月/年),年销售收入按1000吨×5500元/吨=550万元,年利润:1000吨÷0.025吨×48.8元=195.2万元,投资回收期:134件×48.8元×30天=19.62万元/月,50万元(投资)÷19.62万元/月≈3个月。
五、综合结论
    消失模铸造符合当今铸造技术发展的总趋势,有着广阔的前景,它是替代传统的砂型铸造工艺的佼佼者,与传统铸造技术相比,具有与无伦比的优势。
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