消失模泡沫铸造发展概况与工艺特点

第一章 消失模泡沫铸造简介

1.1.1消失模铸造发展概况

消失模铸造技术是用泡沫塑料（EPS、STMMA或EPMMA）制成与铸件结构、尺寸完全一样的模样，经浸涂耐火黏结涂料（起强化、光洁作用）烘干后埋入特殊砂箱干砂造型，经三维或二维微震加负压紧实，不用泥芯、活块甚至无冒口的情况下浇入熔化的合金液，整个过程保持着一定的负压，是模样受热气化分解进而被合金液取代的一次性成型铸造新工艺。消失模铸造有多种不同的叫法，，国内主要叫干砂实型铸造、负压实型铸造，简称EPC铸造。国外的叫法主要有lost foam process（美国）、policast process(意大利)等。它与传统的铸造技术相比，具有很大的优势，被国内外的铸造界誉为“21世纪的铸造技术”和“铸造工业的绿色革命”。

消失模铸造综合了“磁型铸造”和“V法铸造”，1956年美国人H.F.Shoyer开始了将聚苯乙烯泡沫塑料用于铸造的实验，并获得成功，，引发了人们的极大兴趣。1958年以zhuanli的形式公布于众，当时称之为“无型腔铸造”。起初此法只是用来制造金属雕像和艺术品铸件，经多年实践和探索，1962年原联邦德国从美国引进zhuanli，消失模铸造法才逐步被开发，并在工业上得到应用和推广。1999年美国人威斯康星大学的一项调查表明，在1990年有6%的铝合金铸件是使用该工艺。从1997年起灰铸铁和球铁方面也有较快增长，到2009年达到15%。

中国研究和发展消失模铸造的历史和国外基本相似，某些方面如STMMA泡沫塑料已接近或达到国外技术水平，并具有独到之处。20世纪80年代后，有多家单位制造可发性聚苯乙烯预发泡机和发泡成型机，其中阜阳联发消失模成型设备厂与EPS、STMMA粒料同步配套发展。中国的消失模铸造技术也被国家重点推广，消失模工业具有了一定的规模，成为铸造行业的重要组成部分，生产铸件在铸造行业中所占比重不断提高，消失模铸造已成为改造传统铸造厂家应用的最为广泛的高新技术之一。但总的来说，中国消失模铸造生产应用水平与发达国家仍有差距。

目前消失模铸造技术在国内主要应用在以下几个方面。

（1） 应用的铸件合金种类 : 铝合金，镁合金，铜合金，灰铸铁，球墨铸铁，特种铸铁（高铬铸铁，抗磨铸铁，耐磨铸铁，耐蚀铸铁），普通碳钢，中、高碳低合金抗磨钢，特种铸钢（高锰钢、镍铬耐热钢、耐蚀钢）及不锈钢等。

（2） 应用成功的典型铸件

1抗磨铸件：铬系磨球、高锰钢衬板、高铬铸铁锤头、挖掘机铲齿（贝氏体钢、高铬铸铁）等；

2耐热铸件：耐热铸铁铸钢炉蓖条、热处理底板、料柜、料架等；

3管件：各种规格的灰铸铁、球铁管件以及轧钢钢管内衬高铬铸铁或以上复合管件；

4阀类铸件：铸钢ZG25、ZG35阀体、阀盖、球铁阀体阀盖；

5工程机械件：斗齿、齿轮、齿条、叉车铸钢件球铁的ADI铸件；

6箱（壳）体铸件：变速箱壳体、差速器壳体、转向器壳体、电机壳体、消防栓壳体、炮弹壳体等；

7汽车制动系统铸件：刹车毂、刹车盘；

8曲轴：压缩机曲轴、汽车发动机曲轴；

9进排气管：铝进气管、球铁4缸汽车排气管、灰铸铁6缸柴油机排气管等；

10后桥铸件：铸钢、铸铁后桥壳体；

11支架类铸件：铁路ZG25钢支板、汽车弹簧支架、高速公路栏杆、ZG35支架等；

12缸体缸盖铸件：压缩机缸体、单缸机缸体、汽车4缸缸体缸盖；

13其他零件：缝纫机机头、踏板、支架、农机曲柄支架、犁头、犁导板等。

1.1.2消失模铸造工艺流程

消失模铸造工艺流程：

1、制作泡塑白模，组合浇注系统，白模表面刷、喷特制耐高温涂料并烘干。

2、将特制隔层砂箱置于震动工作台上，填入底砂（干砂）震实，刮平，将烘干的白模放于底砂上，填满干砂，微震适当时间刮平箱口。

3、用塑料薄膜覆盖，放上浇口杯，接真空系统吸真空，干砂紧固成型后，进行浇注，白模气化消失，金属液取代其位置。

4、释放真空，待铸件冷凝后翻箱，从松散的干砂中取出铸件。

1.1.3消失模铸造工艺分类及特点

消失模铸造根据其铸型材料可分为自硬砂消失模铸造（及潮型有粘结剂）和干砂（干型无黏结剂)消失模铸造；根据浇注条件可分为普通(大气压力下)消失模铸造和真空负压消失模铸造。与传统的砂型铸造相比，大量生产的消失模铸造有以下工艺特征 :

①模样与铸件形状完全一致，尺寸大小仅差金属收缩量的泡沫塑料模样保留在铸型内，形成“实型”铸型，而非传统砂型的“空腔”铸型。

②型砂为无黏结剂，无水分，无任何附加物的干石英砂、镁橄榄石砂、铬砂、镁砂、宝珠砂等。

③浇注时，泡沫塑料模样在高温液体合金作用下不断地分解、裂解、气化，发生合金液一模样置换过程，而不同于传统“空腔”(空型)铸造，是一个液体合金液的充填型腔过程。制作一个铸件就要“消失”掉一个泡沫塑料模样。

④泡沫塑料模样可以分块成型再进行粘接组合。模样形状(及铸件形状)基本上不受任何限制(手工切割、机器成型、组合粘接均可)。

铸件与型砂自动分离

清理
   
需打磨飞边毛刺及内浇口
   
只需打磨内浇口，无飞边毛刺

(1)采用消失模铸造工艺应注意的问题。尽管消失模铸造有着无与伦比的优势，但任何一种铸造工艺仅适用于一定范围,故采用消失模铸造工艺必须认真考虑以下问题:

①应考虑综合经济效益：对具体铸件、材质、大小、形状、结构、批量、价格等应作详细经济考核、成本核算、技术能力考核。例如，有厂采用消失模铸造来生产批量不大的不同种类的几种铸铁电动机机壳和油泵泵体，且仅仅作为铸件毛坯而提供给下一道工厂，但对方认购价格每吨价位又不高。即使使用EPS制模样，其模样消耗成本0．03～O．04元／g，再加上工艺不稳定，废品率不少，投产一段时间后发现无利可图，甚至赔钱的不良经济效果。只好又返回到黏土砂铸造工艺来生产。如果作为本单位的铸件毛坯，即使微利保本，但总体为下一道机加工创造了条件也是可取的，因为铸件质量划一。

②工艺技术要做充分准备：复制、仿造、或匆忙上消失模生产线都是不可取的。如某厂急速上球铁管件生产线，既没有技术工程人员，又没有管件产品推销人员，经过一段时间，更由于市场的变化管件滞销，因此匆匆停线，生产线搁置。

③要考虑材质铸件用途：照搬、复制、未结合本厂铸件的实际，上了消失模铸造生产线后也会问题百出。如某厂从别处引进1000t／年小型消失模铸造铸钢厂，设备20万～30万元，由于一套工艺是按高锰钢铸造工艺配套，镁橄榄石砂做干砂，其粉料做涂料骨料，铸件合格率很高，成品质量很好，有利可取。但到该小厂后铸件是ZG25，输出方不懂ZG25生产工艺，输入引进方急盼对方解决，因此探索了好长一段时间才进入生产ZG25铸件门道，损失不少。

④要考虑生产发展因素：上了消失模生产线，没有考虑生产发展余地，如几家企业上了消失模生产线，引进管件、抗磨件生产，原考虑一班或二班，后该地区对铸件要求量急增，需二班或三班生产，生产量的大幅提高暴露了设备没有后劲，砂冷却处理能力不足，欲上生产量设备力不从心，拆去可惜又无实力再上生产量大的生产线，欲进不能，欲退不能，勉强支撑了一段时间。没有确定长远铸件业务而上马。某厂上了一条3000t／年铸钢消失模生产线，完成了1／3任务后由于种种原因没有铸件生产任务，停机待任务。

⑤不宜用消失模铸造工艺的铸件：如低铬铸铁磨球，用消失模铸造低铬铸铁磨球，由于干砂冷速慢，要采用淬火、正火等热处理才能提高硬度和耐磨性，但性能不及金属型浇注磨球，金属型浇注一则可获得表面碳化物大小形状分布均匀的铸造硬壳磨球；二则成本低可采用铸态正火或雾淬，从而降低成本，泡沫模样O．03～0．04元／g成本可免除。

⑥正确认识科学对待消失模铸造工艺：有一些人从事砂型铸造厂，参观了一些消失模铸造厂或附近用消失模生产车间，特别是采用简易消失模铸造厂家，以为简单方便，泡沫模样可以买EPS包装材料的废品或板材来切割加工拼粘，涂料自制，三维震实台自制，真空泵购买，投入消失模生产，折腾了大半年以后还是重新购买消失模铸造机械设备和白区发泡成型设备而进行生产。

某高锰钢铸造厂完全照搬同行的消失模铸造衬板、锤头等，砂箱仿制，箱壁电钻钻孔，模样采用废旧包装泡沫材料切割粘接，生产后从来没有稳定过，因为模样质量从不划一。

综上所述，凡认真、系统、全面分析，统筹策划，采用消失模铸造工艺的大中厂家，均获得可佳效果。一些中小铸造厂随意的上消失模生产工艺往往出现上述情况，事倍功半反而体现不出消失模铸造工艺的优势和特点。

(2)消失模铸造工艺的不足:

①复杂大铸件，模具制造比较复杂，成本较高，费工费时，一个模具一个铸件，一次性投资较多。

②一个泡沫模样只能用一次。制作泡沫模样只能用一个模具，制作泡沫模样环节周期长，调试费工。

③泡沫粒料EPS价格是STMMA(C5 H8)的1／5～1／4，但适用有局限性，后者较贵，对降低铸件成本不利。

④对设计浇注系统的工艺要求较高，才能避免铝合金的冷隔，灰铸铁、球墨铁铸件中碳缺陷。

5低碳钢使用EPS增碳问题，要通过粒料的改变、工艺的设计才能得以控制，工艺不当极易产生气孔。

6工艺系统环环相扣，管理务必要严格认真，松懈不得。