什么是消失模铸造

HEATS 发表于 2010-9-12 19:24:18

一、什么是消失模铸造？ 　　消失模铸造技术是将与铸件尺寸形状相似的发泡塑料模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂层并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在一定条件下浇注液体金属，使模型气化并占据模型位置，凝固冷却后形成所需铸件的方法。对于消失模铸造，有多种不同的叫法。国内主要的叫法有“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 (U.S.A)、 P0licast Process(Italy)等。

与传统的铸造技术相比，消失模铸造技术具有与无伦比的优势，因此被国内外铸造界誉为“二十一世纪的铸造技术”和“铸造工业的绿色革命”。

　　二、国外消失模铸造的发展简史？ 　　 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试验，并获得成功,引起了人们极大的兴趣，1958年以专利的形式公布于众，当时称之为“无型腔铸造”。起初，该法只是用来制造金属雕像等艺术品铸件，以后经过许多实践和探索，1962年西德从美国引进专利，消失模铸造法才开始被开发，并在工业上得到应用。

　　1964年美国的T.R.SMITH发表了使用无粘结剂干砂造型生产消失模铸件的专利。到了1967年,采用普通粘土砂和自硬砂的消失模铸造法获得了成功,并在许多国家得到了应用,生产了成千上万吨铸件,但无粘结剂干砂实型铸造却没得到发展,仍处于探索阶段。在整个六十年代直至七十年代,消失模铸造法仅限于单件小批生产,典型产品是汽车模具、机器底座、艺术品等。1968年，德国人E.KRYZMOWSKI在砂箱内抽成负压进行浇注,取得了专利，即现在的消失模铸造。

　　八十年代以前，由于专利的制约，生产中使用无粘结剂干砂消失模铸造受到限制；铸造界与其他产业部门协调不够；由于工艺不当、型砂和涂料不合适以及模型质量不高所导致的实型铸件外观及内在质量不够好，造成了一部分人的等待、观望甚至怀疑的态度，使得消失模铸造法发展缓慢。

　　1981年以后由于相应专利技术失效，再加上经过几年努力，发泡聚苯乙烯原料珠粒有了很大进步、模型组合粘结剂质量改善、高质量涂料被研制成功等工艺技术的进步，消失模铸造法得以迅速发展，并很快在生产上得到应用。1982年美国首先公开了世界上第一条生产复杂铝铸件的消失模铸造生产线。至此，消失模铸造作为一种全新的铸造工艺方法被应用于生产。

　　三、消失模铸造在中国的发展简史 　　 1979年，由我国著名消失模铸造专家、中国科学院长春光学精密机械研究所研究员黄述哲教授领导的课题组，在中国最早开始了消失模铸造的原理性试验。同年，黄述哲教授在全国铸造工艺学会上发表了“消失模铸造基本特性的研究”论文报告，在国内首次系统阐述了这一方法的特点和规律性。1982年，在大量实验室试验的基础上，黄述哲教授主持在光机所工厂建成了一条消失模铸造实验生产线。黄述哲教授主持完成的“消失模铸造技术开发及工业化应用”于1997年、1998年分获中科院科技进步二等奖和国家科技进步三等奖，这是我国铸造工业界科技成果中获得的最高奖项。1998年被国家科技部列为“九五国家科技成果重点推广项目”（99010202A）。黄述哲教授主持完成了数十个技术先进、功能完备、配置合理、生产高效的消失模铸造流水生产线工程。
　　八十年代后期郑州机械所也开始了消失模铸造的试验性应用研究。

　　九十年代开始以来，清华大学、哈尔滨工业大学、华中理工大学、西安交大等也纷纷加入了消失模铸造的研究。

　　四、消失模铸造的工艺流程

　　下图为大量生产的消失模铸造的全部工艺流程。可见，该流程的主要工部有：熔化工部；制模工部；模型组合及涂层烘干工部；造型浇注工部；落砂清理工部。
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　　五、消失模铸造的分类 　　消失模铸造根据其铸型材料分类：自硬砂消失模铸造和无粘结剂干砂消失模铸造。

根据浇注条件分类：普通消失模铸造和负压消失模铸造

　　六、消失模铸造的工艺特点 　　与传统的砂型铸造相比，大量生产的消失模铸造有如下工艺特征：

　　（1）一个与逐渐形状完全一致、尺寸大小只差金属收缩量的泡沫塑料模型保留在铸型内，形成“实型”铸型，而不是传统砂型的“空腔”铸型（即“空型”）。

　　（2）其砂型为无粘结剂、无水份、无任何附加物的干石英砂。

　　（3）浇注时，泡沫塑料模型在高温液体金属作用下不断分解气化，产生金属—模型的置换过程，而不象传统“空型”铸造是一个液体金属的填充过程。制作一个铸件，就要“消失”掉一个泡沫塑料模型。

　　（4）泡沫塑料模型可以分块成形再进行粘结组合。模型形状（即铸件形状）基本不受任何限制。

 　　　　　　大量生产条件下传统粘土砂型铸造与消失模铸造工艺特点的比较（表1）
 

<TABLE cellSpacing=0 cellPadding=0>
<TBODY>
<TR>
<TD class="c lh16 style48" vAlign=top>
<TABLE cellSpacing=0 cellPadding=3 border=1>
<TBODY>
<TR>
<TD colSpan=2>项目</TD>
<TD>传统砂型铸造</TD>
<TD>消失模铸造</TD></TR>
<TR>
<TD rowSpan=5>模 型 工 艺</TD>
<TD>1．开边</TD>
<TD>必须分型开边，便于造型</TD>
<TD>无须开边</TD></TR>
<TR>
<TD>2．拔模斜度</TD>
<TD>必须有一定的拔模斜度</TD>
<TD>基本没有或很小的拔模斜度</TD></TR>
<TR>
<TD>3．组成</TD>
<TD>有外型芯合组成</TD>
<TD>单一模型</TD></TR>
<TR>
<TD>4．应用次数</TD>
<TD>一个模型多次使用</TD>
<TD>一型一次</TD></TR>
<TR>
<TD>5．材质</TD>
<TD>金属或木材</TD>
<TD>泡沫塑料</TD></TR>
<TR>
<TD rowSpan=6>造造型工艺</TD>
<TD>1．型砂</TD>
<TD>有粘结剂、水、附加物经过混制的型芯砂</TD>
<TD>无粘结剂、任何附加物和水的干砂</TD></TR>
<TR>
<TD>2．填砂方式</TD>
<TD>机械力填砂</TD>
<TD>自重微振填砂</TD></TR>
<TR>
<TD>3．紧实方式</TD>
<TD>机械力紧实</TD>
<TD>物理（自重、微振、真空）作用紧实</TD></TR>
<TR>
<TD>4．砂箱特点</TD>
<TD>根据每个零件特点制备专用砂箱</TD>
<TD>简单的通用砂箱</TD></TR>
<TR>
<TD>5．铸型型腔</TD>
<TD>由型芯装配组成空腔</TD>
<TD>实型</TD></TR>
<TR>
<TD>6．涂料层</TD>
<TD>大部分无需涂层</TD>
<TD>必须有涂层</TD></TR>
<TR>
<TD rowSpan=2>浇注工艺</TD>
<TD>1．充型特点</TD>
<TD>只是填充空腔</TD>
<TD>金属与模型发生物理化学作用</TD></TR>
<TR>
<TD>2．影响充型速度的主要因素</TD>
<TD>浇注系统与浇注温度</TD>
<TD>主要受型内气体压力状态，浇注系统，浇注温度的影响</TD></TR>
<TR>
<TD rowSpan=2>落砂清理</TD>
<TD>1．落砂</TD>
<TD>需强力振动打击</TD>
<TD>翻箱或吊出铸件，铸件与砂自动分离</TD></TR>
<TR>
<TD>2．清理</TD>
<TD>需打磨飞边毛刺及内浇口</TD>
<TD>只需打磨内浇口，无飞边毛刺</TD></TR></TBODY></TABLE></TD></TR>
<TR>
<TD class=style48 width=160> </TD></TR></TBODY></TABLE>
 七、消失模铸造的主要优点 1．铸件尺寸形状精确，重复性好，具有精密铸造的特点； 2．铸件的表面光洁度高； 3．取消了砂芯和制芯工部，根除了由于制芯、下芯造成的铸造缺陷和废品； 4．不合箱、不取模，大大简化了造型工艺，消除了因取模、合箱引起的铸造缺陷和废品； 5．采用无粘结剂、无水分、无任何添加物的干砂造型，根除了由于水分、添加物和粘结剂引起的各种铸造缺陷和废品； 6．大大简化了砂处理系统，型砂可全部重复使用，取消了型砂制备工部和废砂处理工部； 7．落砂极其容易，大大降低了落砂的工作量和劳动强度； 8．铸件无飞边毛刺，使清理打磨工作量减少50%以上； 9．可在理想位置设置合理形状的浇冒口，不受分型、取模等传统因素的制约，减少了铸件的内部缺陷； 10．负压浇注，更有利于液体金属的充型和补缩，提高了铸件的组织致密度； 11．组合浇注，一箱多件，大大提高了铸件的工艺出品率和生产效率； 12．减少了加工裕量，降低了机加工成本； 13．易于实现机械化自动流水线生产，生产线弹性大，可在一条生产线上实现不同合金、不同形状、不同大小铸件的生产； 14．可以取消拔模斜度； 15．使用的金属模具寿命可达10万次以上，降低了模具的维护费用； 16．减少了粉尘、烟尘和噪音污染，大大改善了铸造工人的劳动环境，降低了劳 动强度，以男工为主的行业可以变成以女工为主的行业； 17．简化了工艺操作，对工人的技术熟练程度要求大大降低； 18．零件的形状不受传统的铸造工艺的限制，解放了机械设计工作者，使其根据零件的使用性能，可以自由地设计最理想的铸件形状； 19．可减轻铸件重量； 20．降低了生产成本； 21．简化了工厂设计，固定资产投资可减少30∽40%，占地面积和建筑面积可 减少30∽50%，动力消耗可减少10∽20%； 22．消失模铸造工艺应用广泛，不仅适用于铸钢、铸铁，更适用于铸铜、铸铝等； 23．消失模铸造工艺不仅适用于几何形状简单的铸件，更适合于普通铸造难以下手的多开边、多芯子、几何形状复杂的铸件； 24．消失模铸造工艺可以实现微震状态下浇注，促进特殊要求的金相组织的形成，有利于提高铸件的内在质量； 25．在干砂中组合浇注，脱砂容易，温度同步，因此可以利用余热进行热处 理。特别是高锰钢铸件的水刃处理和耐热铸钢件的固溶处理，效果非常理想，能够节约大量能源，缩短了加工周期； 26．利用消失模铸造工艺，可以根据熔化能力，完成任意大小的铸件。 　　八、消失模铸造需要的专用设备 消失模铸造与其他铸造方法的主要区别是它所特有的黑区和白区部分。白区指制模工部和模型组合及涂料烘干工部，黑区指造型浇注工部。 消失模铸造的专用设备有： 白区： 制模工部：预发机、蒸缸、成型机、模型干燥室等 模型组合及涂料烘干工部：涂料研磨机、涂料混制滚筒、模型烘干设备等 黑区： 造型浇注工部：造型振实台、真空系统、砂处理系统、砂箱、雨淋加砂装置、砂箱运输系统等 　　九、消失模铸造生产线 1．简易线：投资少，设备简单，适合小规模、小批量生产 2．流水生产线：系统完整，功能齐全，连续作业，适合大批量、大规模生产 开环线 闭环线 　　十、消失模铸造的关键技术 1．泡塑模型模具制造技术 （1）消失模铸造工艺设计 （2）模具设计 （3）模具调修 2．泡塑模型制造技术 （1）预发泡工艺 （2）模具成型 （3）粘结组合 3．涂料及涂层制备技术 （1）涂料配方 （2）涂料制备 （3）涂料涂敷 （4）涂层干燥 4．微振造型技术 （1）振动台选用 （2）振动参数 （3）操作要点 5．负压浇注技术 （1）真空系数选定 （2）浇注参数 （3）负压规范 6．过滤技术 　　十一、世界消失模铸造技术的发展趋势 　　美国学者c.bates教授等发表了《全球消失模生产技术和市场发展》的论文，比较详细地论述了模样制作、涂料、砂子紧实、浇注、充型和模样热解各个环节的成就和发展趋势，许多北美的企业、高校和行组织联合起来，组成消失模铸造联盟，对该工艺进行进行开发研究，经过不懈的努力，使该工艺得到不断的改善，工艺过程得到更好的控制，也逐渐被更多的铸造界人士所认同，铸造企业和铸件的使用者都从中受益。1999年美国威斯康星大学的一项市场市场调查表明，在未来的6到10年中，消失模工艺的前景一片光明。市场调查表明：在1990年，有6%的铝合金铸件是使用消失模铸造工艺生产的。预计到2007年，将会有29%的铝合金铸件使用该工艺。从1997年起，灰铸铁和球铁方面也有较大增长，目前约有2%的灰铸铁件是由消失模工艺生产的，预计到2009年将达到15%。 　　消失模工艺不断为人们所认识，也为新产品的生产提供了足够的信心。通用（美国）、teksid（美国）、casti（意大利）、intermet（美国）、citation form（美国）、宝马（德国）都已经引进了消失模铸造工艺。 　　十二、我国消失模铸造的应用现状 消失模铸造技术自九十年代开始在我国进入工业化应用，经过十几年的发展，我国的消失模铸造工业具有了一定规模，成为铸造工业的重要组成部分。消失模铸造技术也被国家重点推广而成为改造传统铸造业应用最广泛的高新技术。 但总的来说，我国消失模铸造的生产应用水平与发达国家仍然有很大的差距。目前，我国的消失模铸造厂家大大小小有数百家。但大部分的工厂生产能力都不大（与国外动辄数万吨的生产能力相比差距较大）。 形成这种状况，除了我国的消失模铸造工业起步较晚之外，还因为： （一）很难接受技术和工艺的有偿服务，这是我国企业的“通病”，消失模铸造行业也不例外。我国的生产厂家过去在引进消失模铸造时，过分注重硬件设备的引进，而忽视软技术的引进。消失模铸造对于大多数企业来讲，毕竟是新生事物，从接触到理解到应用需要一个过程，是无法一蹉而就的。靠企业自身的技术力量去探索生产技术、产品工艺等，周期较长。所以，厂家在引进消失模铸造工艺时，应当注意对技术和工艺的引进。 （二）我国国产的消失模铸造设备水平能基本满足生产的需要，但提供者对于消失模铸造技术和生产工艺的掌握却差别不一。我们在引进消失模铸造工艺时，应对供应商进行综合评价。 （三）我国引进消失模铸造的历史不长，既有理论又有实践的消失模铸造技术人才还不多。因此，技术人才的培养，是我国消失模铸造工业迅速发展的迫切需要。 现在，我国的消失模铸造处于一个蓬勃发展的历史时期，只要我们能够吸取经验教训，并作出不懈的努力，前景将会一片光明。 　　十三、消失模应用实例：重型汽车变速箱壳体消失模铸造与树脂砂型铸造对比 项目消失模铸造树脂砂铸造比较 尺寸精度gbct7gbct9↑2级 主要壁厚6.8±0.2mm 6~8mm 重量平均65公斤平均71公斤↓∽10% 重量精度gbct7gbct9↑2级 加工裕量2 mm3~4 mm↓30~50% 废品率内废2%30% 外废0.7%40% 铸件成本310元/件380元/件↓1000元/吨 <A href="http://www.mechnet.com.cn" >【MechNet】</a>

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