第一章 消失模泡沫鑄造簡(jiǎn)介

1.1.1消失模鑄造發(fā)展概況

消失模鑄造技術(shù)是用泡沫塑料（EPS、STMMA或EPMMA）制成與鑄件結(jié)構(gòu)、尺寸完全一樣的模樣，經(jīng)浸涂耐火黏結(jié)涂料（起強(qiáng)化、光潔作用）烘干后埋入特殊砂箱干砂造型，經(jīng)三維或二維微震加負(fù)壓緊實(shí)，不用泥芯、活塊甚至無冒口的情況下澆入熔化的合金液，整個(gè)過程保持著一定的負(fù)壓，是模樣受熱氣化分解進(jìn)而被合金液取代的一次性成型鑄造新工藝。消失模鑄造有多種不同的叫法，，國內(nèi)主要叫干砂實(shí)型鑄造、負(fù)壓實(shí)型鑄造，簡(jiǎn)稱EPC鑄造。國外的叫法主要有l(wèi)ost foam process（美國）、policast process(意大利)等。它與傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)相比，具有很大的優(yōu)勢(shì)，被國內(nèi)外的鑄造界譽(yù)為“21世紀(jì)的鑄造技術(shù)”和“鑄造工業(yè)的綠色革命”。

消失模鑄造綜合了“磁型鑄造”和“V法鑄造”，1956年美國人H.F.Shoyer開始了將聚苯乙烯泡沫塑料用于鑄造的實(shí)驗(yàn)，并獲得成功，，引發(fā)了人們的極大興趣。1958年以zhuanli的形式公布于眾，當(dāng)時(shí)稱之為“無型腔鑄造”。起初此法只是用來制造金屬雕像和藝術(shù)品鑄件，經(jīng)多年實(shí)踐和探索，1962年原聯(lián)邦德國從美國引進(jìn)zhuanli，消失模鑄造法才逐步被開發(fā)，并在工業(yè)上得到應(yīng)用和推廣。1999年美國人威斯康星大學(xué)的一項(xiàng)調(diào)查表明，在1990年有6%的鋁合金鑄件是使用該工藝。從1997年起灰鑄鐵和球鐵方面也有較快增長(zhǎng)，到2009年達(dá)到15%。

中國研究和發(fā)展消失模鑄造的歷史和國外基本相似，某些方面如STMMA泡沫塑料已接近或達(dá)到國外技術(shù)水平，并具有獨(dú)到之處。20世紀(jì)80年代后，有多家單位制造可發(fā)性聚苯乙烯預(yù)發(fā)泡機(jī)和發(fā)泡成型機(jī)，其中阜陽聯(lián)發(fā)消失模成型設(shè)備廠與EPS、STMMA粒料同步配套發(fā)展。中國的消失模鑄造技術(shù)也被國家重點(diǎn)推廣，消失模工業(yè)具有了一定的規(guī)模，成為鑄造行業(yè)的重要組成部分，生產(chǎn)鑄件在鑄造行業(yè)中所占比重不斷提高，消失模鑄造已成為改造傳統(tǒng)鑄造廠家應(yīng)用的最為廣泛的高新技術(shù)之一。但總的來說，中國消失模鑄造生產(chǎn)應(yīng)用水平與發(fā)達(dá)國家仍有差距。

目前消失模鑄造技術(shù)在國內(nèi)主要應(yīng)用在以下幾個(gè)方面。

（1） 應(yīng)用的鑄件合金種類 : 鋁合金，鎂合金，銅合金，灰鑄鐵，球墨鑄鐵，特種鑄鐵（高鉻鑄鐵，抗磨鑄鐵，耐磨鑄鐵，耐蝕鑄鐵），普通碳鋼，中、高碳低合金抗磨鋼，特種鑄鋼（高錳鋼、鎳鉻耐熱鋼、耐蝕鋼）及不銹鋼等。

（2） 應(yīng)用成功的典型鑄件

1抗磨鑄件：鉻系磨球、高錳鋼襯板、高鉻鑄鐵錘頭、挖掘機(jī)鏟齒（貝氏體鋼、高鉻鑄鐵）等；

2耐熱鑄件：耐熱鑄鐵鑄鋼爐蓖條、熱處理底板、料柜、料架等；

3管件：各種規(guī)格的灰鑄鐵、球鐵管件以及軋鋼鋼管內(nèi)襯高鉻鑄鐵或以上復(fù)合管件；

4閥類鑄件：鑄鋼ZG25、ZG35閥體、閥蓋、球鐵閥體閥蓋；

5工程機(jī)械件：斗齒、齒輪、齒條、叉車鑄鋼件球鐵的ADI鑄件；

6箱（殼）體鑄件：變速箱殼體、差速器殼體、轉(zhuǎn)向器殼體、電機(jī)殼體、消防栓殼體、炮彈殼體等；

7汽車制動(dòng)系統(tǒng)鑄件：剎車轂、剎車盤；

8曲軸：壓縮機(jī)曲軸、汽車發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸；

9進(jìn)排氣管：鋁進(jìn)氣管、球鐵4缸汽車排氣管、灰鑄鐵6缸柴油機(jī)排氣管等；

10后橋鑄件：鑄鋼、鑄鐵后橋殼體；

11支架類鑄件：鐵路ZG25鋼支板、汽車彈簧支架、高速公路欄桿、ZG35支架等；

12缸體缸蓋鑄件：壓縮機(jī)缸體、單缸機(jī)缸體、汽車4缸缸體缸蓋；

13其他零件：縫紉機(jī)機(jī)頭、踏板、支架、農(nóng)機(jī)曲柄支架、犁頭、犁導(dǎo)板等。

1.1.2消失模鑄造工藝流程

消失模鑄造工藝流程：

1、制作泡塑白模，組合澆注系統(tǒng)，白模表面刷、噴特制耐高溫涂料并烘干。

2、將特制隔層砂箱置于震動(dòng)工作臺(tái)上，填入底砂（干砂）震實(shí)，刮平，將烘干的白模放于底砂上，填滿干砂，微震適當(dāng)時(shí)間刮平箱口。

3、用塑料薄膜覆蓋，放上澆口杯，接真空系統(tǒng)吸真空，干砂緊固成型后，進(jìn)行澆注，白模氣化消失，金屬液取代其位置。

4、釋放真空，待鑄件冷凝后翻箱，從松散的干砂中取出鑄件。

1.1.3消失模鑄造工藝分類及特點(diǎn)

消失模鑄造根據(jù)其鑄型材料可分為自硬砂消失模鑄造（及潮型有粘結(jié)劑）和干砂（干型無黏結(jié)劑)消失模鑄造；根據(jù)澆注條件可分為普通(大氣壓力下)消失模鑄造和真空負(fù)壓消失模鑄造。與傳統(tǒng)的砂型鑄造相比，大量生產(chǎn)的消失模鑄造有以下工藝特征 :

①模樣與鑄件形狀完全一致，尺寸大小僅差金屬收縮量的泡沫塑料模樣保留在鑄型內(nèi)，形成“實(shí)型”鑄型，而非傳統(tǒng)砂型的“空腔”鑄型。

②型砂為無黏結(jié)劑，無水分，無任何附加物的干石英砂、鎂橄欖石砂、鉻砂、鎂砂、寶珠砂等。

③澆注時(shí)，泡沫塑料模樣在高溫液體合金作用下不斷地分解、裂解、氣化，發(fā)生合金液一模樣置換過程，而不同于傳統(tǒng)“空腔”(空型)鑄造，是一個(gè)液體合金液的充填型腔過程。制作一個(gè)鑄件就要“消失”掉一個(gè)泡沫塑料模樣。

④泡沫塑料模樣可以分塊成型再進(jìn)行粘接組合。模樣形狀(及鑄件形狀)基本上不受任何限制(手工切割、機(jī)器成型、組合粘接均可)。

鑄件與型砂自動(dòng)分離

清理
   
需打磨飛邊毛刺及內(nèi)澆口
   
只需打磨內(nèi)澆口，無飛邊毛刺

(1)采用消失模鑄造工藝應(yīng)注意的問題。盡管消失模鑄造有著無與倫比的優(yōu)勢(shì)，但任何一種鑄造工藝僅適用于一定范圍,故采用消失模鑄造工藝必須認(rèn)真考慮以下問題:

①應(yīng)考慮綜合經(jīng)濟(jì)效益：對(duì)具體鑄件、材質(zhì)、大小、形狀、結(jié)構(gòu)、批量、價(jià)格等應(yīng)作詳細(xì)經(jīng)濟(jì)考核、成本核算、技術(shù)能力考核。例如，有廠采用消失模鑄造來生產(chǎn)批量不大的不同種類的幾種鑄鐵電動(dòng)機(jī)機(jī)殼和油泵泵體，且僅僅作為鑄件毛坯而提供給下一道工廠，但對(duì)方認(rèn)購價(jià)格每噸價(jià)位又不高。即使使用EPS制模樣，其模樣消耗成本0．03～O．04元／g，再加上工藝不穩(wěn)定，廢品率不少，投產(chǎn)一段時(shí)間后發(fā)現(xiàn)無利可圖，甚至賠錢的不良經(jīng)濟(jì)效果。只好又返回到黏土砂鑄造工藝來生產(chǎn)。如果作為本單位的鑄件毛坯，即使微利保本，但總體為下一道機(jī)加工創(chuàng)造了條件也是可取的，因?yàn)殍T件質(zhì)量劃一。

②工藝技術(shù)要做充分準(zhǔn)備：復(fù)制、仿造、或匆忙上消失模生產(chǎn)線都是不可取的。如某廠急速上球鐵管件生產(chǎn)線，既沒有技術(shù)工程人員，又沒有管件產(chǎn)品推銷人員，經(jīng)過一段時(shí)間，更由于市場(chǎng)的變化管件滯銷，因此匆匆停線，生產(chǎn)線擱置。

③要考慮材質(zhì)鑄件用途：照搬、復(fù)制、未結(jié)合本廠鑄件的實(shí)際，上了消失模鑄造生產(chǎn)線后也會(huì)問題百出。如某廠從別處引進(jìn)1000t／年小型消失模鑄造鑄鋼廠，設(shè)備20萬～30萬元，由于一套工藝是按高錳鋼鑄造工藝配套，鎂橄欖石砂做干砂，其粉料做涂料骨料，鑄件合格率很高，成品質(zhì)量很好，有利可取。但到該小廠后鑄件是ZG25，輸出方不懂ZG25生產(chǎn)工藝，輸入引進(jìn)方急盼對(duì)方解決，因此探索了好長(zhǎng)一段時(shí)間才進(jìn)入生產(chǎn)ZG25鑄件門道，損失不少。

④要考慮生產(chǎn)發(fā)展因素：上了消失模生產(chǎn)線，沒有考慮生產(chǎn)發(fā)展余地，如幾家企業(yè)上了消失模生產(chǎn)線，引進(jìn)管件、抗磨件生產(chǎn)，原考慮一班或二班，后該地區(qū)對(duì)鑄件要求量急增，需二班或三班生產(chǎn)，生產(chǎn)量的大幅提高暴露了設(shè)備沒有后勁，砂冷卻處理能力不足，欲上生產(chǎn)量設(shè)備力不從心，拆去可惜又無實(shí)力再上生產(chǎn)量大的生產(chǎn)線，欲進(jìn)不能，欲退不能，勉強(qiáng)支撐了一段時(shí)間。沒有確定長(zhǎng)遠(yuǎn)鑄件業(yè)務(wù)而上馬。某廠上了一條3000t／年鑄鋼消失模生產(chǎn)線，完成了1／3任務(wù)后由于種種原因沒有鑄件生產(chǎn)任務(wù)，停機(jī)待任務(wù)。

⑤不宜用消失模鑄造工藝的鑄件：如低鉻鑄鐵磨球，用消失模鑄造低鉻鑄鐵磨球，由于干砂冷速慢，要采用淬火、正火等熱處理才能提高硬度和耐磨性，但性能不及金屬型澆注磨球，金屬型澆注一則可獲得表面碳化物大小形狀分布均勻的鑄造硬殼磨球；二則成本低可采用鑄態(tài)正火或霧淬，從而降低成本，泡沫模樣O．03～0．04元／g成本可免除。

⑥正確認(rèn)識(shí)科學(xué)對(duì)待消失模鑄造工藝：有一些人從事砂型鑄造廠，參觀了一些消失模鑄造廠或附近用消失模生產(chǎn)車間，特別是采用簡(jiǎn)易消失模鑄造廠家，以為簡(jiǎn)單方便，泡沫模樣可以買EPS包裝材料的廢品或板材來切割加工拼粘，涂料自制，三維震實(shí)臺(tái)自制，真空泵購買，投入消失模生產(chǎn)，折騰了大半年以后還是重新購買消失模鑄造機(jī)械設(shè)備和白區(qū)發(fā)泡成型設(shè)備而進(jìn)行生產(chǎn)。

某高錳鋼鑄造廠完全照搬同行的消失模鑄造襯板、錘頭等，砂箱仿制，箱壁電鉆鉆孔，模樣采用廢舊包裝泡沫材料切割粘接，生產(chǎn)后從來沒有穩(wěn)定過，因?yàn)槟淤|(zhì)量從不劃一。

綜上所述，凡認(rèn)真、系統(tǒng)、全面分析，統(tǒng)籌策劃，采用消失模鑄造工藝的大中廠家，均獲得可佳效果。一些中小鑄造廠隨意的上消失模生產(chǎn)工藝往往出現(xiàn)上述情況，事倍功半反而體現(xiàn)不出消失模鑄造工藝的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)。

(2)消失模鑄造工藝的不足:

①復(fù)雜大鑄件，模具制造比較復(fù)雜，成本較高，費(fèi)工費(fèi)時(shí)，一個(gè)模具一個(gè)鑄件，一次性投資較多。

②一個(gè)泡沫模樣只能用一次。制作泡沫模樣只能用一個(gè)模具，制作泡沫模樣環(huán)節(jié)周期長(zhǎng)，調(diào)試費(fèi)工。

③泡沫粒料EPS價(jià)格是STMMA(C5 H8)的1／5～1／4，但適用有局限性，后者較貴，對(duì)降低鑄件成本不利。

④對(duì)設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)的工藝要求較高，才能避免鋁合金的冷隔，灰鑄鐵、球墨鐵鑄件中碳缺陷。

5低碳鋼使用EPS增碳問題，要通過粒料的改變、工藝的設(shè)計(jì)才能得以控制，工藝不當(dāng)極易產(chǎn)生氣孔。

6工藝系統(tǒng)環(huán)環(huán)相扣，管理務(wù)必要嚴(yán)格認(rèn)真，松懈不得。