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消失模铸造工艺简述
    消失模铸造是把涂有耐火材料涂层泡沫塑料模样放入砂箱，模样四面用干砂充填，采取微震加负压紧实，在没有芯子情况下浇注液态金属，在浇铸和凝固过程中继续保持一定负压，使泡沫塑料气化继而被金属替换形成铸件一个新型铸造工艺方法。
    一．消失模铸造工艺步骤以下：
    1）预发泡
    模型生产是消失模铸造工艺第一道工序，复杂铸件如汽缸盖，需要数块泡沫模型分别制作，然后再胶合成一个整体模型。每个分块模型全部需要一套模具进行生产，另外在胶合操作中还可能需要一套胎具，用于保持各分块正确定位，模型成型工艺分为两步，第一步是将聚苯乙烯珠粒（EPS）预发到合适密度，通常经过蒸汽快速加热来进行，此阶段称为预发泡。
    2）模型成型
    经过预发泡珠粒要优异行稳定化处理，然后再送到成型机料斗中，经过加料孔进行加料，模具型腔充满预发珠粒后，开始通入蒸汽，使珠粒软化、膨胀，挤满全部空隙而且粘合成一体，这么就完成了泡沫模型制造过程，此阶段称为蒸压成型。
    成型后，在模具水冷腔内经过大流量水流对模型进行冷却，然后打开模具取出模型，此时模型温度较高而强度较低，所以在脱模和储存期间必需谨慎操作，预防变形及损坏。
    3）模型簇组合
    模型在使用之前，必需存放合适时间使其熟化稳定，经典模型存放周期多达30天，而对于用设计独特模具所成型模型仅需存放2个小时，模型熟化稳定后，可对分块模型进行胶粘结合。大批量生产铸件其分块模型胶合必需使用热熔胶在自动胶合机上进行，才能确保粘合精度。中小批量生产铸件可采取冷粘胶手工粘合，胶合面接缝处应密封牢靠，以降低产生铸造缺点可能性
    4）模型簇浸涂、干燥
    为了每箱浇注可生产更多铸件，有时将很多模型胶接成簇，把模型簇浸入耐火涂料中，然后在大约30～60C（86-140F）空气循环烘炉中干燥2～3个小时，干燥以后，将模型簇放入砂箱，填入干砂振动紧实，必需使全部模型簇内部孔腔和外围干砂全部得到紧实和支撑。
    5）浇注
    模型簇在砂箱内经过干砂振动充填坚实后，抽真空形成负压加强紧实度，铸型就可浇注，熔融金属浇入铸型后，模型气化被金属所替换形成铸件。 在消失模铸造工艺中，浇注速度比传统空型铸造更为关键。假如浇注过程中止，砂型就可能塌陷造成废品。所以为降低每次浇注差异，最好使用自动浇注机。
    6）落砂清理
    浇注以后，负压保持一段时间后释放真空，铸件在砂箱中凝固和冷却，然后落砂。铸件落砂相当简单，倾翻砂箱铸件就从松散干砂中掉出。随立即铸件进行自动分离、清理、检验并放到铸件箱中运走。
    干砂经砂处理系统处理冷却后可重新使用，极少使用其它附加工序，金属废料可在生产中重熔使用。
   二． 消失模铸造工艺优点
   1）铸件精度高:消失模铸造是一个近无余量、正确成型新工艺,该工艺无需取模、无分型面、无砂芯,所以铸件没有飞边、毛刺和拔模斜度,并降低了因为型芯组合而造成尺寸误差。铸件表面粗糙度可达Ra3.2至12.5μm；铸件尺寸精度可达CT7至9；加工余量最多为1.5至2mm，可大大降低机械加工费用，和传统砂型铸造方法相比，能够降低40%至50%机械加工间。
2）设计灵活:为铸件结构设计提供了充足自由度。能够经过泡沫塑料模片组合铸造出高度复杂铸件。
3）无传统铸造中砂芯  所以不会出现传统砂型铸造中因砂芯尺寸不准或下芯位置不正确造成铸件壁厚不均。
4）清洁生产 型砂中无化学粘结剂,低温下泡沫塑料对环境无害,旧砂回收率95%以上。
5）降低投资和生产成本 减轻铸件毛坯重量,机械加工余量小。
所以,消失模铸造技术符合铸造发展总趋势,有着广泛发展前景。
三．消失模铸造工艺缺点和不足
消失模铸造工艺和其它铸造工艺一样，有它缺点和不足，并非全部铸件全部适合采取消失模工艺来生产，要进行具体分析。关键依据以下部分原因来考虑是否采取这种工艺。
1）铸件批量  批量越大,经济效益越可观。
2）铸件材质 其适用性好和差次序大致是:灰铸铁--非铁合金--一般碳素钢--球墨铸铁--低碳钢和合金钢;这是因为泡沫塑料在浇注过程中燃烧分解物对合金溶液影响作用不一样。比如对含碳低铸钢件，采取消失模铸造可能使铸件表皮出现增碳问题，所以决定生产之前需经过必需准备以不致使工艺试验、调试周期过长。
3）铸件大小 关键考虑对应设备使用范围（如振实台，砂箱）。
4）铸件结构 铸件结构越复杂就越能表现消失模铸造工艺优越性和经济效益,对于结构上有狭窄内腔通道和夹层情况,采取消失模工艺前需要预优异行试验,才能投入生产。对部分现实状况简单、用砂型铸造方法也可生产出高质量铸件，而且其生产效率、铸件成本比用消失模工艺低，这种情况就不一定采取消失模铸造方法。

四．消失模铸造工艺在中国发展现实状况：
经过十多年生产实践，中国采取消失模技术进行铸造生产企业，已由开始阶段不到十家发展到现在数百家。消失模铸造生产在中国有很多成功实例，没有达成预期效果而下马企业也有相当多数量。分析成功经验和失败教训，对于消失模铸造在中国发展前景，关键在于对这种工艺认知程度，在于对该工艺生产系统优化控制，包含对原材料、涂料技术、干砂紧实技术和消失模铸造工艺技术优化控制等。
五．对消失模铸造生产系统优化控制
1）原材料优化控制

消失模铸造生产需要原材料大致分为模型原材料、干砂原材料、涂料原材料、合金熔炼原材料等多个方面。因为消失模铸造工艺是一项系统工程，原材料选择尤为关键。所以控制多种原材料质量和参数就成了消失模铸造成败基础。
模型材料通常称之为珠粒，铸造上采取珠粒通常分为两种类型，即聚苯乙烯(EPS-Polystyrene)珠粒和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA-Polymethyl Methacrylate)珠粒，二者全部属于高分子材料。另外还有一个EPS+PMMA聚合物。对于低碳钢铸件，模型材料中碳易使铸件表面产生增碳现象，从而造成多种碳缺点。其中EPS(含碳92％)、EPS＋PMMA共聚物、PMMA(含碳60％)对铸件增碳影响程度依次减小。另外，模型密度是其发气量关键控制参数，上述三种材料发气量从小到大依次为EPS、PS＋PMMA共聚物、PMMA。同时，珠粒尺寸应依据所生产铸件壁厚进行选择，通常情况下，厚大铸件选择较粗粒径珠粒，反之薄壁铸件选择较细粒径珠粒，使铸件最薄部位保持三个珠粒以上为宜。
另外，模型材料预发和成形控制也是技术成功一个关键。通常情况下，预发珠粒其密度控制在约0.024～0.03g/cm3，其体积约为原珠粒体积30倍。成形模型密度控制在约0.02～0.025g/cm3。
干砂是消失模铸造造型材料，因为该工艺特点，选择干砂应和生产铸件材质相关，高温合金采取耐火度较高、颗粒较粗干砂。现在干砂关键使用天然石英砂，应去除砂中铁渣、粉尘和水分，并保持使用温度不高于50℃。
涂料是消失模铸造中必不可少原料，现在很多铸造厂采取自制涂料。涂料关键作用是提升模型强度和刚度、预防破坏或变形；隔离金属液和铸型；排除模型气化产物；确保铸件表面质量等。消失模涂料中耐火骨料关键有锆英粉、铝矾土、棕刚玉粉、石英粉、滑石粉、莫来石粉、云母粉等。其粒径级配应兼顾预防粘砂和高温透气性，粒形有利于提升透气性，通常选择一定数量球状颗粒，有利于模型气化后气体逸出或模型不完全分解液化产物排除。
2）涂料制配控制
消失模铸造涂料载体多采取水基，以利于环境保护。其粘接剂关键包含粘土、水玻璃、糖浆、纸浆废液、白乳胶、硅溶胶等。在选择粘接剂考虑以下多个方面原因：高温发气性；涂挂性；涂层强度和刚度；浸蚀模型性等。悬浮剂用于预防涂料发生沉积、分层、结块，使涂料含有触变性。通常可采取膨润土、凹凸棒石粘土、有机高分子化合物及其复合体等。另外消失模涂料中还需添加表面活性剂，以增加涂料涂挂性，提升涂料和模型表面亲和性和结合强度。另外还常常加入其它添加剂，如消泡剂、减水剂、防腐剂、颜料等。
为此，要求涂层含有良好强度、透气性、耐火度、绝热性、耐急冷急热性、吸湿性、清理性、涂挂性、悬浮性等。综合起来关键包含工作性能和工艺性能。
涂料工作性能包含强度、透气性、耐火度、绝热性、耐急冷急热性等，关键是在浇注和冷却过程中应含有性能，其中最关键是强度和透气性。而涂料工艺性能包含涂挂性、悬浮性等，关键是在涂挂操作中所要求性能。
通常消失模铸造多采取水基涂料，涂料和模型通常不润湿，从而要求改善水基涂料涂挂性。涂挂性是指模型涂挂涂料后通常需要悬挂干燥，期望涂料在涂挂后立即不滴不淌，确保涂料层均匀性，降低环境污染。悬浮性是指涂料在使用过程中，涂料保持密度均匀性，不发生沉积现象。
涂料制配工艺控制是涂料技术关键步骤。国产涂料多采取碾混、辊混或搅拌工艺。依据生产实践，碾混和辊混其质量优于搅拌。提议有条件企业可采取碾混或辊混方法制配涂料。
因为不一样合金对涂料作用情况不一样，提议依据合金种类不一样研制对应涂料，如铸铁涂料、铸钢涂料、有色合金涂料等。在涂料配置和混制过程中，应尽可能使用合理骨料级配，使骨料和粘接剂及其它添加剂混合均匀。
除了涂料性能达成要求外，涂敷和烘干工艺对生产也含有一定影响。生产上多采取浸涂，最好是一次完成。也能够分两次涂敷，但应每次涂敷后要进行烘干，烘干时注意烘干温度均匀性和烘干时间，确保涂层干燥根本并不开裂。
3）干砂造型工艺控制
干砂造型是将模型埋入到砂箱中，在振动台上进行振动紧实，确保模型周围干砂充填到位并取得一定紧实度，使型砂含有足够强度抵御金属液冲击和压力。
干砂造型第一步是向砂箱中加入干砂，加砂时为确保干砂充填到位，首先在砂箱中加入一定厚度底砂并振动紧实，然后放入模型簇，再加入一定厚度干砂，将模型簇埋入到三分之一到二分之一，再进行合适振动，以促进干砂向模型内腔充填。最终填满砂箱进行振动，振动时间不宜过长，以确保模型不出现损坏和变形，同时确保涂料层不发生脱落和裂纹。
振动参数应依据铸件结构和模型簇形式进行选择，对于多数铸件，通常应采取垂直单向振动，对于结构比较复杂铸件，可考虑采取单向水平振动或二维和三维振动。振动强度大小对干砂造型影响很大，用振动加速度表示振动强度。对于通常复杂程度铸件和模型簇，振动加速度在10～20m/s2之间。而振幅是影响模型保持一定刚度关键振动参数，消失模铸造振幅通常在0.5～1mm[4]。振动时间选择比较微妙，应结合铸件和模型簇结构进行选择。但总体上振动时间约控制在1～5min为宜。同时底砂、模型簇埋入二分之一时振动时间尽可能要短，可选择1～2min，模型簇全部埋入后振动时间通常控制在2～3min即可。
4）铸造工艺控制
消失模铸造工艺包含浇冒口系统设计、浇注温度控制、浇注操作控制、负压控制等。
浇注系统在消失模铸造工艺中含有十分关键地位，是铸件生产成败一个关键。在浇注系统设计时，应考虑到这种工艺特殊性，因为模型簇存在，使得金属液浇入后行为和砂型铸造有很大不一样。所以浇注系统设计肯定和砂型铸造有一定区分。在设计浇注系统各部分截面尺寸时，应考虑到消失模铸造金属液浇注时因为模型存在而产生阻力，最小阻流面积应略大于砂型铸造。
因为铸件品种繁多、形状各异，每个铸件具体生产工艺全部有各自特点，而且千差万别。这些原因全部直接影响到浇注系统设计结果正确性。为此，可将铸件以某种方法进行分类。针对中小铸件，可按铸件生产工艺特点进行分类，如表1所表示[2]。模型簇组合方法可基础反应铸件特点，和铸件补缩形式。浇注系统各部分截面尺寸和铸件大小、模型簇组合方法和每箱件数全部相关系。为此，在设计新铸件工艺时，应依据铸件特征，参考同类铸件浇注系统特点有针对性地进行计算。
表1 铸件分类
模型模型簇组合方法
应用范围
补缩方法
一箱一件
较大铸件
冒口补缩
组合在直浇道上（无横浇道）
小型铸件
直浇道（或冒口）补缩
组合在横浇道上
小型铸件
横浇道（或冒口）补缩
组合在冒口上
小型铸件
冒口补缩
因为模型存在，在浇注过程中模型气化需要吸收热量，所以消失模铸造浇注温度应略高于砂型铸造。对于不一样合金材料，和砂型铸造相比，消失模铸造浇注温度通常控制在高于砂型铸造30～50℃。这高出30～50℃金属液热量可满足模型气化需要热量。浇注温度过低铸件轻易产生浇不足、冷隔、皱皮等缺点。浇注温度过高铸件轻易产生粘砂等缺点。
消失模铸造浇注操作最忌讳是断续浇注，这么轻易造成铸件产生冷隔缺点，即先浇入金属液温度降低，造成和后浇注金属液之间产生冷隔。另外，消失模铸造浇注系统多采取封闭式浇注系统，以保持浇注平稳性。对此，浇口杯形式和浇注操作是否平稳关系亲密。浇注时应保持浇口杯内液面保持稳定，使浇注动压头平稳。
负压是黑色合金消失模铸造必需方法。负压作用是增加砂型强度和刚度关键确保方法，同时也是将模型气化产物排除关键方法。负压大小及保持时间和铸件材质和模型簇结构和涂料相关。对于透气性很好、涂层厚度小于1mm涂料，对铸铁件负压大小通常在0.04～0.06MPa，对于铸钢件取其上限。对于铸铝件负压大小通常控制在0.02～0.03MPa。负压保持时间依模型簇结构而定，每箱中模型簇数量较大情况，可合适延长负压保持时间。通常是在铸件表层凝固结壳达成一定厚度即可却去负压。对于涂层较厚及涂料透气性较差情况，可合适增大负压及保持时间。
六．　影响消失模铸造缺点原因

1）模型制造
在消失模生产工艺中,模型制造是一个关键步骤, EPS原料选择、模型加工精度、模型密度、浇注时热分解产物等原因全部对取得优质铸件相关键影响。
现在常见模具制作方法有以下多个:
A ) 用EPS板材切割粘连而成; 2)自己设计图纸,外委加工; 3)自制简易预制设备。
采取上述方法制作模型普遍存在不重视模样密度改变现象,尤其是委托外厂加工时水分不易控制,常常出现浇注时铁水反喷或铸件出现冷隔,浇不足现象。所以在生产过程中经过加强对模型密度检验,增加模型烘干时间等方法加以处理,假如条件许可,最好用电窑缓慢烘干,以确保烘干缓慢根本,且模样不变形。EPS颗粒经试验选定后,不能随意更改,并严格检验。

2）　振动存在问题
振动紧实是消失模四大关键技术之一。振动作用使干砂在砂箱中产生动态流动,提升干砂充实性及密度,预防出现铸造缺点。在干砂振动充填时,比较理想状态是:干砂在振动过程中进行有序流动,在确保模型不变形情况下,均匀地填充到模型各个部位,使模型取得较高和较均匀充型密度。但在振动过程中,常出现模样变形、涂料层开裂等现象,经分析关键是激振力过大,同一组电机偏振块不平衡等现象,为此关键调整振力、振幅和振动时间,对尺寸较大而简单铸件,能够用垂直振动或水平振动并把振幅减小等方法加以处理。另外,型砂粒度搭配合理,既能确保紧实度又能确保透气性。

3）　涂料使用问题
在消失模铸造中,涂料使用能够提升模样强度和刚度,使EPS模样和砂型隔离,预防出现粘砂和铸型塌陷,在浇注过程中,模样高温分解产物顺利经过涂层排出,涂层通常由耐火材料、粘结剂和悬浮剂组成。各组成物要有适宜配比,才能取得良好效果。假如随意改变配比和配制工艺,会使涂料性能大大下降。如降低骨料,降低悬浮剂,混制时间短等。在模样烘干过程中,第一次烘干根本才能进行下一次喷涂,不能使模样存有水分。有时夏季只采取晒干方法,因为干燥时间缓慢,涂料均匀性降低,干燥不根本,造成铸件局部有粘砂现象,而且造成浇注时反喷或产生气孔。另外涂层厚度应随铸件壁厚有所改变,厚壁铸件涂层应厚些,相反要薄些。涂料最好采取喷涂方法,以确保涂层均匀。

4）　浇注过程中存在问题
消失模铸造在浇注时为了排除气体和汽化残渣,直浇道要有足够高度,确保金属液有足够压头。浇口杯要足够大,使金属液快速充型,确保铸件轮廓清楚,因为消失模铸造采取是负压干砂真空振动造型,采取此方法铸型强度远大于湿型强度,采取抽负压方法可提升铸型稳定性。要立即抽走模样气化时产生热解氧化产物。假如操作不妥,将会造成铸造缺点。所以在生产中依据实际情况调整负压。浇注时,开始应慢浇,然后快浇,以确保气体顺利排出铸型。

整理于 .11.23