金工實習中消失模鑄造的基本技術要求

何楚亮　孫振忠

摘要 金工實習是工科學院學生的重要實踐環節。消失模鑄造作為較先進的鑄造方法在工業領域有著廣泛的應用。在金工實習鑄造教學中引進該項技術，對于學生提高實踐能力，增強工程意識，達到培養目標的要求有著十分重要的作用。就消失模鑄造技術在金工教學中的應用、存在的問題、教學注意事項等展開有益的探討。

關鍵詞 金工實習；消失模鑄造；教學

中圖分類號：TG249.6 文獻標識碼：A 文章編號：1671-489X（2009）09-0054-02

Introduce Basic Technical Requirements of Lost Foam Process in Metalworking Practice//He Chuliang, Sun Zhenzhong

Abstract Metalworking practice is an important aspect of practice for Engineering Academy students. Lost Foam Process as the more advanced casting methods in the industrial field has a wide range of applications. Introduction of the technology of Casting in the metalworking practice teaching have a very important role in the students practical ability to improve and enhance the awareness of the project to achieve the requirements of training objectives. This article has a useful discussion on the application in metalworking teaching, the problems, teaching attention of the Lost Foam Process technology.

Key words metalworking practice；Lost Foam Process；teaching

Authors address School of Mechanical Engineering, Dongguan University of Technology, Dongguan, Guangdong 523808

鑄造行業是制造業的重要組成部分，對國民經濟的發展起著重要作用。面對全球化競爭的挑戰，要十分重視包括鑄造行業在內的材料成形制造業的發展。學生進行金工實習的目的就是通過親自動手來訓練其動手能力，并通過金工實習對各種加工生產方法有更多的了解。作為制造業重要組成部分的鑄造加工業，它是學生金工實習內容中必不可少的。而消失模鑄造技術作為一種鑄件近靜形成形方法，近年來得到了快速發展。在國外，由于機械化、自動化的消失，模鑄造生產線陸續建成投產并產生顯著的經濟和社會效益，使消失模鑄造技術顯現出強大的生命力。隨著該項技術在金工教學中逐漸展開，帶來了一系列技術及安全問題，因此，本文提出消失模鑄造在金工實習中的一些基本技術要求，對于該技術在金工實習中的推廣應用具有重要的現實意義。

1 消失模鑄造工藝特點

消失模鑄造（又稱實型鑄造）是將與鑄件尺寸形狀相似的石蠟或泡沫模型粘結組合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振動造型，在負壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據模型位置，凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法[1]。如圖1所示。

消失模鑄造技術作為一種鑄件近靜形成形方法，近年來得到快速發展。在國外由于機械化、自動化消失模鑄造生產線的陸續建成投產及所產生的顯著的經濟和社會效益，消失模鑄造技術顯現出強大的生命力。其工藝特點有：鑄件精度高、無余量、無需取模、無分型面、無砂芯、沒有飛邊毛刺和拔模斜度。消失模鑄造工藝與其他鑄造工藝一樣，有它的缺點和局限性，并非所有的鑄件都適合采用消失模工藝來生產，要進行具體分析。

2 基本工藝流程

該法按EPC工藝先制成泡塑模型，涂掛特制涂料，干燥后置于特制砂箱中，填入干砂，三維振動緊實，抽真空狀態下澆注，模型氣化消失，金屬置換模型，復制出與泡塑模一樣的鑄件，冷凝后釋放真空，從松散的砂中取出鑄件，進行下一個循環。1）制作泡塑氣化模具（手工、機械）；2）泡塑氣化模具主合后烘干；3）泡塑氣化模具表面刷、噴耐火涂料后再次烘干（一定干透）；4）將特制砂箱置于三維振實臺上；5）填入低砂（干砂）振實、刮平；6）將烘干的泡塑氣化模具放于底砂上，按工藝要求分成填砂，自動振實一定時間后刮平箱口；7）用塑料薄膜覆蓋砂箱口，放上澆口杯，接負壓系統。緊實后進行鋼液澆注，泡塑氣化模具消失，金屬液取代其位置；8）鑄件冷凝后釋放真空并翻箱，取出鑄件，進行下一個循環。

3 金工教學過程中存在的問題與解決方法

3.1 工藝方法決定設備引進模型制作設備：在消失模鑄造工藝中，模型制作是一個非常重要的環節[2]。EPS原料的選擇、模型的加工工藝、尺寸精度、模型密度、澆注時熱解產物多少等因素的控制，是獲得優質鑄件的前提。現有的模型制作都是用包裝EPS板材切割、粘接而成或自制簡易的預發成型設備。采用上述方法制作模型，普遍存在不重視模樣密度變化的現象，經常出現澆注時鐵水從澆口中反噴或鑄件出現冷隔、澆注不足等現象。為此開課前提是EPS珠粒經工藝實驗選定后，選擇適合的EPS成型設備（如圖2所示）。并加強對模型密度的檢驗，增加模型的烘干時間等。

振動堅實設備：振動緊實是消失模鑄造的四大關鍵技術之一，振動的作用是使干砂在砂箱中產生動態流動，提高干砂的充填性及其密度，防止出現鑄造缺陷。在干砂振動充填時，比較理想的狀況是干砂在振動過程中進行有序流動，在保證模型不變形的前提下，均勻地充填到模型的各個部位，使砂箱內型砂獲得較高和較均勻的充填密度。企業的消失模鑄造振動臺多為自制設備，有條件的學校振動設備可自制，也可向企業引進較先進的振動設備（如圖3所示）。

3.2 涂料使用存在問題在消失模鑄造工藝中，使用涂料可提高模樣的剛度和強度，使EPS模樣與鑄型隔離，防止粘砂及鑄型塌陷；在澆注過程中允許模樣高溫分解產物及時順利地通過涂層排出[3]。涂料一般由耐火材料、粘結劑、懸浮劑等組成，各組成物的比例對涂料的性能有很大影響。所以教師必須對涂料組成的作用十分清楚；有些學生在模樣浸涂烘干工序中存在問題，有時為了縮短時間，在第一次涂料未干的情況下就進行下一次浸涂，導致模型內部未充分干燥，其中存在水分；而夏季采用晾曬方法，工藝上存在著不穩定性，造成澆注時反噴或產生氣孔；涂層厚度沒有注意到根據鑄件不同、澆注溫度和鐵水壓頭的變化有所變化。

只有注意并解決了上述問題，并在操作細節上下功夫，就不會產生由于涂料而產生的鑄造缺陷。

3.3 學生在澆注模型過程中必須注意的事項

1）確保安全，灌注學生安全意識。消失模的澆注屬于學生在整個消失模制作過程中有一定危險性的操作，所以必須向學生解釋在澆注過程的注意事項和安全規程，包括熔爐的使用，正確指導學生使用熔解電爐，以免因為使用不當而引致危險。嚴格要求學生在實習過程中遵守紀律，澆注過程中要保持冷靜，注意熱飛濺物，因為澆注過程會有不同情況發生，應做好應急措施。

2）現場操作。澆注過程中最關鍵的兩點就是熔解材料的溫度控制和澆口道的設計，溫度的控制并不難，因為大部分的熔爐都有溫度表，只要跟學生說清澆注材料的控溫范圍，一般都沒問題。而為了排出氣體和模樣氣化殘渣，直澆道要有足夠的高度使金屬液有足夠的壓頭，以推動金屬液流穩定快速充型，確保鑄件表面完整清晰。為保證有足夠的流量使澆注過程不斷流，并很快建立起動壓頭，可改用較大的澆口杯。直澆道做成中空來減少發氣反噴，增大開始澆注時的壓頭。

消失模鑄造采用負壓干砂振動造型，采用此種方法造型時鑄型強度遠大于濕型砂強度。采用抽負壓方法可提高鑄型的穩定性，及時抽走模樣氣化時產生的熱解氣化產物。

指導學生判斷正確的取件時間，并檢查鑄件，檢討整個消失模鑄造過程還存在的問題。

4 結束語

消失模鑄造工藝由于其設備投資少、成本低等特點，近幾年得到了快速發展。許多鑄造企業越來越多地采用該項技術。所以在金工實習當中指導學生安全而正確地進行消失模鑄造實習相當重要，對于學生提高實踐能力，增強工程意識，達到培養目標的要求有著十分重要的作用。

參考文獻

[1]清華大學金屬工藝學教研組編.金屬工藝學實習教材[M].北京:人民教育出版社,1982

[2]嚴紹華,張學政.金屬工藝學實習[M].北京:清華大學出版社,1992

[3]陳洪勛,張學仁.金屬工藝學實習教材[M].北京:機械工業出版社,1995