消失模鑄造工藝技術探討

高勇宏

摘要：本文通過對消失模生產工藝原理的探討，對消失模白區和黑區工藝制作以及耐火涂料對消失模鑄造重要性的分析和探討，歸納出消失模在鑄造工藝中的優勢與缺陷，為日常消失模的生產、使用提供實用依據。

關鍵詞：消失模;鑄造工藝;探討

1 ?消失模技術在鑄造生產中工作原理

消失模鑄造工藝技術，通常用英文簡稱EPC，在業內又叫作氣化模鑄造或者是實型鑄造?；镜墓に囋硎菍⒑皖A成型鑄件尺寸外形相似的石蠟模型或泡沫模型粘結組合成模型簇，然后在模型簇外表面刷涂耐火涂料并加熱烘干后，然后埋在干石英砂中振動制造成形，在負壓作用下進行澆注，使預設模型快速氣化，高溫液體金屬占據了預制的模型位置，待高溫液體凝固冷卻后形成鑄件，這樣一種新型鑄造方法。

消失模鑄造這種工藝技術，是一種成形率高，需要在加工余量小，毛坯可以精確成型的新型鑄造方法，這種新型的鑄造方法的優點可以不需要將預制作好的樣模從模腔中再取出來，同時在產品外觀上，也看不到分模線，在消失模鑄造過程中也沒必要使用砂芯，所以在成形的產品上沒有毛邊、毛刺以及拔模角等鑄造缺陷，同時可以減少由于型芯、分箱等組合造成的尺寸偏差等問題。

鑄造完成以后機械加工余量可以降低到1.5mm到2mm，由于加工余量的降低就可以減少機械制造后續加工消耗相關的費用，使用消失模鑄造工藝與傳統的砂型鑄造方法相比，機械加工量可以大大降低，可以減少40%至50%的機械加工量。該項技術，在1958年由美國H.F.shroyer首先發明創造，后來經過德國、日本以及意大利等國家相關技術人員的科研攻關不斷完善，在上世紀八十年代以后，該項技術在全球范圍內迅速的發展。

上世紀八十年代，中國也引進消失模鑄造生產技術。近年來，消失模鑄造工藝在國內的快速發展，發展成果非常樂觀。我國云南昆明的一家鑄造機械廠在消失模研發領域做的比較好，其產品已經出口到馬來西亞等周邊一些國家。另外，清華大學、華中科技大學等高等院校對消失模技術的研發做出了寶貴的貢獻。（圖1）

2 ?消失模技術工藝流程

消失模鑄造的工藝流程分為白區與黑區兩大部分。

①消失模白區工藝流程：白區主要是制作泡沫模型的一個程序。發泡成型工藝要首先考慮鑄件的壁厚以及材質，要選擇適合它的發泡劑（原始的發泡珠粒）。找到合適的發泡珠粒后，再將原始珠粒放入到間歇式予發機，進行發泡。發泡時要考慮工藝要求，比如：密度、強度等指標。再經過予發機硫化床干燥后，再運送到熟化倉內進行熟化。然后進入成型車間內，將熟化后的珠粒注入到預制件模具中，在通過蒸汽加溫加濕后將珠粒得以膨脹融解成型，最后在模具型腔充填形成鑄件模樣。然后在通過水冷工序降溫，發泡后的白模具就具有一定的強度。然后進入烘干室進行烘干，白模就制作完畢。

②消失模黑區工藝流程：鑄造廠將專用的隔層砂箱放置于振實設備臺上，然后將箱底鋪放約100MM左右厚度的干石英砂，（石英砂的粒度在20-40目左右），然后經過震動設備將箱體內的石英砂振實，同時也要將箱體上方刮整平整。然后將白區制作好的黃模型預放置砂箱的底部砂面上，并根據預先設計安排好黃模在砂箱的位置，然后將澆鑄時使用的澆道預留模型和澆冒口連接好，再用干砂將砂箱填滿，再按照工藝要求對砂箱進行再振動，將砂箱內的砂振實后，再次將箱口的干石英砂刮平。刮平后將箱口用塑料薄膜覆蓋好，然后在澆口處放上澆口杯，同時將箱體邊緣用石英砂將塑料薄膜固定好。然后把真空系統軟管連接到箱體底部的管路上，開動真空系統的設備進行抽真空作業，達到工藝規定時間以及工藝要求后將箱體內干砂緊固，這樣黑模區模具工藝制作完成。等待金屬溶液通過澆口杯進入模箱黃模型腔里，然后等待白模氣化消失，高溫金屬溶液快速取代白模型腔位置，并溢流出澆口后，澆注程序完成。澆注完成后的箱體要進行保壓冷卻，冷卻后將真空設備復位，撤銷對箱體的抽真空工序，最后鑄件冷卻后翻箱，取出鑄件。

3 ?耐火涂料在消失模鑄造中的重要性

泡沫塑料模型的外表面掛上的一層耐火涂料是消失模鑄造工藝中能否成功的三大關鍵工藝因素之一。外掛涂料是降低鑄件表面缺陷和防止出現其他缺陷的關鍵因素。

3.1 外掛耐火涂料的工作原理

制作好的泡沫塑料模型被埋到砂箱后，砂箱內的型料雖然已經能夠密實地包裹在泡沫塑料模型的周圍，但由于型料的外形幾乎都是圓球狀，實際上型料間接觸也是點接觸，而非面的接觸，這樣就造成型料間的許許多多小的空隙。在加之抽真空的作用，金屬液極易進入型料間隙內，從而造成產品多肉現象，從而造成鑄造失敗。因此通常在消失模進行澆鑄前要在泡沫塑料模型外表面涂掛一層耐火涂料。這樣做的作用是：

①在常溫下，可以有效地提高塑料模型的強度和剛度，這樣可以防止模型在工序間運輸和填砂振動過程中模型變形或被干砂損傷，從而保證了型腔的穩定。

②在進行金屬液澆注時，耐火涂料可以有效的使金屬液與型砂分開，從而可以有效防止金屬液滲入型砂內與其發生不必要的化學反應，從而可以有效防止產品鑄件粘砂和鑄件產生砂眼等缺陷，同時也大大減少了鑄型塌箱現象的產生。

③外掛涂料能夠吸附或透過泡沫塑料模的分解殘留物，讓在澆鑄成型過程中泡沫塑料分解物和殘留物有效的排出，防止金屬鑄件產生碳缺陷、氣孔等缺陷。

3.2 消失模鑄造耐火涂料的組成

消失模鑄造耐火涂料包括耐火骨料、載體（溶劑）、懸浮劑、粘結劑以及其它添加成分等組成。

①耐火骨料。其是消失模鑄造涂料的主體主要成份，具有絕熱、隔離、抗粘砂和降低鑄件表面的粗糙度等作用。在消失模涂料中其質量份數通常超過一半以上，其主要有鋯英粉、鋁礬土、滑石粉、棕剛玉粉、石英粉、來石粉、云母粉等耐火材料。在通常情況下都根據鑄件的不同材質選用不同的耐火礦物材料。除此之外還要兼顧防止粘砂和高透氣性。粒子外形決定其更有利于提高透氣性，所以在實際生產中通常選擇一定數量的外形為球狀的顆粒;這樣更有利于樣模型被高溫熔融金屬溶液氣化后氣體的排出。

②載體（溶劑）。鑄造涂料的載體主要成分是乙醇和水。對消失模鑄造耐火涂料而言，要考慮掛涂、發氣量、烘干、價格等方面多采用水作為其載體，通常所說的水基涂料。同時，水基涂料的懸浮性、觸變性都比較好，比較方便調節。

③粘結劑。消失模鑄造耐火涂料中的粘結劑對消失模涂層的強度和附著力有著十分重要的作用。不僅使耐火涂料的強度和涂掛性變好，更提高了懸浮性，還使型模涂層有好的附著性，而且還不與模樣發生反應。

4 ?消失模在鑄造工藝中的優勢與缺陷

4.1 消失模使用優勢

①在白模制造時使用聚苯乙烯泡沫塑料，其密度很小，作業人員在操作過程中的勞動強度低，該泡沫材料，在常溫下不會對環境造成污染，對人體的傷害也小，也容易達到清潔生產。

②消失模鑄造工藝與傳統鑄造工藝相比，不用型芯的制作，大大簡化制模程序，鑄造時用砂的后處理過程也簡單，白模、黃模在工序間搬運量也小，大大減輕了勞動強度，在白模加工運輸過程中，易實現機械化、自動化的生產。

③由于采用干砂造型，其流動性好，可以免去混砂程序和設備，還可以大大減少噪音和粉塵的產生，這樣對舊砂回收設備和工序也節省了。

④消失模鑄造方法不使用型芯的制作，該方法制作出的毛坯鑄件精度比較高，毛坯外表面的耐火涂料易脫落，這樣毛坯制作后期的清理簡單，作業人員的勞動強度可以降低。

⑤消失模鑄造工藝生產過程中產生的一氧化碳、二氧化碳等廢氣比較少。在澆注時白模材料在熔融金屬高溫作用下受熱分解、氣化，造成一氧化碳、二氧化等廢氣量小，而且這些廢氣可以在抽真空的過程中進行有效的處理。

4.2 消失模技術在鑄造過程中產生的缺陷

①由于生產前期準備工作不到位，將系統的理論負壓值設計比較低造成鑄件發生粘砂缺陷。

②由于熔融金屬溫度較低，造成鑄造工件時澆不全面，在鑄造后的產品受外力后就出現裂紋或斷裂，而且在斷口處有氧化夾雜物，并且沒有融合到一起，這就是冷隔（如圖2）缺陷的產生原因。

③鑄造材料的金屬氧化物及耐火材料的爐料渣和熔渣，這些爐渣在鑄件上形成的渣孔形狀不規則，從外觀顏色上看，熔渣導致的渣孔為黑色，而爐料渣孔確顯示為白色。同時澆包使用耐火材料的熱熔物，在鑄件表面顯示黑色渣子，這是夾渣（如圖3）缺陷產生的原因。

5 ?結束語

消失模鑄造工藝技術，是今后鑄造業發展的一大趨勢，它符合現在我國所提倡的可持續性發展的理念，這種工藝的發展前景十分廣泛。它比傳統的鑄造技術有著無與倫比的優勢。同時也符合現在提倡的節能環保要求，它的使用大大減少了噪音、粉塵和煙塵的污染，這樣也大大改善了作業人員的勞動環境，降低了作業人員勞動強度。相信消失模的發展前景十分廣闊。

參考文獻：

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