消失模鑄造工藝

液體金屬取代冷卻凝固後形成的一次性成型鑄造新工藝生產鑄件的新型鑄造方法

基本介紹

• 中文名：消失模鑄造工藝
• 外文名：lost foam process
• 又稱：實型鑄造
• 材料：EPS 、STMMA或EPMMA
• 類型：鑄造方法
• 特點：鑄件質量好，成本低等

簡介

消失模鑄造（又稱實型鑄造）是用泡沫塑膠（EPS 、STMMA或EPMMA）高分子材料製作成為與要生產鑄造的零件結構、尺寸完全一樣的實型模具，經過浸塗耐火塗料（起強化、光潔、透氣作用）並烘乾後，埋在乾石英砂中經三維振動造型，澆鑄造型砂箱在負壓狀態下澆入熔化的金屬液，使高分子材料模型受熱氣化抽出，進而被液體金屬取代冷卻凝固後形成的一次性成型鑄造新工藝生產鑄件的新型鑄造方法。

對於消失模鑄造有多種不同的叫法，國內主要的叫法還有“乾砂實型鑄造”“負壓實型鑄造”， 簡稱EPS 鑄造。國外的叫法主要有：lost foam process ( USA ) 、policast process ( Italy ) 等。

與傳統鑄造技術相比，消失模鑄造技術具有無與倫比的優勢，被國內外鑄造界稱為“21世紀的鑄造技術”和“鑄造工業的綠色革命”。

消失模鑄造有下列特點：1、鑄件質量好，成本低；2、材質不限，大小皆宜；3、精度高、表面光潔、減少清理、節省機加；4、內部缺陷大大減少，鑄件組織緻密； 5、可實現大規模、大批量生產；6、適用於相同鑄件的大批量生產鑄造；7、適用於人工操作與自動化流水線生產運行控制；8、生產線的生產狀態符合環保技術參數指標要求；9、可以大大改善鑄造生產線的工作環境與生產條件、降低勞動強度、減少能源消耗。

鑄造

消失模鑄造工藝流程：

消失模鑄造工藝簡介：

1，泡塑珠粒的選用：

消失模鑄造專用的泡沫珠粒有三種。

①可發性聚苯乙烯樹脂珠粒（簡稱EPS）；

②可發性甲基丙烯酸甲脂與苯乙烯共聚樹脂珠粒（簡稱STMMA）； ③可發性聚甲基丙烯酸甲脂樹脂珠粒 （簡稱EPMMA）。

常用可發性聚苯乙烯樹脂珠粒（EPS），用於鑄造有色金屬、灰鐵及一般鋼鑄。

珠粒特點：半透明珠粒，預發泡倍數40~60，粒徑為0.18~0.80亳米（6種尺寸），

一般選用的原始珠粒的粒徑小於或等於鑄件的最小壁厚的1/9 ~ 1/10。

2，模型製作：

有兩種情況：

◎由泡塑珠粒製作：預發泡——熟化——發泡成型——冷卻出模

①預發泡

EPS珠粒在加入模具前，要先進行預發泡，以使珠粒膨脹到一定尺寸。

預發泡過程決定了模型的密度、尺寸穩定性及精度，是關鍵環節之一。適用於EPS珠粒予發泡的方法有三種：熱水預發泡、蒸汽預發泡和真空預發泡。真空預發泡的珠粒發泡率高，珠粒乾燥，套用較多。

②熟化

經預發泡的EPS珠粒放置在乾燥、通風的料倉中一定時間。以便使珠粒泡孔內外界壓力平衡，使珠粒具有彈性和再膨脹能力，除去珠粒表面的水分。熟化時間在8~48小時。

③發泡成型

將預發泡且熟化的EPS珠粒填充到金屬模具的型腔內，加熱，使珠粒再次膨脹，填滿珠粒間的空隙，並使珠粒間相互融合，形成平滑表面，即模型。出模前必須進行冷卻，使模型降溫至軟化溫度以下，模型硬化定形後，才能出模。出模後還應有模型乾燥及尺寸穩定的時間。設備有蒸缸及自動成形的成型機兩種。

◎由泡塑板材製作：泡塑板材——電阻絲切割——粘結——模型

對簡單模型，可利用電阻絲切割裝置，將泡塑板材切割成所需的模型。

對複雜模型，首先用電阻絲切割裝置，將模型分割成幾個部分，然後進行粘，使之成為整體模型。

3，模型組合成簇：

是將自行加工好（或外購）的泡塑模型與澆冒口模型組合粘結在一起，形成模型簇，這種組合有時在塗料前進行，有時在塗層製備後埋箱造型時進行。是消失模（實型）鑄造不可缺少的一道工序。

目前使用的粘結材料：橡膠乳液、樹脂溶劑和熱熔膠及膠帶紙。

4，模型塗層：

實型鑄造泡塑模型表面必需塗一層一定厚度的塗料，形成鑄型內殼。其塗層的作用是為了提高EPS模型的強度和剛度，提高模型表面抗型砂沖刷能力，防止加砂過程中模型表面破損及振動造型及負壓定型時模型的變形，確保鑄件的尺寸精度。

外購的消失模鑄造專用塗料,在塗料攪拌機內加水攪拌,使其得到合適的粘度。攪拌後的塗料放入容器內,用浸、刷、淋和噴的方法將模型組塗覆。一般塗兩遍，使塗層厚度為0.5 ~ 2mm。據鑄件合金種類、結構形狀及尺寸大小不同選定。塗層在40~50℃下烘乾。

5，振動造型：

我們介紹常用的一種造型方法（兩種方法之一）。

其工序包括如下工序：砂床製備——放置EPS模型——填砂——密封定型

①砂床製備

將帶有抽氣室的砂箱放在振動台上，並卡緊。底部放入一定厚度的底砂（一般砂床厚度在50~100mm以上），振動緊實。

型砂為無粘結劑、無填加物、不含水的乾石英砂。黑色金屬溫度高，可選用較粗的砂，鋁合金採用較細砂子。型砂經處理後要反覆使用。

砂箱為單面開口、設有抽氣室或抽氣管、起吊或行走機構的砂箱。

②放置EPS模型

振實後，其上據工藝要求放置EPS模型組，並培砂固定。

③填砂

加入乾砂（幾種加砂方法），同時施以振動（X、Y、Z三個方向），時間一般為30~60秒，使型砂充滿模型的各個部位，且使型砂的堆積密度增加。

④密封定型

砂箱表面用塑膠薄膜密封，用真空泵將砂箱內抽成一定真空，靠大氣壓力與鑄型內壓力之差將砂粒“粘結”在一起，維持鑄型澆注過程不崩散，稱之為“負壓定型。較為常用。

6，澆注置換

EPS模型一般80℃左右軟化，420~480℃時分解。分解產物有氣體、液體及固體三部分。熱分解溫度不同，三者含量不同。

實型鑄造澆注時，在液體金屬的熱作用下，EPS模型發生熱解氣化， 產生大量氣體，不斷通過塗層型砂，向外排放，在鑄型、模型及金屬間隙內形成一定氣壓，液體金屬不斷地占據EPS模型位置，向前推進，發生液體金屬與EPS模型的置換過程。置換的最終結果是形成鑄件。

澆注操作過程採用慢——快——慢。並保持連續澆注，防止澆注過程斷流。澆後鑄型真空維持3~5分鐘後停泵。澆注溫度比砂型鑄造的溫度高30~50℃。

7，冷卻清理

冷卻後，實型鑄造落砂最為簡單，將砂箱傾斜吊出鑄件或直接從砂箱中吊出鑄件均可，鑄件與乾砂自然分離。分離出的乾砂處理後重複使用。

鑄造特點

1.設計靈活

為鑄件結構設計提供了充分的自由度。可以通過泡沫塑膠模片組合鑄造出高度複雜的鑄件。

2.降低投資和生產成本

減輕鑄件毛坯的重量,機械加工餘量小。（1）鑄件的批量（2）鑄件材質（3）鑄件大小（4）鑄件結構

3.無傳統鑄造中的砂芯

因此不會出現傳統砂型鑄造中因砂芯尺寸不準或下芯位置不準確造成鑄件壁厚不均。

4.鑄件精度高

消失模鑄造是一種近無餘量、精確成型的新工藝,該工藝無需取模、無分型面、無砂芯,因而鑄件沒有飛邊、毛刺和拔模斜度,並減少了由於型芯組合而造成的尺寸誤差。鑄件表面粗糙度可達Ra3.2至12.5μm；鑄件尺寸精度可達CT7至9；加工餘量最多為1.5至2mm，可大大減少機械加工的費用，和傳統砂型鑄造方法相比，可以減少40%至50%的機械加工時間。

5.清潔生產

型砂中無化學粘結劑,低溫下泡沫塑膠對環境無害,舊砂回收率95%以上。

消失模鑄造設備工藝與其他鑄造工藝一樣，有它的缺點和局限性，並非所有的鑄件都適合採用消失模工藝來生產，要進行具體分析。

影響因素

主要根據以下一些因素來考慮是否採用這種工藝。

1.鑄件材質其適用性好與差的順序大致是:灰鑄鐵--非鐵合金--普通碳素鋼--球墨鑄鐵--低碳鋼和合金鋼;通過必要的準備以不致使工藝實驗、調試周期過長。

2.鑄件的批量批量越大,經濟效益越可觀。

3.鑄件結構鑄件結構越複雜就越能體現消失模鑄造工藝的優越性和經濟效益,對於結構上有狹窄的內腔通道和夾層的情況,採用消失模工藝前需要預先進行實驗,才能投入生產。

4.鑄件大小主要考慮相應設備的使用範圍（如振實台，砂箱）。

注意事項

在消失模鑄造工藝中，整個工藝流程包括七個環節，每個環節對於消失模鑄件質量都具有很大的影響作用，當然澆注過程也是整個消失模鑄造工藝流程中至關重要的一環，掌握澆注工藝注意事項，嚴格把控澆注工藝中的每個細節是生產高質量消失模鑄件的關鍵。

消失模鑄造的澆注過程是鋼液充型，同時泡塑模具汽化消失的過程。整個過程中需要注意的是：（1）澆道自始至終要衝滿鋼液，如若不滿，由於塗料層強度有限，很容易發生型砂塌陷以及進氣現象，造成鑄件缺陷。（2）澆鑄鋼液時一定要把握住，保證做到穩、準、快。瞬時充滿澆口杯，並做到快速不斷流，噸鋼液在大約一分鐘左右。如果同箱鑄件的鋼液斷流會吸進空氣，有可能引起塌砂現象或者鑄件增多氣孔的問題，導致鑄件報廢。（3）消失模鑄造採用負壓封閉式，而且必須是在澆口杯以下封閉。鋼液進入模塑模具，其開始液化燃燒，並氣化消失，鋼液前端短距離形成暫時的空腔，所以設計鋼液充型的速度和泡塑模型消失的速度大致相同。為防止鋼液高溫輻射熔化同箱其它模型，澆道適當離鑄件模型遠一點。立澆道的位置選擇整箱鑄件最低位置。 澆注時注意調節和控制負壓真空度在一定範圍內，澆注完畢後保持在一定負壓狀態下一段時間，負壓停止、鋼液冷凝後出箱。