消失模鑄造又稱實型鑄造，是將與鑄件尺寸形狀相同的泡沫模型粘接結(jié)成模型簇，刷耐火涂料并烘干后，埋在干砂中振動造型，在真空負壓下澆鑄，使模型氣化，液體金屬占據(jù)模型位置，凝固冷卻后形成鑄件的新興鑄造方法，是目前鑄造行業(yè)中最為“綠色環(huán)?！钡蔫T造工藝，也是二十一世紀鑄造業(yè)的發(fā)展趨勢。國外的消失模鑄造工藝發(fā)展的步伐稍微領(lǐng)先于國內(nèi)，但并不意味著國內(nèi)消失模鑄造的水平不夠。放眼國內(nèi)消失模鑄造行業(yè)，無論鑄造企業(yè)的設(shè)備先進與否、企業(yè)文化是否相同，但以工藝為核心的思想，仍是行業(yè)之魂，它影響著消失模鑄造業(yè)與模具制造業(yè)的未來。
消失模鑄造工藝流程
1、制作泡塑白模，組合澆注系統(tǒng)，氣化模表面刷、噴特制耐高溫涂料并烘干。
2、將特制隔層砂箱置于振動工作臺上，填入底砂(干砂)振實，刮平，將烘干的氣化模放于底砂上，填滿干砂，微振適當(dāng)時間刮平箱口。
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。
消失模鑄造工藝流程控制
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泡塑珠粒的選用:
1、消失模鑄造專用的泡沫珠粒有三種。
①可發(fā)性聚苯乙烯樹脂珠粒(簡稱EPS);
②可發(fā)性甲基丙烯酸甲脂與苯乙烯共聚樹脂珠粒(簡稱STMMA);③可發(fā)性聚甲基丙烯酸甲脂樹脂珠粒(簡稱EPMMA)。
2、常用可發(fā)性聚苯乙烯樹脂珠粒(EPS)，用于鑄造有色金屬、灰鐵及一般鋼鑄。
3、珠粒特點:半透明珠粒，預(yù)發(fā)泡倍數(shù)40~60，粒徑為0.18~0.80亳米(6種尺寸)，
4、一般選用的原始珠粒的粒徑小于或等于鑄件的最小壁厚的1/9~1/10。
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模型制作:
1、由泡塑珠粒制作:予發(fā)泡--熟化--發(fā)泡成型--冷卻出模。
①予發(fā)泡
EPS珠粒在加入模具前，要先進行予發(fā)泡，以使珠粒膨脹到一定尺寸。予發(fā)泡過程決定了模型的密度、尺寸穩(wěn)定性及精度，是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。適用于EPS珠粒予發(fā)泡的方法有三種:熱水予發(fā)泡、蒸汽予發(fā)泡和真空予發(fā)泡。真空予發(fā)泡的珠粒發(fā)泡率高，珠粒干燥，應(yīng)用較多。②熟化
經(jīng)予發(fā)泡的EPS珠粒放置在干燥、通風(fēng)的料倉中一定時間。以便使珠粒泡孔內(nèi)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(fā)泡成型
將予發(fā)泡且熟化的EPS珠粒填充到金屬模具的型腔內(nèi)，加熱，使珠粒再次膨脹，填滿珠粒間的空隙，并使珠粒間相互融合，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，模型硬化定形后，才能出模。出模后還應(yīng)有模型干燥及尺寸穩(wěn)定的時間。設(shè)備有蒸缸及自動成形的成型機兩種。
2、由泡塑板材制作:泡塑板材--電阻絲切割--粘結(jié)--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。對復(fù)雜模型，首先用電阻絲切割裝置，將模型分割成幾個部分，然后進行粘，使之成為整體模型。
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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(jié)在一起，形成模型簇，這種組合有時在涂料前進行，有時在涂層制備后埋箱造型時進行。是消失模(實型)鑄造不可缺少的一道工序。
目前使用的粘結(jié)材料:橡膠乳液、樹脂溶劑和熱熔膠及膠帶紙。
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模型涂層:
實型鑄造泡塑模型表面必需涂一層一定厚度的涂料，形成鑄型內(nèi)殼。其涂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涂料，在涂料攪拌機內(nèi)加水?dāng)嚢?，使其得到合適的粘度。攪拌后的涂料放入容器內(nèi)，用浸、刷、淋和噴的方法將模型組涂覆。一般涂兩遍，使涂層厚度為0.5~2mm。據(jù)鑄件合金種類、結(jié)構(gòu)形狀及尺寸大小不同選定。涂層在40~50℃下烘干。
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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:砂床制備--放置EPS模型--填砂--密封定型。
①砂床制備
將帶有抽氣室的砂箱放在振動臺上，并卡緊。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(jié)劑、無填加物、不含水的干石英砂。黑色金屬溫度高，可選用較粗的砂，鋁合金采用較細砂子。型砂經(jīng)處理后要反復(fù)使用。砂箱為單面開口、設(shè)有抽氣室或抽氣管、起吊或行走機構(gòu)的砂箱。
②放置EPS模型
振實后，其上據(jù)工藝要求放置EPS模型組，并培砂固定。
③填砂
加入干砂(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
砂箱表面用塑料薄膜密封，用真空泵將砂箱內(nèi)抽成一定真空，靠大氣壓力與鑄型內(nèi)壓力之差將砂?！罢辰Y(jié)”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。
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澆注置換
EPS模型一般80℃左右軟化，420~480℃時分解。分解產(chǎn)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(fā)生熱解氣化，產(chǎn)生大量氣體，不斷通過涂層型砂，向外排放，在鑄型、模型及金屬間隙內(nèi)形成一定氣壓，液體金屬不斷地占據(jù)EPS模型位置，向前推進，發(fā)生液體金屬與EPS模型的置換過程。置換的最終結(jié)果是形成鑄件。澆注操作過程采用慢--快--慢。并保持連續(xù)澆注，防止?jié)沧⑦^程斷流。澆后鑄型真空維持3~5分鐘后停泵。澆注溫度比砂型鑄造的溫度高30~50℃。
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冷卻清理
冷卻后，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，鑄件與干砂自然分離。分離出的干砂處理后重復(fù)使用。
消失模鑄造優(yōu)點
1、使用的金屬模具壽命可達10萬次以上，降低了模具的維護費用
2、不合箱、不取模，鑄件尺寸形狀精確，重復(fù)性好，具有精密鑄造的特點，大大簡化了造型工藝，消除了因取模、合箱引起的鑄造缺陷和廢品，鑄件的表面光潔度高;
3、簡化了工廠設(shè)計，固定資產(chǎn)投資可減少30∽40%，占地面積和建筑面積可減少30∽50%，動力消耗可減少10∽20%;減少了粉塵、煙塵和噪音污染，大大改善了鑄造工人的勞動環(huán)境，降低了勞動強度，以男工為主的行業(yè)可以變成以女工為主的行業(yè);
4、零件的形狀不受傳統(tǒng)的鑄造工藝的限制，解放了機械設(shè)計工作者，使其根據(jù)零件的使用性能，可以自由地設(shè)計最理想的鑄件形狀;取消了砂芯和制芯工部，根除了由于制芯、下芯造成的鑄造缺陷和廢品;可減輕鑄件重量，可以取消拔模斜度，
5、可在理想位置設(shè)置合理形狀的澆冒口，不受分型、取模等傳統(tǒng)因素的制約，減少了鑄件的內(nèi)部缺陷;
6、消失模鑄造工藝應(yīng)用廣泛，不僅適用于鑄鋼、鑄鐵，更適用于鑄銅、鑄鋁等;易于實現(xiàn)機械化自動流水線生產(chǎn)，生產(chǎn)線彈性大，可在一條生產(chǎn)線上實現(xiàn)不同合金、不同形狀、不同大小鑄件的生產(chǎn);
7、采用無粘結(jié)劑、無水分、無任何添加物的干砂造型，根除了由于水分、添加物和粘結(jié)劑引起的各種鑄造缺陷和廢品;
8、落砂極其容易，大大降低了落砂的工作量和勞動強度;大大簡化了砂處理系統(tǒng)，型砂可全部重復(fù)使用，取消了型砂制備工部和廢砂處理工部;
9、負壓澆注，更有利于液體金屬的充型和補縮，提高了鑄件的組織致密度;組合澆注，一箱多件，大大提高了鑄件的工藝出品率和生產(chǎn)效率;
10、鑄件無飛邊毛刺，使清理打磨工作量減少50%以上;減少了加工余量，降低了機加工成本。
消失模鑄造缺點和局限性
1、鑄件材質(zhì):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(diào)試周期過長。
2、鑄件結(jié)構(gòu):鑄件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜就越能體現(xiàn)消失模鑄造工藝的優(yōu)越性和經(jīng)濟效益，對于結(jié)構(gòu)上有狹窄的內(nèi)腔通道和夾層的情況，采用消失模工藝前需要預(yù)先進行實驗，才能投入生產(chǎn)。
3、鑄件大小:主要考慮相應(yīng)設(shè)備的使用范圍(如振實臺，砂箱)。
4、鑄件的批量:批量越大，經(jīng)濟效益越可觀。
如何控制消失模鑄造工藝中鑄件的氣孔缺陷
1、選擇適宜的模型材料
采用共聚泡沫模型材料，由于共聚物是拉鏈式分解，一次性氣化程度高，液相比例小，小分子氣體很容易從涂層溢出，白模密度在強度和光潔度保證的前提下盡可能小一些，減少發(fā)氣總量，澆注系統(tǒng)采用空心直澆道并加設(shè)過濾器，對金屬液進行機械擋渣、吸附梳流，使充型更平穩(wěn)。
2、澆注系統(tǒng)及保溫冒口的使用
內(nèi)澆道的開設(shè)要利于合金的順利平穩(wěn)快速充型，不形成死角區(qū)，在鑄件的頂部設(shè)置大氣壓力保溫冒口，集渣補縮于一體，相關(guān)部位設(shè)置隨形隔砂冷鐵，實現(xiàn)鑄件的順序凝固，把金屬液內(nèi)的氣體、渣質(zhì)及氣化殘留物快浮到冒口部位，減少氣孔、渣孔、縮孔產(chǎn)生的幾率。
3、提高涂料的透氣性
耐火骨料的粒度要適宜，采用復(fù)合粘結(jié)劑懸浮劑，配制的涂料具有高低溫強度好、耐磨損、易涂刷、不開裂、排氣能力強、透氣性好、燒結(jié)均勻、開箱易脫落剝離，不與金屬液潤濕劑及化學(xué)反應(yīng)，一般鑄件涂刷2遍，涂層厚度2mm左右。消失模涂料的質(zhì)量管理十分關(guān)鍵。在大量生產(chǎn)時，定期檢查涂料的透氣性，及時調(diào)整骨料的粒度。由于涂料的粘結(jié)劑、懸浮劑中含有機物質(zhì)，夏秋季節(jié)特別應(yīng)該注意涂料的發(fā)酵酶變，合格的鑄件離不開最佳的涂料，控制涂料的質(zhì)量不可輕心。
4、澆注溫度要適宜
由于消失模的充型過程中藥放熱汽化泡沫，鋼鐵的澆注溫度較砂型鑄造高30-50℃。金屬液與泡沫的熱作用受熱澆注溫度的制約，澆注溫度適宜熱解充分，模樣的熱解產(chǎn)物主要呈小分子氣態(tài)，在負壓場的作用下容易排除型腔，當(dāng)澆注溫度低時，模樣的熱解不充分，液相殘留物會堵塞涂料層，熱解氣體排出受阻，型腔內(nèi)形成反壓力，充型流動性由此下降，再加上凝固速度快，液體附近的氣渣來不及浮集到冒口內(nèi)，生成氣孔的幾率增大，當(dāng)然澆注溫度要與冶煉的材料匹配，以避免因溫度高或底而產(chǎn)生的其他鑄造缺陷。
5、合理的澆注位置
鑄件的最佳澆注位置是充型時獲得良好的氣化條件及排氣條件，便于氣化除渣，選擇立澆或斜澆，也即遵循側(cè)表面積最大化的原則，澆注系統(tǒng)應(yīng)具備檔渣集氣及補縮功能。
6、合理的澆注工藝和負壓度
消失模的澆注工藝師以充滿澆杯封閉直澆口為原則，如果澆注穩(wěn)定中間的速度忽快忽慢，會使充型造成劇烈的紊亂并在型腔內(nèi)劇烈沸騰，將來不及氣化的泡沫包在合金液體內(nèi)形成氣孔，特別不允許暴露直澆道使渣、氣侵入，理想的澆注速度是金屬液的充型速度等于或略小于模型的氣話速度。
自從上世紀九十年代以來，中國的消失模鑄造猶如雨后春筍，展現(xiàn)出蓬勃的生機，眾多鑄造廠家紛紛學(xué)習(xí)和致力于消失模鑄造這一塊，隨著這股熱情過后，一部分具有生產(chǎn)技術(shù)和實力的鑄造廠家繼續(xù)馳騁在這塊肥沃的土地上，另一部分鑄造廠家逐漸退出消失模鑄造行業(yè)，究其原因，可以從以下幾個方面進行概括:首先，引進消失模鑄造不夠慎重,缺少專業(yè)人才，缺乏對消失模鑄造的深入了解，缺少完整的可行性分析報告，就盲目立項;其次，部分鑄造廠所購進的設(shè)備和模具自身就不能滿足其產(chǎn)品工藝和性能的要求;最后，就是只顧追求利益的最大化，發(fā)圖紙與多個模具廠家進行聯(lián)系，選擇報價最低的模具廠家，鑄造廠家和模具廠家均未對產(chǎn)品進行潛在的工藝失效分析，盲目投入，導(dǎo)致產(chǎn)品穩(wěn)定性差、生產(chǎn)成本高、合格率低。
來源:賢集網(wǎng)
