消失模

消失模铸造是泡沫塑料模采用无黏结剂干砂结合抽真空技术的实型铸造。国内主要的叫法有“干砂实型铸造”、“负压实型铸造”，简称EPC铸造；国外的叫法主要有：Lost Foam Process (U.S.A)、 P0licast Process(Italy)等。消失模铸造是目前国际上最先进的铸造工艺之一，被誉为铸造史上的一次“革命”，国内外称之为21世纪绿色铸造。

基本介绍

消失模铸造（又称实型铸造）是泡沫塑料模采用无黏结剂干砂结合抽真空技术的实型铸造，是将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。

与传统铸造技术相比，消失模铸造有下列特点：1，铸件质量好，成本低；2，材质不限，大小皆宜；3，尺寸4，精度高，表面光洁，减少清理，节省机加；5，内部缺陷大大减少，组织致密；6可实现大规模、大批量生产。自动化流水线生环保。7，可以大大改善作业环境、降低劳动强度、减少能源消耗。

发展简史

消失模在国外的发展简史

1956年美国人H.F.SHOYER开始了将聚苯乙烯泡沫塑料用于铸造的试验，并获得成功，引起了人们极大的兴趣，1958年以专利的形式公布于众，当时称之为“无型腔铸造”。起初，该法只是用来制造金属雕像等艺术品铸件，以后经过许多实践和探索，1962年西德从美国引进专利，消失模铸造法才开始被开发，并在工业上得到应用。

1964年美国的T.R.SMITH发表了使用无粘结剂干砂造型生产消失模铸件的专利。到了1967年，采用普通粘土砂和自硬砂的消失模铸造法获得了成功，并在许多国家得到了应用，生产了成千上万吨铸件，但无粘结剂干砂实型铸造却没得到发展，仍处于探索阶段。在整个六十年代直至七十年代，消失模铸造法仅限于单件小批生产，典型产品是汽车模具、机器底座、艺术品等。1968年，德国人E.KRYZMOWSKI在砂箱内抽成负压进行浇注，取得了专利，即现在的消失模铸造。

八十年代以前，由于专利的制约，生产中使用无粘结剂干砂消失模铸造受到限制；铸造界与其他产业部门协调不够；由于工艺不当、型砂和涂料不合适以及模型质量不高所导致的实型铸件外观及内在质量不够好，造成了一部分人的等待、观望甚至怀疑的态度，使得消失模铸造法发展缓慢。

1981年以后由于相应专利技术失效，再加上经过几年努力，发泡聚苯乙烯原料珠粒有了很大进步、模型组合粘结剂质量改善、高质量涂料被研制成功等工艺技术的进步，消失模铸造法得以迅速发展，并很快在生产上得到应用。1982年美国首先公开了世界上第一条生产复杂铝铸件的消失模铸造生产线。至此，消失模铸造作为一种全新的铸造工艺方法被应用于生产。

消失模在中国的发展简史

1979年，由我国著名消失模铸造专家、中国科学院长春光学精密机械研究所研究员黄述哲教授领导的课题组，在中国最早开始了消失模铸造的原理性试验。同年，黄述哲教授在全国铸造工艺学会上发表了“消失模铸造基本特性的研究”论文报告，在国内首次系统阐述了这一方法的特点和规律性。1982年，在大量实验室试验的基础上，黄述哲教授主持在光机所工厂建成了一条消失模铸造实验生产线。黄述哲教授主持完成的“消失模铸造技术开发及工业化应用”于1997年、1998年分获中科院科技进步二等奖和国家科技进步三等奖，这是我国铸造工业界科技成果中获得的最高奖项。1998年被国家科技部列为“九五国家科技成果重点推广项目”（99010202A）。黄述哲教授主持完成了数十个技术先进、功能完备、配置合理、生产高效的消失模铸造流水生产线工程。

八十年代后期郑州机械所也开始了消失模铸造的试验性应用研究。

九十年代开始以来，清华大学、哈尔滨工业大学、华中理工大学、西安交大等也纷纷加入了消失模铸造的研究。

2013年，中国第一条万吨消失模铸钢生产线正式投产，标志着中国消失模铸钢制造工业正式进入量产时代。

生产原理

生产原理：该法按工艺要求先制成泡塑模型，涂挂特制耐高温涂料，干燥后，置于特制砂箱中，再按工艺要求填入干砂，利用三维振动紧实，抽真空状态下浇铸金属液，此时模型气化消失，金属液置换模型，复制出与泡塑模型一样的铸件。

铸造工艺

1、泡塑珠粒的选用：

消失模铸造专用的泡沫珠粒有三种。

①可发性聚苯乙烯树脂珠粒（简称EPS）；

②可发性甲基丙烯酸甲脂与苯乙烯共聚树脂珠粒（简称STMMA）；③可发性聚甲基丙烯酸甲脂树脂珠粒（简称EPMMA）。

常用可发性聚苯乙烯树脂珠粒（EPS），用于铸造有色金属、灰铁及一般钢铸。

珠粒特点：半透明珠粒，预发泡倍数40~60，粒径为0.18~0.80亳米（6种尺寸），

一般选用的原始珠粒的粒径小于或等于铸件的最小壁厚的1/9~1/10。

2、模型制作：有两种情况：

◎由泡塑珠粒制作：预发泡——熟化——发泡成型——冷却出模

①预发泡

EPS珠粒在加入模具前，要先进行预发泡，以使珠粒膨胀到一定尺寸。预发泡过程决定了模型的密度、尺寸稳定性及精度，是关键环节之一。适用于EPS珠粒预发泡的方法有三种：热水预发泡、蒸汽预发泡和真空预发泡。真空预发泡的珠粒发泡率高，珠粒干燥，应用较多。

②熟化

经预发泡的EPS珠粒放置在干燥、通风的料仓中一定时间。以便使珠粒泡孔内外界压力平衡，使珠粒具有弹性和再膨胀能力，除去珠粒表面的水分。熟化时间在8~48小时。

③发泡成型

将预发泡且熟化的EPS珠粒填充到金属模具的型腔内，加热，使珠粒再次膨胀，填满珠粒间的空隙，并使珠粒间相互融合，形成平滑表面，即模型。出模前必须进行冷却，使模型降温至软化温度以下，模型硬化定形后，才能出模。出模后还应有模型干燥及尺寸稳定的时间。设备有蒸缸及自动成形的成型机两种。

◎由泡塑板材制作：泡塑板材——电阻丝切割——粘结——模型

对简单模型，可利用电阻丝切割装置，将泡塑板材切割成所需的模型。

对复杂模型，首先用电阻丝切割装置，将模型分割成几个部分，然后进行粘，使之成为整体模型。

3、模型组合成簇：

是将自行加工好（或外购）的泡塑模型与浇冒口模型组合粘结在一起，形成模型簇，这种组合有时在涂料前进行，有时在涂层制备后埋箱造型时进行。是消失模（实型）铸造不可缺少的一道工序。

目前使用的粘结材料：橡胶乳液、树脂溶剂和热熔胶及胶带纸。

4、模型涂层：

实型铸造泡塑模型表面必需涂一层一定厚度的涂料，形成铸型内壳。其涂层的作用是为了提高EPS模型的强度和刚度，提高模型表面抗型砂冲刷能力，防止加砂过程中模型表面破损及振动造型及负压定型时模型的变形，确保铸件的尺寸精度。

外购的消失模铸造专用涂料，在涂料搅拌机内加水搅拌，使其得到合适的粘度。搅拌后的涂料放入容器内，用浸、刷、淋和喷的方法将模型组涂复。一般涂两遍，使涂层厚度为0.5~2mm。据铸件合金种类、结构形状及尺寸大小不同选定。涂层在40~50℃下烘干。

5、振动造型：

我们介绍常用的一种造型方法（两种方法之一）。

其工序包括如下工序：砂床制备——放置EPS模型——填砂——密封定型

①砂床制备

将带有抽气室的砂箱放在振动台上，并卡紧。底部放入一定厚度的底砂（一般砂床厚度在50~100mm以上），振动紧实。

型砂为无粘结剂、无填加物、不含水的干石英砂。黑色金属温度高，可选用较粗的砂，铝合金采用较细砂子。型砂经处理后要反复使用。

砂箱为单面开口、设有抽气室或抽气管、起吊或行走机构的砂箱。

②放置EPS模型

振实后，其上据工艺要求放置EPS模型组，并培砂固定。

③填砂

加入干砂（几种加砂方法），同时施以振动（X、Y、Z三个方向），时间一般为30~60秒，使型砂充满模型的各个部位，且使型砂的堆积密度增加。

④密封定型

砂箱表面用塑料薄膜密封，用真空泵将砂箱内抽成一定真空，靠大气压力与铸型内压力之差将砂粒“粘结”在一起，维持铸型浇注过程不崩散，称之为“负压定型。较为常用。

6、浇注置换

EPS模型一般80℃左右软化，420~480℃时分解。分解产物有气体、液体及固体三部分。热分解温度不同，三者含量不同。

实型铸造浇注时，在液体金属的热作用下，EPS模型发生热解气化，产生大量气体，不断通过涂层型砂，向外排放，在铸型、模型及金属间隙内形成一定气压，液体金属不断地占据EPS模型位置，向前推进，发生液体金属与EPS模型的置换过程。置换的最终结果是形成铸件。

浇注操作过程采用慢——快——慢。并保持连续浇注，防止浇注过程断流。浇后铸型真空维持3~5分钟后停泵。浇注温度比砂型铸造的温度高30~50℃。

7、冷却清理

冷却后，实型铸造落砂最为简单，将砂箱倾斜吊出铸件或直接从砂箱中吊出铸件均可，铸件与干砂自然分离。分离出的干砂处理后重复使用。

用途优点

消失模铸造与传统的砂型铸造相比较有如下显着优点：

1、消失模铸造不需要分型和下芯子，所以特别适用于几何形状复杂、传统铸造难以完成的箱体类、壳体类铸件、筒管类铸件。

2、消失模铸用干砂埋模型，可反复使用，工业垃圾少，成本明显降低。

3、消失模铸造没有飞边毛刺，清理工时可以减少80%以上。

4、消失模铸造可以一线多用，不仅可以做铸铁、球铁，还可以同时做铸钢件，所以转项灵活，适用范围广。

5、消失模铸造不仅适用批量大的铸造件，进行机械化操作，也适用于批量小的产品手工拼接模型。

6、消失模铸造如果投资到位，可以实现空中无尘，地面无砂，劳动强度低，作业环境好，将以男工为主的行业变成了以女工为主的行业。

7、消失模铸造取消了造型工序，有一定文化水平的人，经过短时间的培训就可以成为熟练的工人，所以，特别适用技术力量缺乏的地区和企业。

8、消失模铸造适合群铸，干砂埋型脱砂容易，在某些材质的铸件还可以根据用途进行余热处理。

9、消失模铸造不仅适用于中小件，更适用做大型铸件，如：机床床身、大口径管件，大型冷冲模件，大型矿山设备配件等，因为模型制作周期短、成本低、生产周期也短，所以特别受到好评。

注意事项

防止增碳

消失模容易产生增碳缺陷，现今在我国还没有很好的方法完全解决该种缺陷，这也是众多铸造厂家不敢上消失模或上了消失模生产线却不能批量生产的一个原因。增碳缺陷产生的原因主要是泡沫材料含有碳，浇注时泡沫燃烧分解出游离碳，碳侵入钢水所致。经过试验，发现其增碳有一定的规律性，即铸件表面增碳，而心部几乎不增碳；内浇口附近不增碳，而离内浇口越远，增碳越严重。铸钢件增碳及其表现形式主要有下面四个个方面：a.铸件表面增碳，b.铸件的体积增碳，c.铸件局部增碳，d.铸件表面脱碳。采取如下相应措施，可使铸件成分基本在工艺要求范围内。

(1)选择含碳量少的泡沫材料，这是关键，现今消失模铸造用材料主要有EPS，STMMA，EPSMMA三种，其含碳量依次减少。其中EPS的特点是含碳量大，但其发气量小，浇注时不易返喷，且其价格便宜，在铸铁件和要求不高的上应用较多。EPSMMA的特点是含碳量少，但发气量大，易造成返喷现象，且材料价格贵，一般在低合金钢上使用较多。STMMA则是兼顾两者的优点，具有发气少、含碳低的优点，是用消失模生产的首选材料。

(2)消失模模样的密度非常重要，只要表面光洁，密度低，可以降低增碳现象，同时发气量少。

(3)利用离内浇口越远，增碳越严重的特点，在离内浇口最远端或在铸件的最高点设置冒口，使先进入铸件的增碳污染严重的钢水进人冒口内，同时冒口还起到集渣、集气的作用。使用该工艺，可使铸件整体含碳量控制在工艺要求范围内

涂料作用

(1)避免钢水和砂子直接接触，保证铸件表面质量；

(2)提高泡沫的强度，使其在搬运过程中不变形；

(3)使浇注时产生的气体通过涂层排出抽走。

涂料的涂刷和涂料烘干

（1）涂料的涂刷最好不要一次完成，一次完成涂刷会使涂层变厚，涂料易开裂，应上二至三层，涂层整体厚度应控制在1mm左右。控制涂层厚度的原则是，在铸件不粘砂的前提下，涂层应尽量薄，以便于气体能尽快通过涂层排出。

（2）每层涂料上完后必须要烘干，方可进行下一轮涂刷或造型，如果涂层没干透，浇注时钢水遇到水分会产生大量气体，造成返喷，另外涂层没干透，涂料透气性差，气体无法及时排出，易使铸件产生气孔、渣孔。

防止返喷

返喷是消失模铸造中常发生的现象，返喷严重时可能会危及浇注工的人身安全，必须予以重视，为减轻喷现象，可采取如下措施。

(1)泡沫模型密度要小，在保证泡沫表面质量，保证模型强度的前提下，泡沫应做得越轻越好，以减少浇注时的发气量。

(2)泡沫模型上涂料前一定要烘干，每批泡沫模型应抽检其烘干过程的重量变化，应做出烘烤重量变化曲线图，只有在重量不再发生变化情况下方可上涂料。

(3)浇注系统，特别是直浇道和横浇道不应上涂料，这样可以使浇注时产生的气体能快速充分地抽走，而且不上涂料，节省了涂料的消耗。

(4)在浇口杯处上面盖一个档板，可把返喷上来的钢水挡住，使其不能飞溅出来，危及现场操作工人。

防止塌箱

当一箱中串联铸件较多时，由于各模型同时气化，造成真空度不够，易造成塌箱，防止塌箱应注意：

(1)保持砂箱内的足够稳定的真空度。

(2)控制好浇注温度，同时浇注速度尽量与模型的气化速度一致，防止浇注过慢导致冷隔浇不进，造成塌箱。

生产线

一、单机或简易型铸造生产线

通常在铸造车间设置1-2台(造型时用)三维振动台，几个-10多个专用砂箱，砂箱吊运或设有辊(轨)道的砂箱简易输送线，干砂一般是自然冷却或设有简易型砂冷却装置，另加一套抽真空系统和砂除尘筛分设备。投资灵活，费用在8-15万，生产规模一般在500-5000吨。这种生产模式是比较符合我国国情，花钱少，上马快，深受我国广大中小企业欢迎，发展十分迅速。这类工厂占我国消失模铸造厂点的90%以上。

二、国产型消失模铸造流水线

采用机械、液压、气动和电控方式，自行设计的国产型生产线，其砂箱数在10-50余个不等；均设有砂冷却系统设备；生产规模在年产2000―30000吨，投资在50万－400万不等。这类生产厂点约有30家(条)。特点是系统完整，功能齐全，连续作业，适合大批量、大规模生产。

国外引进型消失模铸造。引进国外的这些工厂中，投资少则为约1000余万元，多则为(累计)约8000万元，一般在4000至5000万元之间。

发展概况

近年来消失模铸造在国内的发展较快，发展成果也是可喜的。无论是关键设备的制造水平还是消失模复杂铸件生产的工艺水平都有了突破性的进展。设备的研发和制造水平主要体现在以下几个方面：

(1)白区设备的发展：预发机已经有较大的改进和提高，无论是外形结构的设计还是发泡原理方面的改进及测试手段的完善都做了大量的工作。发泡机的性能有了很大的提高，基本上可以满足使用要求。制模机方面也有一定的改进，随着自动化水平的提高及在国内制模方面的应用，国内制模机的自动化水平也有了明显的提高，制模的生产效率和工人的劳动强度都有了较大的提高和改善。但在充填方式能量分布等方面还有待于进一步的改进和完善。胶合机方面也做了一些工作，但对复杂模片的胶合水平和能力还有待于提高和完善。涂料方面机械化水平较低，检测手段不完善，涂料工部现场脏、乱、差的情况没有明显改善；缺乏涂料的回收设备和装置。目前国内也有部分企业利用不锈钢高低速搅拌容器结合kawasaki机械手对复杂的模片进行涂料，但因不了解涂料的性能，没有设计出合理精准的夹具，又因机械手的运行轨迹走向不合理，在对模片本身各型腔结构把握不是太好的情况下使用机械手进行侵涂导致模片在侵涂时出现模片膨胀变形，表面涂料粘附不均匀，型腔露白现象严重等问题。

(2)黑区设备的发展：振实台有了较大的改进和突破，无论是振实原理还是控制手段方面都有了显着的提高，基本接近国外先进设备的设计理念，但在细节和控制方面仍存在一定的差距。砂冷却器的设计和制造能力也有了较大的提高和改善，在不需要考虑过多的地坑前提下，已经可以满足造型线的砂冷却处理的要求。雨淋加砂、振动输送等设备的设计和制造能力都有了明显提高。自动化的设计和实现能力有了较大提高。自动化浇注机的设计和制造水平已经接近国外的先进水平。整个造型线的设计理念转变较大，布线更合理，运行更可靠。

(3)工艺水平的发展：工艺水平主要体现在发动机缸体、缸盖铸件的批量化生产工艺及高难度耐磨、耐热铸件的生产工艺。