第2章消失模铸造资料.ppt

第二章,消失模铸造,定义：消失模铸造（Lost Foam Casting）又称气化模铸造（Evaporative Pattern Casting）或实型铸造（Full Mold Casting）它是采用泡沫塑料模样代替普通模样紧实造型，造好铸型后不取出模样、直接浇入金属液，在高温金属液的作用下，模样受热气化、燃烧而消失，金属液取代原来泡沫塑料模样占据的空间位置，冷却凝固后即获得所需的铸件一、消失模铸造的实质 将与铸件尺寸形状相似的发泡塑料替代普通模型 埋在干石英砂或自硬砂等中振动造型 不取出模样，直接浇入金属液，使模型气化,为什么叫消失模？,二、消失模铸造的工艺流程,图1 消失模铸造工艺过程图,图1 传统砂型铸造与消失模铸造工序对比,三、国外消失模铸造的发展简史 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 ；1958年以专利的形式公布于众，当时称之为“无型腔铸造”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。

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 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 1990年美国通用汽车公司在Saturu建立了一个年产5.5万吨的新铸造厂，其中有三条全自动的消失模铸造生产线，生产铝合金四缸缸体、缸盖和珠光体球铁曲轴及两种型号的差速器壳体美国消失模铸造发展的三个阶段,六、消失模铸造的工艺特点 与传统的砂型铸造相比，大量生产的消失模铸造有如下工艺特征： 1.一个与铸件形状完全一致、尺寸大小只差金属收缩量的泡沫塑料模型保留在铸型内，形成“实型”铸型，而不是传统砂型的“空腔”铸型（即“空型”） 2.其砂型为无粘结剂、无水份、无任何附加物的干石英砂3.浇注时，泡沫塑料模型在高温液体金属作用下不断分解气化，产生金属—模型的置换过程，而不象传统“空型”铸造是一个液体金属的填充过程制作一个铸件，就要“消失”掉一个泡沫塑料模型 4.泡沫塑料模型可以分块成形再进行粘结组合模型形状（即铸件形状）基本不受任何限制七、消失模铸造的优点,作为“二十一世纪的铸造技术”，消失模铸造与普通砂型铸造法比较，有如下优点： 1.简化了模型，无需起模。

2.铸件尺寸精度和表面光洁度显著提高 3.简化了工艺，填砂的过程就是造型的过程，使劳动强度和劳动条件大幅度的改善，相同产量的情况下，对工人的技术熟练程度要求降低 4.带有孔或者内腔的铸件不需要下芯 5.采用无任何粘结剂的干砂造型，消除了水、粘结剂和附加物带来的铸造缺陷 6.易于实现机械化、自动化生产，由于工序的减少和必需设备的简化，使投资减少 7.节材、节能，旧砂回用率可达95%以上，不需要像粘土砂生产线那样的砂处理成套设备 8.铸件成本可降低10%～40%（铸钢件成本可降低40%左右，铸铁件可降低10～20%左右）八、消失模铸造的应用 1.应用的铸件合金种类 铝合金、特种铸铁、灰铸铁、球墨铸铁、特种铸钢、普通碳钢、低碳钢及不锈钢 2.应用成功典型铸件 （1）抗磨铸件－磨球、衬板、锤头,高铬铸铁衬板 磨球,（2）耐热铸件,高铬镍耐热耐蚀合金料框,高铬耐热耐磨铸件炉篦子,烟台宏源特种铸造厂生产的耐热钢铸件,（3）其他特型铸件,图4 美国Intermet Foundry公司消失模铸造产品,图5 欧美一些消失模铸造企业的黑色合金铸件,九、消失模铸造工艺,分类： 根据铸型材料分： ①自硬砂消失模铸造 ②无粘结剂干砂消失模铸造 根据浇注条件分： ①普通消失模铸造 ②负压消失模铸造,消失模铸造的工艺过程示意图,图7-15 消失模铸造工艺示意图 1-干砂或旧砂；2-密封塑料薄膜；3，14-干砂或自硬砂；4-冒口；5-模样；6-抽气室； 7-抽气管；8-浇口杯；9-直浇道；10-横浇道；11-有底砂箱；12-金属丝网 13-多孔隔板,消失模铸造与其他铸造方法的主要区别在于它所特有的白区与黑区部分。

白区指制模工部和模型组合及涂料烘干工部；黑区指造型浇注工部白模制作的工艺流程,预 发 泡,,熟 化,,,,蒸缸,,成型机,,,,,浇冒系 统粘接,,浸涂涂料,,干燥,,备用埋箱造型,原 料,,模样不仅决定着铸件的外部质量，对铸件的内部质量也有重要影响1.消失模铸造对模样材料的主要要求： 模样表面必须光滑； 气化温度和发气量低； 气化完全、残留物少、毒性低； 密度低、刚度和表面刚性好； 能承受机械加工，同时又要容易机械加工2.模样生产的工艺流程,零件图,,铸件图,,模样图,,模具图,,模具,成型,EPS,,预发泡,,熟化,冷却,出模,干燥,模样 组合,检验,,,,,,,,3.消失模铸造用的原材料 可发性聚苯乙烯（EPS） 可发性聚甲基丙烯酸酯（EPMMA） 苯乙烯－甲基丙烯酸甲酯共聚树脂（STMMA）,发气量,发气速度,EPS的特点： 优点：密度小、气化迅速、残留物少、资源丰富、易加工、较高的抗压强度 缺点：易使铸件产生增碳缺陷 应用：铝合金、灰铁及普通碳钢件EPMMA的特点： 优点： 非挥发残留物极少，铸件不易产生增碳缺陷； 模样的尺寸稳定性比EPS好 缺点：发气量较大；价格昂贵；同密度的刚度不如EPS模料。

应用：铸铁、低碳钢、不锈钢件 STMMA模料的性能介于以上二者之间，应用广泛比如球铁件、耐热合金铸铁件、各种铸钢件、灰铁件、铜合金件预发泡 目的：为了获得低密度、孔径致密均匀的泡沫塑料模或板材，可发性聚苯乙烯珠粒在成形发泡之前，必须经过预发泡、干燥和在空气中停放使其稳定（即熟化）的阶段在低于玻璃化温度时，发泡剂会向外慢慢的逃逸，但珠粒并不膨胀，只有当温度上升到高于珠粒的玻璃化转变温度时，珠粒处于高弹态可以发生软化变形时，发泡剂由于温度的升高，迅速气化膨胀，使珠粒体积迅速长大，变成一种闭孔、有共用珠壁的蜂窝状结构，密度大幅度降低EPS预发泡后珠粒,预发珠粒的熟化 目的：使预发泡珠粒具备弹性有再膨胀能力，在模样发泡之前，须进行熟化 （1）熟化机理：熟化就是把刚发泡的珠粒放置几个小时以上，让空气渗透到珠粒的泡孔内，使珠粒变得干燥有弹性，增加模样成型时的膨胀能力和模样成型后抵抗外压变形、收缩的能力2）影响熟化的主要因素 ①熟化温度：最合适的熟化温度是20－25℃； ②熟化时间：跟预发泡珠粒的湿度和密度有关 预发珠粒的密度越低，熟化时间越长； 预发珠粒的湿度越大，熟化的时间也越长EPS预发泡珠粒熟化时间参考值,模样的发泡成形 模样的发泡成形大致可分为四个工序，如图所示,消失模模样的成形过程,发泡成型 发泡成型的目的在于将一次预发的松散珠粒填入一定形状和尺寸的模具中，再次加热进行二次发泡，形成与模具形状和尺寸一致的整体模样。

发泡成型的工艺过程：蒸汽通过气塞进入预发珠粒的颗粒间隙，赶走空气和水，同时加热预发珠粒，使它的表面再次加热到热变形软化区，内部剩余发泡剂预热膨胀，压力增加，使珠粒二次膨胀并在界面融合，形成一个整体在这个过程中，通入的蒸汽也会向发泡珠粒内部渗透，加速二次发泡的过程加热时珠粒的膨胀与熔接,发泡成型工艺过程控制 1.预热 模具安装完毕后，要将它预热到100℃左右 2.填料 往模腔充填泡沫珠粒的方法有：手工填料、料枪射料和真空吸料等，其中料枪射料最普遍模型成形加料,加料方式,,自然加料,强制加料,加料方式,,手工加料,真空加料,通压缩空 气加料,手动料枪,在模具上开注料口，应遵循的原则为：进料顺，排气畅，受阻小，使泡沫模样充填紧实，密度均匀3.蒸压成型 预发珠粒填满模具型腔后，通入0.1-0.15MPa的蒸汽，使珠粒软化、膨胀，挤满所有空隙并粘合在一起，完成泡沫模型的制造过程 发泡成型时间控制很重要； 蒸汽能否均匀地遍及模具的各个部位，根据模具的不同壁厚给予所需的蒸汽量，也是十分重要的4.冷却 模样在出模前必须进行冷却，以抑制出模后继续长大冷却后模样降温至发泡材料的软化点以下，模样进入玻璃态，硬化定型，这样才能获得与模具形状一致、尺寸一致的模样。

一般采用喷水冷却的方法将模具冷却到40-50℃或更低发泡成型的工艺过程,成型后，在模具的水冷腔内通水对模型冷却，然后打开模具取出模型5.顶出 水气叠加压力推模法 机械顶杆取模法 真空吸盘取模法,水与压缩空气的叠加压力推模法,卧式成型机机械顶杆顶模示意图,卧式成型机吸盘取模过程,成形发泡工艺 成形发泡的温度一般为113－120℃，发泡时间在几秒到20min之间用压机气室成形的时间为几秒到2min；用蒸缸发泡成形的时间为5－20min压机气室的成形压力一般为0.2－0.4MPa发泡成型模具及成型后的泡沫塑料模样照片,模样的分片及粘接（模型簇组合） 较复杂的模样若不能在一副模具内成型，需先进行分片处理，各片单独用模具成型；然后用粘接方法，将分片泡沫模样组合成整体泡沫模样 泡沫塑料模样的分片 简单分片：对泡沫模样进行简单分割，分割面为平面各个模片成型后，可用手工粘接方法，将2片模片组成整体；,泡沫模样的简单分片 a)双联炉篦条 b)三通管,排气管泡沫模样 的分片,复杂零件的泡沫模样 a)分成4个模片的缸盖模样 b)数十件模片集成的泡沫模样,水平分片时的曲轴箱封实处理工艺,缸体的整体制模与缸套镶嵌工艺,,,图7-14 消失模模样组装实例,复杂分片：对复杂泡沫模样往往要借助计算机三维设计进行多个模块的曲面分片。

各模片在粘接时，借用粘接胎膜完成模片的曲面精确粘接 模片的粘接设计 泡沫模片胶粘剂分为两大类：热熔胶和冷粘胶粘合方式有手工粘接和机械胶合两种模样用粘结剂的种类与选择 要求： 足够的粘结强度； 快干性能好； 软化和气化点低，气化完全，残留物少； 干燥后呈柔软的薄层； 无毒、对泡沫塑料无腐蚀1）乳液型粘结剂（冷粘胶） ①聚醋酸乙烯乳液及聚醋酸改性乳液 特点：粘结强度高、价格低、无毒、来源方便；耐水性差、抗蠕变性差、快干性较差 ②聚乙烯醇缩丁醛 ③聚丙烯酸酯乳液,（2）热熔胶 ①石蜡－松香粘结剂 ②EVA－石蜡粘结剂 特点：粘接速度快，初粘强度高，需加热设备，易产生烟气 修补剂 用磨削加工中得到的泡沫塑料灰粉和酒精、聚醋酸乙烯乳液调成糊状模型簇浸涂料 （1）涂料的作用 ①防止铸件产生粘砂； ②提高泡沫塑料模样的刚度，防止加砂造型时模样变形； ③提高铸件表面质量和使用性能，利于铸件落砂、清理； ④对于铝合金铸件，尤其是薄壁铝合金铸件，涂料应有良好的保温绝热作用2）涂料要求 ①透气性 可采取将不同种类和粒度的耐火骨料进行合理搭配； 选用有机粘结剂； 加入适量的氧化剂 ②润湿性和粘附性； 可添加表面活性剂 ③高温强度； ④干燥速度； ⑤发气量。

好,好,低,快,好,（3）涂料组成 耐火骨料：石墨粉、石英粉、锆英粉、刚玉粉、铬铁矿粉、铝矾土、镁砂、橄榄石粉、滑石粉； 载体：水、酒精； 粘结剂：膨润土、水玻璃、硅溶胶、磷酸盐，糖浆、纸浆废液、树脂、聚乙烯醇、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）、羧甲基纤维素（CMC）、淀粉、糊精； 悬浮剂：钠基膨润土或活化膨润土、粘土、CMC、聚乙烯醇、糖浆、木质素磺酸钙；PVB、有机改性膨润土、钠基膨润土或锂基膨润土等消失模铸造涂料的配方 （1）聚乙烯醇缩丁醛快干涂料 聚乙烯醇缩丁醛＋乙醇＋耐火粉料 用于单件生产的大中型消失模铸件 （2）树脂系快干涂料 树脂＋有机物＋耐火涂料＋（发泡剂） 用于干砂造型的成批生产的中小铸件3）纸浆废液涂料 石英粉（100％）＋纸浆废液（6％）＋膨润土（1.5％）＋聚醋酸乙烯乳液＋水＋无水碳酸钠 用于中小铸件，铝合金铸件。