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1、消 失 模 铸 造 技 术,1、消失模铸造工艺发展趋势 2、消失模涂料对铸件缺陷影响的研究和应用,第一部分消失模铸造工艺发展趋势,1.消失模铸造简介 2.国外消失模铸造现状及发展趋势 3.国内消失模铸造现状和发展趋势 4.我国消失模铸造水平与国外的比较,1消失模铸造简介,消失模工艺流程：,泡沫塑料珠粒,预发泡,模样成形发泡,模样组合（粘接）,涂刷涂料,造型（填砂）,浇注,落砂,图1 消失模铸造 工艺过程图,早在1958年，美国人H.F.Shroyer就发明了实型铸造（即FM法），并随后将其应用在工业生产当中，为消失模铸造的产生奠定了基础。 1971年日本秋田株式会社和长野县工业试验所发明的真空
2、密封造型法（即V法），更是推动了消失模铸造技术的产生。 80年代初英国铸钢研究与商业协会（SCRAA）将这两种方法结合起来，研究成功了消失模铸造法(EPC) ，并将其命名为Replicast法，也称作气化模铸造法。,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
3、.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1020%左右）。,80年代初这种方法开始应用于工业生产。1982年福特汽车公司在Essex工厂建成了一套年产2.5万只铝合金进气歧管的EPC中间试验装置获得成功，紧接着于1984年耗资1100万美元建立了占地10万m2、生产能力180型/h、年产100 万只铝合金进气歧管的高度自动化生产线。 1990年通用汽车公司在Saturn建成年产铸件5.5万吨(24万辆轿
4、车)10万m2的新铸造厂。 1991年，意大利菲亚特公司在都灵建成当时欧洲规模最大的EPC车间4400m2，年产铸铁件500015000吨，60120型/h，自动化程度非常高，全车间仅22人。,在世界潮流的影响下，90年代初,我国的EPC技术也有了较快的发展，一大批工厂利用国产设备和技术建成了年产几百吨至几千吨铸件的简易型生产线.也有少数工厂投入较大资金引进国外先进设备和技术。 我省最早的消失模铸件生产厂是临沂铁合金厂，主要生产磨球，年产量约10000吨，规模最大的是山东工程机械厂，年产量约16000吨，其次是荣成漄西铸造厂，主要生产拖拉机铸铁油泵体，年产量也在万吨左右；日照五莲开元铸造有限公
5、司，年产量约10000吨，主要生产箱体类铸件。近几年来，我省又有若干中小厂相继建立了一批小批量生产的消失模生产车间，年产量在10005000吨不等。据不完全统计，我省大大小小的消失模铸造生产企业已有80多家，生产各种材质的铸件。,2. 国外消失模铸造现状及发展趋势,进入21世纪后,北美和欧洲的消失模铸造技术发展和工业应用情况如何? 北美和欧洲的学者还在做消失模铸造的基础研究吗?下面介绍一下目前北美和欧洲在消失模铸造研究上的三大热点，以及北美和欧洲消失模铸造企业的基本情况。,2.1 北美和欧洲在消失模铸造研究上的三大热点2.1.1 热点之一:减轻或消除消失模铝合金铸造缺陷,近年来，国外许多专家一
6、直致力于研究关于如何消除消失模铸造铝合金铸件最头疼的难题碳夹杂冷隔缺陷。许多研究者从以下不同的角度来探讨如何消除碳夹杂冷隔缺陷: 通过如何提高铝合金流动性来减少碳夹杂冷隔缺陷; 通过提高涂层渗透能力,使涂层及时排出金属前沿分解的泡沫塑料液态产物而获得合格铝铸件; 铸造企业采用了很多工艺方法将碳夹杂物移到非重要部位,或通过改变浇注口位置、调整模样在砂箱中的位置、或在金属浇注时抽真空来减轻碳夹杂物; 美国Mercury Marine公司则采取在砂箱内加压的新技术,有效地解决了冷隔和缩松缺陷,提高了铸铝件气密性（图1）。,图2 美国Mercury Marine公司消失模车间自动化生产线,2.1.2
7、热点之二: 发泡模具及白区制模技术,目前欧美国家消失模铸造企业的另一个研究热点就是发泡模具及白区制模技术。其中比较有价值的研究内容有:普及发泡模具的CAD/CAE/CAM技术,缸体和缸盖的分块技术,以及多块模片的粘接工艺等。,图3 美国Mercury Marine公司消失模铸件产品及模样,2.1.3 热点之三:消失模铸造CAE和快速成型技术,将先进的CAE分析软件和快速制造技术用于消失模铸造已成为趋势。欧美国家消失模铸造企业目前主要的研究领域涉及以下几个方面: 对复杂铸件如缸盖的发泡模具,用计算机动态模拟泡沫珠粒充填模腔的过程,用模拟结果指导射料枪的安放位置和排气塞的布局; 对发泡模具温度场模
8、拟,用以指导模具壁厚和进排气设计； 模拟消失模铸造过程,即同时展现泡沫模消失过程和金属液充填过程, 用数控直接加工出泡沫原型的方法,再用消失模铸造工艺快速提供铸件样件; 开发多种采用快速制模的方法,缩短发泡模具的开模周期。,2.2 北美和欧洲消失模铸造企业的基本情况,美国、德国和意大利等发达国家是在几个汽车集团的积极参与下,致力于消失模铸造研究,经历了较长的技术积累,已进入大批量生产铝合金和黑色合金铸件的技术成熟期。 下面列举出了北美和欧洲采用消失模铸造生产铝合金铸件的前十大企业(见表1)和黑色合金铸件的前十大企业(见表2)的主要产品和产量情况。从表1知,2001年美国6家公司消失模铝合金铸件
9、的总产量已超过8万吨 ,其中铝合金铸件年产超过万吨的公司就有4家。可以说在美国用消失模铸造生产铝合金铸件的产量大有超过黑色合金铸件产量的趋势。,表1 北美和欧洲铝合金消失模铸造十大企业,图4 美国Intermet Foundry公司消失模铸造产品,表5 北美和欧洲消失模铸造黑色合金铸造十大企业,图5 欧美一些消失模铸造企业的黑色合金铸件,3. 国内消失模研究及应用现状3.1 国内消失模企业介绍,20世纪90年代初，继美国德国和日本等发达国家之后，中国掀起研究和推广消失模铸造技术的高潮，至今热度不减。国内主要生产企业按生产条件可以分为三大类。 3.1.1 采用国产闭环型消失模铸造生产线 3.1.
10、2 简易生产线或单机型消失模铸造 3.1.3 采用国外引进型消失模铸造生产线,3.1.1 采用国产闭环型消失模铸造生产线,这种采用机械、液压和电气方式的闭环型生产线砂箱数在24100箱不等，主要厂点有: 长春光机所工厂(长春九龙铸造有限公司)、赤峰富龙集团铸业有限公司、丹江口水利枢纽管理局机械厂、广西灵山县机械实业总公司、福州柴油机总厂、通海玛钢厂、温州瓯海实型铸造有限公司、山东兖州有色金属精铸厂和大连机车车辆厂(磁型)等，这类生产线一般投资在201000万元不等(其中包括白区部分的费用)。 另外值得一提的是，山东工程机械厂采用国产设备，投资1000万（包括基建投资）建造了一条年产能力1600
11、0吨的消失模生产线（图5），主要铸件材质为灰铸铁、球墨铸铁和铸钢件，其中最大的灰铁铸件重达三吨。,图6 山东工程机械厂消失模铸造车间,3.1.2 简易生产线或单机型消失模铸造,通常是在铸造工部仅设置一台(造型用)振动台,几个专用砂箱,或设带辊道的砂箱简易输送线; 干砂一般为自然冷却,或设置简易砂冷却装置;另加一套真空系统，这种生产模式比较符合我国国情,花钱少、上马和见效快。生产厂家可依据资金状况选择，少则约2030万,多则几百万到上千万元。 这种生产形式在我国(与日本一样)发展很快;尤其为近几年“异军突起”的私营或集体中小企业广泛采纳,这方面的主要厂点有: 徐州电力铸钢厂、无锡永鑫实型铸造厂、
12、重庆江南机械厂、广东紫金县联发合金钢制品有限公司以及山东五莲开元铸造有限公司、山东章丘圣达阀门厂、烟台宏源特种铸造有限公司等多家厂点。,3.1.3 采用国外引进型消失模铸造生产线,采用国外引进型消失模铸造生产线及有关设备的厂点有下面这几家： (1) 第一汽车厂轻型发动机厂于1993年从美国福康公司引进造型用震动台、生产EPS模的预发泡机和成型机各1台及进气歧管发泡模具1套,共4件约75万美元。 (2) 全椒柴油机总厂于1995年从美国福康公司引进消失模铸造生产线一条,预发泡机、成型机、粘结机和涂料搅拌机各1台及缸盖发泡模具1套,约300 万美元,其余国内配套,总投资人民币45005000万元。
13、 (3) 长沙发动机总厂于1996年从意大利法塔铝公司引进自动化消失模铸造生产线一条,生产EPS模发泡设备预发泡机、成型机、模型胶合机各1台和进气管发泡模具1套合计约300万美元;另加国内配套总投资约4000多万人民币。 (4) 赤峰富龙集团铸业有限公司1996年引进日本两条消失模铸造生产线约1600万人民币,另从美国引进预发泡机、成型机和粘结机各1台及进气管发泡模具1套,合计约80万美元,计划总投资约5000万人民币。1997年产量约1500吨,配套完成后生产能力可达10000吨。,3.2消失模铸造的研究开发情况,我国已有多家高校和研究单位开展消失模铸造研究，主要有: 清华大学、山东大学、华
14、中理工大学等多所国内著名高校，充实了中国在消失模铸造这门新学科基础理论方面的研究，从而提高了中国在这一领域的学术地位和技术水平，必将对中国实铸事业的发展起着深远的影响。 消失模铸造是一门塑料、化工、机械、铸造融为一体的综合性多学科的(铸造新技术)系统工程。中国的铸造工作者在开发和推广应用这项新工艺的同时，就十分重视和致力于对实型铸造特定的原辅材料(如:EPS珠粒和板材、粘结剂等) 和专用设备的研究开发。,1. 涂料技术是消失模铸造技术的核心技术之一，涂料的性能对消失模铸件的质量具有直接的影响。目前国内生产的涂料性能达不到生产要求，为了提高国产涂料的性能，降低消失模铸造的成本，国内许多高校和科研
15、院所做了大量的研究工作。山东大学在这一方面进行了大量的理论分析和实验工作，已经取得了可喜的成果。 2. 铝铸件疏松渗漏,钢铸件增碳增氢,铁铸件的皱皮等缺陷形成机理及消除措施的研究; 3. 塑料珠粒的开发：目前国内大多数还是使用包装行业所用的可发性聚苯乙烯珠粒，这种原料用于一般铸件尚可，用于制造薄壁复杂的泡沫塑料模样就不适用了。目前国内有些生产厂家正在研究开发EPS和EPMMA的共聚混合物。,4. 工装模具CAD/CAM：发泡成型模具和模片粘合用胎具是制模工序中最关键的工艺装备。对于缸盖、缸体等复杂铸件的模具应采用CAD/CAM来完成。有关的研究单位也正在相关的领域进行研究。 5. 制模机和粘合
16、机的国产化：开发高精度、高效制模机和粘合机，实现制模机和粘合机的国产化和系列化。 6. 消失模与低压铸造等其他方法复合工艺的研究; 7. 铝、铁、钢金属液充型凝固特性的研究(包括物理测试仪器方法和计算机数值模拟,软件的开发和商品化);,3.3 目前存在的主要问题,消失模铸造作为一种新型的先进的铸造技术，目前在我国处于技术积累阶段，正逐步走向成熟。在这一技术的应用推广过程中，企业应该注意积累自己的经验，深入掌握消失模的特性，不能急功近利，因噎废食。 商品化配套程度差,各研究单位、生产厂家单枪匹马,封闭式运作,不可避免的低水平重复。工业发达国家在EPC技术的成套化,商品化方面有比较成熟的经验，值得我们借鉴。建议我国也要充分注意在EPC技术的综合性,组织各方力量,协同作战,发挥总体优势。 在借鉴国外先进经验的同时，要十分重视加强自己的引进、消化和研究开发能力。,3.4 有中国特色的三大类消失模铸件,目前中国已成功地大批量生产三大类消失模铸件，并逐渐形成中国消失模铸件的特色。这三大类铸件是： 3.4.1 箱体类铸件 3.4.2 管接头和阀体类铸件 3.4
