实型铸造发展现状及趋势

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1、摘要：本文介绍了实型铸造的工艺特点及应用范围，发展现状及发展趋势。实型 铸造在我国已有38年历史，近几年获得较大的发展。而采用泡沫聚苯乙烯塑料 作为模样的实型铸造已在世界全国广泛应用。用这种铸造方法牛产冲压模具之类 的铸件，具有很大的优越性，显著的降低了铸件成本，减少了铸件重量，是铸造 技术的一个大发展。虽然我国的发展越来越块，在技术和其他各方面都取得长足 进步。但与工业发达国家相比还存在很大的差距。为了满足无公害，无污染，低 劳动强度的绿色铸造的发展要求，现代铸造材料，新技术，新工艺不断涌现。 关键字：实型铸造;发展现状;趋势;铸造设备为了满足无公害，无污染，低劳动强度的绿色铸造的发展要求，

2、现代铸造材 料，新技术，新工艺不断涌现，并在实际中很好地运用。实型铸造乂称“气化模 造型”“消失模铸造”或“无型腔铸造”等。是继美国、德国、英国和日本 之后较早研究和应用实型铸造技术的国家。回顾实型铸造近40年历史，由 于我国长期以来发展十分缓慢；真正得到我国铸造界认可和关注，是在我国改革 开放以来，尤其是近几年在扩大牛产应用的同时，在技术和各方面都取得了明显 的进步和发展。1.1实型铸造的优点与缺点（1）由采用了与金属液及气化的泡沫塑料模样，无需起模，无分型面，无 型芯，因而无飞边毛刺，铸件的尺寸精度和表面粗糙度接近熔模铸造, 但尺寸却可大于熔模铸造。（2）各种形状复杂铸件的模样均可采用泡沫

3、塑料模粘合，成形为整体，减 少了加工装配吋间，可降低铸件成本10%30%,也为铸件结构设计 提供充分的自由度。（3）简化了铸件牛产工序，缩短了牛产周期，是造型效率比砂型铸造提高 25倍。（1）缺丿兄实型铸造的模样只能使用一次，且泡沫塑料的密度小、强度低, 模样易变形，影响铸件尺寸精度。浇注时模样产牛的气体污染环境。1.2实型铸造的工艺特点不同与普通砂型铸造，实型铸造若铸造工艺考虑不周全，不仅会出现普通铸造常见缺陷，而且会岀现特有的实型铸造缺陷,如皱皮，夹渣，气孔等缺陷，因 此,必须认真考虑铸造工艺的每一个环节。1.3浇注系统的特点实型铸造的特殊铸造方法决定了对浇注系统的特殊性。首先,浇注系统的

4、尺 寸。由于泡沫塑料气化对金属液的阻力和气化过程中的吸热反应,使金属液的流 动性变差，因此实型铸造浇注系统的截面积比普通铸造浇注系统的截而积大，以 抵消其影响，其次，浇道的位置，当泡沫塑料遇到高温汽化，在一定程度上阻碍金 属液的流动，所以采用开放式，底注式阶梯式浇注系统。有利于快速平稳的充型和 夹渣的上浮，防止铸件内部出现夹渣再次，H口的设计，0 口的作用是补缩和排 气,而实型铸造的冒口最后接触金属液，之前冒口被塑料模阻挡，不能发挥排气作 用，因此在铸造时除在铸件上方扎出排气孔外，还从冒口中心位置用烧红的金展 棒增设出气孔，这样金属液在未接触冒口前,型腔中的气体可通过冒口和出气孔 排除，以达到

5、预期的效果。1.4实型铸造与传统砂型铸造的对比图表1傀II紳H艺分根分復以无須分KJ0韻令一崔劇用IS木没直酋很小姐成外flWS參咖1-*H A含H或木材泡mvn0X2；由显芯te面MfHwa面艺充懈点金风与生物瓦化充 VilO体仏力状的形酣X9II 边钊（Ji内atm内浇址无飞边1.5实型铸造丁艺常见的铸造缺陷及防止方法(D铸件的变形其防治措施有考虑到涂料重量的影响，在涂料重量易集中或涂料重量较轻的EPS模样部位，使用专用工具予以支护，以减轻涂料重量对ESP模样的影响；填 砂要均匀，禁忌局部充填型砂；改用三维振动台。(2) 铸型塌箱其防治措施有增加铸型型砂的粒度，以加快气体的排出；增加涂料的

6、透气性； 增加铸型的真空度；在工艺条件允许的条件下减少涂料厚度。(3) 浇不足其防治措施有提高浇注温度；增加铸型真空度；改用透气性好的涂料；增加 型沙粒度。(4) 机械粘砂其防治措施有减少型砂粒度，增加涂层与型砂的透气性。(5) 夹渣其防治措施有提高涂层的强度；优化设计、精心实施浇铸工艺，使铁水充型 均匀、稳定；浇注系统连接部位的涂挂性好；净化铁水；浇注系统使用过滤片或 过滤网。(6) 热裂其防治措施有减少型砂的有效厚度；配制具有良好溃散性的型砂造型。(7) 热粘砂其防治措施有混制涂料吋，要防止空气的卷入；将铸件棱角处改为圆角；减 少涂层厚度；改善振动造型条件。(8) 残渣其防治措施有提高涂层

7、的透气性和型砂的透气性；提高浇注金属的浇注温度; 增加铸型的真空度；提高浇注系统的面积等。(9) 气孔其防治措施有不宜开设许多内浇道；顶注工艺改为低注和侧注；增加涂层和 型砂的透气性；型砂要使用干燥的干砂，不要使用含水分和潮湿的型砂。(10) 增碳和增氢(2) 其防治措施有用EPMMA模样牛产的铸件表面增碳的倾向要少；铸造合金中碳含量大于1.5%2.0%吋铸件中几乎检查不出增碳现象。2. 1 一些实型铸造的方法FM法早在1965年，上海市机械制造工艺研究所对FM法(采用泡沫模结合有粘结 剂自硬砂铸造的方法，称之为实型铸造法，也叫FM法)的研究，并于1967年 1971年，上海市先后在上海重型机

8、械厂、上海造纸机械厂投入铸钢和铸铁件的 牛产；自1972年后已发展到有5家工厂应用此法牛产。而且产量逐年增加，至 1978年累计牛产FM铸件约2万吨。那时丄海的实型铸造技术已达到较高水平, 主要表现在以下方面。(1) 铸件废品率一-般在1%以下。(2) 10吨以上大型铸件已牛产近百件之多，在1970年和1974年分别牛 产成功迄今是最大的52t铸钢件和32. 5t铸铁件。(3) 形成一套具有中国特色的泡沫塑料模的加工方法和技术，能采用车、 铳、刨、磨、锯和点切割6种机械加工及手工方法，可以制造出任何 复杂的泡沫泡模(例如：各种机床床身、水轮机转轮机、空气压缩机 缸体等)。自1972年以后，柳州

9、微型汽车厂、大连机床厂等几十家工 厂也纷纷应用FM法牛产铸件。那时的牛产规模较小，大多只是年产 几百吨，年产1000t左右的工厂只有几家。近10年来，在我国采用 FM法牛产的厂家一直保持在1015家。据不完全统计，1995年、1998 年、1999年和2001年中国FM法铸件产量分别是0. 6万吨、0. 88万、 1. 1万吨、1. 75万吨。二 EPC 法20世纪70年代中后期，绵曲化工机械厂和小科院长春光机所先后对EPC 法(泡沫塑料模采用无粘结剂干砂结合抽真空的铸造法，称为消失模铸造法，也 叫EPC法)进行研究和应用。前者曾在1979年浇注成功若干不锈钢铸件，长春 光机所在大量试验研究基

10、础上于1981年建造了-条消失模铸造中试牛产线。随 着我国铸造界对实型铸造认识的不断加深，以及在应用过程PEPC技术、设备和 原辅材料的不断完善与提高，使Z发展越来越快，尤其是近几年。主要表现在以 下俩方面：(3) 在不到10年的吋间内就应用EPC法牛产的产家增大近百家；(4) 产量逐年大幅度地增长，据不完全统计，1995年、1998年、1999年 和2001年EPC铸件的产量分别为0. 72万t, 2. 8万t, 4万t和6. 8万 t,每年增涨的幅度很大。2.2实型铸造在我国的应用EPC, EPC铸件的复杂程度和品质有了很大的提高。20世纪90年代 初，我国EPC的主要产品是磨球，衬板和斗

11、齿类形状较简单及不需加工 的耐磨铸件;20世纪90年代中期以后，牛产较复杂的铝合金进气歧管、 机箱体、球墨铸铁排气管和各种规格的球铁管道铸件；20世纪90年代 后期发展到牛产飞轮铸件、各种汽车配件(如差速器壳体和4缸柴油机 缸体)、形状较特殊的合金钢螺旋体铸件、大型叉车箱壳体类铸件和难 度较大的消防栓铸件等。总之，当今的EPC铸件已形成以耐磨铸件、 汽车配件和管道铸件3大类产品为主题的格局。另外，在铸协等最 近三届主办的铸造、锻压及工业炉国际展览会上有四川屏山兴马精铸厂、 无锡永鑫实型铸造厂、山西华恩集团公司和合肥铸锻厂等4家工厂曾分 别获得由铸造协会颁发的优秀铸件奖。不仅如此，我国已有部分产

12、 品如机箱体、飞轮、螺旋体、刹车盘、消防栓等铸件出口国外市场。 总而言Z,小国的EPC技术己逐渐引起国内外铸造界的关注，的 EPC技术也逐步走出国门、走向世界。3. 1 真空实型铸造真空实型铸造乂称为消失模铸造，消失模铸造技术是将与铸件尺寸相似的 发泡塑料模型黏结组合成模型簇，刷涂耐火材料涂层并烘干后放入砂箱，摸样四 周的型砂通过振动或者其他方式充填紧实。浇注吋高温金属液使其热解气化消失, 并占据泡沫塑料摸样所退出的空间而最终获得铸件的铸造工艺。对于消失模铸造 国内外有不通的叫法，国内存在T砂实型造型和负压实型造型(Evaporative Pattern Casting, EPC)两种叫法，国

13、外通常以美国Lost Foam Casting为主，简称 LFCo3.2消失模铸造在国外的发展史美国是消失模铸造技术的发源地，1956年美国人H.F.Shroyer发明了 实型铸造(Full Mould Casting简称FMC),采用聚苯乙烯泡沫板制作零件模样， 用含有粘结剂的型砂做充填砂获得铸件，同年中请实型铸造美国专利并于1958 年公布于世如图1所示习。最初只多用于单件小批量大件的牛产或铸造金属雕像 等工艺品如图2所示。在美国使用实型铸造成功浇铸的第一件商业铸件是1963年为福特汽车公司制造的重15,000磅（6.8吨）的合金钢冲压模具。是用于1961 年德国亚琛大学Wittemose

14、r教授从美国引进专利，1962年Wittemoser教授和 Hartman公司合作将该技术应用丁工业牛产r6J1。图1. H.F.Shroyer的实型铸造专利 图2.板材雕刻铸造的青铜天马神像3.3真空实型铸造在国内的研究图3现实了我国消失模铸造产量自1990年2007年的增长变化，在1995年 以前我国的消失模产量微不足道，经过随后的十年的发展铸件产量增长十分迅速, 2007年我国消失模铸件产量居世界首位。但是与发达国家相比尽管消失模铸件 的形状和品种基本相似，但是在复杂程度和铸件质量上的差距还很大，并且我国 消失模铸造技术的应用主要集中在铸铁件和铸钢件上，尽管铸铁件消失模铸造技 术在我国己

15、经成熟，铸钢件的消失模铸造技术也基本掌握。但是对于低碳钢和铝 合金消失模铸造技术还不成熟牛产应用相对较少。以2011年为例，我国消失模 铸件产量达到150万吨，但是铝合金铸件产量所占比例不足0.5%。铝合金消失 模铸造与黑色金属的消失模铸造相比，无论从规模、技术、专用设备、机械化和 自动化方而都明显落后。在我国，铝合金消失模铸造受到一些缺陷影响如气孔， 缩松和皱皮缺陷等。由于我国在铝合金消失模铸造所需的辅料（粘结剂、涂料等） 技术尚为成熟，铝合金消失模铸件废品率高使其牛产较少，而引进的铝合金消失 模铸造牛产线还没有发挥其应有的效益。20世纪90年代我国部分高校和科研机构开始对铝合金消失模铸造进行了 研究，吴维冈9等研究了涂料性能对铝合金消失模铸充型能力影响的研究，结果 显示涂料的保温性能和透气性显著影响金属液的充填。李运才在铸造涂料和应用 中提到铝合金消失模铸件的致密度和涂层的透气度有关如图4所示“叭由于铝 合金在浇注温度丄的耍求很高，吴国华对消失模铸造铝合金针孔形成机制进 行了研究，指出采取适当提高浇注温度和低透气性涂料，提高真空度来减少铝合 金铸件的针孔。赵忠等研究了机械振动对铝合金消失模铸造充型流动的影响, 表明机械振动在浇注过程中可以提高金展液的充型能力。近年来针对铝合金消失 模铸造