消失模铸造与成本分析

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1、消失模铸造(Expendable casting proces简称EPC)是泡沫塑料模采用无黏结 剂十砂结合，抽真空技术的实型铸造(简称FM)由于这种铸造方法投资少，成本 少，铸造尺寸精度高和表面光洁，大大降低劳动强度和改进作业环境实现铸造车 间活洁生产，近年来发展很快成为今日铸造的热点。从总体上看，目前我国消失模技术还处在较低的水平上在铸造复杂程度上以 及质量水平方面。在技术程度性，商品化以及机械自动化程度等方面与先进工业 国还有较大差距。先进工业化国家已经成功的大批量生产了汽车的四缸体，缸盖等复杂铸件，生产率达180型/小时。而我国目前稳定投入生产的仅仅是一些排 气管，壳体类等比较简单的铸

2、件，生产率仅 30型/小时以下。所生产铸件的精度 和表面粗糙度也有相当大的差距，但是消失模铸造这项新技术在我国的发展前景 是非常乐观的。1.1消失模铸造工艺分类1. 用板材加工成形的气化消失模铸造用板材加工成形的气化模铸造的主要特点是：(1) 模样不用模具成形，而是采用市售的泡沫板材，用数控加工机床分块制 作，然后粘合而成。(2) 通常采用树脂砂或水玻璃砂作填砂，也有人采用十砂负压造型。这种方法主要适用于中、大型铸件的单件、小批生产，如汽车覆盖件模具、机床床身的生产等。通常称这种方法为Full Mould Casting，简称FMC法。2. 用模具发泡成形的消失模铸造用模具发泡成形的消失模铸造

3、的主要特点是，模样在模具中成形和采用负压 十砂造型。它主要使用于中、小型铸件的大批生产，如汽车和拖拉机铸件，管接 头，耐磨件的生产。通常称这种方法为 Lost Foam Casting简称LFC法。1. 2消失模铸造的工艺流程1.2.1预发泡模型生产是消失模铸造工艺的第一道工序， 复杂铸件如汽缸盖，需要数块泡 沫模型分别制作，然后再胶合成一个整体模型。每个分块模型都需要一套模具进 行生产，另外在胶合操作中还可能需要一套胎具，用于保持各分块的准确定位， 模型的成型工艺分为两步，第一步是将聚苯乙烯珠粒预发到适当密度， 一般通过 蒸汽快速加热来进行，此阶段称为预发泡。1.2.2模型成型经过预发泡的珠

4、粒要先进行稳定化处理，然后再送到成型机的料斗中，通过 加料孔进行加料，模具型腔充满预发的珠粒后，开始通入蒸汽，使珠粒软化、膨胀，挤满所有空隙并且粘合成一体，这样就完成了泡沫模型的制造过程， 此阶段 称为蒸压成型。成型后，在模具的水冷腔内通过大流量水流对模型进行冷却，然后打开模具取出模型，此时模型温度提高且强度较低，所以在脱模和储存期间必 须谨慎操作，防止变形及损坏。1.2.3模型簇组合模型在使用之前，必须存放适当时间使其熟化稳定，典型的模型存放周期多 达30天，而对丁用设计独特的模具所成型的模型仅需存放2个小时，模型熟化稳定后，可对分块模型进行胶粘结合。分块模型胶合使用热熔胶在自动胶合机上 进

5、行。胶合面接缝处应密封牢固，以减少产生铸造缺陷的可能性。1.2.4模型簇浸涂为了每箱浇注可生产更多的铸件，有时将许多模型胶接成簇，把模型簇浸入 耐火涂料中，然后在大约3060C的空气循环烘炉中干燥23个小时，干燥之 后，将模型簇放入砂箱，填入干砂振动紧实，必须使所有模型簇内部孔腔和外围 的干砂都得到紧实和支撑。1.2.5浇注模型簇在砂箱内通过干砂振动充填坚实后，铸型就可浇注，熔融金届浇入铸型后（浇注温度铸铝约在760r,铸铁约在1425C,模型气化被金届所取代形成铸 件。图1.1所示是消失模工艺的砂箱和浇注示意图。在消失模铸造工艺中，浇注 速度比传统空型铸造更为关键。如果浇注过程中断，砂型就可

6、能塌陷造成废品。 因此为减少每次浇注的差别，最好使用自动浇注机。图1.1消失模工艺的砂箱和浇注示意图干煤砂发包聚苯乙临1.2.6落砂清理浇注之后，铸件在砂箱中凝固和冷却，然后落砂。铸件落砂相当简单，倾翻 砂箱铸件就从松散的十砂中掉出。 随后将铸件进行自动分离、活理、检查并放到 铸件箱中运走。十砂冷却后可重新使用，很少使用其他附加工序，金届废料可在 生产中重熔使用。1.3消失模铸造的主要特点1. EPC是一种进无余量精确成形的工艺。其特点是采用遇金届即消失的泡沫 塑料做模样，既无分型乂无分型芯。模样无起模斜度，铸件无飞边毛刺，还减小 了由于型芯块组合而造成的尺寸误差。铸件尺寸精度和表面粗糙度可分

7、别达到IT5-IT7 , Ra=6.312.5 插近熔模精密铸造水平。由于采用十砂，根除了由于 水分，粘结剂和附加物带来的缺陷，铸造废品率显著下降，铸件质量显著提高。 该工艺对工人的操作水平要求不高，对铸造行业很有吸引力。2. 容易实现活洁生产。低温下聚苯乙烯 （EPS）对环境完全无害，浇注时排出的有机物也少；EPS有机物排放量仅占浇注铁液质量的 0.3%。而自硬砂为0.5%。 同时生产有机排放物的时间短， 地点集中，易于收集，可以采用负压抽吸式燃烧 净化处理，燃烧产物净化后对环境无公海，旧砂回用率在95%以上。与传统铸造 方法相比。EPC法的噪声，一氧化碳气体和硅石粉尘危害明显减小，工人劳动

8、强度大大降低，劳动环境显著改善，容易实现机械化，自动化的活洁生产。3. 为主见结构设计提供了充分的自由度。原先要由多个零件加工组装的构 件，采用EPC工艺后可以通过分片制模然后粘合的办法整体铸出，而且型芯可以省去，孑L、洞可以直接铸出，这就大大节约了加工装配的费用， 同时也可以减 少加工装备的投资。一般说来，与传统铸造工艺相比，EPC技术设备投资可减少 30%50%，铸件成本可下降10%30%。4. 金届液的流动前沿是热解的消失模产物（气体和液体），它会与金届液发生反 应并影响到金届液的充填。如果金届充型过程中热解产物不能顺利排除，就容易 引起气孔、皱皮、增碳等缺陷。这就要求工艺师掌握消失模铸

9、造成形原理， 正确 设计浇注系统，制定合理的工艺方案。5. 模具的制造成本较高，要求有一定的生产批量，否则很难获得好的经济效 益。综上所述，消失模铸造符合当今铸造技术发展的总趋势，有着广阔的发展前 景。其优越性不容质疑，但是它不是万能的它有特定的应用范围。具体的产品对象采用什么铸造工艺最合适，必须经过技术上的可行性以及经济上的合理性的 充分论证，切不可盲目从事。1.4消失模铸造的应用范围1. 合金种类几乎所有的铸铁、铸钢和非铁合金（即有色合金，如铝合金、镁合金、铜合 金等）都可以采用EPC法生产。在我国2001年生产的68,000t消失模铸件中，绝 大部分是铸铁和铸钢件，铝合金铸件微乎其微，而

10、美、德、日等工业发达国家铝 合金铸件却占主导地位。由于消失模样热解产物会造成增碳、 黑渣等缺陷，在铸造低碳钢铸件以及要 求致密度极高的汽车球铁保安件时，废品率还比较高，选用时应该特别慎重。2. 铸件大小和壁厚EPC法一般都在流水线上组织批量生产，铸件的最大尺寸收模具和砂箱大小 的限制，最适合的铸件质量通常从几公斤至几白公斤，如果采用专用砂箱，也可以铸造成吨的大件。如果单件、小批生产，则可以生产质量为几吨甚至几十吨的 大件。铸件的壁厚受泡沫塑料粒度大小的限制， 一般要求最小壁厚的截面上至少有 3颗粒度，因此铸件的最小壁厚应大于 3mm。3. 生产批量由于模具的设计、制造周期长，成本高，因此要求铸

11、件有一定得生产批量， 不然分摊到每个铸件上的费用将使铸件价格变得昂贵，难为用户所接受。通常要求EPC法的生产批量为数千件或者更多。批量较小或单个试制件的模样可以通 过板材数控加工的办法分块制造粘合而成。4. 结构形状EPC法对对铸件结构形状的适应性比其他方法都强， 而且越是结构复杂，原 来用砂型铸造时需要使用的砂芯越多、 机加工量越大的铸件，采用消失模铸造技 术的优越性就越突出，经济效益也越显著。譬如，美国Mercury Marie公司曾生产一种新型的三缸两冲程缸体铸件，包 含缸盖和排气循环系统，原先是由 13个零件组装而成，还用了 12个密封垫和 42个紧固螺钉。重新设计后，变成一个消失模铸

12、件，有6个模片粘合而成，整体铸出，大大减少了加工工时和装配工作量。EPC法可以大大扩展铸件形状结构范围，给设计师更大的自由度。对于一些结构上有窄槽、夹层通道的铸件处理措施，不然容易产生夹砂等缺 陷。1.5中国EPC技术的发展与特点现阶段中国消失模铸造技术的发展有以下特点：1. 中国的EPC技术首先是由乡镇企业、中小型铸造配件厂带头开发的。但到 前为止，我国还没有一家企业可以与北美、 欧洲的消失模铸造十大企业媲美。 总 体上看。我国的消失模铸造厂规模小。产量低，经济效益尚未充分显现出来。 主 机制造厂（特别是汽车制造）采用这一新技术的厂家还太少。2. 目前我国生产的EPC产品仅停留在中等难度以下

13、的铸件，如磨球，炉墓条， 热处理框架等耐热、耐磨件，球铁管件，灰铸铁箱体件等，难度大的复杂铸件（如 汽车缸体、缸盖）还不能批量生产出来。铸钢件、球铁件受碳缺陷和黑渣、气孔 的困扰，废品率还比较高。EPC技术上还不够成熟，有许多技术难关有待攻克。3. 在每年68,000t消失模铸件总产量中，铝合金铸件产量不到2%（美国的铝 合金铸件产量将近50%）,与铸件轻量化”的发展趋势有较大差距。4. 某些规模较大的生产线，由于前期工艺论证不够，技术难关还没有攻破而 迟迟不能投产,使巨额投资得不到即时回报；一些规模小的生产线,由于市场波 动，产品对象不稳定，经济效益时好时坏。从总体（总产量、经济、效益）上看

14、，我国消失模铸造技术还处于初级发展阶 段（相当与AFS分析的 技术革命期”，）与美国的水平有1015年的差距，要达到 世界先进水平，还要艰苦努力。1.6我国消失模技术的发展方向1. 产品必须对路，项目的前期工艺论证必不可少。2. 脚踏实地地攻克消失模铸造技术的每一道难关。3. 围绕白区”薄弱环节，加大研究开发力度。（白区”是一个多科学交义领域， 涉及模具的CAD/CAM，高分子发泡材料和成形发泡工艺以及相关的预发、成形、 粘合设备等多个方面）。4. 实现铸件的轻量化”、精确化。大力发展铝合金消失模铸造。5. 实现消失模铸造的活洁发展。6. 协同作战，发挥产学研结合的总体优势。从新技术成长的规律

15、看，我过的消失模铸造技术还处于技术革新期， 还需要有一 个艰苦的技术积累过程，需要付出艰辛的劳动，针对一个一个具体产品对象攻克 难关，不可能坐享其成或操之过急。消失模铸造成本分析消失模铸造特别适用于普通铸造难以完成的多分型、多芯子、几何形状复杂和复杂型腔的铸件。因此，成本对比应有一个高度，不能以简单的铸铁件采用一台冲天炉，一堆粘土砂的成本来与消失模铸造做比较。成本分析很简单，可包括两个方面，即成本增加因素和成本减少因素，这两个因素的差价，即是采用消失模铸造工艺以后，成本增加还是减少的数额。原成本减去EPC成本减少因素+EPC成本增加因素等于 EPC成本1、消失模铸造的成本增加因素消失模铸造的成本增加主要来自两个方面：泡沫模型和涂料消耗。 每吨铸件消耗泡沫型3000克（包括浇冒口），如果自己生产泡沫模型，每克成本价为0.02元。即每吨泡沫型消耗60元人民币；如果外购泡沫模型最多也是每克0.03-0.05 元。即每吨铸件消耗 90-150元。涂料均为自制，骨料价格在500-1000元间，其余成份用量较少，以每吨干粉涂料1000元计算，即使是薄壁件，每吨也只能消耗50-60千克，即不超过100元。因此，消失模铸造成本增加，可定为： 自制泡沫模型：约 160元；(随市场变化) 购泡沫模型：约 200250元(随市场变化)2、消失模铸造成本减少因素(1)