消失模铸造工艺与模具制造的关系------第十一届消失模与V法铸造学术年会论文集(2)

1、中国机械工程学会铸造分会第十一届消失模与V法铸造学术年会论文集消失模铸造工艺与模具制造的关系刘中兴(河南郑州，万达刘氏模具有限公司)摘要：本文主要介绍消失模铸造工艺对模具设计及制造的影响，同时也剖析了国内消失模模具制造业的现状和行业的浮躁，通过对案例的分析与讲解，得出的不仅是工艺与模具之间的关系，而且还引出了消失模铸造模具行业前进的方向。关键词：消失模铸造工艺 消失模模具 案例 方向 引言消失模铸造（又称实型铸造）是将与铸件尺寸形状相同的泡沫模型粘接结成模型簇，刷耐火涂料并烘干后，埋在干砂中振动造型，在真空负压下浇铸，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兴铸造方法，是目前铸

2、造行业中最为“绿色环保”的铸造工艺，也是二十一世纪铸造业的发展趋势。国外的消失模铸造工艺发展的步伐稍微领先于国内，但并不意味着国内消失模铸造的水平不够。放眼国内消失模铸造行业，无论铸造企业的设备先进与否、企业文化是否相同，但以工艺为核心的思想，仍是行业之魂，它影响着消失模铸造业与模具制造业的未来。1. 消失模铸造工艺的发展动态消失模铸造工艺从研发成功至今已经迈过了五十余载，上个世纪六十年代中后期，我国也开始了消失模铸造工艺的研究，随着工艺不断的改进和创新，它已经发展成了一种比较成熟的铸造工艺，能够满足大多工业生产的需求，但是随着科技与技术不断的发展与更新，根据目前行业状况，要想更好的推动与发展

3、消失模铸造工艺，把握机遇，乃至引领时代的步伐，我们必须不断地发掘消失模铸造工艺的潜在能量，释放出内在价值，才能更好的服务于行业，贡献于社会，造福于人类。2. 国内消失模铸造行业及模具行业现状自从上世纪九十年代以来，中国的消失模铸造犹如雨后春笋，展现出蓬勃的生机，众多铸造厂家纷纷学习和致力于消失模铸造这一块，随着这股热情过后，一部分具有生产技术和实力的铸造厂家继续驰骋在这块肥沃的土地上，另一部分铸造厂家逐渐退出消失模铸造行业，究其原因，可以从以下几个方面进行概括：首先，引进消失模铸造不够慎重,缺少专业人才，缺乏对消失模铸造的深入了解，缺少完整的可行性分析报告，就盲目立项；其次，部分铸造厂所购进的

4、设备和模具自身就不能满足其产品工艺和性能的要求；最后，就是只顾追求利益的最大化，发图纸与多个模具厂家进行联系，选择报价最低的模具厂家，铸造厂家和模具厂家均未对产品进行潜在的工艺失效分析，盲目投入，导致产品稳定性差、生产成本高、合格率低。以上各方面充分证实了一个道理：做技术一定要脚踏实地、严谨认真。从事消失模铸造工艺的工作人员，首先要做好的就是对产品进行可靠地工艺分析，才能生产出高品质铸件产品。3.消失模铸造模具开发与制造案例分析3.1 重型发动机脉冲式排气管案例分析 此铸件体型较长且壁薄（如图3.1-1所示），所以消失模白模极易产生变型和铸件产品在粘结缝部位的渗漏，很难保证支管之间的尺寸精度，

5、最终会导致支管与发动机无法精密配合，造成排气不畅、噪音较大等缺陷，且铸件工艺要求支管与主管法兰面必须保证一定的垂直度，显然普通的消失模铸造模具很难满足其工艺要求。图3.1-1 产品三维实体图基于其铸件本身的结构及使用工艺要求，我们设计出自带浇注系统和自定位的模具（如图3.1-2所示）。在此模具中将浇道与白模连成一体，一同做出白模模样（如图3.1-3所示），其主浇道起到防止变形和保证各支管的尺寸精度的作用，同时由于各支管得到了内浇道的支撑必然保证了支管法兰面与主管法兰面之间的垂直度。而且我们在分型截面上做出交叉子母扣，使其能够嵌合均匀一致，这样也避免了由于管壁较薄产生的变型，同时也起到了防渗漏的

6、作用。图3.1-2 上模片的模具及白模 下模片的模具及白模图 3.1-3 发泡成型的白模模样以及模样的分片浇注系统和白模模样一同做出，主要避免了“浇注系统与白模模样粘接所造成铸件内部加涂料片的缺陷”，减少了人工作业，降低了铸件生产成本。如图3.1-4所示，该件做“潜在的工艺失效分析”总结出最大的两个问题就是铸件壁厚4.5mm，易产生变型和分型缝渗漏。如下图所示，由于模具开发制造时，未考虑变型和分型缝渗漏的问题，故按此图制出的模具进行浇铸生产，最终导致成品率较低。 3.1-4 常见的排气管模具设计3.2 拖拉机后桥壳案例分析对铸件进行产品工艺分析（产品如图3.2-1所示），从其使用性可知属于盛油

7、件，对密封性要求极为严格。对于盛油件使用消失模铸造工艺应尽量避免分片成型，因为分片在粘合处较容易出现渗油的问题，根据其工艺性要求，我们设计出图3.2-2所示的模具，将桥壳内部的成型面设计成六个活块，虽然加大了模具的制造难度，但这样白模可整体成型，保证了铸件不会因分型出现渗油现象。图 3.2-1 产品白模 图 3.2-2 基于工艺的模具 图 3.2-3 浇注系统的设计 图 3.2-4 模具及白模 为了避免铸件渗漏，我们采取底注式浇注系统（如图3.2-3所示），由于底注式浇道容易造成铸件上表面的缩松、夹渣等问题，我们增加了浇口杯根部与白模最高面的压头差（一般对于底注式浇道，浇口杯根部与白模最高面的

8、压头差不宜小于260mm），这样也就确保了整个铸件不会出现渗油现象。图 3.2-5 常见白模模样设计及浇注系统的设计 对图3.2-5所示的模具设计进行分析，可知它存在两个致命问题，其一：由于白模分片成型，在其分型处铸件极易出现渗漏问题；其二：浇注系统的设计不合理，虽然设计的是阶梯式浇铸系统，但两个内浇道距离相隔太近未能起到相应作用，两内浇道同时进水，容易产生缩孔、重皮、夹渣等问题。虽然此方案模具简单，无活块，铁水利用率高，如果运用于实际生产中，最终会导致成品率偏低。3.3犁田机驱动轴壳体案例分析对铸件工艺要求进行分析可知（如图3.3-1），保证其对称性是非常重要的。由于铸件较大且结构不够紧凑，

9、模片易变形，不采取相应的措施很难确保两模片的对称性；如分开分别浇铸，铸件的冷却速度不均等因素影响，必然造成几何尺寸的偏差，影响装配和产品外观。 图3.3-1 犁田机驱动轴壳白模模样 图3.3-2 模具实物图3.3-3 白模与浇注系统基于以上的工艺分析，我们设计出的模具(如图3.3-2，3.3-3所示)，在对称面上做突出该平面的交叉扣（如图3.3-4所示），使两模片能够对称嵌合，这样就可保证两模片的对称性。同时将壳体铸造转变为箱体铸造，在浇铸时由于铸件同时进水，应力相互牵制，大大减少了变形，符合产品的使用要求。 图3.3-4 两片白模模样以及平面的交叉扣3.4 小型铸件在消失模铸造中巧妙高效地运

10、用案例分析消失模铸造在行业中有句行话叫“不怕复杂怕简单”，对于一些简单小型铸件，消失模总是很难高效地生产出优质产品。但万事无绝对，以下将介绍小型铸件在消失模铸造中成功运用的案例：弯弓的模具设计对弯弓的结构分析可知（如图3.4-1），由于白模模样是具有较高的塑性，且此铸件无自身的牵制，因此确保弯弓的角度对消失模白模模样来说是极其困难的，并且铸造厂家对此铸件的质量要求很高。 图 3.4-1 毛坯（上一）成品（下二） 图 3.4-2 模具及白模 设计出如图3.4-2所示的模具，内浇道设在加工部位，模具自带内浇道，通过弯弓组装架（如图3.4-4所示）将白模模样完全固定，又解决了弯弓角度变形的问题。浇注系统如图3.4-3所示，同时通过白模的巧妙排列，大大增加了一箱铸件的数量，在内浇道上我们设计了V型槽，利于铸件清理，浇口无需打磨，提高了效率也降低了生产成本。图 3.4-3 浇注系统及白模模簇图 3.4-4 弯弓组装架 所以消失模在小型简单球铁件中的应用，也是很成功的，关键取决于模具的巧妙设计以及模簇的紧密排列。以下为小型铸件在消失模铸造中巧妙运用的实例 通过对以上案例的分析，我们可以看出，忽略消失模铸造工艺的模具设计很难满足产品本身或铸造厂家的要求，例如：案例1如果不考虑产品的自身结构和使用工艺，最终的产品很