消失模铸造工艺设计 2011培训

1、消失模铸造工艺设计 电话：11.1 国内外消失模发展现状 消失模铸造技术，自1956年由美国人发明以来，在20世纪80年代中期已发展到相当的规模，已成功地应用于汽车件的工业化生产。 1 概 述2 1956年，美国发明了用泡沫塑料模样制造金属铸件的专利。 最初是采用EPS板材加工模样，采用粘土砂造型，用来生产艺术品铸件。 也就是现在的实型铸造。3 1961年德国公司购买了这一专利技术加以开发。采用无粘结剂干砂生产铸件的技术。 但是，无粘结剂的干砂在浇注过程中经常发生坍塌的现象。 现在国外生产线有不抽负压的生产方式。4 1967年德国采用了可以被磁化的铁丸来代替硅砂作为造型材料。 磁力场作为“粘结

2、剂”，这就是 “磁型铸造”。5 1971年，日本发明了V法(真空铸造法)， 受此启发，今天的消失模铸造在很多地方也采用抽真空的办法来固定型砂。6 在1980年以前使用无粘结剂的干砂工艺必须得到美国“实型铸造工艺公司” 的批准。 在该专利失效以后，近几十年来消失模铸造技术在全世界范围内得到了迅速的发展。7 是将泡沫模样组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干砂中振动造型，在负压下浇注，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铸造工艺方法。消失模铸造: 8 从单件大型铸件（FM实型）发展到中小件大批量流水线生产（EPC消失模），以美国最具代表性，其产量超过世界产量的50以上。9 美

3、国GM公司发动机总成部（GMPT）将EPC用于汽车件大量生产方面在世界上处于领先地位。 并认为今后新车型的发动机缸体、缸盖铸件的生产非EPC工艺莫属，消失模铸造技术在经济、质量和环保等方面具有无可比拟的优越性。 10 在20世纪80年代，GMPT即在纽约州的马森纳工厂用EPC工艺生产一种4.3升的V型汽车柴油机的铝缸盖，随后在1986年用于2.2升四缸铝缸盖的生产，至今已生产了500万件。 11 1986年GM在田纳西州建厂用EPC生产铝缸盖和缸体、球铁曲轴和凸轮轴等铸件。 GM的项目，其白区和黑区部分均由意大利法塔公司中标设计制造。12 阿拉巴马州伯明翰的萨金诺铸造厂（SMCO） ，在200

4、1年已经生产了288,000件铝缸体和288,000件铝缸盖， 2002年10月已达到年产近50万件铝缸体和50万件铝缸盖的生产能力， 白区部分的设备达到近百台套，黑区部分建立了6条自动线，生产力和技术水平居世界首位。13 德国的BMW汽车公司在也建成了年产330,000件铝缸盖的EPC工厂。 据专家估计，世界上每100个缸盖中有4个、100个缸体中有12个是EPC工艺生产的， 和其他工艺方法相比虽然还是很少量的，但其发展前景无可限量的。14 从国外消失模铸造工艺发展的经验来看，也不是一帆风顺的。 20世纪90年代曾出现过徘徊局面，由于美国经济不景气，EPC生产工厂经历过关停并转和重组的低潮，

5、但EPC工艺的优势仍然受到普遍的关注。 15 随着世界经济的回升，特别是汽车工业的复苏，20世纪90年代中期以后，EPC生产走出了低谷，恢复了快速增长势头。 据美国专家评估，美国EPC生产经历过创新阶段和稳定阶段。16 铝合金铸件的生产在2007年进入成熟期，其份额将占整个铝合金铸件的29。铸铁件（包括球铁和灰铁）在2009年进入成熟期，将占整个铸铁件份额的15，而铸钢件最后在2013年达到成熟期，占铸钢件总产量的9。美国EPC技术发展之快，令世界瞩目。据美国专家评估： 17 我国的EPC生产在20世纪90年代初期发展较快。据中实委不完全统计， 2005年EPC（包括FM）铸件产量约321,0

6、00吨，是1995年的20倍以上，其中EPC铸件为216,000吨，FM铸件为105,000吨。18 产品主要有汽车配件、工程机械、管件和耐磨耐热铸件， 其中铸铁件约占87， 铸钢件占12左右， 铝铸件不足1。 19 我国已有不少产品，如变速箱体、管件、飞轮、刹车盘、耐热铸钢件、磨球、消防栓等EPC铸件出口国外市场，面向世界需求。 20 目前我国已形成约95以上采用国产原辅材料、国产设备和国内技术为主的生产局面，在短短十年内EPC厂点已超过百家，其中产量近5年内平均以20的比例增加，已形成了一批产量大、质量好的骨干工厂。 21 但我们应当看到，我国的EPC生产到现在为止不少工厂尚处于技术革新阶

7、段，一批工厂正在向技术稳定阶段迈进，许多工厂产品品种过多，废品率高，管理和技术水平低下，甚至停产或倒闭，还有一些工厂处于开工不足的状态。22 我国和美国相比，黑色金属差距较小，在铝合金方面差距很大，我们已是世界铸造大国，其总产量占世界第一位，遥遥领先于各国。 但我们远非铸造强国，其铸件质量和技术管理水平是今后发展的关键，在EPC生产方面尤为突出。 23 我国的EPC生产发展空间是很大的，只要找到差距，抓住机遇，发挥我们自身的优势，经过长期的技术积累，不断总结交流经验，与时俱进，走自己独特的发展道路。 可以预料，今后经过共同努力奋斗，我国在世界消失模铸造行业中将占有举足轻重的地位。241.2 消

8、失模铸造工艺过程和特征1.2.1 工艺过程对比 EPC工序和传统工艺相比差别较大。 消失模铸造工序大为简化，由于不需分型、不需取模、无砂芯、不需要下芯合箱，不配置型砂和芯砂，使其工艺设计原则和内容也有很大区别。25图1 传统砂型铸造与消失模铸造工序对比261.2.2 工艺特征（1） 实型型腔：型腔中有EPS模型，而传统工艺型腔是空的。（2） 干砂造型：铸造用砂由干砂组成，采用无粘结剂、无水份和附加物的干石英砂。27（3） 模型与金属相互作用：浇注时，液体金属和EPS模型产生物理化学作用。EPS软化、熔化、分解、气化，液体金属不断占据模型的位置，为金属模型的置换过程， 而传统工艺，浇注时为充填空

9、型型腔。28（4） 模型形状灵活：EPS模型可以是整体的，也可以是分块制作后胶合成一体，其形状不受限制，可以做很复杂的铸件。291.3 消失模铸造工艺的优缺点1.3.1 优点（1）铸件尺寸精确，加工量小，近无余量，优于砂型、金属型，低于压铸、接近失蜡精密铸造。（2）铸件表面质量好，优于砂型。30（3）生产不用砂芯，无芯座、无分型面，不起模、合箱，造型工艺大大简化，并减少相应的人为引起的缺陷废品。（4）取消了混砂工序，砂处理系统设备大为简化，减少了由此而产生的质量问题。31（5）干砂落砂非常方便，铸件无飞边毛刺，清理打磨工作量减少50以上。（6）可在理想位置放置浇冒口，冒口可选择最佳形状（如球形

10、），不受起模的限制，对保证铸件内在质量有利。32（7）投资少，同样生产能力比砂型可降低3050，生产线柔性好，可在一条线上实现不同合金、不同铸件的流水线生产。（8）可改善工人劳动条件。有机物燃烧仅为砂型的1/10，且集中在浇注、落砂处排放，便于采取措施。33（9）对工人的技术熟练程度要求降低，培训快。（10）铸件设计自由度提高，不受铸造工艺限制。如传统砂型铸造工艺需考虑起模而采用多箱和劈箱造型。341.3.2 缺点（1）由于商业保密，不能分享有关技术信息，各工厂单位相互合作较困难，技术发展缓慢，不易为工程设计者认可，投资者存有戒心。（2）铸造工厂对EPC模型工艺不了解，成为技术上的难点。35（

11、3）选择合适的铸件产品是成功的关键。形状太简单、不加工的铸件，批量太小均不适宜。（4）模具从设计到投产时间长、成本高（指复杂件）。一旦模具制成后，更改费时费工，虽然样件可用板材加工制成，但达不到预期的质量要求。36（5）浇注系统虽简单，但比传统工艺大一些，切除时费工、工艺出品率偏低。无砂芯和分型面、不合箱，对尺寸精度有利，但EPS模型易受力变形，导致铸件变形缺陷常有发生。371.3.3 什么样的零件可选用消失模铸造工艺（1）美国资料推荐 大批量生产的零件（10,000件/年以上）。 复杂零件（使用2个以上砂芯，尤其是复杂内腔的铸件，如缸体、缸盖），当然复杂件更有利，但相应带来技术上的难度也较大

12、。 可将分开制造的零件组合起来，成为一个整体零件进行生产。 可代替部分精铸件、压铸件。38（2）日本推荐资料 大批量生产的复杂零件。 多品种、批量不大（例如几百件）的铸件，如管件、阀门等。 一吨重以上的大件，批量小也可组织生产。39 这是因为日本劳动力奇缺，有的工厂临时工年龄平均在50岁以上，妇女劳动力多，无需熟练技术，劳动强度低，工时费用低，可降低成本，对中小工厂生产方式有利。40 而相对铸件尺寸精、外观光洁，铸件差价大。而模具费用也不像美国等西方国家估计那样高。因此日本在批量方面放宽较大。41（3）中国特点我国接近于日本的情况。品种和批量方面灵活。 中国生产铸铁件和铸钢件较多，而铝铸件相对

13、较少。 生产批量以多品种的成批生产为主，几百件年到几千件年不等（如管件和阀门件）。42 从简单铸件如磨球、耐热炉条、垫板，复杂件如进、排气管、缸体、缸盖、变速箱壳体等，范围很宽，突破了国外框框的限制，应用更加广泛。43 我国已有5吨重汽车覆盖模具铸件采用EPC工艺生产的经验，最大铸件有报道，已生产了10吨重铸件。44 只要用户有生产需求，经济上有利润可图，预期在我国条件下会有更多品种的零件采用EPC工艺进行生产。452 消失模铸造工艺设计的主要内容2.1 铸造工艺方案的制定原则2.1.1 保证铸件质量 根据消失模铸造工艺过程及特点，工艺方案应首先保证铸件成形，并最大限度地减少各种铸造缺陷，保证

14、铸件质量。 消失模铸造工艺应能表现其精度高、表面光洁、轮廓清晰等特点。461.2.2 考虑明显的经济效益 工艺设计应考虑提高工艺出品率，模型如何组合，实现合理的群铸，以期提高生产效率，降低生产成本。471.2.3 要考虑到便于工人操作，减轻劳动强度和环境保护。482.2.1 绘制铸件图和模型图2.2.2 铸造工艺方案设计的主要内容2.2.3 浇注系统的结构和尺寸设计。2.2.4 确定浇注工艺规范，包括浇注温度、浇注时的负压大小和维持时间。2.2.5 冒口的设计。2.2.6 干砂造型的充填紧实工艺。2.2.7 砂箱、模具的设计。2.2 工艺设计的主要内容49根据产品图纸、材质特点和零件的结构工艺

15、性，需要确定以下工艺参数：（1） 零件机加工部位的加工量；（2） 不能直接铸出的孔、台等部位；（3） 合金收缩率和EPS模型收缩率；（4） 制作模型的起模斜度。2.2.1 绘制铸件图和模型图50（1） EPS模型在铸型中的位置；（2） 确定熔融金属浇注时引入铸型的方式：是顶注、底注、中间注入还是阶梯式；（3） 一箱浇注的铸件数量及布置。2.2.2 铸造工艺方案设计的主要内容513 铸件结构工艺性及参数设计3.1 铸件结构工艺性审核的原则 由于消失模铸造工艺的特点，对铸件结构设计的自由度较大，没有砂型铸造传统工艺那样严格，不受较多因素的限制。52一般有以下原则可供参考：（1） 铸件壁厚要尽量均匀

16、，厚薄相差大的部位应有一定的过渡区段。（2） 尽量减少较深、较细的盲孔。（3） 铸件结构有利于顺序凝固。（4） 细长件和大平板件设加强筋，防止铸件翘曲变形。（5） 转角处应有圆滑过渡，要有一定大小的铸造圆角。533.2 工艺参数的确定 3.2.1 最小壁厚和最小铸出孔 由于消失模铸造的工艺特点，可铸的最小壁厚和孔径、凸台、凹坑等细小部位的可能性大大提高。54 可铸孔径比传统砂型铸造小，而且孔间距离的尺寸容易保证，因此用消失模铸造工艺生产的铸件大部分孔都可铸出，主要限制是模具设计的可能性和合理性。55 可铸的凸台、凹坑及其他细小部位更不受限制。由于模型的涂层不影响铸件的轮廓和尺寸，再加之复印性较

17、好，所以只要能做出模型，就能铸出铸件。 56 铸件最小壁厚主要受EPS模型的限制。 目前，国内用于消失模铸造的泡沫材料（EPS或共聚物)的小原始珠粒粒径约为0.3mm，限制了泡沫模样的最小壁厚。 在生产中模型要求保证断面上至少要容纳三颗珠粒。最这就要求断面厚度大于3mm。57图2 可成型的最小断面厚度5859 若泡沫模样的各处壁厚相差太大，在相同的成型工艺下，很难同时保证厚壁和薄壁部位表面都光洁平整， 不是厚壁处融合不好， 就是薄壁处过热收缩。60 当泡沫模样的最大壁厚和最小壁厚的比值大于10，泡沫模样的成型工艺就难以控制。 这方面的数据可供参考，并有待生产经验的进一步积累。613. 2.2

18、铸造收缩率 对于消失模铸造技术，在设计模具型腔尺寸时，要考虑到双重收缩率，1）金属合金的收缩率2）模型材料的收缩率。62铸造收缩率受许多因素的影响。例如:1、合金的种类及成分、2、铸件冷却、3、收缩时受到阻力的大小、4、冷却条件、5、负压度的差异等。因此，十分准确地给出铸造收缩率是很困难的。63 对于消失模铸造技术，在设计模具型腔尺寸时，要考虑到双重收缩率，即1、金属合金的收缩率2、模型材料的收缩率。64 泡沫模样的收缩率与泡沫材料有关。对于密度0. 0220. 025g/cm3的泡沫模样:1)EPS的线收缩率约为0.3%0.4%，2)共聚物的线收缩率一般为0.2%0.3%，3)用共聚物制作的

19、泡沫模样的尺寸稳定性要高于EPS泡沫模样。651、泡沫模样的收缩率与泡沫材料有关。2、和泡沫模样的密度有关，一般来说，泡沫模样的收缩率随其密度的降低而增加。3、和泡沫模样的烘干温度有关。烘干工艺有关。4、泡沫模样的收缩率与模样存放的时间有关。66泡沫模样的收缩率与模样存放的时间有关。规律是：1、泡沫模样在型内冷却时便有收缩，出型后45h内，有0.1%0. 3%的微膨胀；2、干燥若干天后，泡沫模样中的水分和发泡剂戊烷不断挥发，其尺寸收缩趋于稳定，收缩率为0.3%0.5%。67 金属合金的收缩率与传统砂型铸造工艺相近，可参考表2所列的数据。683.2.3 机械加工余量 消失模铸造尺寸精度高，铸件尺

20、寸重复性好，因此机加工余量比砂型铸造工艺要小，比失蜡精密铸造略高，表3列出了部分数据可供参考。6970 铸件的尺寸公差也介于普通砂型铸造和失蜡精密铸造之间，表4列出了相应的数据，可供参考。713.2.4 泡沫模样的起模斜度泡沫模样从发泡模具中取出，需要有一定的起模斜度，在设计和制造发泡模具时应该考虑起模斜度。选择泡沫模样的起模斜度有三种形式：增加壁厚法、增减壁厚法和减少壁厚法。72增加或减少壁厚的量应符合铸件的壁厚公差。73在模具设计中，不同的测量高度应该选用不同的起模斜度或起模角度。741、泡沫模样在模具中冷却和干燥收缩，造成凹模易起凸模难拔的现象，故凸模的起模斜度应大于凹模的起模斜度。2、

21、若无辅助取模措施，起模斜度应取大值。3、采用负压吸模或顶杆推模等取模方法，模具的起模斜度可取小值。753.2.5 黏结负数两块泡沫模片对粘时，黏结面上的胶有一定厚度S，使泡沫模片黏结后，在黏结方向尺寸偏大。对于尺寸要求高的铸件，应在模具设计时，将泡沫模样在黏结方向上的尺寸减去黏结厚度，以保证泡沫模样尺寸符合图纸要求。76考虑到黏结厚度的影响，在发泡成型模具上减去的数值称为黏结负数。一般黏结负数的取值范围0.10.3mm。黏结负数可在上、下泡沫模片的模具上各取一半，也可以只在其中一个泡沫模片的成型模具上考虑黏结负数。7778 黏结负数的大小与胶的黏度有关，采用热胶黏结，其值偏大；采用冷胶黏结，其

22、值偏小。 黏结负数大小与操作方式有关，手工黏结，其值偏大，机械黏结，其值偏小。794 干砂充填紧实工艺设计4.1 对干砂的要求 消失模铸造常用的干砂是石英砂，黑色金属选用粒度在AFS2545之间。铸铝件可选用细砂AFS50100。 干砂中含有大量粉尘时会降低透气性，浇注时阻碍气体的排出。 砂粒粗大铸件容易出现粘砂，表面粗糙。尽量细。 砂处理设备问题。80 圆形或多角形的干砂可提铸型的高透气性。一般干砂粒度分布主要集中于一个筛号上，有助于保持透气性。 圆形干砂流动性和紧实性最好。多角形干砂流动性稍差，但适当紧实后抗粘砂性能较好。 橄榄石砂、宝珠砂。耐火度，粉碎率、充填问题。81 一般不使用复合型

23、干砂，因为它在使用过程中容易破碎，会产生大量的粉尘。 干砂粒度分布的变化对其流动性、透气性、紧实性能会产生重要的影响，因此应在干砂处理过程中加以控制。 干砂应使用筛砂机去除团块和杂物，减少粉尘。 82 大量生产的车间要使用干砂冷却器控制干砂的温度，使用前应将其降至50以下，以免模型受热软化造成变形。 干砂运输应稳定操作，并控制粉尘含量，气力输送系统需要大的回转半径，压缩空气应干燥。83 灼烧减量是衡量干砂性能的一个重要指标，它反应了模型热解残留物沉积在干砂上的有机物的数量，这种碳氢残余物的积累将降低干砂的流动性，当灼烧减量超过0.250.50时更为明显。 84 为精确测定干砂的灼烧减量，被测的

24、干砂试样应是单筛号砂，因为有机物容易集中在颗粒小的砂粒上。 854.2 振动台的选用 造型时紧砂需要振动，振动后砂子的密度增加1020。 干砂振动紧实最好在填砂过程中进行，以便使干砂填入模型簇的内部空腔，保证干砂紧实而模型不发生变形。86 振动紧实最常用的频率为50Hz（电机转数为28003000rpm），振幅为0.51.5mm； 振动加速度如小于10m/s2，振动效果较弱，而加速度大于25m/s2时则砂粒会产生跳动，振动会造成密度减小，并且频率选择必须避免砂箱或振动台共振。 因此一般选用振动加速度在1020m/s2范围内效果较好。87 振动时间影响铸型密度，时间长铸型密度高，但时间过长效果并

25、不明显，反而容易破坏模型和涂料层，影响铸件质量。 图3和图4显示了典型垂直振动时间与密度的关系。88 在填砂期间靠振动完成砂子紧实，同时还需使操作循环时间更为合理。 快速填砂和紧实，可获得最高生产率和最小变形。89图3 密度随垂直振动时间而增加；频率31.5Hz 90图4 密度随垂直振动时间而增加；频率63Hz91 振动方向对紧实效果有重要影响，大多数振动紧实设备都按垂直方向振动干砂。 目前振动设备振动方式有一维、二维、“三维”，因为旋转振动能绕每一根轴进行，因此最多可有多达六种方式的振动同时进行。 合成运动问题。92 但对于多数情况并不需要多维振动。在我国实际生产情况下，对大多数的铸件，采用

26、一维上下振动，就可以满足一般生产的需要。93 近年来意大利法塔公司投入大量财力进行研究，并对生产经验进行系统总结，认为一维振动和砂箱不夹紧的紧实工艺最为有利，值得参考。94 振动电机本身不能调频，偏心块角度调整较麻烦，振动台安装台面之下或侧面，维修不方便。 交流振动电机与变频器联合使用，形成可调频振动电机。 根据振动电机功率，选择相应型号的变频器，一个变频器可以带动一个电机，也可带动几个振动电机。954.3 干砂的充填紧实工艺4.3.1 填砂要求（1） 砂床准备（即预填砂）：按金属种类和铸件大小，砂箱底部一般要预填干砂厚度在150mm以上。以便于模型的安放、防止砂箱底部筛网损坏。96（2） 根

27、据工艺要求，由人工或机械手放置模型并用干砂将其固定，模型放置的方位（填砂方向）应符合工艺要求（充填和紧实要求）。 孔洞部位的充填。974.3.2 加砂方法由砂斗向砂箱内加砂有三种方法：（1） 柔性加砂法：可人为控制砂子的落高，不损坏模型和涂层，操作方便灵活。仔细按工艺要求操作可达到良好的效果。 但速度慢，效率低。98（2） 螺旋给料器加砂法：使用螺旋给料器将砂子从砂斗输送到砂箱中（如同树脂砂），可移动到砂箱的各个部位，但砂子落高不能调整（日本多用此法）。99（3） 雨淋式加砂法：加砂斗底部设有定量的料箱，抽掉闸板后，干砂通过均匀分布的小孔流入砂箱。 加料箱尺寸与砂箱尺寸基本接近，加砂均匀，冲击

28、模型力量小，并可密封、定量加砂，效果好，改善环境，只是结构稍复杂。适于单一品种、大量流水线上使用（美国、西欧应用较多）。 国内存在粉尘问题。1004.2.3 填砂与振动的配合方式（1） 填砂过程中砂箱不振动，全部加砂完成后再开始振动。 模型顶部干砂比底部下降快，这样会造成细长复杂模型容易出现变形。 但此种方法操作简单，对厚实而刚性较好的模型可满足要求。 最好分几次加砂、振动。101（2） 边填砂、边振动：填砂、紧实过程互相匹配，效果优于前者。 尤其对于复杂的模型，必须采用边加砂、边振动的方式，才能使干砂均匀充填模型的各个部分，可显著减少模型变形，是生产上采用较多的方法。102填砂操作注意事项：

29、 填砂前，检查砂箱抽气室隔离筛网有无破坏； 填砂埋箱过程不能损伤模型，不使涂料剥落； 加砂要均匀，速度不能太快，模型内外应均匀提高砂柱高度，对于长杆及其他刚度低的模型，特别要注意防止弯曲变形；103 对特别难以填砂的部位，应辅助人工充填，也可使用自硬芯砂解决局部填砂困难，必要时可开设填砂工艺孔，然后再用EPS填上，用胶带纸封好； 干砂温度必须低于50； 顶部吃砂量，在使用负压条件下不能低于100mm； 加砂工序需加局部抽风罩，以防止粉尘污染。1045 浇注系统设计5.1 浇注位置的确定确定浇注位置时应考虑以下原则：（1） 尽量立浇、斜浇，避免大平面向上浇注，以保证金属液有一定的上升速度。（2）

30、 浇注位置应使金属与模型热解速度相同，防止浇注速度慢或出现断流现象，而引起塌箱、对流缺陷。105（3） 模型在砂箱中的位置应有利于干砂充填，尽量避免水平面和水平、向下的盲孔。（4） 重要加工面应处在下面或侧面，顶面最好是非加工面。（5） 浇注位置还应有利于多层铸件的排列，在涂料和干砂充填紧实过程中，应方便支撑和搬运，模型某些部位可以加固以防止变形。1065.2 浇注方式的确定浇注系统按金属液引入型腔的位置分为:1、顶注、2、侧注、3、底注、4、阶梯注。1075.2.1 顶注 顶注充型所需时间最短，浇注速度快，有利于防止塌箱； 温度降低少，有利于防止浇不足和冷隔缺陷； 工艺出品率高，顺序凝固补缩

31、效果好；108 可以消除铸件碳缺陷，但因难于控制金属液的流动，容易使EPS热解残留物卷入型腔，铸件增碳倾向大。 由于铝合金浇注时模型分解速度慢，型腔保持充满状态，可避免塌箱。 一般薄壁件多采用顶注。109优点；容易充满，可减少薄壁件浇不到、冷隔方面的缺陷。充型后上部温度高于底部，有利于铸件自下而上的顺序凝固和冒口的补缩；冒口尺寸小，节约金属，内浇道附近受热较轻；结构简单，易于清除。1105.2.2 侧注 液体金属从模型中间引入，一般在铸件最大投影面积部位引入，可缩短内浇道的距离。 生产铸铁件时采用顶注和侧注，铸件表面出现碳缺陷的几率低。但卷入铸件内部的碳缺陷常常出现。1115.2.3 底注 从

32、模型底部引入金属液，上升平稳，充型速度慢，铸件上表面容易出现碳缺陷，尤其是厚大件更为严重。 因此应将厚大平面置于垂直方向，而非水平方向。112 底注工艺最有利于金属的充型，金属液前沿的分解产物在界面空隙中排出的同时，又能支撑干砂型壁。一般厚大件应采取底注方式。1135.2.4 阶梯注入式 分两层或多层引入金属时采用中空直浇道，像传统空腔砂型铸造工艺一样，底层内浇道引入金属液最多，上层内浇道也同时进入金属液。114 但是，如果采用实心直浇道，大部分金属从最上层内浇道引入金属，多层内浇道作用减弱。阶梯浇道容易引起冷隔缺陷，一般对高大铸件才采用。115 充型后，上部金属液温度高于下部、有利于顺序凝固

33、和冒口的补缩，铸件组织致密。 易避免缩孔、缩松、冷隔及浇不到等铸造缺陷。利用多内浇道，可减轻内浇道附近的局部过热现象。116 要求正确的计算和结构设计，否则，在负压作用下，容易出现上下各层内浇道同时进入金属液的“乱浇”现象，或底层进入金属液过多，形成下部温度高的不理想的温度分布。1175.3 浇道尺寸大小的设计 消失模铸造充型过程中，金属液和泡沫模型之间有着激烈的热作用、机械作用和化学作用。 这些过程在一般水力学过程中是不常见的，因此，消失模铸造充型过程是不稳定流过程。118 消失模铸造过程伴随着合金液冲刷和侵蚀涂料层，相互热交换，合金结晶、粘度增大和体积收缩，使金属氧化、造成大量氧化夹杂物等

34、。119 消失模铸造浇注操作不可能保持浇口杯内液面的绝对稳定，模型气化过程也不稳定，因此，允型过程是不稳定流动过程。120浇口杯中的流动：浇口杯可用来承接来自浇包的金属液，防止金属液飞溅相溢出，便于浇注； 1）减轻液流对型腔的冲击； 2）分离渣滓和气泡，阻止其进入型腔； 3）增加充型压力头。121消失模铸造用浇口杯分漏斗形和盆形两大类。 1）漏斗形浇口杯挡渣效果差，促结构简单，消耗金属少。 2）盆形浇口杯效果较好，底部设置堤坝有利于浇注操作，使金属的浇注速度达到适宜的大小后再流入直浇道。 浇口盆内液体深度大，可阻止水平旋涡的产生而形成垂直旋涡，有助于分离渣滓和气泡。 122123 浮在浇口杯液

35、面上的非金属夹渣物会沿着弯曲的液面。一面旋转，一面和空气一同进入直浇道。124直浇道中的流动直浇道的功用是：提供足够的压力头。使金属液在重力作用下能克服各种流动阻力，在规定时间内充满型腔。 在消失模铸造中，直浇道是进砂、进涂料的重点部位。125直浇道常有2种： 1）上大下小的锥形； 2）等断面的圆柱形；试验结果表明； 上大下小的锥形直浇道呈充满流态 而在等截面的圆柱形和上小下大的倒锥形直浇道中呈非充满状态。126127 和传统砂型铸造工艺一样，首先要确定内浇道（最小断面尺寸），再按一定比例确定直浇道和横浇道。 计算方法可以用下列两种：1、经验法 2、理论计算方法 内浇道尺寸大小的设计128（1

36、） 经验法：以传统砂型工艺为参考，经查表或经验公式计算后，再做适当调整，一般增大1520即可。129（2） 理论计算方法：如水力学计算公式，G流经内浇道的液态合金重量（kg）（铸件重浇注系统重浇冒口重）；流量系数，可参考传统工艺查表，一般可按阻力偏小来取。铸铁件：0.400.60；铸钢件：0.300.50；Hp压头高度，根据模型在砂箱中的位置确定。1301311325.4 浇道比例和形式由于消失模铸造充型过程存在模型气化，产生大量气体，不同于传统砂型铸造，因此，尚难形成统一的、普遍接受的浇注系统设计原则。 但是普遍认为在消失模铸造引入液体金属时，应使充型过程连续不断供应金属，保证不断流，液体金

37、属必须支撑干砂型壁，采用封闭式浇注系统较为有利。133 砂型、涂料具有透气性，在抽负压的条件下，当金属流对型壁的压力为正压时才呈充满状态流动。 若把液态金属视为理想流体，则全部阻力系数均等于零。 只有S直 S横 S内 才能满足充满条件，这就是传统的浇注系统的理论。134 实际液态金属是有粘度的，不能当作理想流体去研究，实际流体的流动阻力影晌、负压影响是不容忽略的。 有时满足S直 S横 S内的条件，但在负压作用下，仍然充不满。135 目前尚难做到普遍接受的浇注系统设计原则，但下列规范能得到共识，被普遍采用。（1） 在引入液体金属时，应使充型过程连续不断供应金属，保证不断流，液体金属必须支撑干砂型

38、壁，采用封闭式浇注系统最为有利。136 内浇道尺寸确定之后，通过浇注系统各组元断面比例关系，可确定横浇道和直浇道的尺寸。 各组元比例关系推荐如下：铸钢件：F内:F横:F直1.0:1.1:1.2铸铁件：F内:F横:F直1.0:1.2:1.4137 一些工厂常常根据产品分类，将其分为为大件和中小件，采用厂标规格的予制直浇道，例如40、50，由计算结果F直的大小选取接近值即可。 直浇道形状一般都是圆形或方形。 横、内浇道形状多为方形或梯形。138（2） 浇注系统的形式与传统工艺不同，不必考虑复杂的结构形式（如常用的离心式、阻流式、牛角式等等），尽量减少浇注系统的组成，常常不设横浇道，只设直浇道和内浇

39、道，以缩短金属液流动的距离。139（3） 直浇道与铸件之间的距离（即内浇道的长度），应保证充型过程中不因温度升高而使模型变形。140（4） 金属压头：应超过金属/EPS界面的气体压力，以防止金属液反喷（也称为呛火）。呛火是液体金属从直浇道反喷出来，中空直浇道和底注有利于避免出现反喷（同样适用于铝铸件）。 高的直浇道（静压头高），一般容易实现铸件质量良好和浇注安全（对EPS+EMPPA共聚树脂模型更为突出。）141（5） 挡渣作用：由浇口杯内液面保持一定、不断流来保证。 为了强化挡渣作用，有的工厂还采用过滤网，放在浇口杯下或内浇道前。1425.5 浇注工艺5.5.1 浇注温度的确定 由于模型气化

40、是吸热反应，需要消耗液体金属的热量，浇注温度应高一些。 虽然在负压下浇注，充型能力大为提高，但从顺利排出EPS固液相产物也要求温度高一些，特别是球铁件为减少参碳、皱皮等缺陷，温度偏高些对铸件质量有利。143 一般推荐EPC工艺浇注温度比砂型铸造提高3050， 对铸铁件而言，最后浇注的铸件浇注温度应高于1360。 144表6是推荐的浇注温度的适宜范围。1455.5.2 负压的范围和时间的确定负压的作用是：（1） 紧实干砂，防止冲砂和铸型崩散、型壁移动（尤其是球铁更为突出）；（2） 加快排气速度和排气量，降低界面气压，加快金属前沿的推进速度，提高充型能力，有利于减少铸铁件表面碳缺陷。（3） 提高铸

41、件的复印性，铸件轮廓更加清晰。（4） 在密封下浇注，改善工作环境。146负压大小和范围：（1）根据合金的种类选定负压的范围，见表7。 铸件较小负压可选低一些，重量大或一箱多铸可选高一些，顶注可选高一些，壁厚或瞬时发气量大也可选略高一些。147 在浇注过程中，负压常会发生变化，开始浇注时负压降低，达到最低值后，又开始回升，最后恢复到初始值。 浇注过程中负压下降到最低点不应低于（铸铁件）100200kPa，生产上最好是控制在200 kPa以上，不允许出现正压状态，可通过阀门调节负压，保持在最低限度以上。148（2） 保压时间：推荐以下公式：铸钢件：t=K.M2，一般铸钢件K=2.8，M为铸件模数（

42、cm）；t为凝固时间（分）。铸铁件：t=K.M2，K=0.0075Tp5，Tp为浇注温度。149（3） 浇注操作：在EPC工艺中浇注时多数使用较大的浇口杯，以防止在浇注过程中出现断流而使铸型崩散，达到快速稳定浇注后应保持一定的静压头。 浇口杯多采用砂型制造。150 消失模铸件在允许的情况下，一般应尽快浇注。 采用自动浇注机有利于稳定浇注速度，并能够在浇注时快速调整。 而手工浇注不便于控制，废品率比自动浇注时要高一些。151 几种新的自动浇注方法已得到生产应用。 如采用加压方法从铸件底部充型，采用真空技术将金属液吸入铸型中，其前景很好。1526 冒口设计 消失模的冒口按其功能分为起补缩作用的冒口

43、、排渣排气作用的冒口和两种功能兼而有之的冒口。153 排气排渣的冒口，一般设置在液体金属最后充满的部分，或两股液流相汇合的部位，起到收集液态或气态热解产物、防止出现夹渣、冷隔、气孔缺陷的作用，这类冒口无需考虑金属液的补缩。154 由于铸钢件和球铁件凝固特点的不同，它们的冒口设计方法也有所差异。1556.1 凝固收缩特性6.1.1 凝固方式：可将铸造合金分成两大类五种凝固方式，如图5所示。a） 平滑壁凝固；b） 粗糙壁凝固；c） 海棉状凝固；d） 糊状凝固；e） 壳状凝固156铸件的凝固方式分为两大类:一是外生式凝固方式，另一种是内生式凝固方式。157（1）外生式凝固方式： 光滑界面的凝固：外生

44、晶群向铸件中心生长，相邻生长晶体前沿界面是光滑的。 粗糙界面的凝固：外生树枝晶彼此相间，从外壁向中心生长，晶体和熔液之间的界面是粗糙的。当树枝晶在中心相遇时，凝固结束。 海绵状凝固（网状凝固）：树枝晶由外壁向中心快速贯穿整个熔液，其间隙为液体所充满，像海绵一样，在凝固过程中，树枝晶枝节变多变粗，当枝晶间液体被消耗尽时，凝固结束。158（2）内生式凝固方式： 糊状凝固：结晶在熔液内部进行，同时形核又以同样快的速度生长时，形成固体和液体组成的糊状混合物，直到间隙中液体全部凝固，凝固结束。 壳状凝固：结晶虽然也在熔液内部进行，但铸铁表面层的凝固比较早开始和结束，在内生式凝固时也能形成固体壳，固体壳逐

45、渐到达中心时，凝固结束。159 1、 纯金属的凝固为光滑壁凝固， 2、铸钢为粗糙壁凝固， 3、锡青铜是外生式海绵状（网状）的凝固方式，因此很难避免缩松。160 铸铁的凝固很特殊，分为两个阶段，第一阶段凝固为“始终”为外生式海绵状凝固方式， 而第二阶段为“共晶始共晶终”，为内生式凝固方式，但对球铁而言是内生糊状凝固方式，对灰铁而言是内生壳状生长，两者有所区别，这也是球铁缩松倾向更突出的原因之一。1616.1.2 凝固时间的计算铸件凝固时间一般采用著名的契维瑞诺夫（Chvorinov）公式：t凝固时间（分）；K凝固系数。在砂型条件下，对碳钢平板件，K=2.8 ; M模数； 162 对于铸钢件，上述

46、公式虽然不很精确，但在工业生产条件下是很有用的近似计算方法。 对平板件较准确，对圆柱、立方体和球体件应相应延长1015。 对于铸铁件有人认为上式也适用，简单地视K为常数，指出K=8.0。163 但是由于铸铁件与铸钢件不同，浇注温度变动范围较大，凝固方式不同，因此浇注温度的影响不能忽略。 铸钢浇注温度波动在40左右， 而铸铁浇注温度可以波动250。164通过大量实测研究和生产验证，得出下列公式，可供参考使用。K=0.0075Tp5；（Tp浇注温度）165例如，球铁平板件厚度为4.0cm，浇注温度为1300和1450时，凝固时间分别计算如下：K=0.0075Tp5；（Tp浇注温度）166 可以看出

47、，两者相差较大，因此浇注温度是影响K值的主要因素，必须加以考虑。 而砂型因素和化学成份等的影响，相对于工业生产条件下是较小的，可以不加考虑。计算值与实测值接近，可作为实际生产的参考值。167为了方便应用，也可以用图6查得凝固时间t。图6 从浇注完到A）凝固开始以及到B）凝固结束所经历的时间（随模数而变化的简图） （近似的，适用于球铁，灰铁）1686.1.3 体积变化模式： 绝大多数铸造合金液态冷却时都要发生收缩，凝固时也要收缩，最后是固态收缩。 收缩率对不同的合金是不同的，但对任何给定的合金来说，它们是常数。169如图7所示。对于球铁和灰铁，与上述情况不同，既经历液态收缩（一次收缩）、膨胀，凝

48、固末期还有二次收缩。图7 铸造合金铸件体积变化的一般模型 170 对大多数铸造合金，在冷却过程中，无论是液态、凝固态、固态三个阶段都连续不间断地发生体积收缩。 而铸铁有其独特性，它的三个阶段是不连续的，而且更重要的是体积变化的模型是不固定的。171厚大断面铸件（模数大）冷却缓慢按虚线变化，而薄壁件（模数小）冷却速度快则按实线变化，如图8。图8 球铁（和灰铸铁）铸件体积变化的一般模型a） 液态收缩；b）膨胀；c）二次收缩1726.1.4 膨胀力试验结果 对不同模数立方体测试膨胀力，其结果具有较大的实用参考价值，可推广到具体生产情况下不同模数的铸件，以及同一铸件的不同模数部位。 铸铁材质、化学成份

49、、孕育处理、铸件模数等都对膨胀力都有一定影响，试验测出的膨胀力为3.39kg/cm2。灰铁膨胀力较小，为35kg/cm2。球铁膨胀力较大，为69kg/cm2。173 膨胀力随着铸件模数增加而增大，模数大于2.0cm左右时，膨胀力的增加趋于平缓。 要实现无冒口铸造，必须采用强度高的铸型及刚度较大的砂箱，以免膨胀力使铸型型腔胀大。174 在生产条件下利用一般干型和砂箱，对M2.0cm铸件可采用无冒口铸造工艺，能够保证铸件质量，可提高经济效益。 铸型刚度要大，由于凝固时通过型壁移动释放压力，测出的膨胀力更准确。EPC铸型刚度优于干型，其膨胀力可以认为近似干型条件下所测的数据。1756.2 铸钢件冒口

50、的设计方法 消失模铸钢冒口设计，可参照砂型工艺方法， 没有原则的区别。1766.2.1 补缩的基本条件（1） 冒口凝固时间大于铸件（被补缩部分）的凝固时间。（2） 有足够的金属液补充铸件的液态和凝固收缩。（3） 在凝固过程中，冒口和被补缩部位之间存在补缩通道，扩张角向着冒口。177 按顺序凝固的原则选择冒口的位置，可以是顶冒口或侧冒口，但都必须是暗冒口，并且可以非常方便地采用球形冒口。178 要注意冒口补缩距离是否足够，并充分利用补贴的作用。 尽量不用冷铁，以方便操作。如一个冒口不够有效距离，可采用多个冒口补缩，其参数同砂型铸造，可参照使用。1796.2.2 模数法设计冒口 对于碳钢、低合金钢

51、的冒口、冒口颈的模数应符合下列关系：180（2） 其次冒口必须提供足够的金属液，以补充铸件和冒口在凝固完毕前的体收缩，使缩孔不致深入到铸件内部。为此冒口应满足条件：1811826.3 铸铁件冒口的设计方法 目前我国消失模产品中近90是铸铁件，而球墨铸铁又占其中近一半。 灰铁件和球铁件在凝固特性上其原理是相同的（凝固方式、凝固时间、膨胀力）。 但球铁更容易产生缩松缺陷。 183 在砂型铸造生产方面，曾长期采用铸钢冒口补缩的工艺方法，因此工艺出品率低，切割冒口耗能大，增加了劳动强度，且不利于环保。 在砂型铸造生产方面，球墨铸铁已经实现了无冒口铸造。 184185 由于铸铁件EPC生产中小件不需要设

52、置冒口，已为广大工厂所接受。 一次收缩靠控制浇注温度和直浇道补缩，二次收缩靠坚固铸型和内浇道适时封闭保持内部压力进行自补缩。 厚大铸件是否也能采用砂型铸造工艺的无冒口设计，是我们大家所关心的。186 国内厚大石墨铸铁件的补缩工艺仍多采用冒口补缩方法，按顺序凝固原则，内浇道由薄壁部位引入铁水，冒口设置在最后凝固的厚壁处，没有充分利用石墨铸铁凝固收缩特性，工艺出品率低，清理费工，但已有少数工厂成功地应用了无冒口铸造工艺。187典型实例：大型灰铁皮带轮为钻井泥浆泵的重要零件，最大尺寸为直径1250mm，高度720mm，铸件重量2500kg，材质为HT200，主要壁厚90mm（模数为4.5cm）。生产

53、用冲天炉2.5t/h，出炉温度1400，模型由泡沫塑料板材手工切割胶合成型，模型密度0.018g/cm3，浇注时负压0.05MPa，并保持到凝固结束，以保证铸型的刚度，避免胀型，影响铸件尺寸精度。铸件经加工完全达到质量要求，无缩孔、缩松等收缩缺陷。188图11 大型灰铁皮带轮1896.3.1 EPC（FM）无冒口工艺设计条件 EPC（FM）无冒口铸造工艺设计条件与砂型铸造有共同之处也有区别，现分析如下。（1）铸件冶金质量要求高：化学成分应接近共晶成分，不允许有较多的碳化物，以免出现白口。通常控制碳当量CE：C+1/3 Si4.2，此项条件与砂型铸造相同；190（2）铸件模数：在砂型铸造时要求铸

54、件模数M2.5cm，但在EPC（FM）工艺时，模数大小可适当放宽，几乎不受约束；（3）浇注温度：砂型铸造时浇注温度严格控制在1350，对于EPC（FM）则可以稍微高一些，放宽到1380。191球铁件在砂型铸造时不同浇注温度的影响。192（4）浇注时间要适当快一些，以便浇注后内浇道尽快凝固封闭保持内部压力，不通过内浇道卸压，有利于凝固末期的自补缩。内浇道厚度推荐如图13所示，193推荐按下列快浇计算公式：194图14 浇注时间与浇注重量的关系 195（5）浇注系统设计十分重要，应由专业技术人员进行设计，EPC（FM）与砂型铸造工艺有相通之处，推荐方法如下： 不论采用顶注还是底注浇注方式，均可获得

55、健全的铸件，高的铸件更适合顶注，中间浇注和阶梯浇注一般少用。196197 浇道形状：厚大铸件内浇道可分散多个引入到铸件，采用扁矩形，宽厚比推荐4：1。 横浇道为梯形，高宽比为2：1，直浇道可用方形，切割制作方便，采用空心陶瓷直浇道更为有利。 特大型铸件一个直浇道来不及浇注时，可采用2个或4个直浇道，两个浇注包同时浇注。198（6）排气问题：砂型铸造因快速浇注、排气不畅时，容易产生气孔缺陷。 对于EPC工艺，因浇注时抽真空，可以将气体抽走，无需设置出气孔。 对于FM工艺，需要考虑排气，可通过砂型（有透气性）和砂箱上排气孔排气，并参照砂型铸造方法开设排气孔（顶部）。 199（7）安全小暗冒口的设置：安全小暗冒口的重量为铸件重量的2，对工艺不够稳定，如浇注温度偏高，液态收缩的体积亏损导致铸件上表面出现缩凹，或有些铸型凹陷部位紧实度不足造成胀箱而设置，如果工艺稳定，