一、什么是消失模鑄造？
消失模鑄造技術(shù)是將與鑄件尺寸形狀相似的發(fā)泡塑料模型粘結(jié)組合成模型簇，刷涂耐火涂層并烘干后，埋在干石英砂中振動(dòng)造型，在一定條件下澆注液體金屬，使模型氣化并占據(jù)模型位置，凝固冷卻后形成所需鑄件的方法。 對(duì)于消失模鑄造，有多種不同的叫法。國(guó)內(nèi)主要的叫法有“干砂實(shí)型鑄造”、“ 負(fù)壓實(shí)型鑄造”，簡(jiǎn)稱(chēng)EPC鑄造。國(guó)外的叫法主要有：Lost Foam Process (U.S.A)、 P0licast Process(Italy)等。
與傳統(tǒng)的鑄造技術(shù)相比，消失模鑄造技術(shù)具有與無(wú)倫比的優(yōu)勢(shì)，因此被國(guó)內(nèi)外鑄造界譽(yù)為“二十一世紀(jì)的鑄造技術(shù)”和“鑄造工業(yè)的綠色革命”。
二、國(guó)外消失模鑄造的發(fā)展簡(jiǎn)史？
1956年美國(guó)人H.F.SHOYER開(kāi)始了將聚苯乙烯泡沫塑料用于鑄造的試驗(yàn)，并獲得成功,引起了人們極大的興趣，1958年以專(zhuān)利的形式公布于眾，當(dāng)時(shí)稱(chēng)之為“無(wú)型腔鑄造”。起初，該法只是用來(lái)制造金屬雕像等藝術(shù)品鑄件，以后經(jīng)過(guò)許多實(shí)踐和探索，1962年西德從美國(guó)引進(jìn)專(zhuān)利，消失模鑄造法才開(kāi)始被開(kāi)發(fā)，并在工業(yè)上得到應(yīng)用。
1964年美國(guó)的T.R.SMITH發(fā)表了使用無(wú)粘結(jié)劑干砂造型生產(chǎn)消失模鑄件的專(zhuān)利。到了1967年,采用普通粘土砂和自硬砂的消失模鑄造法獲得了成功,并在許多國(guó)家得到了應(yīng)用,生產(chǎn)了成千上萬(wàn)噸鑄件,但無(wú)粘結(jié)劑干砂實(shí)型鑄造卻沒(méi)得到發(fā)展,仍處于探索階段。在整個(gè)六十年代直至七十年代,消失模鑄造法僅限于單件小批生產(chǎn),典型產(chǎn)品是汽車(chē)模具、機(jī)器底座、藝術(shù)品等。1968年，德國(guó)人E.KRYZMOWSKI在砂箱內(nèi)抽成負(fù)壓進(jìn)行澆注,取得了專(zhuān)利，即現(xiàn)在的消失模鑄造。
八十年代以前，由于專(zhuān)利的制約，生產(chǎn)中使用無(wú)粘結(jié)劑干砂消失模鑄造受到限制；鑄造界與其他產(chǎn)業(yè)部門(mén)協(xié)調(diào)不夠；由于工藝不當(dāng)、型砂和涂料不合適以及模型質(zhì)量不高所導(dǎo)致的實(shí)型鑄件外觀及內(nèi)在質(zhì)量不夠好，造成了一部分人的等待、觀望甚至懷疑的態(tài)度，使得消失模鑄造法發(fā)展緩慢。
1981年以后由于相應(yīng)專(zhuān)利技術(shù)失效，再加上經(jīng)過(guò)幾年努力，發(fā)泡聚苯乙烯原料珠粒有了很大進(jìn)步、模型組合粘結(jié)劑質(zhì)量改善、高質(zhì)量涂料被研制成功等工藝技術(shù)的進(jìn)步，消失模鑄造法得以迅速發(fā)展，并很快在生產(chǎn)上得到應(yīng)用。1982年美國(guó)首先公開(kāi)了世界上第一條生產(chǎn)復(fù)雜鋁鑄件的消失模鑄造生產(chǎn)線(xiàn)。至此，消失模鑄造作為一種全新的鑄造工藝方法被應(yīng)用于生產(chǎn)。
三、消失模鑄造在中國(guó)的發(fā)展簡(jiǎn)史
1979年，由我國(guó)著名消失模鑄造專(zhuān)家、中國(guó)科學(xué)院長(zhǎng)春光學(xué)精密機(jī)械研究所研究員黃述哲教授領(lǐng)導(dǎo)的課題組，在中國(guó)最早開(kāi)始了消失模鑄造的原理性試驗(yàn)。同年，黃述哲教授在全國(guó)鑄造工藝學(xué)會(huì)上發(fā)表了“消失模鑄造基本特性的研究”論文報(bào)告，在國(guó)內(nèi)首次系統(tǒng)闡述了這一方法的特點(diǎn)和規(guī)律性。1982年，在大量實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)的基礎(chǔ)上，黃述哲教授主持在光機(jī)所工廠建成了一條消失模鑄造實(shí)驗(yàn)生產(chǎn)線(xiàn)。黃述哲教授主持完成的“消失模鑄造技術(shù)開(kāi)發(fā)及工業(yè)化應(yīng)用”于1997年、1998年分獲中科院科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)和國(guó)家科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)，這是我國(guó)鑄造工業(yè)界科技成果中獲得的最高獎(jiǎng)項(xiàng)。1998年被國(guó)家科技部列為“九五國(guó)家科技成果重點(diǎn)推廣項(xiàng)目”（99010202A）。黃述哲教授主持完成了數(shù)十個(gè)技術(shù)先進(jìn)、功能完備、配置合理、生產(chǎn)高效的消失模鑄造流水生產(chǎn)線(xiàn)工程。
八十年代后期鄭州機(jī)械所也開(kāi)始了消失模鑄造的試驗(yàn)性應(yīng)用研究。
九十年代開(kāi)始以來(lái)，清華大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)、華中理工大學(xué)、西安交大等也紛紛加入了消失模鑄造的研究。
四、消失模鑄造的工藝流程
下圖為大量生產(chǎn)的消失模鑄造的全部工藝流程?？梢?jiàn)，該流程的主要工部有：熔化工部；制模工部；模型組合及涂層烘干工部；造型澆注工部；落砂清理工部。
五、消失模鑄造的分類(lèi)
消失模鑄造根據(jù)其鑄型材料分類(lèi)：自硬砂消失模鑄造和無(wú)粘結(jié)劑干砂消失模鑄造。
根據(jù)澆注條件分類(lèi)：普通消失模鑄造和負(fù)壓消失模鑄造
六、消失模鑄造的工藝特點(diǎn)
與傳統(tǒng)的砂型鑄造相比，大量生產(chǎn)的消失模鑄造有如下工藝特征：
?。?）一個(gè)與逐漸形狀完全一致、尺寸大小只差金屬收縮量的泡沫塑料模型保留在鑄型內(nèi)，形成“實(shí)型”鑄型，而不是傳統(tǒng)砂型的“空腔”鑄型（即“空型”）。
?。?）其砂型為無(wú)粘結(jié)劑、無(wú)水份、無(wú)任何附加物的干石英砂。
?。?）澆注時(shí)，泡沫塑料模型在高溫液體金屬作用下不斷分解氣化，產(chǎn)生金屬―模型的置換過(guò)程，而不象傳統(tǒng)“空型”鑄造是一個(gè)液體金屬的填充過(guò)程。制作一個(gè)鑄件，就要“消失”掉一個(gè)泡沫塑料模型。
?。?）泡沫塑料模型可以分塊成形再進(jìn)行粘結(jié)組合。模型形狀（即鑄件形狀）基本不受任何限制。
大量生產(chǎn)條件下傳統(tǒng)粘土砂型鑄造與消失模鑄造工藝特點(diǎn)的比較 （表1）
項(xiàng) 目 傳統(tǒng)砂型鑄造 消失模鑄造
模
型
工
藝 1．開(kāi)邊 必須分型開(kāi)邊，便于造型 無(wú)須開(kāi)邊
2．拔模斜度 必須有一定的拔模斜度 基本沒(méi)有或很小的拔模斜度
3．組成 有外型芯合組成 單一模型
4．應(yīng)用次數(shù) 一個(gè)模型多次使用 一型一次
5．材質(zhì) 金屬或木材 泡沫塑料
造造型工藝 1．型砂 有粘結(jié)劑、水、附加物經(jīng)過(guò)混制的型芯砂 無(wú)粘結(jié)劑、任何附加物和水的干砂
2．填砂方式 機(jī)械力填砂 自重微振填砂
3．緊實(shí)方式 機(jī)械力緊實(shí) 物理（自重、微振、真空）作用緊實(shí)
4．砂箱特點(diǎn) 根據(jù)每個(gè)零件特點(diǎn)制備專(zhuān)用砂箱 簡(jiǎn)單的通用砂箱
5．鑄型型腔 由型芯裝配組成空腔 實(shí)型
6．涂料層 大部分無(wú)需涂層 必須有涂層
澆注工藝 1．充型特點(diǎn) 只是填充空腔 金屬與模型發(fā)生物理化學(xué)作用
2．影響充型速度的主要因素 澆注系統(tǒng)與澆注溫度 主要受型內(nèi)氣體壓力狀態(tài)，澆注系統(tǒng)，澆注溫度的影響
落砂清理 1．落砂 需強(qiáng)力振動(dòng)打擊 翻箱或吊出鑄件，鑄件與砂自動(dòng)分離
2．清理 需打磨飛邊毛刺及內(nèi)澆口 只需打磨內(nèi)澆口，無(wú)飛邊毛刺
七、消失模鑄造的主要優(yōu)點(diǎn)
1．鑄件尺寸形狀精確，重復(fù)性好，具有精密鑄造的特點(diǎn)；
2．鑄件的表面光潔度高；
3．取消了砂芯和制芯工部，根除了由于制芯、下芯造成的鑄造缺陷和廢品；
4．不合箱、不取模，大大簡(jiǎn)化了造型工藝，消除了因取模、合箱引起的鑄造缺陷和廢品；
5．采用無(wú)粘結(jié)劑、無(wú)水分、無(wú)任何添加物的干砂造型，根除了由于水分、添加物和粘結(jié)劑引起的各種鑄造缺陷和廢品；
6．大大簡(jiǎn)化了砂處理系統(tǒng)，型砂可全部重復(fù)使用，取消了型砂制備工部和廢砂處理工部；
7．落砂極其容易，大大降低了落砂的工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度；
8．鑄件無(wú)飛邊毛刺，使清理打磨工作量減少50%以上；
9．可在理想位置設(shè)置合理形狀的澆冒口，不受分型、取模等傳統(tǒng)因素的制約，減少了鑄件的內(nèi)部缺陷；
10．負(fù)壓澆注，更有利于液體金屬的充型和補(bǔ)縮，提高了鑄件的組織致密度；
11．組合澆注，一箱多件，大大提高了鑄件的工藝出品率和生產(chǎn)效率；
12．減少了加工裕量，降低了機(jī)加工成本；
13．易于實(shí)現(xiàn)機(jī)械化自動(dòng)流水線(xiàn)生產(chǎn)，生產(chǎn)線(xiàn)彈性大，可在一條生產(chǎn)線(xiàn)上實(shí)現(xiàn)不同合金、不同形狀、不同大小鑄件的生產(chǎn)；
14．可以取消拔模斜度；
15．使用的金屬模具壽命可達(dá)10萬(wàn)次以上，降低了模具的維護(hù)費(fèi)用；
16．減少了粉塵、煙塵和噪音污染，大大改善了鑄造工人的勞動(dòng)環(huán)境，降低了勞
動(dòng)強(qiáng)度，以男工為主的行業(yè)可以變成以女工為主的行業(yè)；
17．簡(jiǎn)化了工藝操作，對(duì)工人的技術(shù)熟練程度要求大大降低；
18．零件的形狀不受傳統(tǒng)的鑄造工藝的限制，解放了機(jī)械設(shè)計(jì)工作者，使其根據(jù)零件的使用性能，可以自由地設(shè)計(jì)最理想的鑄件形狀；
19．可減輕鑄件重量；
20．降低了生產(chǎn)成本；
21．簡(jiǎn)化了工廠設(shè)計(jì)，固定資產(chǎn)投資可減少30∽40%，占地面積和建筑面積可
減少30∽50%，動(dòng)力消耗可減少10∽20%；
22．消失模鑄造工藝應(yīng)用廣泛，不僅適用于鑄鋼、鑄鐵，更適用于鑄銅、鑄鋁等；
23．消失模鑄造工藝不僅適用于幾何形狀簡(jiǎn)單的鑄件，更適合于普通鑄造難以下手的多開(kāi)邊、多芯子、幾何形狀復(fù)雜的鑄件；
24．消失模鑄造工藝可以實(shí)現(xiàn)微震狀態(tài)下澆注，促進(jìn)特殊要求的金相組織的 形成，有利于提高鑄件的內(nèi)在質(zhì)量；
25．在干砂中組合澆注，脫砂容易，溫度同步，因此可以利用余熱進(jìn)行熱處 理。特別是高錳鋼鑄件的水刃處理和耐熱鑄鋼件的固溶處理，效果非常理想，能夠節(jié)約大量能源，縮短了加工周期；
26．利用消失模鑄造工藝，可以根據(jù)熔化能力，完成任意大小的鑄件。
八、消失模鑄造需要的專(zhuān)用設(shè)備
消失模鑄造與其他鑄造方法的主要區(qū)別是它所特有的黑區(qū)和白區(qū)部分。白區(qū)指制模工部和模型組合及涂料烘干工部，黑區(qū)指造型澆注工部。
消失模鑄造的專(zhuān)用設(shè)備有：
白區(qū)：
制模工部：預(yù)發(fā)機(jī)、蒸缸、成型機(jī)、 模型干燥室等
模型組合及涂料烘干工部：涂料研磨機(jī)、涂料混制滾筒、模型烘干設(shè)備等
黑區(qū)：
造型澆注工部：造型振實(shí)臺(tái)、真空系統(tǒng)、砂處理系統(tǒng)、砂箱、雨淋加砂裝置、砂箱運(yùn)輸系統(tǒng)等
九、消失模鑄造生產(chǎn)線(xiàn)
1．簡(jiǎn)易線(xiàn)：投資少，設(shè)備簡(jiǎn)單，適合小規(guī)模、小批量生產(chǎn)
2．流水生產(chǎn)線(xiàn)：系統(tǒng)完整，功能齊全，連續(xù)作業(yè)，適合大批量、大規(guī)模生產(chǎn)
開(kāi)環(huán)線(xiàn)
閉環(huán)線(xiàn)
十、消失模鑄造的關(guān)鍵技術(shù)
1．泡塑模型模具制造技術(shù)
（1）消失模鑄造工藝設(shè)計(jì)
（2）模具設(shè)計(jì)
（3）模具調(diào)修
2．泡塑模型制造技術(shù)
（1）預(yù)發(fā)泡工藝
（2）模具成型
（3）粘結(jié)組合
3．涂料及涂層制備技術(shù)
（1）涂料配方
（2）涂料制備
（3）涂料涂敷
（4）涂層干燥
4．微振造型技術(shù)
（1）振動(dòng)臺(tái)選用
（2）振動(dòng)參數(shù)
（3）操作要點(diǎn)
5．負(fù)壓澆注技術(shù)
（1）真空系數(shù)選定
（2）澆注參數(shù)
（3）負(fù)壓規(guī)范
6．過(guò)濾技術(shù)
十一、世界消失模鑄造技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
美國(guó)學(xué)者C.Bates教授等發(fā)表了《全球消失模生產(chǎn)技術(shù)和市場(chǎng)發(fā)展》的論文，比較詳細(xì)地論述了模樣制作、涂料、砂子緊實(shí)、澆注、充型和模樣熱解各個(gè)環(huán)節(jié)的成就和發(fā)展趨勢(shì)，許多北美的企業(yè)、高校和行業(yè)組織聯(lián)合起來(lái)，組成消失模鑄造聯(lián)盟，對(duì)該工藝進(jìn)行進(jìn)行開(kāi)發(fā)研究，經(jīng)過(guò)不懈的努力，使該工藝得到不斷的改善，工藝過(guò)程得到更好的控制，也逐漸被更多的鑄造界人士所認(rèn)同，鑄造企業(yè)和鑄件的使用者都從中受益。1999年美國(guó)威斯康星大學(xué)的一項(xiàng)市場(chǎng)市場(chǎng)調(diào)查表明，在未來(lái)的6到10年中，消失模工藝的前景一片光明。市場(chǎng)調(diào)查表明：在1990年，有6%的鋁合金鑄件是使用消失模鑄造工藝生產(chǎn)的。預(yù)計(jì)到2007年，將會(huì)有29%的鋁合金鑄件使用該工藝。從1997年起，灰鑄鐵和球鐵方面也有較大增長(zhǎng)，目前約有2%的灰鑄鐵件是由消失模工藝生產(chǎn)的，預(yù)計(jì)到2009年將達(dá)到15%。
消失模工藝不斷為人們所認(rèn)識(shí)，也為新產(chǎn)品的生產(chǎn)提供了足夠的信心。通用（美國(guó)）、TEKSID（美國(guó)）、CASTI（意大利）、INTERMET（美國(guó)）、CITATION FORM（美國(guó)）、寶馬（德國(guó)）都已經(jīng)引進(jìn)了消失模鑄造工藝。
十二、我國(guó)消失模鑄造的應(yīng)用現(xiàn)狀
消失模鑄造技術(shù)自九十年代開(kāi)始在我國(guó)進(jìn)入工業(yè)化應(yīng)用，經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，我國(guó)的消失模鑄造工業(yè)具有了一定規(guī)模，成為鑄造工業(yè)的重要組成部分。消失模鑄造技術(shù)也被國(guó)家重點(diǎn)推廣而成為改造傳統(tǒng)鑄造業(yè)應(yīng)用最廣泛的高新技術(shù)。
但總的來(lái)說(shuō)，我國(guó)消失模鑄造的生產(chǎn)應(yīng)用水平與發(fā)達(dá)國(guó)家仍然有很大的差距。目前，我國(guó)的消失模鑄造廠家大大小小有數(shù)百家。但大部分的工廠生產(chǎn)能力都不大（與國(guó)外動(dòng)輒數(shù)萬(wàn)噸的生產(chǎn)能力相比差距較大）。
形成這種狀況，除了我國(guó)的消失模鑄造工業(yè)起步較晚之外，還因?yàn)椋?
（一）很難接受技術(shù)和工藝的有償服務(wù)，這是我國(guó)企業(yè)的“通病”，消失模鑄造行業(yè)也不例外。我國(guó)的生產(chǎn)廠家過(guò)去在引進(jìn)消失模鑄造時(shí)，過(guò)分注重硬件設(shè)備的引進(jìn)，而忽視軟技術(shù)的引進(jìn)。消失模鑄造對(duì)于大多數(shù)企業(yè)來(lái)講，畢竟是新生事物，從接觸到理解到應(yīng)用需要一個(gè)過(guò)程，是無(wú)法一蹉而就的?？科髽I(yè)自身的技術(shù)力量去探索生產(chǎn)技術(shù)、產(chǎn)品工藝等，周期較長(zhǎng)。所以，廠家在引進(jìn)消失模鑄造工藝時(shí)，應(yīng)當(dāng)注意對(duì)技術(shù)和工藝的引進(jìn)。 （二）我國(guó)國(guó)產(chǎn)的消失模鑄造設(shè)備水平能基本滿(mǎn)足生產(chǎn)的需要，但提供者對(duì)于消失模鑄造技術(shù)和生產(chǎn)工藝的掌握卻差別不一。我們?cè)谝M(jìn)消失模鑄造工藝時(shí)，應(yīng)對(duì)供應(yīng)商進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。 （三）我國(guó)引進(jìn)消失模鑄造的歷史不長(zhǎng)，既有理論又有實(shí)踐的消失模鑄造技術(shù)人才還不多。因此，技術(shù)人才的培養(yǎng)，是我國(guó)消失模鑄造工業(yè)迅速發(fā)展的迫切需要。
現(xiàn)在，我國(guó)的消失模鑄造處于一個(gè)蓬勃發(fā)展的歷史時(shí)期，只要我們能夠吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，并作出不懈的努力，前景將會(huì)一片光明。
十三、消失模應(yīng)用實(shí)例：重型汽車(chē)變速箱殼體消失模鑄造與樹(shù)脂砂型鑄造對(duì)比
項(xiàng)目 消失模鑄造 樹(shù)脂砂鑄造 比較
尺寸精度 GBCT7 GBCT9 ↑2級(jí)
主要壁厚 6.8±0.2mm 6~8mm
重量 平均65公斤 平均71公斤 ↓∽10%
重量精度 GBCT7 GBCT9 ↑2級(jí)
加工裕量 2 mm 3~4 mm ↓30~50%
廢品率 內(nèi)廢 2% 30%
外廢 0.7% 40%
鑄件成本 310元/件 380元/件 ↓1000元/噸
魯公網(wǎng)安備 37011302000381號(hào)