消失模铸造系列讲座

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以前帮同学找的，搞砂型铸造，在没有接触过，传上了，送给有需要的人

消失模铸造系列讲座
消失模铸造是20世纪50年代末发展起来的砂型铸造生产上革命性的技术，被誉为“21世纪的铸造技术”、“铸造中的绿色工程。
    消失模铸造的基本原理是采用与所需铸件形状完全相同、尺寸增加一个收缩量的泡沫塑料模代替铸模进行造型。模样不取出成实体铸型，浇入金属液气化泡沫型并取代泡沫模样后形成理想的铸件。它是由美国人H.F.Shroyer与1956年授衔试验成功、并在1958年以专利的形式公布于世。上世纪60年代初，联邦德国的H.Nellen和美国人T.R.Smith发明了无粘结剂的干砂消失模铸造；1969年日本秋田株式会社和长野县工业试验所发明的真空密封造型法（简称”V“法）问世，其负压干砂紧实技术迅速引入到消失模铸造中。随着泡沫模样材料、化工和机械工业的发展，消失模铸造技术日臻完善，在工业生产中得到了广泛的应用，汽车行业的发展尤为迅速，在与其它精确成型技术的竞争中起技术优势日益明显，目前已成为替代传统铸造工艺生产型一代汽车薄壁缸体、缸盖、变速箱壳体、进排气歧管、曲轴等的主要生产方法。
一、消失模铸造概述
1、消失模铸造工艺特点
     消失模铸造综合了其他几种精密铸造工艺的优点，并克服、弥补了它们各自的不足。消失模铸造主要具有以下几个工艺特点。
a、简化工序，缩短生产周期，提高生产效率。
   由于模样是整体的，基本上不用型芯，省去了型芯盒和芯骨制备以及芯砂的配置工序；操作上有省去了取模、修型和配箱等许多工序，因而缩短料生产周期，提高料生产效率。
b、减轻劳动强度，改善脂膜和造型工的操作环境改善料作业条件。
c、提高料尺寸精度。
d、铸造尺寸精度比传统砂型提高~2个等级
e、增加了零件设计的自由度。
f、铸件质量好、废品率低。
g、冒口设计方便，金属液利用率高。
h、工艺技术易于掌握，生产管理方便。
i、投资少，见效快。
     但是消失模铸造也有一定的缺点，上消失模工艺需要多方面综合分析。

2、消失模铸造的适用性
与其他的特种铸造法相比，消失模铸造的应用范围较为广泛。但是每种新的铸造方
法都有一定的使用范围，只有在这个范围内使用，才可以充分发挥它的优势，得到满意的
经济效果，消失模铸造方法也不例外。主要根据以下一些因素来考虑是否采用这种工艺。
a、对铸型材质的适用性
理论上，凡是可以铸造的金属都可以采用消失模铸造法，在这一点上其适应性甚至超
过砂型铸造。例如，普通砂型铸造不能用于钛合金铸造，但采用碳化硅砂的消失模铸造法可
以用来浇注钛合金。从生产实践来看，目前用消失模铸造浇注过的铸件材质有普通铸钢、
耐热合金钢、不锈钢、铁镍合金、普通铸铁、合金铸铁、球墨铸铁、铸铝合金和铸铜等。一般
来说，铸造车间常用的金属材料都可用消失模铸造来浇注。
生产实践还证明，用该法浇注铸钢件、球墨铸铁件等熔点高的铸件材质时，表面无飞
边毛刺，粘砂情况少，容易清理，铸件的表面质量明显优于砂型铸件。
b、对铸件大小的适用性
消失模铸造生产的铸件，不像磁型铸造那样受磁间距大小的限制，只要磁极大小定
了，砂箱大小也就定了。对消失模铸造来说，砂箱大小直接决定消失模铸件的大小，因此，
消失模铸造对铸件大小的适用性要广泛得多，可以在同一振动工作台上放置不同尺寸的
砂箱，因而可以十分方便地生产出各种大小的铸件。
据有关资料显示：到现在为止用消失模铸造浇注过的最大铸件为：铸铁件5吨；铸钢件
3吨 以下；铸铝件200kg。最大的铸铁薄壁件3000mmX1500mmX800mm壁厚10~12mm!；铸
铝薄壁件600x356x303mm壁厚.6mm。但是，由于泡沫塑料模样的强度低，加上埋
型操作时填料不可能绝对均匀，模样容易变形，这就给浇注轮廓大、壁薄的铸件带来了一
定困难。因此，从方便操作和现有工艺水平考虑，消失模铸造以浇注4吨（尤其是2吨）以
下，壁厚大于4mm 的铸件为宜。
c、对铸件生产批量的适用性
对铸件生产批量的适用性是从经济效果这个角度提出来的。消失模铸造每浇注一个
铸件就要消耗一个泡沫塑料模样。因此，存在一个用消失模法生产铸件的最佳批量问题。
最佳的生产批量必须考虑生产塑料模所需的模具成本，对于那些不需要模具（塑料模由机
械加工成形）或模具费用很低的铸件，可以不考虑生产批量问题。但对于必须采用价格高
昂模具或模具数量必须很多的铸件，计算一个最佳批量是必要的，以确保铸件生产成本不
会太高。对于5件以下的铸件，尤其对1 -2 件的大型铸件，其经济效果最为显著。如果
泡沫塑料模与熔模精密铸造、陶瓷型铸造及消失模铸造等结合使用，适于制造单件或小批
量生产的、对精度和表面粗糙度要求较高的中大型（20kg 以上）精密铸件。
d、对铸件结构的适用性
消失模铸造不存在与分型和起模有关的铸件结构工艺性的问题。消失模铸造从工艺
特点出发，特别适合于具有复杂结构（尤其是具有复杂内腔）、模样分型困难、造型困难的
铸件。因此，消失模铸造为多品种、单件小批量及大批量铸件生产几何形状复杂的中小型
铸件提供了新的生产途径。消失模铸造对铸件结构的适应性非常强，特别是那些用普通
砂型铸造不好分型、不好起模、不好下芯的铸件，例如套筒类、缸体、螺旋桨、水泵叶轮、壳
体等以及结构特别复杂、芯子特别多的铸件。国外一些著名的大汽车公司，已成功地应用
消失模铸造工艺大批量生产复杂的汽车发动机缸体、缸盖、进气歧管等铝合金和铸铁件。
与此相反，一些形状简单的、用砂型铸造方法也可以生产出高质量的铸件，而且其生
产效率、铸件成本比用消失模铸造方法生产低，这种情况下就不一定采用消失模铸造方
法。另外，对于一些有狭窄的内腔、通道和夹层的情况，采用消失模铸造时必须谨慎，至少
需要预先进行试验，才能投入正式生产。
3、消失模铸造的经济性

对于消失模铸造工艺的合理经济评估是非常困难和复杂的，正如其他传统铸造工艺

一样，有一些类型的铸件非常适合于消失模工艺的生产，从而充分体现了其高度的经济价

值，而另一些类型的铸件则可能并不适合这一工艺的应用。下面仅就运用不同铸造工艺

从事于同种铸件大批量工业化生产前提下，对消失模铸造工艺性作一个经济性评估和分

析。

消失模铸造工艺与传统铸造工艺之间的经济性比较

对于同一种铸件应用不同的铸造工艺时，其经济价值优劣受到诸多因素的影响，而每

种因素又由铸件的性能所确定。

表1 对消失模工艺在应用于大规模工业化铸铁件与传统的湿模砂造型工艺作了较详细的经济性比较。

表1 消失模工艺与湿模砂型造型工艺生产铸铁件的经济性比较

工艺流程        利        弊
制模        简化工厂工程设计；取消砂子粘合剂的使用；取消砂芯；型砂可完全重复使用        增加了模样胶合面；模样只能一次性使用
浇注        节约了金属合金用量；取消球墨铸铁的冒口        增设了铸件冷却输送线
铸件清理        减少铸件表面清理工作量；消除铸件毛刺；
对于球墨铸铁件无需切除冒口工序        增设专用工具进行模样簇解除体分离及去除内浇口
        无需砂芯涂料；降低了表面粗糙        易出现变形引起几何尺寸的缺陷；易出现亮碳缺陷（现用共聚树脂珠粒可解决）
机加工        减少铸件的机加工余量；减少铸件的机加工工序
       
环境保护        降低了环境污染；简化环保措施       
模具工装        减少了模具传统制造设备量；维修简易；因无磨损而使模具拥有长期寿命        因设计复杂和周期长而引起初始模具成本高
投资        工厂设计水平高度灵活；总体具有经济规模        制模自动化程度降低
4、国内消失模铸造发展状况

1965年10月，一机部机械研究院和上海机械制造工艺研究所就开始了对实型铸造的

研究。上海机械工艺研究所经一年的试验，在1966 年获得了工艺试验的初步成功，于同

年底浇得我国第一个大型（11吨）铸钢件，继而于1967年和1971 年分别投入了铸钢和铸铁

件的生产应用；又分别于1970年和1974 年浇注成功我国最大重为50吨 的铸钢件和32.5吨

铸铁件；填补了我国铸造业的空白，为我国消失模的应用和发展奠定了基础。

自20 世纪60 年代中期以来，我国先后有北京、上海等地近百家工厂、研究院所和大

专院校从事对实型铸造的研究和应用。据不完全统计，历年来，我国约生产了十多万吨

实型铸件。为了扩大实型铸造的应用，消除本法的缺陷，改善环境污染和提高铸件质量，

我国消失模铸造工作者也在干砂法、磁力造型法的基础上，采取了与国外相同的办法，结

合“.”法抽真空试验，也开始了“第三代造型法”即消失模铸造的深入研究和应用。我国

对实型负压造型法的研究和开发几乎与国外同步，而且在70年代末已具备试生产条件，

但真正在生产上的大量应用却比国外晚了多年，直至80年代末才初具生产规模。1974

年，一机部二院和上海新华铸钢厂协作进行试验研究；1976年以来，华中理工学院与武汉

工程机械厂、解放军3604厂与武汉重型机床厂、上海机械制造工艺研究所，上海钢琴厂

等相继进行了试验，均取得了成功并以手工或简单机械操作投入小批量生产；1978 年，在

武汉召开了一机部系统铸造行业负压实型工艺经验交流会议；1984~1986 年，兵器系统

江篦机械厂研究试验“V”法铸造军品铸件亦获得成功。初期，由于塑料薄膜（EVA）和机

械化配套设备没有制造厂家供应，致使我国“V”法推广和应用受到影响；直至1988 年10

月，由沈阳重型机械厂和机电部济南铸锻机械研究所合作研制的第一条生产450立方米 烧结

机箅条铸件生产线投产，这对推动“V”法在我国的深入研究和广泛应用都起到了重要作

用。

我国研究和发展消失模铸造法的历程与国外基本相似。在本法的某些方面（如泡塑

模样的加工与制造）已接近或达到了国外的技术水平，并有其独到之处。20 世纪80 年代

后，有多家制造可发性聚苯乙烯预发泡机和发泡成形机等系列产品的专业厂，数家专业

机模厂和生产泡沫塑料粘结剂的专业厂，5~7 家工厂采用消失模铸造法生产大批量铸

件，十余家工厂用于生产中大型单件小批量铸件，5~7 家从事消失模铸造研究的研究所。

90 年代后期，国内部分厂家开始从国外引进整条消失模生产线或关键设备（见表2）。这些厂家消失模生产线的建立提高了我国消失模铸造的整体水平。

表2我国的消失模的生产设备


厂家        引进设备        投资时间        产品类型        企业现状
第一汽车制造厂
轻型发动机厂        美国富康公司振动台，预发泡机，成形机，及模具        1993年        铝合金进气管        年产9 万只
全椒柴油机总厂        美国富康公司消失模生产线，预发泡机，成形机，胶合机及模具        1996        摩托车零件        未投产
赤峰富龙集团铸业有限公司        日本二手生产线，美国预发泡机，美国富康成形机，胶合机及模具        1996        球铁管件        ’年产3500t
合力叉车集团铸锻厂        美国及德国进口设备：预发泡机、成形机、胶合机、振动机、电炉、模具等        1996        铸铁、球铁机器零件        月产100t以上
从我国实型铸造生产的产品来看，与先进国家相比，其形状和品种基本相似，但复杂程度和质量水平差距较大。
（!）传统实型铸造几乎与国外一样，主要用于生产汽车覆盖模具、机床和重型机械铸件。早在20世纪70年代，中国已制出达到世界水准的52t重的铸钢件和32.5t重的（机床）铸铁件。

（.）在消失模铸造方面所生产的铸件已从早期的磨球、衬板、管状铸件逐步发展到生

产曲轴、箱体、阀门、缸体类铸件，近几年又进而发展到生产汽车和柴油机部件，如制动盘、

排气歧管和缸盖等较复杂铸件。

（1）我国的消失模铸造虽与工业先进国家相比还有一定差距，但在应用上是成功的；

在生产方式上也从单件大中型铸件、大批量中小铸件并举发展，进而转向以大批量消失模

铸造为主；在技术上已日趋成熟，并具有一定水平；已有部分产品，如管状铸件、制动盘、机体箱、翼（飞）轮和排气管等铸件已进入国际市场。

目前，国际市场对我国铸件出口需求量与日俱增，这对适宜采用负压实型铸造的我国

广大中小企业无疑带来极好的机遇；可以预料，EPS技术不仅可在我国汽车、柴油机等行

业的大中型企业中得到较快发展，而且将在我国广大乡镇和私营中小铸造厂获得广阔的

发展前景。这已成为当前中国负压铸造领域发展的一大特色。

我国已拥有几十家从事消失模铸造研究和生产的企业，在技术上已趋完善，在单件小

批和成批大批量生产方面已初具规模，又成立了全国性的消失模铸造专业行业组织。国

际市场对我国铸件出口需求量与日俱增。

5、我国消失模铸造展望
消失模铸造技术符合新世纪铸造技术发展的总趋势，有着广阔的应用前景。我国要
从一个制造大国变成制造强国，必须大力发展提供更多近无余量、精确成形的产品；铸造
技术必须符合环境保护、可持续发展的大方向，实现清洁生产；同时适应个性化的市场需
要，产品的结构设计要有更大的自由度。消失模铸造在以上诸多方面都能满足市场和用
户的需求，具有巨大的发展潜力，只要恰如其分地发挥它的特点和优势，前景是非常广阔
的。
消失模工艺与传统工艺相比最大的不同之处在于：浇注时型腔非空，高温金属与泡沫
塑料模样发生复杂的物理化学反应，泡沫塑料模样的高温分解产物造成了消失模铸造中
许多缺陷。我国目前许多工厂采用包装材料用泡沫塑料进行铸件生产，产生的炭黑、气孔
等问题突出。另外，用于消失模铸造的白模制造设备大都是借用包装材料的生产设备，所
以，生产的白模质量，特别是白模的尺寸精度难以得到保证。要提高我国消失模铸件的质
量和产量，有一系列课题需要解决。
有人估计，我国消失模铸造技术的发展水平与美国相比还相差10~15 年，在模具设
计、制造、发泡成形工艺、涂料、白区和黑区的关键设备以及解决各类合金特有的缺陷等方
面的问题，需要认真对待并逐一加以解决；提高整体的技术水平，特别是在生产复杂、高精
度铸件方面要有所突破。
在我国消失模铸造技术的发展中，必须注意解决以下一些主要问题：
（1）产品必须对路。消失模铸造是一种先进的工艺；但也不是万能的，它有一定的应
用范围；一个铸件是否适合采用消失模铸造方法，要进行多种工艺、多方案认真比较，决不
要偏听偏信，先把生产线建起来，再作试验，慢慢摸索，这样往往容易造成大量投资得不到
及时回报的后果。有一些铸件根本就不适合采用消失模铸造方法，而采用传统的砂型铸
造或其他铸造方法可能从技术上更合适，或从经济效益上更好。所以，项目的前期工艺论
证必不可少。
（2）消失模铸造技术要用于生产更复杂、更精确的中、高难度铸件，例如复杂的箱体
件、气缸盖和气缸体，才能更充分显现出这种铸造工艺的优越性和经济效益。为此，围绕
着生产中、高难度铸件必须攻克的技术关键，例如模样和铸件的尺寸精度变化规律、性能
更好的涂料、振动紧实工艺以及缺陷的对策等，要认真逐一加以解决。美国、德国等国家
在汽车铸件的大量生产中已获得成功，而我国目前汽车工业正面临飞速发展的大好时期，
相信消失模铸造技术在我国汽车制造领域的应用也将会有一个崭新的局面。
（3）消失模铸造技术比传统的砂型铸造技术有更高的技术含量。不管是生产泡沫塑
料模样的“白区”，还是造型、浇注、清理的“黑区”，都还有许多需要探索、研究的课题。例
如“白区”，涉及到模具的"CAD/CAE、高分子预发泡材料和成形发泡工艺以及相关的预发、
成形、胶合设备等多个方面，是一个多学科交叉的领域，需要由化学工程师、化工工程师、
铸造工作者、模具和机械设计师、数控加工工程师的协作交流，研制出粒度小而均匀、发泡
倍率大、尺寸稳定、不变形的消失模珠粒材料，制定最佳发泡工艺规范，掌握发泡模具—泡
沫塑料—模样—铸件之间的尺寸变化规律，为复杂模具的设计积累可靠数据；创建先进实
用的模具"CAD/CAM/CAE系统，开发高精度、高效率的制模机和粘合机，实现制模机和粘
合机的系列化。
（4）我国消失模铸件黑色金属铸件占绝大部分，而国外消失模铸造首先是从铝合金铸
件取得突破，产量与黑色金属差不多，并已经可以大批量生产复杂的六缸缸体和缸盖铸
件。而我国的铝合金消失模铸造比较薄弱，与铸件“轻量化”、“精确化”的趋势不适应。所
以，必须注意大力加强铝合金消失模铸件生产技术的开发和应用。应该研制铝合金专用
涂料，解决铝合金铸件针孔、疏松缺陷，建立更多轻金属合金（铝合金、镁合金等）铸件的消失模铸造生产线。可以预计在今后10年，铝合金消失模铸造将会得到迅速发展。

[ 本帖最后由 tz27294946 于 2009-4-14 23:17 编辑 ]

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国中小型企业消失模铸造的成功案例介绍
                       魏莉            叶升平
华中科技大学材料科学与工程学院， 湖北武汉430074
[摘  要] 本文介绍美国消失模铸造中小企业的典型代表—Citation foam 、Mueller和Irish Foundry公司的发展现状及产品特点，他们的成功经验值得国内同行借鉴！
关键词：消失模铸造 典型案例 发展动态

美国铸造学会（AFS）所属的消失模铸造分会（AFS Lost Foam Div.）于2005年11月15－16号在美国威斯康星州的Fond Du Lac镇召开了“消失模铸造专题会”。有来自美国、德国、意大利、加拿大、墨西哥等国80多家公司的119名代表出席了会议,且消失模铸造专题会交流论文集共15篇论文。2006年4月18-21，由美国AFS和NADCA合办110届铸造年会，在消失模铸造分会上交流了14篇学术论文。可见，美国消失模铸造在美国铸造业占有重要位置。
消失模铸造技术在美国的发展也不是一帆风顺的，90年代初，由于GM公司在消失模铸造领域获得成功，使不少中小企业进入消失模铸造，十多年过去了，由于市场竞争或者消失模铸造本身的问题，使一些企业退出，但有些消失模铸造企业却坚持下来，将消失模铸造做出特色、占领市场。本文以三家中小型企业－Citation foam 、Mueller和Irish Foundry为例，简要介绍美国消失模铸造技术的发展历程及现状。
成功案例之一 ——美国Citation  foam公司
Citation 是北美最大的独立生产商之一，位于美国阿拉巴马州，占地面积125000平方英尺，每天出厂100吨产品，铸件大小从1.8公斤到340公   
斤，且拥有120多个汽车和工业销售基地，销售和技术支持遍及北美、欧洲、亚洲。该公司拥有先进技术，并自主开发产品，主要产品为铸件和锻件，很多产品应用于特殊领域。并根据客户要求，提供各种性能的铸造和锻造零件，其子公司Citation  foam 专门从事消失模铸造生产（见图1）。

主要产品介绍
（1）支架系列
升降机、摇杆、注射器支架、托架，并且该公司采用标准化工艺和全自动成型机，生产近净成型零件。不仅节约机械加工时间，还降低生产成本。每个零件都有确定的位置，并通过托架把所有的零件放在适当的位子。就一个完整的系统，托架是非常重要的，下图为典型的支架类消失模铸件：图2为多功能支架，20个螺栓通孔全部铸出，比砂型铸件重量减轻12﹪，减少机械加工余量。
        
图2  多功能支架                        图3  轿车弹簧支座
轿车弹簧支座，材质为球铁，重47Kg，尺寸659mm X 550mm X 330mm,该件为2001年美国铸造学会获奖消失模铸件。
                     
土4   Mack型卡车弹簧支架
Mack型卡车弹簧支架是Citation  foam公司为Mancor公司生产的Mack型卡车专用支架系列，该支架材质为球铁，重量约33公斤。采用消失模铸造将铁架、横梁、缓冲器、弹簧主片和牵引支架作整体铸造出。减轻了铸件重量，减少机械加工量，节约了成本。现在已经以年产15000件的生产量进行规模生产。
（2）壳体类零件[1]
  消失模铸造技术不尽用于支座、管件类零件，也用于比较复杂的壳体类零件的生产，图5就是差速器壳体采用消失模铸造，其中，小孔均可铸出，与砂型铸造相比，铸件壁厚减薄，铸件重量减轻15﹪，机械加工量减少50﹪。
                        
图5  差速器壳体铸件和泡沫模样
（3）铝合金电机盖类铸件[1]
图6为铸铝电机壳端盖泡沫模样，其内外两面都有加强散热肋片和凸刺，尺寸直径
710mm X 120mm,铸铝件重26kg。图7为永磁同步伺服电机壳后盖泡沫及铝合金铸件，铸件壁内的螺栓孔和冷却通风流道均铸造而成，展现了消失模技术的优越性。



  


图6  铸铝电机壳端盖泡沫模样    图7  永磁同步伺服电机壳后盖泡沫及铸件

成功案例之二 ——美国Mueller公司
美国Mueller公司Patterson先生在美国2004消失模铸造年会上讲述了Mueller公司采用消失模技术生产阀体的五年经历[2]，并指出“我们没有什么秘密，没有精确的数字模拟、图表、数据或X射线探测技术，只有这几年的辛勤工作，用消失模铸造技术生产阀体并不是很困难，但是有些企业投入了，但又失败了。我们的生产工艺流程是：制造泡沫模型、浸涂涂料、烘干涂层、组合浇注系统、填砂紧实、浇注、清理铸件。我们在前期摸索中也遇到大量问题：首先生产砂型铸造阀体已有30多年的历史，技术已相当成熟，而消失模铸造技术才起步，对我们来说都是陌生领域，况且工人们从来没有接触过消失模铸造，甚至没有听说过；改革阻力很大。最困难的还是技术难题，炭缺陷就首当其冲，后来不断探索、改变工艺并完善管理， 逐渐使消失模铸造这匹野马得以驯服，成功大批量生产出4－12英寸的灰铁和球铁阀体和阀盖( 图9所示)， 废品率仅为3－4 ﹪ ”。
Mueller公司的几点成功经验是：1) 控制泡沫预发比重( 19－20 g/l) ； 2) 采用共聚物( 70﹪PMMA+30﹪EPS) 生产球铁； 3) 采用25AFS粗砂，控制型砂的透气性400－500， 4) 在石英砂中掺橄榄石砂，以消除石英砂的热膨胀，最好全部采用橄榄石砂；5) 尽可能采取快速浇注工艺( 18－22 公斤/秒) 以减轻碳缺陷。
泡沫质量决定铸件质量的关键，虽然EPS很普遍、最便宜；（预发泡至0.017g/cm3,在21－24℃温度下，熟化12小时，使泡沫内含戊烷3.5－4.5﹪），但碳缺陷问题严重。后来Mueller公司采用共聚物（70 ﹪PMMA+30 ﹪EPS）（预发泡到0.018 g/cm3；在21－24℃下熟化24－36小时，模样中含戊烷7－7.5 ﹪） 。显著降低了碳缺陷现象；同时还改进了其它工艺，刚开始采用密度为0.024-0.027 g/cm3的泡沫，目前典型泡沫密度0.019-0.02 g/cm3；并改进压力射料为文氏管充料；改进预发泡成型，光滑的泡沫表面（图8）选择尺寸均匀的珠粒，采用计算机控制并自动调整，通过不懈努力，克服了碳缺陷问题。
      
图8  泡沫模样                       图9  铸件
防止粘砂、减少表面缺陷、涂料起着重要作用，Mueller公司选择涂料的主要参数：抗热性、流动性、透气性（一般采用为70）；使用时，在温度21－24℃，配置粘度为1050－1200厘泊（粘度单位），搅拌速度50转/分钟。
泡沫在砂箱中的位置，要利于填砂；并使一箱的铸件最多，提高铸件出品率。比较下面图10和11可见后者开口的面朝上，更利于填砂充实，提高了紧实循环周期和尺寸的稳定性，还充分利用了现存浇口。
        
图10   泡沫模样横放            图11   泡沫模样竖直放置
后来经过摸索，Mueller 公司设计出如下浇注系统（见图12），四个内浇道将阀体泡沫模样与成型横浇道框架连成整体。一套浇注系统粘结4个阀体泡沫模样，直浇道为空心耐火管，造型时再与横浇道对接，整体上形成底注式浇注系统。该浇注系统适用于大型阀体（8－12英寸），利于快速填砂，方便浸涂涂料，铸件尺寸稳定。并且四件一起，模组很稳固、易操作，内浇道与铸件的连接处完全涂上涂料，将粘砂量减到最少，（图13为浸涂完成后模样），废品率下降70﹪。
        
图12  边框浇注系统              图13   浸涂完成后模样
消失模铸造是采用无粘结剂的干砂来充填模型，所以振动紧实是很关键的过程，不仅要求干砂快速达到模样各处，形成足够的紧实度，而且在紧实过程中应使模样变形较小，以保证铸件尺寸。Mueller 公司造型生产线，紧实时间为45秒/箱，平均每小时紧实47－50箱，还通过优化造型线，使紧实时间减少到27－32秒/箱，现在造型60－65箱/小时，使造型能力提高了25﹪。
选用的原砂必须与所用涂料相适应，消失模铸造的原砂主要为石英砂，但是由于石英砂容易引起过烧，后来在石英砂中掺橄榄石砂，以消除石英砂的热膨胀，现在全部采用橄榄石砂且采用28AFS粗砂，控制型砂的透气性400－500，节约用砂量50﹪。系统透气性不仅包括原砂透气性、涂层透气性还有砂箱过滤筛的清洁，Mueller公司在砂箱上安放了真空吸尘器以清除浇注时泡沫模样热解气体。
浇注过程也有几点需要注意：浇注速度应快而稳，减少塌箱缺陷，同时保证充型时有一个比较稳定的静压头，一般浇注量为18公斤/秒，期望浇注量27公斤/秒；灰铁的浇注温度一般在1350℃左右；球铁的浇注温度为1450℃左右，浇注温度还取决于粘砂的程度，同时聚合物的浇注温度较EPS低。
综上对Mueller 公司生产阀体的工艺过程，从选择泡沫材料，控制泡沫密度，涂料的选择，涂料使用时配置的参数，原砂的选择，浇注系统的设计与优化及浇注时的温度条件等相关参数进行了较详细的介绍，Mueller 公司成功经验是值得我国同行参考。
成功案例之三 ——美国Irish Foundry公司
美国Irish Foundry公司是一家父子家族铸造小企业，位于美国西雅图。1999年为抗衡与国外铸造企业竞争年，提出5年消失模铸造计划，白区采用真空预发设备（见图14）采用半自动简易成型机（见图15），涂料采用手工浸涂（见图16）， 造型工作现场照片（见图17）。
           
图14 真空预发机              图15  半自动成型机
            
图16  手工浸挂涂料             图17 造型工作现场照片  
2001年Irish Foundry公司生产出医疗X射线发生器上的363铝合金散热片（重1.4Kg，尺寸381mm X 50mm X 50mm），该铸件荣获2001年全美铸件精品奖（见图18）。
2003年该公司生产家庭取暖和供热水器用铸铝燃气喷嘴， Φ203mm X 38mm， 1.35Kg，材质：A356。铸件内腔为环形空壳结构，211个喷焰通孔（Φ3.2mm X 8.6mm）全部铸造而成，大大节省加工（见图19）。该产品获得2004年AFS铸件精品奖。
2004年该公司生产系列锰青铜板手铸件（无冒口, 无取模斜度,小孔铸出）获得成功（见图20），已开始大批量供货。  
        
图18 铝合金散热片                           图19 铸铝燃气喷嘴
        
                图20  锰青铜系列板手铸件   
2005年Irish Foundry公司投资4万美元将原5个砂箱的生产线扩大为30个消失模铸造生产线。实现了良性循环，不断滚雪球企业发展之路。该公司的成功经营值得国内企业借鉴。  
  未来趋势的预测
消失模铸造工业化生产在美国探索了近20年后才获得持续稳定的发展，只要充分发挥消失模的优势，消失模铸造的前景会越来越好。据文献[2]报道美国2006年消失模铸造的铸铁合金年产量为275000吨，估计到2009年将会达到420000吨，将提高一倍的产量。2006年铝合金消失模铸造产量为180000吨，估计到2009年将会达到220000吨

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二、消失模模样制作技术
1、概述
a、模样的重要性
    模样是消失模成败的关键，没有高质量的模样，绝对不能得到高质量的消失模铸件。对于传统的砂型铸造，模样核心和仅仅决定着铸件的形状、尺寸等外部质量，而消失模铸造的模样，除了决定了铸件的外部质量之外，还直接与金属液接触并参与热量、质量、动量的传输和复杂的化学、物理反应，对铸件的内在质量也有着重要影响。一切从事消失模铸造生产的人们，务必十分重视模样的制造质量，尤其是某些从包装材料厂购买模样的工厂，必须把好模样质量的验收关，否则，就要走很多弯路，吃很多苦头。
      另外，与传统砂型铸造的模样和芯盒仅仅是生产准备阶段的工艺装备不同，消失模铸造的模样是生产过程必不可少的消耗品，每生产一个铸件，就要消耗一个模样。模样的生产效率必须与消失模铸造生产线的效率匹配。
  因此，无论从铸件质量上看还是从铸件的生产效率上看，对模样制造环节都必须给于足够的重视。
b、消失模铸造对模样的要求
      铸造用的泡沫模样在浇注过程中要被高温气化掉或烧掉，金属液将取代其空间位置而成形铸件，因而要对其外部和内在质量提出以下要求。
   （1）、模样表面光滑，不得有明显的突起于凹陷，珠粒间融合良好，其形状和尺寸准确的符合模样图的要求。
   （2）、模样内不允许有夹杂物，同时密度不得超过允许的上限，以使热解产物尽量少，保证金属液顺利充填，并且不产生铸造缺陷。
    （3）、模样在涂敷涂料前，必须进行干燥处理，减少水分并使尺寸稳定。
     （4）、模样在满足上述要求的同时，还要具有一定的强度和刚度，以保证在涂敷涂料、干燥、粘结、运输、填砂装箱等操作过程中不被损坏或变形。
       除此之外，与一般材料一样，选择模样材料也要注意价格便宜，制模过程简单，易于实现机械化流水生产，同时符合清洁生产的要求。
c、模样的生产过程
       模样的生产过程包括两类一是泡沫珠粒预发直接成型，二是先成型泡沫板材，在进行切割粘结成型。
       聚苯乙烯珠粒在模具中直接发泡成型的模样制造工艺流程是零件图、铸件图、模样图、模具、珠粒预发泡、熟化、成型、冷却、出模、干燥、模样组合、检验。
       泡沫板材切割成型的工艺流程与直接成型的区别在于不需要专用模具，板材干燥后按照模样图分片切割板材再粘结形成模样，进行模样组合与检验。

2、模样材料
      目前制造模样使用的泡沫塑料原料主要有聚苯乙烯EPS、聚甲基丙烯酸甲酯、两者的共聚料，由于聚苯乙烯价格低，目前使用较多，对于增碳、皱皮等缺陷要求较高的铸件，使用较高价格的聚苯乙烯是合理的。下面将介绍聚苯乙烯泡沫塑料模样的制作过程。

a、珠粒的预发泡
   聚苯乙烯泡沫塑料模样的制作过程包括珠粒预发泡、熟化、成型、冷却、干燥定型等过程。
   珠粒的预发泡i是为了获得密度低、表面光洁、质量优良的泡沫模样，可发行珠粒在成型前必须经过预发泡和随后的熟化处理。
    珠粒的预发泡在预发泡机中进行，制作消失模模样的预发机通常采用间歇式预发机。间歇式预发机主要有真空预发机和蒸汽预发泡机两种形式。
    真空预发的工艺流程是加热预发泡筒、加料搅拌、抽真空、喷水雾、停真空、卸料、熟化七个步骤。由于真空预发泡机的加热介质（蒸汽或油）不直接接触珠粒，珠粒的发泡是由于真空和加热时发泡剂加速气化逸出的双重作用而产生的，因此，预热温度和时间、负压度的大小和抽真空的时间是影响预发泡珠粒质量的关键因素，必须很好的优化组合。一般设定负压度-60~80kPa,抽真空时间为20~30s，预热时间和温度由夹套蒸汽压来控制。经过真空预发机预发泡的预发珠粒密度较低，EPS密度达到16kg/立方米，EPMMA达到20kg/立方米。

间歇式蒸汽预发泡机不是通过时间而是通过预发泡的容积定量来控制密度从而控制预发泡质量的。预发的工艺流程是将珠粒加入经过预热正在搅拌的预发机中，通入蒸汽，达到规定密度后放出进行熟化。
    预发珠粒的熟化处理目的是使经过预发泡的珠粒内部的真空得到外部空气的进入而释放，防止成型时珠粒压扁不能还原，泡沫密度增加。最合适的熟化温度是20~25度，熟化时间依据珠粒的堆积密度在3~72小时之间。

3、消失模泡沫模样的成型
   消失模泡沫模样的成型包括模具直接成型与板材切割成型两种，对于大批量生产的工件采用泡沫模具直接成型，对于单件或小批量生产的工件在精度要求采用手工切割粘结成型能够达到要求的一般采用板材切割成型。
a、泡沫模具直接成型泡沫型
    采用泡沫型模具直接成型泡沫型是将预发及熟化好的珠粒直接充入泡沫模具中，对泡沫模具施加过热蒸汽，使珠粒在模具中膨胀，粘结成型，一定时间后对模具进行冷却、出模取出泡沫型。取出的泡沫型经过干燥定型成为消失模铸造的模片，以备后续工序使用。泡沫型成型依据使用的设备不同，分为成型机成型与蒸缸成型，成型机成型适用于批量生产或较大的零件，蒸缸成型适用于小批量生产、尺寸较小的模样。

b、成型发泡工艺过程控制
b1、预热
      模具安装完毕后，要将它预热到100度以上，保证在正式制模之前模具是热态和干燥的。预热不足，将造成发泡不充分，表面呈珠粒状，模具中残存的水分导致模样中的空隙和孔洞，这种现象称为水损坏。

b2、填料
    泡沫珠粒的充填是获得优质泡沫模样的关键工序之一。对于泡沫模样，尤其是复杂薄壁泡沫模样，泡沫珠粒在模具中充填不均匀或不紧实会造成模样出现残缺不全或融合不良等缺陷，影响产品的表面质量。往型腔中充填泡沫珠粒的方法由手工填料、料枪射料和负压吸料等，其中料枪射料用的较普遍。
注料枪的选择
注射料枪包括手动料枪与气动料枪，
手动料枪靠人工操作，其注料原理是利用压缩空气在喷嘴的喷射作用产生负压，将珠粒通过料管吸入料枪中，再通过注料嘴吹入模具型腔。注料完毕，需用堵料杆将注料孔堵上。
气动料枪配备在自动或半自动成型机上，料枪头部与模具接通。

模具注料口的选择
       在模具上开设的注料口，应遵循的原则是：进料顺，排气畅，受阻小，使泡沫模样充填紧实，密度均匀。对于复杂件，若一个注料口不足，可以设计多个注料口，同时可以采用专用工艺措施进行局部弥补。几种常用的注料口位置包括中心进料、切线进料、从内浇道进料、主辅进料口进料、多枪同时进料等。
通蒸汽
    预发珠粒充填满型腔后，通入0.1~0.15MPa的蒸汽到模具的气室中，然后通过透气塞进入珠粒间的空隙中加热珠粒，为了保证成型质量，要合理控制通气方向与时间，以确保得到发泡均匀、表面光洁、密度小、强度高的发泡模样。
冷却
    泡沫模样成型加热完成后，在出模前必须进行冷却，以抑制它出模后继续胀大，即抑制第三次膨胀。冷却时使模样降温至发泡材料的软化点以下，模样进入玻璃态，硬化定型，这样才能获得与模具内腔形状、尺寸一致的模样。
    冷却的方法一般采用喷水冷却。将模具冷却至40~50度，有的机动模喷水后接着抽真空，使水雾蒸发、蒸汽凝结、造成理想的冷却，同时真空使保留的水分、戊烷减少，使模样具有较好的尺寸稳定性。
    冷却过度必将延长下一个循环重新加热模具的时间，也是不必要的。

出模
    根据成型机的开模方向，并结合模样的结构特点选定取模方式。对于简易立式成型机，常采用水与压缩空气叠加压力推模法：对于自动成型机，有机械顶杆取模法和真空吸盘取模法。
模样的熟化处理
    模样从模具中取出时，含有质量分数为6~8%的水分，由于前期的水分与发泡剂的蒸发而从模样中溢出和后期的应力松弛，模样脱模后尺寸会随时间变化，密度为20g的珠粒制成的模样脱模前后尺寸的变化规律是在出模潜在性内冷却时出现0.4%的收缩，出模后的前4小时有0.2%的线膨胀，继续干燥两天后，线收缩率稳定在0.45%左右。
    预发珠粒的密度和存放期、制模时的蒸汽压力、冷却时是否抽真空、模样的结构特点、充料的紧实度、成型发泡的蒸汽分布等因素都会对模样的收缩率产生影响。
    在生产实际中，为了缩短模样的熟化处理时间，常将模样至于50~70度的烘干室中强制干燥5~6小时，这可以达到在室温下自然熟化两天的效果。

4、消失模的手工制模技术
    消失模使用的泡沫模样除采用机械成型制模外，对于大型件与小批量件从经济性考虑可以采用手工制模。
消失模铸造泡沫模型的手工制作时以泡沫板材为原料，利用切割样板与平面切割机、立式切割机或自动切割机对泡沫板材进行切割，切割出泡沫部件，然后通过粘结制造出泡沫模样。
三、消失模铸造用涂料
1、消失模铸造涂料的特点
    消失模铸造涂料不同于一般铸造涂料，在普通铸造中， 涂料涂敷在型腔表面，但在消失模铸造中，涂料是涂敷在消失模模样表面，通过干燥达到下步操作的强度要求。

2、消失模铸造涂料的作用
a、提高泡沫模样的强度与刚度，防止模样在运输、填砂振动时破环或变形。
b、浇注时，涂料层是液态金属与干砂之间的隔离介质。涂料层将金属液与铸型隔开，防止金属液渗入干砂中，以保证得到表面光洁、无粘砂的铸件。同时，防止干砂流入金属液与泡沫塑料模的间隙中，造成塌箱。
c、涂料层是泡沫塑料模热解产物顺利逸出到铸型中的通道，防止逐渐产生气孔、炭黑缺陷。由于浇注不同合金时浇注温度不同，泡沫塑料模的分解产物区别很大。浇注黑色金属时，以气态产物为主，涂层要有较高的透气性，而浇注铝合金是热解产物则以液态为主，要求液态分解产物能够与涂料层润湿，顺利地渗入涂层，排除型腔。
3、消失模铸造涂料的基本组成
         消失模铸造涂料一般由耐火材料、粘结剂、载体、表面活性剂、悬浮剂、触变剂以及其他附加物组成。各组分按照一定的加入顺序加入混制设备均匀的混制在一起。在涂料的涂挂性和金属液浇注过程中综合发挥作用。

1）耐火材料
     耐火材料是涂料中的骨料，他决定了涂料的耐火度、化学稳定性和绝热性能。常用的耐火材料有刚玉、锆砂、硅砂、铝矾土、高岭土熟料、氧化镁、硅藻土等。
    生产不同合金的消失模铸件时，应选用不同的耐火材料制作涂料。这是因为不同的合金对涂料的耐火度、化学稳定性、绝热性要求各不相同。通常生产铝铸件时其消失模涂料要用硅藻土、滑石粉等耐火材料；生产铸铁件时常用硅砂、铝矾土、高岭土熟料、棕刚玉等粉状耐火材料；铸钢件常用刚玉、锆砂、氧化镁等粉状耐火材料。
    配制消失模涂料除要正确选择耐火材料种类外，还应正确选择耐火材料的粒度粗细和分布，以及颗粒形状。因为粒度粗细和分布及颗粒形状将影响涂料的透气性。消失模涂料用耐火材料颗粒以圆形为好，粒度偏粗而集中较合适。


（2）、粘结剂
       为保证消失模涂料既有高强度又有高的透气性，要合理地选择有机和无机粘结剂。无机粘结剂可以保证涂层常温和高温强度，而有机粘结剂在常温状态下可以提高涂料的强度，在浇注状态下被烧失，能够有效的提高涂料的透气性。配制消失模涂料需要正确使用多种粘结剂，以确保涂料性能符合要求。
       常用的粘结剂大致可分为无机和有机两类，在一种涂料中可以同时使用。按照粘结剂与水的亲和力又可分为亲水型和憎水型。亲水型使用于水基涂料，憎水型一般用于有机溶剂涂料，某些憎水型粘结剂经处理后也可用于水基涂料。
  常用涂料粘结剂类别

无机粘结剂        亲水型        粘土、膨润土、水玻璃、硅溶胶、磷酸盐、硫酸盐、聚合氯化铝
        憎水性        有机膨润土
有机粘结剂        亲水性        糖浆、纸浆废液、糊精、淀粉、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯乳液、水溶性酚醛树脂、天然橡胶
        憎水性        沥青、煤焦油、松香、酚醛树脂、干性植物油、合脂油、硅酸乙酯、聚乙烯醇缩丁醛
a、无机粘结剂
   使用较多的无机粘结剂为膨润土、水玻璃、硅溶胶、磷酸盐等。这里主要介绍膨润土和硅溶胶。
（a）、膨润土
    铸造用粘土分为普通粘土和膨润土两大类。涂料常使用钠基膨润土作为无机粘结剂，效果较好。
    膨润土主要由蒙脱石矿物组成，在电子显微镜下它呈不规则的薄片或绒毛状，为层状结构。粘土颗粒表面常带负电，从而吸附阳离子，而这些阳离子有影响膨润土的性能。吸附钠、钙离子的膨润土分别称为钠基膨润土和钙剂膨润土。国产的钠基膨润土较少，但可以将钙基膨润土用适量的碳酸钠处理转化为钠基膨润土。
（b）、硅溶胶
    又称硅酸溶胶，硅溶胶的粘结能力比水玻璃和硅酸乙酯更强。
b、有机粘结剂
   铸造中常用的有机粘结剂有糖稀、纸浆废液、树脂、聚乙烯醇、聚醋酸乙烯乳液、聚乙烯醇缩丁醛、羧甲基纤维素纳（CMC）淀粉、糊精等。
（a）、聚乙烯醇（PVA）。为有机高分子化合物，是一种水溶性树脂。它是一种非电解质的表面活性剂，成膜性能好，不为霉菌所破坏，可作铸造粘结剂。聚乙烯醇的牌号不同，性能也不同。有的可溶于水，有的仅能溶胀。铸造粘结剂用聚乙烯醇牌号为PVA17-88（聚合度1700，醇解度88%），外观为白色颗粒。
（b）、淀粉
   是一种碳水化合物，其分子结构有支链和直链两种。支链淀粉分子量较大，可达直链淀粉的6倍。支链淀粉含量越高，淀粉的粘性就越大。按其原料种类，可分为玉米淀粉、马铃薯淀粉、苷薯淀粉、木薯淀粉、糯米淀粉等。
（c）、糊精
是淀粉加水后在酸和热作用下产生水解反应的一种中间产物。反应后形成的产物含有糊精和还原糖等。糊精的糊化度一般在70%以上，还原糖在15%以下。糊精大多为淡黄色粉状，也有白色糊精但其粘结力较差，糊精是一种湿强度和干强度都比较高的有机水溶性粘结剂，在冷水中几乎可完全溶解，但露置时易吸潮结块。
（d）、硅酸乙酯
    它是四氯化硅与乙醇的聚合物，能溶于乙醇、丙酮、汽油等有机溶剂，是涂料中的高温粘结剂。
（e）、聚醋酸乙烯乳液
    俗称白乳胶，为高分子乳浊液，PH值4~6，含固体质量分数50%左右，年度有2.5~7.0Pa.s及7~10Pa.s两种。除粘结作用外，还能吸出光亮碳，有助于涂层从铸件上分离。
（f）、酚醛树脂
    它是涂料中最常用的人工树脂，有以下两种：热塑性酚醛树脂，热固性酚醛树脂。两种树脂都能使涂层得到较高的强度。
    还有许多能用于涂料的有机粘结剂，如糖浆、松香、干性油、纸浆废液等
c、载体
   消失模涂料有水基涂料和醇基涂料之分，但生产中使用较多的为水基涂料。国内外消失模商品涂料多是直接配成水基膏状涂料；或是购买时为粉状，使用时加水配制成水基涂料。
d、悬浮剂
    为防止涂料中的固体耐火材料沉淀而加入的物质叫悬浮剂。悬浮剂对调节涂料的流变性和改善涂料的工艺性能方面，也有重要作用。悬浮剂的选择主要应根据载体的种类，其次是耐火材料的类型。
    水基涂料常用的悬浮剂有：膨润土、凹凸棒土、羧甲基纤维素钠、聚丙烯酰胺、海藻酸钠等。有机溶剂涂料常用的悬浮剂有：有机膨润土、锂膨润土、凹凸棒土、聚乙烯醇缩丁醛等。
   （a）膨润土。膨润土是水基涂料最常用的悬浮剂。它能在水中膨胀，形成水化膜，并搭接成立体网状结构，使涂料产生屈服值，阻止耐火材料下沉。钠膨润土的效果比钙膨润土更好，后者可以通过活化处理后再使用。膨润土在涂料中还能起到一定的粘结作用。膨润土若与高分子化合物配合使用，其颗粒为高分子键所吸附而产生“桥联”作用，它们共同形成的立体网状结构更加稳定、牢固，从而使悬浮性更好。膨润土价格低廉，资源丰富，在水基涂料中的悬浮作用很强，但在醇类有机溶剂中的悬浮作用较差。



（b）有机膨润土。它是醇类有机溶剂涂料（醇基涂料）较为理想的悬浮剂。国内生产的有机膨润土，是以季胺盐取代膨润土中的金属离子所得到的能在甲苯、二甲苯中膨润的产物。由于它不能直接在醇类有机溶剂中溶胀，因此需用二甲苯等引发剂先将有机膨润土调成膏状，称之引发，然后加入到醇基涂料中。有机膨润土的缺点是价格昂贵，引发用的二甲苯有难闻的气味。

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c）锂膨润土。它是在天然钙膨润土中加入锂盐，通过离子交换反应后得到的产物。锂膨润土可先用水使其溶胀，在配制醇基涂料。它是悬浮作用很强，且价格比有机膨润土便宜得多。
（d）羧甲基纤维素钠（CMC）。它是用棉花纤维经醚化反应得到的钠盐，呈白色或微黄色纤维状。CMC与膨润土配合使用可明显提高涂料的屈服值，改善悬浮性。CMC在涂层中还能产生一定的粘结作用。中性、中粘度的CMC更适合于用做涂料的悬浮剂。CMC的价格不贵，来源丰富，综合性能也较好，因此较广泛地用作水基涂料的悬浮剂。
（e）聚丙烯酰胺（PAM）。它是丙烯酸和丙烯酰胺共聚而成，呈白色粉末状，分阳离子、阴离子和中性三种类型，用做水基涂料悬浮剂时，通常采用阳离子PAM。在水溶液中只要含有0.01%-0.1%的质量浓度，便可获得很高的粘度。PAM和膨润土质点之间有较强的吸附作用，使涂料具有很好的悬浮性。

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就这么多了，残缺不全，希望有人用的上