第1章 消失模铸造
1.1 概述
消失模铸造技术是将与铸件尺寸形状相似的发泡塑料模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂层并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在一定条件下浇注液体金属，使模型气化并占据模型位置，凝固冷却后形成所需铸件的方法。 对于消失模铸造，有多种不同的叫法。国
内主要的叫法有“干砂实型
图1-1 消失模模样和铸件
铸造”、“ 负压实型铸
造”，简称EPC铸造。国外的叫法主要有：Lost Foam Process (U.S.A)、 P0licast Process(Italy)等。 与传统的铸造技术相比，消失模铸造技术具有与无伦比的优势，因此被国内外铸造界誉为“二十一世纪的铸造技术”和“铸造工业的绿色革命”。
1.1.1 国外消失模铸造的发展
1956年美国人H.F.SHOYER开始了将聚苯乙烯泡沫塑料用于铸造的试验，并获得成功,引起了人们极大的兴趣，1958年以专利的形式公布于众，当时称之为“无型腔铸造”。起初，该法只是用来制造金属雕像等艺术品铸件，以后经过许多实践和探索，1962年西德从美国引进专利，消失模铸造法才开始被开发，并在工业上得到应用。
1964年美国的T.R.SMITH发表了使用无粘结剂干砂造型生产消失模铸件的专利。到了1967年,采用普通粘土砂和自硬砂的消失模铸造法获得了成功,并在许多国家得到了应用,生产了成千上万吨铸件,但无粘结剂干砂实型铸造却没得到发展,仍处于探索阶段。在整个六十年代直至七十年代,消失模铸造法仅限于单件小批生产,典型产品是汽车模具、机器底座、艺术品等。1968年，德国人E.KRYZMOWSKI在砂箱内抽成负压进行浇注,取得了专利，即现在的消失模铸造。
八十年代以前，由于专利的制约，生产中使用无粘结剂干砂消失模铸造受到限制；铸造界与其他产业部门协调不够；由于工艺不当、型砂和涂料不合适以及模型质量不高所导致的实型铸件外观及内在质量不够好，造成了一部分人的等待、观望甚至怀疑的态度，使得消失模铸造法发展缓慢。
1981年以后由于相应专利技术失效，再加上经过几年努力，发泡聚苯乙烯原料珠粒有了很大进步、模型组合粘结剂质量改善、高质量涂料被研制成功等工艺技术的进步，消失模铸造法得以迅速发展，并很快在生产上得到应用。1982年美国首先公开了世界上第一条生产复杂铝铸件的消失模铸造生产线。至此，消失模铸造作为一种全新的铸造工艺方法被应用于生产。
1.1.2 消失模铸造在中国的发展
我国消失模铸造技起步于七十年代末，九十年代开始进入工业化应用，经过多年的发展，我国的消失模铸造工业具有了一定规模，成为铸造工业的重要组成部分。消失模铸造技术也被国家重点推广而成为改造传统铸造业应用最广泛的高新技术。但总的来说，我国
消失模铸造的生产应用水平与发达国家仍然有很大的差距。目前，我国的消失模铸造厂家
大大小小有数百家。但大部分的工厂生产能力都不大（与国外动辄数万吨的生产能力相比差距较大）。形成这种状况，除了我国的消失模铸造工业起步较晚之外，还因为：
（1）很难接受技术和工艺的有偿服务，这是我国企业的“通病”，消失模铸造行业也不例外。我国的生产厂家过去在引进消失模铸造时，过分注重硬件设备的引进，而忽视软技术的引进。消失模铸造对于大多数企业来讲，毕竟是新生事物，从接触到理解到应用需要一个过程，是无法一蹉而就的。靠企业自身的技术力量去探索生产技术、产品工艺等，周期较长。所以，厂家在引进消失模铸造工艺时，应当注意对技术和工艺的引进。
（2）我国国产的消失模铸造设备水平能基本满足生产的需要，但提供者对于消失模铸造技术和生产工艺的掌握却差别不一。我们在引进消失模铸造工艺时，应对供应商进行综合评价。
（3）我国引进消失模铸造的历史不长，既有理论又有实践的消失模铸造技术人才还不多，因此，技术人才的培养，是我国消失模铸造工业迅速发展的迫切需要。
消失模铸造是一项创新的铸造工艺方法，可用于生产有色及黑色金属动力系统的零件，包括：汽缸体、汽缸盖、曲轴、变速箱、进气管、排气管及刹车毂等铸件。
1.1.3 消失模铸造技术的特点
消失模铸工艺在技术、经济、环境保护三个主要方面具面优势。 1.1.3.1 技术方面 （1）模型设计的自由度增大 消失模工艺完全可以从第一阶段就能在模型上增加一些附加功能。例如：原先分几个零件装配而成的结构，可以通过几个塑料泡沫模片粘结后铸造而成；
（2）免除了传统铸件技术中使用的砂芯； （3）很多铸件可以不要冒口补缩；
（4）提高铸件精度 可获得形状结构复杂，可重复生产高精度铸件，可使铸件壁厚偏差控制在-0.15 ～+0.15mm之间；
（5）在模型接合面不产生飞边；
（6）具有减轻铸件重量约1/3的优势；
（7）减少加工余量 可以减小机加工余量，对某些零件甚至可以不加工。这就大大减少了机加工和机床投资（例如，对于不同情况可以减少一半投资）；
（8）与传统空腔铸造相比，模具投资下降； （9）完全消除了传统的落砂和出芯工序。 1.1.3.2 经济方面
（1）可整体生产复杂铸件 采用消失模工艺设计，分块模型可胶合组成整体模型，铸成复杂整体部件，对比原先多个铸件组合装配部件（如柴油预热器）而言，可获益1到10倍；
（2）减少车间人员 建立消失模铸造工厂，所雇员工数量少于传统铸造工厂，因此应当考虑这一因素；
（3）铸造工艺灵活 铸造工艺的灵活性非常重要，因消失模工艺有可能同时在砂箱中变化放置大量类似的或不同的铸件，浇注系统也因此十分灵活。
1.1.3.3 环境保护
聚苯乙烯和PMMA在燃烧时产生一氧化碳、二氧化碳、水及其他碳氢化合物气体，其含量均低于欧洲允许的标准。干砂可使用天然硅砂，100%反复循环使用，不含有粘结剂。模型使用的涂料是在水中添加粘结剂等辅料组成，不产生污染。
表1-1 为消失模铸造与树脂砂铸造变速箱壳体铸件的一系列技术经济效果比较。
表1-1 重型汽车变速箱壳体消失模铸造与树脂砂型铸造对比
1.2 消失模铸造的工艺流程
消失模铸造根据其铸型材料可分为自硬砂消失模铸造和无粘结剂干砂消失模铸造。 根据浇注条件可分为普通消失模铸造和负压消失模铸造。图1-2为消失模铸造和粘土砂工艺的流程比较。
图1-2 消失模铸造与粘土砂铸造工艺比较
a）粘土砂铸造主要工艺流程 b）消失模铸造主要工艺流程
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（或其它发泡材料）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。预发泡的目的是为了获得低密度、表面光洁、质量优良的泡模模样，可发泡粒珠在发泡成型之前必须经过预发泡和随后的熟化处理。
在低于玻璃化温度，发泡剂会向外慢慢逃逸，但粒珠并不膨胀，只有当温度高于粒珠的玻璃转化温度时，粒珠处于高弹状态可以发生软化变形时，发泡剂由于温度的升高，迅
速汽化膨胀，使粒珠体积迅速长大，形成一种闭孔、有共用珠壁的蜂窝状结构（如图1-3），密度大幅下降。发泡时间和发泡温度是重要的工艺参数。
a） b） c) d)
图1-3 预发后的珠粒
a) 剖面图 b）表面状况预发良好
c）预发不足 d) 预发过度
1.2.2 预发珠粒的熟化处理
经过预发泡的珠粒，由于骤冷造成泡孔中发泡剂和渗入蒸汽的冷凝，使泡孔内形成真空，如果立即送去发泡成型，珠粒压扁以后就不会再复原，模样质量很差，必须贮存一个时期，让空气渗入泡孔中，使残余的发泡剂重新扩散，均匀分布，这样就可以消除泡孔内部分真空，保持泡孔内外压力的平衡，使珠粒富有弹性，增加模样成型时的膨胀能力和模样成型后抵抗外压变形、收缩的能力，这个必不可少的过程叫做熟化处理。熟化处理合格的珠粒是干燥而有弹性，同时内含残存发泡剂符合要求（质量分数为 3.5% 以上）。 最合适的熟化温度是 20～25℃，温度过高，发泡剂的损失增大；温度过低，减慢了空气渗入和发泡剂扩散的速度。
最佳熟化时间取决于熟化前预发珠粒的湿度和密度，一般来说，预发珠粒的密度越低，熟化时间越长；预发珠粒的湿度越大，熟化的时间也越长。
1.2.3 模型成型
经过预发泡的珠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
1.2.4 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，而对于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。
1.2.5 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30～60℃的空气循环烘炉中干燥2～3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。 1.2.6 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，熔融金属浇入铸型后（浇注温度铸铝约在760℃/1400F，铸铁约在1425℃/2600F），
模型气化被金属所取代形成铸件。
图1-4是消失模工艺的砂箱和浇注示意图。 在消失模铸造工艺中，浇注速度比传统砂型铸造更为关键。如果浇注过程中断，砂型就可能塌陷造成废品。因此为减少每次浇注的差别，最好使用自动浇注机。
1.2.7 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干砂中掉出。随后将铸件进行自动分离、清理、检查并放到铸件箱中运走。
干砂冷却后可重新使用，很少使用其他附加工序，金属废料可在生产中重熔使用。
图1-4 消失模工艺的砂箱和浇注示意图。
1.3 消失模铸造需要的专用设备 1.3.1 黑区和白区
消失模铸造与其他铸造方法的主要区别是它所特有的黑区和白区部分。白区指制模工部和模型组合及涂料烘干工部，黑区指造型浇注工部。 消失模铸造的专用设备有：
白区： 制模工部：预发机、蒸缸、成型机、 模型干燥室等
模型组合及涂料烘干工部：涂料研磨机、涂料混制滚筒、模型烘干设备等
黑区： 造型浇注工部：造型振实台、真空系统、砂处理系统、砂箱、雨淋加砂装置、砂箱运输系统等。
图1-5 真空预发机示意图
1-原料入口 2-加料斗 3-加水 4-抽真空
1.3.2 预发机
消失模铸造模样所需珠粒量远比泡沫板
5-双层壁加热膨胀 6-搅拌叶片 7-卸料
材少，通常都采用间歇式预发机，主要有真空预发和蒸汽预发两种形式。
（1）真空预发泡 图1-5 是典型的真空预发泡机的结构示意图，筒体带夹层，中间通蒸汽或用油加热，筒体内加入待预发的原始珠粒，加热搅拌后抽真空,然后喷水雾化冷却定型。
由于真空预发泡机的加热介质（蒸汽或油）不直接接触珠粒，珠粒的发泡是真空和加热的双重作用而使发泡剂加速气化逸出的结果。因此，预热温度和时间、真空度的大小和抽真空的时间是影响预发珠粒质量优劣的关键控制因素，必须进行优化组合，一般真空度设定为 0.06～0.08Mpa，抽真空时间 20～3Os， 预热时间和温度（由夹层蒸汽压来控制）。真空预
3
发能够使预发珠粒达到比较低的预发密度，如EPS可以达到16kg/m，EPMMA可以达到
3
20kg/m。
（2）蒸汽预发设备
据文献报道，水蒸气对聚苯乙烯薄膜的渗透速度是氮气的4000倍，是二氧化碳的136 倍，是空气的 120 倍。实践证明明，获得低密度预发珠粒最好的发泡介质是蒸汽。蒸汽介质渗入珠粒内部，帮助预发剂使预发珠粒获得更低的发泡密度。
图 1-6
是一种典型的间歇式蒸汽预发机工艺流程示意图。珠粒从上部加入搅拌筒体，
高压蒸汽从底部进入加热预发，筒体内的搅拌器不停转动，当预发珠粒的高度达到光电管所在的高度时，自动发出 信号，停止进气并卸料。
这种预发泡机不是通过时间而是通过预发泡的容积定量（亦即珠粒的预发密度定量）来控制预发质量，使用效果不错，受到工厂的普 遍欢迎。
图1-6 间歇式蒸汽预发机工艺流程示意图
a) 称 b) 加料 c) 珠粒加热膨胀 d) 卸料 1-预发泡前的珠粒 2-预发泡后珠粒
a-称重传感器 b-原始珠粒加入称重斗 c-原始珠粒放入中间斗 d-加料阀门 e-气缸上进气阀（卸料） f-气缸下进气阀（关闭卸料底盘）
g-蒸汽阀 h-排水阀 i-光电料位传感器 j-排气阀 k-搅拌电机
注：图中圆圈涂黑表示该电器元件处于工作状态
图 1-7是目前国内广大中小厂采用的一种间歇式蒸汽预发机。其主要性能参数如
下：
预发桶尺寸：￠500mn×600mn 一次投料量：1～2kg
搅拌机转速：30～250r/min 最大蒸汽压力：0.03MPa 最高温度：145 ℃
发泡倍率：40～60 倍 适应粒度：0.2～1.Omn
适用材料：EPS、EPMMA、S1MMA
蒸汽预发设备的关键是：蒸汽进入不宜过于集中，压力和流量不能过大，以免造成结块，发泡不均匀，甚至部分珠粒过度预发破裂；另外，因为珠粒直接与水蒸气接触，预发珠粒水分含量的质量分数高达10%左右，因此卸料后须经过干燥处理。
图1-7 蒸汽间歇式预发泡机（用于EPS及共聚珠粒）
1.3.3 发泡成型设备
发泡成型的目的在于将一次预发的松散珠粒填入一定形状和尺寸的模具中，再次加热进行二次发泡，形成与模具形状和尺寸一致的整体模样。
发泡成型设备主要分两大类：一类是将发泡模具安装到机器上成型，称为成型机；另一类是将手工拆卸的模具放入蒸汽室成型，称为蒸缸成型。一般而言，对于大批量，大中型泡沫模样，多采用成型机成型；中小批量、小型模样，则常采用蒸缸成型。
（1）成型机 成型机有立式和卧式之分，见图 1-8。
立式成型机的开模方式为水平分型，模具分为上模和下模。其特点为：①模具拆卸和安装方便；②模具内便于安放嵌件（或活块）；③易于手工取模；④占地面积小。
立式成型机又分为简易立式成型机和自动控制成型机。国内包装行业用的简易立式成型机用液压缸或电动丝杆控制模具开合，因其价格较低，被许多消失模铸造工厂选用，生产不太复杂的泡沫模样，见图1-8a 。
卧式成型机的开模方式为垂直分型，模具分为左模和右模。其特点为：①模具前后上下空间开阔，可灵活设置气动抽芯机构，便于制作有多抽芯的复杂泡沫模样；②模具中的水和气排放顺畅，有利于泡沫模样的脱水和干燥； ③生产效率高，易实行电脑全自动控制，④结构较复杂，价格较高。
（2）蒸缸（蒸汽箱）成型装置 手动蒸缸（蒸汽箱）结构简单，投资少，可自制，由人工控制成型工艺，但制模劳动强度较大。手动蒸缸）蒸汽箱）分为立式和卧或两种，见图1-9。
机械蒸缸（蒸汽箱）也有立式和卧式两种形式。立式机械蒸缸可用立式成型机改建而成，见图1-10。其工作过程如下：
a) b)
图1-8 成型机示意图
a)立式成型机 b)卧式成型机 1-固定工作台 2-固定模 3-移动模 4-移动工作台 5-导杆 6-液压港
a) b)
图1-9 手动蒸缸(蒸汽箱)
a) 立式 b) 卧式
1一缸盖 2一缸体 3一进气阀 4一排气阔 5一排空阀 6一模具 7一冷却水箱
先将几副模具同时放入工作台上，关闭蒸缸，启动控制程序，完成加热、喷水冷却以及抽真空干燥等工序； 然后开启蒸汽箱，手工取模。立式机械蒸汽箱适合生产较大批量的小型泡沫模样和泡沫浇道。蒸缸成型工
艺与成型机成型工艺相比，有其不足之处：
蒸汽对模具的加热是从外向里，难以形成穿透泡沫模样的蒸汽流，易在厚实的断面中心处产生冷凝水，故而影响珠粒的融合。因此，蒸缸（蒸汽箱）成型适宜生产小型泡沫模样。一般蒸缸的发泡时间比带气室的成型机制模要长得多，后者只需几十秒钟到几分
图1-10 立式机械蒸缸
1一进汽阀 2一蒸缸 3一冷却水管 4一排气阀 5一液压缸 6一压力表 7一模具 8一导杆 9一排水间
钟，前者往往需要几分钟到几十分钟。
1.3.4 振实台
模样簇上完涂料并干燥以后，就可以放入砂箱中填砂造型。干砂的充填和紧实过程必须保证干砂能充填到模型内部的空腔，并具有足够高的紧实密度，在浇注过程中起支撑作用。 在激振力的作用下，振动台产生相应频率和振幅的振动；与此同时，砂箱内干砂经受惯性力的作用，在砂层内产生挤压力；振动波也在砂层内迅速传播，砂粒之间摩擦力的大小和方向也随着不断变化。 砂粒之间、砂层之间的咬合能力大大削弱，干砂流动性显著提高。于是在挤压力的作用下，在良好流动性的促进下，干砂克服摩擦阻
力由挤压力大的区域向着挤压力小、密度小的区
域移动。完成充填和紧实的任务。毕竟干砂的流
图1-11 美国 Vulcan 振实台示意图
态化程度有限，向下和向水平方向的充填能力较1一砂箱 2一导向柱 3-台面 4一振动电机 好，而由下向上的充填能力就十分有限。有些特5一橡胶弹簧 6一空骂弹簧 7一底座
殊部位的充填是经一次挤压，二次挤压的过程才
最终得以实现的。总之，电振动过程中，干砂粒的彼此距离减小，其堆积重度提加达到紧实状态。如干砂的紧实度不够，铸件的壁厚会发生肿胀现象。
图1-11是美国Vulcan公司的单维振实台简图。该振实台的特点是：振实台不仅有空气弹簧6，而且还设有橡胶弹簧5，把空气弹簧和橡胶弹簧有机地组合起来，在振动过程中使两者产生联合作用，使得振动时砂子在砂箱里连同振动台作垂直振动，而且又能通过橡胶弹簧作水平运动，砂箱1和台面3之间无锁紧装置。
该设备特点是采用空气弹簧结构举升和支承砂箱，利用X、Y、Z方向对称安装的6台振动电机先后或同时起振，产生所要求的一维、二维、三维或是任意组合的振动，通过调节振动电机的激振力和空气弹簧的刚度，可达到最佳紧实效果。
1.3.5 砂箱
消失模铸造用砂箱是由箱体、抽气室（管）、起吊或行走运送结构及与振动台定位卡紧结构（也可以不卡紧）等部分组成。根据抽气室的结构特点可分以下三种：
a) b) c)
图1-12 干砂消失模铸造用砂箱
a）底抽式 b）侧抽式 c）双层砂箱（可五面抽气）
（1）底抽式砂箱（见图 1-12a） 抽气室设在底部，结构简单、制作容易、维修方便，可满足一般生产需要（高度小于1m 的砂箱），抽气时真空度分布沿高度方向有一梯度，底部高、上部低一些，单方向排气。
（2）侧抽式（见图 1-12b）
抽气室设在一个侧面，铸型横向形成一定真空梯度。真
空室筛网容易损坏。
（3）双层砂箱（见图 1-12c） 抽气室设在砂箱的底面及四周侧面上。且互相连通，使真空度上下均匀，浇注时排气更为通畅，砂箱刚度好，但加工费用高，侧面真空室筛网易损坏，一般使用较少。
1.3.6 真空系统
消失模铸造的造型和浇注过程通常是在真空条件下进行的，由砂箱和抽真空系统组成一个封闭系统。真空泵是真空消失模铸造生产中最基本的设备。真空泵和预真空罐、真空软管一起，组成了一个完整的真空系统，如图1-13。
图1-13 真空抽气系统的组成
1-真空泵 2=水位计 3-排水阀 4-水浴罐 5-球阀 6-逆流阀 7-3寸管 8-真空表 9-滤网 10-滤砂与分配罐
11-止阔（若干个） 12-进气管（若干个） 13-挡尘罩 14-支托15-排尘阀
1.3.7 消失模铸造生产线
按组成生产线的设备配置有两类:
（1）简易线：投资少，设备简单，适合小规模、小批量生产；
（2）流水生产线：系统完整，功能齐全，连续作业，适合大批量、大规模生产。
图1-14 合肥铸锻厂消失模铸造（V法）车间
1.4 消失模铸造用专用泡沫珠粒及使用 1.4.1 种类及应用范围
（1）消失模铸造专用的可发性聚苯乙烯树脂珠粒（简称EPS）； （2）可发性甲基丙烯酸甲脂与苯乙烯共聚树脂珠粒（简称STMMA）； （3）可发性聚甲基丙烯酸甲脂树脂珠粒（简称EPMMA）。其应用范围如表1-2，
可根据铸件的特点和要求来选用需要的品种和规格(如表1-3)，以确保获得优质的泡沫塑料模型和消失模铸件。
表1-2 消失模铸造用专用泡沫珠粒产品的适用范围
表1-3 产品的品种规格
注意事项：产品含有低沸点烃类发泡剂，在贮存、运输过程中，必须装于内衬塑料薄膜袋的密闭容器中，存放在低温、通风及远离火源的场所。
1.4.2 使用方法
消失模铸造泡沫塑料模型生产过程中如下：
原始珠粒 → 预发泡 → 干燥、熟化 → 成型发泡 → 发泡塑料模。 1.4.2.1 原始树脂珠粒选用
首先根据铸件材质及对铸件质量要求来选择哪个品种，再根据铸件的最小壁厚来选用珠粒规格。一般选用的原始珠粒的粒径小于或等于铸件的最小壁厚的1/9 - 1/10。 1.4.2.2 树脂珠粒的预发泡
消失模铸造用珠粒的预发泡均采用间歇式预发泡机。间歇式预发泡机有两种即加压式预发泡机和真空式预发泡机。一般真空式预发泡机比加压式预发泡机好。两种预发泡机的预发工艺参数可参考如下：
（1）真空预发泡机操作工艺参数： 1）加树脂 6s； 2）预热 见表1-4；
3）真空下注水 50～75ml/10s； 4）大气稳定 5s；
5）真空稳定 20s； 6）出料 45s。
表1-4 真空预发预热工艺参数
（2）加压式预发机
EPS预发温度为100～105℃；
共聚树脂预发温度为105～115℃； EPMMA树脂预发温度115～120℃；
珠粒的预发倍数一般由预发温度和时间来控制。 1.4.2.3 预发珠粒的干燥、熟化
真空预发机不仅珠粒预发倍数高，珠粒粒径均匀而且预发的珠粒是干燥的。若采用加压式预发机预发，预发泡后的珠粒含水率高，需要用流化床干燥处理，干燥风温为25～35℃，使珠粒含水率降至2%以下。
经预发后的珠粒须存放一段时间后才能使用，这段时间称为熟化。推荐的EPS熟化时间如表1～5
表1-5 熟化时间
EPMMA及共聚树脂预发珠粒熟化时间比上述EPS熟化时间推荐值要短。
最佳熟化时间与环境温度及空气流动情况有关，熟化是否完成，可用珠粒的弹性好不好来判断。注意熟化温度不宜太高，时间不宜太长，否则发泡剂损失过多影响成型发泡质量。熟化后珠粒要存放在密封的容器中，低温贮存。
1.4.2.3 成型发泡
消失模泡沫塑料一般采用蒸缸成型和压机成型两种工艺。采用蒸缸成型时，加热蒸汽压力(MPa) 如表1-6
表1-6 蒸缸成型加热蒸汽压力（MPa）
保温时间要根据模型大小、结构特点等通过试验来确定。
成型发泡后模型要进行干燥和存放（稳定化），模型在干燥和存放过程中要收缩。EPS模型收率为0.4～0.8%；EPMMA共聚树脂模型收缩率为0.2-0.4%；因此在成型模具设计时要考虑泡沫塑料模型的收缩率。
1.5 消失模造型材料 1.5.1 原砂
干砂是消失模铸造的造型材料，由于该工艺的特点，选择干砂应与生产的铸件材质有关，高温合金采用耐火度较高、颗粒较粗的干砂。目前干砂主要使用天然石英砂，应去除砂中的铁渣、粉尘和水分，并保持使用温度不高于50℃。
涂料是消失模铸造中必不可少的原料，现在许多铸造厂采用自制涂料。涂料的主要作用是提高模型的强度和刚度、防止破坏或变形；隔离金属液和铸型；排除模型气化产物；保证铸件表面质量等。消失模涂料中耐火骨料主要有锆英粉、铝矾土、棕刚玉粉、石英粉、滑石粉、莫来石粉、云母粉等。其粒径级配应兼顾防止粘砂和高温透气性，粒形有利于提高透气性，通常选择一定数量的球状颗粒，有利于模型气化后气体的逸出或模型不完全分解的液化产物的排除。
1.5.2 涂料
消失模铸造涂料的载体多采用水基，以利于环境保护。其粘接剂主要包括粘土、水玻璃、糖浆、纸浆废液、白乳胶、硅溶胶等。在选择粘接剂考虑以下几个方面因素：高温发气性；涂挂性；涂层强度和刚度；浸蚀模型性等。悬浮剂用于防止涂料发生沉积、分层、结块，使涂料具有触变性。一般可采用膨润土、凹凸棒石粘土、有机高分子化合物及其复合体等。另外消失模涂料中还需添加表面活性剂，以增加涂料的涂挂性，提高涂料与模型表面的亲和性和结合强度。此外还常常加入其他添加剂，如消泡剂、减水剂、防腐剂、颜料等。为此，要求涂层具有良好的强度、透气性、耐火度、绝热性、耐急冷急热性、吸湿性、清理性、涂挂性、悬浮性等。综合起来主要包括工作性能和工艺性能。
涂料的工作性能包括强度、透气性、耐火度、绝热性、耐急冷急热性等，主要是在浇注和冷却过程中应具有的性能，其中最重要的是强度和透气性。而涂料的工艺性能包括涂挂性、悬浮性等，主要是在涂挂操作中所要求的性能。
一般消失模铸造多采用水基涂料，涂料与模型一般不润湿，从而要求改进水基涂料的涂挂性。涂挂性是指模型涂挂涂料后一般需要悬挂干燥，希望涂料在涂挂后尽快不滴不淌，确保涂料层的均匀性，减少环境污染。悬浮性是指涂料在使用过程中，涂料保持密度的均匀性，不发生沉积现象。
涂料的制配工艺控制是涂料技术的关键环节。国产涂料多采用碾混、辊混或搅拌工艺。根据生产实践，碾混和辊混其质量优于搅拌。建议有条件的企业可采用碾混或辊混方法制配涂料。
由于不同的合金对涂料的作用情况不同，建议根据合金种类的不同研制相应的涂料，如铸铁涂料、铸钢涂料、有色合金涂料等。在涂料配置和混制过程中，应尽量使用合理的骨料级配，使骨料和粘接剂及其它添加剂混合均匀。
除了涂料性能达到要求外，涂敷和烘干工艺对生产也具有一定影响。生产上多采用浸涂，最好是一次完成。也可以分两次涂敷，但应每次涂敷后要进行烘干，烘干时注意烘干温度的均匀性和烘干时间，保证涂层干燥彻底并不开裂。
1.6 干砂造型工艺
干砂造型是将模型埋入到砂箱中，在振动台上进行振动紧实，保证模型周围干砂充填到位并获得一定的紧实度，使型砂具有足够的强度抵抗金属液的冲击和压力。
干砂造型第一步是向砂箱中加入干砂，加砂时为保证干砂的充填到位，首先在砂箱中加入一定厚度的底砂并振动紧实，然后放入模型簇，再加入一定厚度的干砂，将模型簇埋入到三分之一到二分之一，再进行适当振动，以促使干砂向模型内腔充填。最后填满砂箱进行振动，振动时间不宜过长，以保证模型不出现损坏和变形，同时保证涂料层不发生脱落和裂纹。
振动参数应根据铸件结构和模型簇形式进行选择，对于多数铸件，一般应采用垂直单向振动，对于结构比较复杂的铸件，可考虑采用单向水平振动或二维和三维振动。振动强度的大小对干砂造型影响很大，用振动加速度表示振动强度。对于一般复杂程度的铸件和模型簇，振动加速度在10～20m/s2之间。而振幅是影响模型保持一定刚度的重要振动参数，消失模铸造振幅一般在0.5～1mm。振动时间的选择比较微妙，应结合铸件和模型簇结构进行选择。但总体上振动时间约控制在1～5min为宜。同时底砂、模型簇埋入一半时的振动时间尽量要短，可选择1～2min，模型簇全部埋入后的振动时间一般控制在2～3min即可。
1.7 铸造工艺
消失模铸造工艺包括浇冒口系统设计、浇注温度控制、浇注操作控制、负压控制等。 浇注系统在消失模铸造工艺中具有十分重要的地位，是铸件生产成败的一个关键。在浇注系统设计时，应考虑到这种工艺的特殊性，由于模型簇的存在，使得金属液浇入后的行为与砂型铸造有很大的不同。因此浇注系统设计必定与砂型铸造有一定的区别。在设计浇注系统各部分截面尺寸时，应考虑到消失模铸造金属液浇注时由于模型存在而产生的阻力，最小阻流面积应略大于砂型铸造。
由于铸件品种繁多、形状各异，每个铸件的具体生产工艺都有各自的特点，并且千差万别。这些因素都直接影响到浇注系统设计结果的准确性。为此，可将铸件以某种方式进行分类。针对中小铸件，可按铸件生产工艺特点进行分类，如表1-7所示。模型簇组合方式可基本反映铸件的特点，以及铸件的补缩形式。浇注系统各部分截面尺寸与铸件大小、模型簇组合方式以及每箱件数都有关系。为此，在设计新铸件的工艺时，应根据铸件特征，参照同类铸件浇注系统特点有针对性地进行计算。
表1-7 铸件分类
因为模型的存在，在浇注过程中模型气化需要吸收热量，所以消失模铸造的浇注温度应略高于砂型铸造。对于不同的合金材料，与砂型铸造相比，消失模铸造浇注温度一般控制在高于砂型铸造30～50℃。这高出30～50℃的金属液的热量可满足模型气化需要的热量。浇注温度过低铸件容易产生浇不足、冷隔、皱皮等缺陷。浇注温度过高铸件容易产生粘砂等缺陷。
消失模铸造浇注操作最忌讳的是断续浇注，这样容易造成铸件产生冷隔缺陷，即先浇入的金属液温度降低，导致与后浇注的金属液之间产生冷隔。另外，消失模铸造浇注系统多采用封闭式浇注系统，以保持浇注的平稳性。对此，浇口杯的形式与浇注操作是否平稳关系密切。浇注时应保持浇口杯内液面保持稳定，使浇注动压头平稳。
负压是黑色合金消失模铸造的必要措施。负压的作用是增加砂型强度和刚度的重要保证措施，同时也是将模型气化产物排除的主要措施。负压的大小及保持时间与铸件材质和模型簇结构以及涂料有关。对于透气性较好、涂层厚度小于1mm的涂料，对铸铁件负压大小一般在0.04～0.06MPa，对于铸钢件取其上限。对于铸铝件负压大小一般控制在0.02～0.03MPa。负压保持时间依模型簇结构而定，每箱中模型簇数量较大的情况，可适当延长负压保持时间。一般是在铸件表层凝固结壳达到一定厚度即可却去负压。对于涂层较厚及涂料透气性较差的情况，可适当增大负压及保持时间。
1.8 磁型铸造
1.8.1 磁型铸造的实质和应用范围
1.8.1.1 概述，
磁型铸造是一种新型的消失模铸造工艺。它是用磁性代替粘结剂固结铁丸或钢丸，采用气化模造型，浇注前不用取出模型，直接往模上浇注金属液，模型在高温下气化，腾出空间由金属液充填成形。此法生产效率高，消除了硅尘的危害，为实现铸造生产机械化自动化创造了条件。
图1-15 磁型铸造原理图 图1-16 磁型铸造工艺流程图
1 磁铁 2 线圈 3 磁型砂箱 4 模型 5 铁丸
磁型铸造的基本原理如图1-15所示，马蹄形铁心上绕有线圈，通入电流产生磁场，若将装好气化模及铁丸的砂箱置于磁场内，铁丸即被磁化而互相结合成型。当液体金属浇入磁型，高温金属将置于磁型中的气化模逐渐烧失，其遗留的空腔，即被液体金属所取代，待金属液冷凝后切除电源；磁场消失，铁丸随之松散，即可取出铸件。磁型铸造的工艺流程如图1-16所示。
1.8.1.2 磁型铸造的特点及应用范围
（1）磁型铸造不用型砂，故无硅尘危害，造型材料不需处理就可复用，面积小， （2）造型清理省力，减轻了工人的劳动强度，设备简单，占地
（3）用气化模造型不起模，铸件尺寸精度较高，加工余量小，制造成本低。
但磁型铸造也有很大的局限性，例如：磁型铸造不适于铸造厚大复杂的铸件，此外，它要消耗气化模，浇注时气化模燃烧要放出大量烟气，造成空气污染，并易造成钢铸件增碳和夹渣等缺陷。
磁型铸造可用来铸造厚度在40mm以下的中小铸件。
1.8.2 磁型铸造所用的材料与要求
1.8.2.1 造型材料
任何磁性物质都可作磁型铸造的造型材料，但从经济考虑，以铁丸或钢丸为佳。铁丸的直径在0.2～1.2mm。
铁丸的导磁系数随紧实程度而增加，因温度升高而降低，因此磁型铸造过程中，可同时采用微震紧实和降低铁丸温度措施以提高效率。
铁丸的烧结点约为950℃，因烧结温度不高，铁丸很易粘结在铸件的表面，而形成很难清理的“粘砂”，为了防止此种缺陷，气化模必须上一层耐火涂料。
1.8.2.2 气化模的制造
获得优质气化模的关键是控制可发性聚苯乙烯珠粒的预发和熟化的质量。松密度高的预发珠粒的气化模易导致呛气、缺肉并造成铸件夹渣、增碳。但是松密度过低，又常使气化模的表面质量不佳，强度低，易老化变形。实践中，预发珠粒的松密度一般控制在0.02g／ml左右。
珠粒预发后要在空气中存贮一段时间，以便消除珠粒中的真空，增加珠粒的弹性，这叫做熟化，熟化后的珠粒最好立即制模使用，因存放时间过长，残存在珠粒内的发泡剂将继续挥发，造成成型困难，甚至不能使用。
气化模成型后，可在40～60℃的暖室内烘干。这样，除能驱除水分外，还能提高气化模强度，改善表面光洁度，消除局部老化，减少气化模的翘曲变形。
1.8.2.3 涂料
气化模涂料的选用是磁型铸造工艺中的一个关键环节，理想的涂料须满足以下要求： （1）具有足够的热阻，防止铁丸被熔或铸件粘丸。
（2）适当的透气性，保证气化模燃烧时的气体能顺利逸出，这是防止铸件产生夹渣和气孔的重要途径。
（3）涂挂性好，因气化模有憎水性，故选择涂料的粘结剂，务求能与气化模粘附牢固，要求涂挂时不淌不流，不聚团；干燥后不脱壳；
（4）具有必要的干强度和硬度，要求在储运中不破碎，不脱落，经得起埋箱过程中铁丸的冲击；
（5）悬浮性好，要求在使用中涂料不分层，不沉淀。
一般磁型铸造的涂料性能，主要由耐火材料，溶剂、悬浮剂和粘结剂决定，生产中对于钢铸件曾用过石英粉、刚玉粉、镁砂粉做涂料，但以锆砂粉最好。
溶剂的选用是控制磁型铸造涂料的一个重要因素。国内外有用汽油、酒精做溶剂的，这不仅成本高，而且易燃易爆，有些快干型溶剂，又往往要污染环境，而用水做溶剂，只要注意选用粘结剂、悬浮剂就能解决气化模表面的憎水性困难。
实际生产中使用羧基纤维素—膨润土型悬浮剂，再配以适量的聚醋酸乙烯乳液(白胶)作粘结剂，可形成稳定的类冻胶状质量很好的悬浮液。涂挂后涂料层上不用撒砂，透气性稳定，涂料干燥后不会开裂，不脱壳。生产中采用的涂料配比与性能见表1-8。
表1-8 磁型铸造铸钢件所用涂料的配比与性能
涂料的配制方法，将锆砂和膨润土先在球磨机内加水混磨8～10小时，再与白胶
C．M．C．水解液搅拌均匀，用水稀释至所需密度，最后加入石油磺酸。
涂料的涂挂方法；有涂刷、喷涂和浸涂三种。实际生产中以浸涂法最方便，浸涂时将气化模浸入涂料20秒，然后取出，放在40～60℃干燥室进行干燥。两次浸涂涂料层的厚度可达0.8～1.5mm。干燥后的涂料层可以存放数月，不必再次干燥就可浇注。
1.8.3 磁型铸造的浇注工艺及铸件质量的控制 1.8.3.1浇注位置的选择
由于浇注时，气化模所生的气体主要靠通过涂料层排除，故确定浇注位置时，除应考虑排渣补缩外，还必须注意排气。在大多数情况下，常采用斜浇位置，铸件的主要平面与直浇道呈30°～60°斜角。如此所浇铸件一般不易呛火，夹渣，增碳也会减轻。图1-17，1-18为斜浇位置示意图。
为了保证铸件大平面的光洁度，应尽可能使大平面与磁力线方向平行或夹角最小。此外必须考虑造型时铁丸的充填条件，生产中常发现因浇注位置不利于铁丸充填，而造成铸件的局部胀型，鼓包或粘丸。
1.8.3.2 浇注系统
磁型铸造一般采用底注式浇注系统，因此时有利于排渣、排气，且浇注平稳，但对熔融金属的温度要求较高。对于一些形状复杂的薄件，如弯管等以侧浇比较理想，图1-19和1-20是底注和侧浇的示意图。
图1-17 斜浇注位置示意图 图1-16 斜浇注位置示意图
1 铸件 2 冒口 3 浇注系统 1 铸件 2 浇注系统
图1-19 底注示意图 图1-20 侧铸示意图
1 铸件 2 浇道 1 铸件 2 浇注系统
磁型铸造的浇注系统一般都从薄壁处导入。这样刚浇注时发气量较小，不易呛火。又由于气化模气化时要消耗热量，降低液体金属的流动性，所产生的气体对液体金属又有反压作用，影响充型速度，因此设计浇注系统时，浇道愈短愈好，故生产中有些铸件干脆取消了横浇口。
图1-21 轴箱的浇注系统 图1-22 弯管的浇注系统
单重69kg，F内=18cm3 单重7kg，F内=12cm3 1 直浇道 2 冒口 1 直浇道 2 冒口
磁型铸钢件浇口面积与砂型铸造基本相同，这是因为磁型铸造虽然冷却快，易降低钢液的流动性，但由于浇注系统短，又采用高温钢液，快速浇注，故其浇口面积并不比砂型铸造大。但必须指出，铸件重量的减少，对浇口面积相应缩小的影响不大，因小件容积小，降温快，浇口面积小，常易造成浇不到的缺陷。图1-21及图1-22为两重量相差较大铸钢件的浇注系统。轴箱单重68kg，平均壁厚11mm，内浇口为18cm2，弯头单重7kg，平均壁厚7mm，内浇口面积为12cm2，两铸件相差约10倍，而内浇口面积仅相差1／3，所得铸件的质量都很正常。
1.8.3.3 冒口
砂型铸造的冒口作用是补缩、排气和排渣。而磁型铸造的冒口排气作用甚小，因为气化模分解的气体主要通过涂料和磁丸孔隙逸出。磁型铸造的冒口除补缩外，还用于溢贮含有气化模燃烧后残余物和沉积碳的金属以消除铸件本身夹渣。
对于壁厚均匀的小型铸件，一般可以不设冒口，因为在磁型铸造快速浇注和快速冷却的情况下，可实现同时凝固，不需补缩；此外，因小件采用高温快浇，钢液与气化模几乎始终直接接触，其间的气化层很薄，不易形成夹渣和气孔缺陷，没有采用冒口排渣的必要，这不仅可以节约金属，而且有利于采用叠铸或串铸。
1.8.3.4 浇注方法
根据磁型铸造的特点，浇注时不可“细水长流”或断流，必须快浇。 1.8.3.5 磁型铸造铸件的缺陷
（1）增碳
磁型浇注铸钢件常有增碳现象，这是因为气化模是高分子碳氢化合物，在气化过程中将产生还原性气体与固定碳，这种固定碳一部分将通过涂料层排出，但大部分将沉积于涂
料层表面，在高温缺氧条件下，固定碳将转化为CO，高温下使铸件增碳，生产实践表明，铸件表面增碳深度与钢液成分、铸件结构、涂料、气化模质量和浇注工艺有关。一般钢液的含碳量愈低，铸件形状愈复杂，涂料透气性愈差，气化条件不良时，增碳情况愈严重。浇注时如能在铸型四周抽气形成负压，将有助于减轻增碳现象。
（2）夹渣 夹渣是磁型铸造易发生的另一缺陷，它常发生于钝角或热节处以及流动缓慢的地方。夹渣缺陷的产生，根本原因是气化模气化不良，气化时形成了过多的液相，这种液相虽质轻但粘度大，粘附在铸件的拐角处，待铸
件表面凝固时，又
图1-23 磁型铸造流水生产线示意图 重新气化，从而留
1、6 升降机构 2 翻箱机构 3砂箱 4 磁型机 5 振动器 7 卷扬机 8 振动落砂机 下夹渣的缺陷。此
9 螺旋冷却输送器 10 储砂斗 11 斗式提升机 12 步移输送器及驱动缸 13 滚动输送器 外，这些液相残留
物常粘附在热节
处，使钢水的凝固速度变慢，因此常在夹渣处伴生缩孔缺陷。
1.8.4 磁型机及磁型生产线
图1-23为磁型浇注线，其中磁型机的基本结构如图1-24。此线采用步移式垂直循环，双线并列布置，全线设备有砂箱，微震机构，浇注机构，翻箱落砂机等；并辅以铁丸冷却，
通风除尘等装置，全线可采用数字程序控制。
图1-24磁型机的结构示意图
1 极板 2 滚轮 3 线圈 4 隔层(由内向外：铝板、漆布、胶布、玻璃纸)
5 铁芯 6铝座 7 砂箱
第1章 消失模铸造
1.1 概述
消失模铸造技术是将与铸件尺寸形状相似的发泡塑料模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂层并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在一定条件下浇注液体金属，使模型气化并占据模型位置，凝固冷却后形成所需铸件的方法。 对于消失模铸造，有多种不同的叫法。国
内主要的叫法有“干砂实型
图1-1 消失模模样和铸件
铸造”、“ 负压实型铸
造”，简称EPC铸造。国外的叫法主要有：Lost Foam Process (U.S.A)、 P0licast Process(Italy)等。 与传统的铸造技术相比，消失模铸造技术具有与无伦比的优势，因此被国内外铸造界誉为“二十一世纪的铸造技术”和“铸造工业的绿色革命”。
1.1.1 国外消失模铸造的发展
1956年美国人H.F.SHOYER开始了将聚苯乙烯泡沫塑料用于铸造的试验，并获得成功,引起了人们极大的兴趣，1958年以专利的形式公布于众，当时称之为“无型腔铸造”。起初，该法只是用来制造金属雕像等艺术品铸件，以后经过许多实践和探索，1962年西德从美国引进专利，消失模铸造法才开始被开发，并在工业上得到应用。
1964年美国的T.R.SMITH发表了使用无粘结剂干砂造型生产消失模铸件的专利。到了1967年,采用普通粘土砂和自硬砂的消失模铸造法获得了成功,并在许多国家得到了应用,生产了成千上万吨铸件,但无粘结剂干砂实型铸造却没得到发展,仍处于探索阶段。在整个六十年代直至七十年代,消失模铸造法仅限于单件小批生产,典型产品是汽车模具、机器底座、艺术品等。1968年，德国人E.KRYZMOWSKI在砂箱内抽成负压进行浇注,取得了专利，即现在的消失模铸造。
八十年代以前，由于专利的制约，生产中使用无粘结剂干砂消失模铸造受到限制；铸造界与其他产业部门协调不够；由于工艺不当、型砂和涂料不合适以及模型质量不高所导致的实型铸件外观及内在质量不够好，造成了一部分人的等待、观望甚至怀疑的态度，使得消失模铸造法发展缓慢。
1981年以后由于相应专利技术失效，再加上经过几年努力，发泡聚苯乙烯原料珠粒有了很大进步、模型组合粘结剂质量改善、高质量涂料被研制成功等工艺技术的进步，消失模铸造法得以迅速发展，并很快在生产上得到应用。1982年美国首先公开了世界上第一条生产复杂铝铸件的消失模铸造生产线。至此，消失模铸造作为一种全新的铸造工艺方法被应用于生产。
1.1.2 消失模铸造在中国的发展
我国消失模铸造技起步于七十年代末，九十年代开始进入工业化应用，经过多年的发展，我国的消失模铸造工业具有了一定规模，成为铸造工业的重要组成部分。消失模铸造技术也被国家重点推广而成为改造传统铸造业应用最广泛的高新技术。但总的来说，我国
消失模铸造的生产应用水平与发达国家仍然有很大的差距。目前，我国的消失模铸造厂家
大大小小有数百家。但大部分的工厂生产能力都不大（与国外动辄数万吨的生产能力相比差距较大）。形成这种状况，除了我国的消失模铸造工业起步较晚之外，还因为：
（1）很难接受技术和工艺的有偿服务，这是我国企业的“通病”，消失模铸造行业也不例外。我国的生产厂家过去在引进消失模铸造时，过分注重硬件设备的引进，而忽视软技术的引进。消失模铸造对于大多数企业来讲，毕竟是新生事物，从接触到理解到应用需要一个过程，是无法一蹉而就的。靠企业自身的技术力量去探索生产技术、产品工艺等，周期较长。所以，厂家在引进消失模铸造工艺时，应当注意对技术和工艺的引进。
（2）我国国产的消失模铸造设备水平能基本满足生产的需要，但提供者对于消失模铸造技术和生产工艺的掌握却差别不一。我们在引进消失模铸造工艺时，应对供应商进行综合评价。
（3）我国引进消失模铸造的历史不长，既有理论又有实践的消失模铸造技术人才还不多，因此，技术人才的培养，是我国消失模铸造工业迅速发展的迫切需要。
消失模铸造是一项创新的铸造工艺方法，可用于生产有色及黑色金属动力系统的零件，包括：汽缸体、汽缸盖、曲轴、变速箱、进气管、排气管及刹车毂等铸件。
1.1.3 消失模铸造技术的特点
消失模铸工艺在技术、经济、环境保护三个主要方面具面优势。 1.1.3.1 技术方面 （1）模型设计的自由度增大 消失模工艺完全可以从第一阶段就能在模型上增加一些附加功能。例如：原先分几个零件装配而成的结构，可以通过几个塑料泡沫模片粘结后铸造而成；
（2）免除了传统铸件技术中使用的砂芯； （3）很多铸件可以不要冒口补缩；
（4）提高铸件精度 可获得形状结构复杂，可重复生产高精度铸件，可使铸件壁厚偏差控制在-0.15 ～+0.15mm之间；
（5）在模型接合面不产生飞边；
（6）具有减轻铸件重量约1/3的优势；
（7）减少加工余量 可以减小机加工余量，对某些零件甚至可以不加工。这就大大减少了机加工和机床投资（例如，对于不同情况可以减少一半投资）；
（8）与传统空腔铸造相比，模具投资下降； （9）完全消除了传统的落砂和出芯工序。 1.1.3.2 经济方面
（1）可整体生产复杂铸件 采用消失模工艺设计，分块模型可胶合组成整体模型，铸成复杂整体部件，对比原先多个铸件组合装配部件（如柴油预热器）而言，可获益1到10倍；
（2）减少车间人员 建立消失模铸造工厂，所雇员工数量少于传统铸造工厂，因此应当考虑这一因素；
（3）铸造工艺灵活 铸造工艺的灵活性非常重要，因消失模工艺有可能同时在砂箱中变化放置大量类似的或不同的铸件，浇注系统也因此十分灵活。
1.1.3.3 环境保护
聚苯乙烯和PMMA在燃烧时产生一氧化碳、二氧化碳、水及其他碳氢化合物气体，其含量均低于欧洲允许的标准。干砂可使用天然硅砂，100%反复循环使用，不含有粘结剂。模型使用的涂料是在水中添加粘结剂等辅料组成，不产生污染。
表1-1 为消失模铸造与树脂砂铸造变速箱壳体铸件的一系列技术经济效果比较。
表1-1 重型汽车变速箱壳体消失模铸造与树脂砂型铸造对比
1.2 消失模铸造的工艺流程
消失模铸造根据其铸型材料可分为自硬砂消失模铸造和无粘结剂干砂消失模铸造。 根据浇注条件可分为普通消失模铸造和负压消失模铸造。图1-2为消失模铸造和粘土砂工艺的流程比较。
图1-2 消失模铸造与粘土砂铸造工艺比较
a）粘土砂铸造主要工艺流程 b）消失模铸造主要工艺流程
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（或其它发泡材料）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。预发泡的目的是为了获得低密度、表面光洁、质量优良的泡模模样，可发泡粒珠在发泡成型之前必须经过预发泡和随后的熟化处理。
在低于玻璃化温度，发泡剂会向外慢慢逃逸，但粒珠并不膨胀，只有当温度高于粒珠的玻璃转化温度时，粒珠处于高弹状态可以发生软化变形时，发泡剂由于温度的升高，迅
速汽化膨胀，使粒珠体积迅速长大，形成一种闭孔、有共用珠壁的蜂窝状结构（如图1-3），密度大幅下降。发泡时间和发泡温度是重要的工艺参数。
a） b） c) d)
图1-3 预发后的珠粒
a) 剖面图 b）表面状况预发良好
c）预发不足 d) 预发过度
1.2.2 预发珠粒的熟化处理
经过预发泡的珠粒，由于骤冷造成泡孔中发泡剂和渗入蒸汽的冷凝，使泡孔内形成真空，如果立即送去发泡成型，珠粒压扁以后就不会再复原，模样质量很差，必须贮存一个时期，让空气渗入泡孔中，使残余的发泡剂重新扩散，均匀分布，这样就可以消除泡孔内部分真空，保持泡孔内外压力的平衡，使珠粒富有弹性，增加模样成型时的膨胀能力和模样成型后抵抗外压变形、收缩的能力，这个必不可少的过程叫做熟化处理。熟化处理合格的珠粒是干燥而有弹性，同时内含残存发泡剂符合要求（质量分数为 3.5% 以上）。 最合适的熟化温度是 20～25℃，温度过高，发泡剂的损失增大；温度过低，减慢了空气渗入和发泡剂扩散的速度。
最佳熟化时间取决于熟化前预发珠粒的湿度和密度，一般来说，预发珠粒的密度越低，熟化时间越长；预发珠粒的湿度越大，熟化的时间也越长。
1.2.3 模型成型
经过预发泡的珠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
1.2.4 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，而对于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。
1.2.5 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30～60℃的空气循环烘炉中干燥2～3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。 1.2.6 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，熔融金属浇入铸型后（浇注温度铸铝约在760℃/1400F，铸铁约在1425℃/2600F），
模型气化被金属所取代形成铸件。
图1-4是消失模工艺的砂箱和浇注示意图。 在消失模铸造工艺中，浇注速度比传统砂型铸造更为关键。如果浇注过程中断，砂型就可能塌陷造成废品。因此为减少每次浇注的差别，最好使用自动浇注机。
1.2.7 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干砂中掉出。随后将铸件进行自动分离、清理、检查并放到铸件箱中运走。
干砂冷却后可重新使用，很少使用其他附加工序，金属废料可在生产中重熔使用。
图1-4 消失模工艺的砂箱和浇注示意图。
1.3 消失模铸造需要的专用设备 1.3.1 黑区和白区
消失模铸造与其他铸造方法的主要区别是它所特有的黑区和白区部分。白区指制模工部和模型组合及涂料烘干工部，黑区指造型浇注工部。 消失模铸造的专用设备有：
白区： 制模工部：预发机、蒸缸、成型机、 模型干燥室等
模型组合及涂料烘干工部：涂料研磨机、涂料混制滚筒、模型烘干设备等
黑区： 造型浇注工部：造型振实台、真空系统、砂处理系统、砂箱、雨淋加砂装置、砂箱运输系统等。
图1-5 真空预发机示意图
1-原料入口 2-加料斗 3-加水 4-抽真空
1.3.2 预发机
消失模铸造模样所需珠粒量远比泡沫板
5-双层壁加热膨胀 6-搅拌叶片 7-卸料
材少，通常都采用间歇式预发机，主要有真空预发和蒸汽预发两种形式。
（1）真空预发泡 图1-5 是典型的真空预发泡机的结构示意图，筒体带夹层，中间通蒸汽或用油加热，筒体内加入待预发的原始珠粒，加热搅拌后抽真空,然后喷水雾化冷却定型。
由于真空预发泡机的加热介质（蒸汽或油）不直接接触珠粒，珠粒的发泡是真空和加热的双重作用而使发泡剂加速气化逸出的结果。因此，预热温度和时间、真空度的大小和抽真空的时间是影响预发珠粒质量优劣的关键控制因素，必须进行优化组合，一般真空度设定为 0.06～0.08Mpa，抽真空时间 20～3Os， 预热时间和温度（由夹层蒸汽压来控制）。真空预
3
发能够使预发珠粒达到比较低的预发密度，如EPS可以达到16kg/m，EPMMA可以达到
3
20kg/m。
（2）蒸汽预发设备
据文献报道，水蒸气对聚苯乙烯薄膜的渗透速度是氮气的4000倍，是二氧化碳的136 倍，是空气的 120 倍。实践证明明，获得低密度预发珠粒最好的发泡介质是蒸汽。蒸汽介质渗入珠粒内部，帮助预发剂使预发珠粒获得更低的发泡密度。
图 1-6
是一种典型的间歇式蒸汽预发机工艺流程示意图。珠粒从上部加入搅拌筒体，
高压蒸汽从底部进入加热预发，筒体内的搅拌器不停转动，当预发珠粒的高度达到光电管所在的高度时，自动发出 信号，停止进气并卸料。
这种预发泡机不是通过时间而是通过预发泡的容积定量（亦即珠粒的预发密度定量）来控制预发质量，使用效果不错，受到工厂的普 遍欢迎。
图1-6 间歇式蒸汽预发机工艺流程示意图
a) 称 b) 加料 c) 珠粒加热膨胀 d) 卸料 1-预发泡前的珠粒 2-预发泡后珠粒
a-称重传感器 b-原始珠粒加入称重斗 c-原始珠粒放入中间斗 d-加料阀门 e-气缸上进气阀（卸料） f-气缸下进气阀（关闭卸料底盘）
g-蒸汽阀 h-排水阀 i-光电料位传感器 j-排气阀 k-搅拌电机
注：图中圆圈涂黑表示该电器元件处于工作状态
图 1-7是目前国内广大中小厂采用的一种间歇式蒸汽预发机。其主要性能参数如
下：
预发桶尺寸：￠500mn×600mn 一次投料量：1～2kg
搅拌机转速：30～250r/min 最大蒸汽压力：0.03MPa 最高温度：145 ℃
发泡倍率：40～60 倍 适应粒度：0.2～1.Omn
适用材料：EPS、EPMMA、S1MMA
蒸汽预发设备的关键是：蒸汽进入不宜过于集中，压力和流量不能过大，以免造成结块，发泡不均匀，甚至部分珠粒过度预发破裂；另外，因为珠粒直接与水蒸气接触，预发珠粒水分含量的质量分数高达10%左右，因此卸料后须经过干燥处理。
图1-7 蒸汽间歇式预发泡机（用于EPS及共聚珠粒）
1.3.3 发泡成型设备
发泡成型的目的在于将一次预发的松散珠粒填入一定形状和尺寸的模具中，再次加热进行二次发泡，形成与模具形状和尺寸一致的整体模样。
发泡成型设备主要分两大类：一类是将发泡模具安装到机器上成型，称为成型机；另一类是将手工拆卸的模具放入蒸汽室成型，称为蒸缸成型。一般而言，对于大批量，大中型泡沫模样，多采用成型机成型；中小批量、小型模样，则常采用蒸缸成型。
（1）成型机 成型机有立式和卧式之分，见图 1-8。
立式成型机的开模方式为水平分型，模具分为上模和下模。其特点为：①模具拆卸和安装方便；②模具内便于安放嵌件（或活块）；③易于手工取模；④占地面积小。
立式成型机又分为简易立式成型机和自动控制成型机。国内包装行业用的简易立式成型机用液压缸或电动丝杆控制模具开合，因其价格较低，被许多消失模铸造工厂选用，生产不太复杂的泡沫模样，见图1-8a 。
卧式成型机的开模方式为垂直分型，模具分为左模和右模。其特点为：①模具前后上下空间开阔，可灵活设置气动抽芯机构，便于制作有多抽芯的复杂泡沫模样；②模具中的水和气排放顺畅，有利于泡沫模样的脱水和干燥； ③生产效率高，易实行电脑全自动控制，④结构较复杂，价格较高。
（2）蒸缸（蒸汽箱）成型装置 手动蒸缸（蒸汽箱）结构简单，投资少，可自制，由人工控制成型工艺，但制模劳动强度较大。手动蒸缸）蒸汽箱）分为立式和卧或两种，见图1-9。
机械蒸缸（蒸汽箱）也有立式和卧式两种形式。立式机械蒸缸可用立式成型机改建而成，见图1-10。其工作过程如下：
a) b)
图1-8 成型机示意图
a)立式成型机 b)卧式成型机 1-固定工作台 2-固定模 3-移动模 4-移动工作台 5-导杆 6-液压港
a) b)
图1-9 手动蒸缸(蒸汽箱)
a) 立式 b) 卧式
1一缸盖 2一缸体 3一进气阀 4一排气阔 5一排空阀 6一模具 7一冷却水箱
先将几副模具同时放入工作台上，关闭蒸缸，启动控制程序，完成加热、喷水冷却以及抽真空干燥等工序； 然后开启蒸汽箱，手工取模。立式机械蒸汽箱适合生产较大批量的小型泡沫模样和泡沫浇道。蒸缸成型工
艺与成型机成型工艺相比，有其不足之处：
蒸汽对模具的加热是从外向里，难以形成穿透泡沫模样的蒸汽流，易在厚实的断面中心处产生冷凝水，故而影响珠粒的融合。因此，蒸缸（蒸汽箱）成型适宜生产小型泡沫模样。一般蒸缸的发泡时间比带气室的成型机制模要长得多，后者只需几十秒钟到几分
图1-10 立式机械蒸缸
1一进汽阀 2一蒸缸 3一冷却水管 4一排气阀 5一液压缸 6一压力表 7一模具 8一导杆 9一排水间
钟，前者往往需要几分钟到几十分钟。
1.3.4 振实台
模样簇上完涂料并干燥以后，就可以放入砂箱中填砂造型。干砂的充填和紧实过程必须保证干砂能充填到模型内部的空腔，并具有足够高的紧实密度，在浇注过程中起支撑作用。 在激振力的作用下，振动台产生相应频率和振幅的振动；与此同时，砂箱内干砂经受惯性力的作用，在砂层内产生挤压力；振动波也在砂层内迅速传播，砂粒之间摩擦力的大小和方向也随着不断变化。 砂粒之间、砂层之间的咬合能力大大削弱，干砂流动性显著提高。于是在挤压力的作用下，在良好流动性的促进下，干砂克服摩擦阻
力由挤压力大的区域向着挤压力小、密度小的区
域移动。完成充填和紧实的任务。毕竟干砂的流
图1-11 美国 Vulcan 振实台示意图
态化程度有限，向下和向水平方向的充填能力较1一砂箱 2一导向柱 3-台面 4一振动电机 好，而由下向上的充填能力就十分有限。有些特5一橡胶弹簧 6一空骂弹簧 7一底座
殊部位的充填是经一次挤压，二次挤压的过程才
最终得以实现的。总之，电振动过程中，干砂粒的彼此距离减小，其堆积重度提加达到紧实状态。如干砂的紧实度不够，铸件的壁厚会发生肿胀现象。
图1-11是美国Vulcan公司的单维振实台简图。该振实台的特点是：振实台不仅有空气弹簧6，而且还设有橡胶弹簧5，把空气弹簧和橡胶弹簧有机地组合起来，在振动过程中使两者产生联合作用，使得振动时砂子在砂箱里连同振动台作垂直振动，而且又能通过橡胶弹簧作水平运动，砂箱1和台面3之间无锁紧装置。
该设备特点是采用空气弹簧结构举升和支承砂箱，利用X、Y、Z方向对称安装的6台振动电机先后或同时起振，产生所要求的一维、二维、三维或是任意组合的振动，通过调节振动电机的激振力和空气弹簧的刚度，可达到最佳紧实效果。
1.3.5 砂箱
消失模铸造用砂箱是由箱体、抽气室（管）、起吊或行走运送结构及与振动台定位卡紧结构（也可以不卡紧）等部分组成。根据抽气室的结构特点可分以下三种：
a) b) c)
图1-12 干砂消失模铸造用砂箱
a）底抽式 b）侧抽式 c）双层砂箱（可五面抽气）
（1）底抽式砂箱（见图 1-12a） 抽气室设在底部，结构简单、制作容易、维修方便，可满足一般生产需要（高度小于1m 的砂箱），抽气时真空度分布沿高度方向有一梯度，底部高、上部低一些，单方向排气。
（2）侧抽式（见图 1-12b）
抽气室设在一个侧面，铸型横向形成一定真空梯度。真
空室筛网容易损坏。
（3）双层砂箱（见图 1-12c） 抽气室设在砂箱的底面及四周侧面上。且互相连通，使真空度上下均匀，浇注时排气更为通畅，砂箱刚度好，但加工费用高，侧面真空室筛网易损坏，一般使用较少。
1.3.6 真空系统
消失模铸造的造型和浇注过程通常是在真空条件下进行的，由砂箱和抽真空系统组成一个封闭系统。真空泵是真空消失模铸造生产中最基本的设备。真空泵和预真空罐、真空软管一起，组成了一个完整的真空系统，如图1-13。
图1-13 真空抽气系统的组成
1-真空泵 2=水位计 3-排水阀 4-水浴罐 5-球阀 6-逆流阀 7-3寸管 8-真空表 9-滤网 10-滤砂与分配罐
11-止阔（若干个） 12-进气管（若干个） 13-挡尘罩 14-支托15-排尘阀
1.3.7 消失模铸造生产线
按组成生产线的设备配置有两类:
（1）简易线：投资少，设备简单，适合小规模、小批量生产；
（2）流水生产线：系统完整，功能齐全，连续作业，适合大批量、大规模生产。
图1-14 合肥铸锻厂消失模铸造（V法）车间
1.4 消失模铸造用专用泡沫珠粒及使用 1.4.1 种类及应用范围
（1）消失模铸造专用的可发性聚苯乙烯树脂珠粒（简称EPS）； （2）可发性甲基丙烯酸甲脂与苯乙烯共聚树脂珠粒（简称STMMA）； （3）可发性聚甲基丙烯酸甲脂树脂珠粒（简称EPMMA）。其应用范围如表1-2，
可根据铸件的特点和要求来选用需要的品种和规格(如表1-3)，以确保获得优质的泡沫塑料模型和消失模铸件。
表1-2 消失模铸造用专用泡沫珠粒产品的适用范围
表1-3 产品的品种规格
注意事项：产品含有低沸点烃类发泡剂，在贮存、运输过程中，必须装于内衬塑料薄膜袋的密闭容器中，存放在低温、通风及远离火源的场所。
1.4.2 使用方法
消失模铸造泡沫塑料模型生产过程中如下：
原始珠粒 → 预发泡 → 干燥、熟化 → 成型发泡 → 发泡塑料模。 1.4.2.1 原始树脂珠粒选用
首先根据铸件材质及对铸件质量要求来选择哪个品种，再根据铸件的最小壁厚来选用珠粒规格。一般选用的原始珠粒的粒径小于或等于铸件的最小壁厚的1/9 - 1/10。 1.4.2.2 树脂珠粒的预发泡
消失模铸造用珠粒的预发泡均采用间歇式预发泡机。间歇式预发泡机有两种即加压式预发泡机和真空式预发泡机。一般真空式预发泡机比加压式预发泡机好。两种预发泡机的预发工艺参数可参考如下：
（1）真空预发泡机操作工艺参数： 1）加树脂 6s； 2）预热 见表1-4；
3）真空下注水 50～75ml/10s； 4）大气稳定 5s；
5）真空稳定 20s； 6）出料 45s。
表1-4 真空预发预热工艺参数
（2）加压式预发机
EPS预发温度为100～105℃；
共聚树脂预发温度为105～115℃； EPMMA树脂预发温度115～120℃；
珠粒的预发倍数一般由预发温度和时间来控制。 1.4.2.3 预发珠粒的干燥、熟化
真空预发机不仅珠粒预发倍数高，珠粒粒径均匀而且预发的珠粒是干燥的。若采用加压式预发机预发，预发泡后的珠粒含水率高，需要用流化床干燥处理，干燥风温为25～35℃，使珠粒含水率降至2%以下。
经预发后的珠粒须存放一段时间后才能使用，这段时间称为熟化。推荐的EPS熟化时间如表1～5
表1-5 熟化时间
EPMMA及共聚树脂预发珠粒熟化时间比上述EPS熟化时间推荐值要短。
最佳熟化时间与环境温度及空气流动情况有关，熟化是否完成，可用珠粒的弹性好不好来判断。注意熟化温度不宜太高，时间不宜太长，否则发泡剂损失过多影响成型发泡质量。熟化后珠粒要存放在密封的容器中，低温贮存。
1.4.2.3 成型发泡
消失模泡沫塑料一般采用蒸缸成型和压机成型两种工艺。采用蒸缸成型时，加热蒸汽压力(MPa) 如表1-6
表1-6 蒸缸成型加热蒸汽压力（MPa）
保温时间要根据模型大小、结构特点等通过试验来确定。
成型发泡后模型要进行干燥和存放（稳定化），模型在干燥和存放过程中要收缩。EPS模型收率为0.4～0.8%；EPMMA共聚树脂模型收缩率为0.2-0.4%；因此在成型模具设计时要考虑泡沫塑料模型的收缩率。
1.5 消失模造型材料 1.5.1 原砂
干砂是消失模铸造的造型材料，由于该工艺的特点，选择干砂应与生产的铸件材质有关，高温合金采用耐火度较高、颗粒较粗的干砂。目前干砂主要使用天然石英砂，应去除砂中的铁渣、粉尘和水分，并保持使用温度不高于50℃。
涂料是消失模铸造中必不可少的原料，现在许多铸造厂采用自制涂料。涂料的主要作用是提高模型的强度和刚度、防止破坏或变形；隔离金属液和铸型；排除模型气化产物；保证铸件表面质量等。消失模涂料中耐火骨料主要有锆英粉、铝矾土、棕刚玉粉、石英粉、滑石粉、莫来石粉、云母粉等。其粒径级配应兼顾防止粘砂和高温透气性，粒形有利于提高透气性，通常选择一定数量的球状颗粒，有利于模型气化后气体的逸出或模型不完全分解的液化产物的排除。
1.5.2 涂料
消失模铸造涂料的载体多采用水基，以利于环境保护。其粘接剂主要包括粘土、水玻璃、糖浆、纸浆废液、白乳胶、硅溶胶等。在选择粘接剂考虑以下几个方面因素：高温发气性；涂挂性；涂层强度和刚度；浸蚀模型性等。悬浮剂用于防止涂料发生沉积、分层、结块，使涂料具有触变性。一般可采用膨润土、凹凸棒石粘土、有机高分子化合物及其复合体等。另外消失模涂料中还需添加表面活性剂，以增加涂料的涂挂性，提高涂料与模型表面的亲和性和结合强度。此外还常常加入其他添加剂，如消泡剂、减水剂、防腐剂、颜料等。为此，要求涂层具有良好的强度、透气性、耐火度、绝热性、耐急冷急热性、吸湿性、清理性、涂挂性、悬浮性等。综合起来主要包括工作性能和工艺性能。
涂料的工作性能包括强度、透气性、耐火度、绝热性、耐急冷急热性等，主要是在浇注和冷却过程中应具有的性能，其中最重要的是强度和透气性。而涂料的工艺性能包括涂挂性、悬浮性等，主要是在涂挂操作中所要求的性能。
一般消失模铸造多采用水基涂料，涂料与模型一般不润湿，从而要求改进水基涂料的涂挂性。涂挂性是指模型涂挂涂料后一般需要悬挂干燥，希望涂料在涂挂后尽快不滴不淌，确保涂料层的均匀性，减少环境污染。悬浮性是指涂料在使用过程中，涂料保持密度的均匀性，不发生沉积现象。
涂料的制配工艺控制是涂料技术的关键环节。国产涂料多采用碾混、辊混或搅拌工艺。根据生产实践，碾混和辊混其质量优于搅拌。建议有条件的企业可采用碾混或辊混方法制配涂料。
由于不同的合金对涂料的作用情况不同，建议根据合金种类的不同研制相应的涂料，如铸铁涂料、铸钢涂料、有色合金涂料等。在涂料配置和混制过程中，应尽量使用合理的骨料级配，使骨料和粘接剂及其它添加剂混合均匀。
除了涂料性能达到要求外，涂敷和烘干工艺对生产也具有一定影响。生产上多采用浸涂，最好是一次完成。也可以分两次涂敷，但应每次涂敷后要进行烘干，烘干时注意烘干温度的均匀性和烘干时间，保证涂层干燥彻底并不开裂。
1.6 干砂造型工艺
干砂造型是将模型埋入到砂箱中，在振动台上进行振动紧实，保证模型周围干砂充填到位并获得一定的紧实度，使型砂具有足够的强度抵抗金属液的冲击和压力。
干砂造型第一步是向砂箱中加入干砂，加砂时为保证干砂的充填到位，首先在砂箱中加入一定厚度的底砂并振动紧实，然后放入模型簇，再加入一定厚度的干砂，将模型簇埋入到三分之一到二分之一，再进行适当振动，以促使干砂向模型内腔充填。最后填满砂箱进行振动，振动时间不宜过长，以保证模型不出现损坏和变形，同时保证涂料层不发生脱落和裂纹。
振动参数应根据铸件结构和模型簇形式进行选择，对于多数铸件，一般应采用垂直单向振动，对于结构比较复杂的铸件，可考虑采用单向水平振动或二维和三维振动。振动强度的大小对干砂造型影响很大，用振动加速度表示振动强度。对于一般复杂程度的铸件和模型簇，振动加速度在10～20m/s2之间。而振幅是影响模型保持一定刚度的重要振动参数，消失模铸造振幅一般在0.5～1mm。振动时间的选择比较微妙，应结合铸件和模型簇结构进行选择。但总体上振动时间约控制在1～5min为宜。同时底砂、模型簇埋入一半时的振动时间尽量要短，可选择1～2min，模型簇全部埋入后的振动时间一般控制在2～3min即可。
1.7 铸造工艺
消失模铸造工艺包括浇冒口系统设计、浇注温度控制、浇注操作控制、负压控制等。 浇注系统在消失模铸造工艺中具有十分重要的地位，是铸件生产成败的一个关键。在浇注系统设计时，应考虑到这种工艺的特殊性，由于模型簇的存在，使得金属液浇入后的行为与砂型铸造有很大的不同。因此浇注系统设计必定与砂型铸造有一定的区别。在设计浇注系统各部分截面尺寸时，应考虑到消失模铸造金属液浇注时由于模型存在而产生的阻力，最小阻流面积应略大于砂型铸造。
由于铸件品种繁多、形状各异，每个铸件的具体生产工艺都有各自的特点，并且千差万别。这些因素都直接影响到浇注系统设计结果的准确性。为此，可将铸件以某种方式进行分类。针对中小铸件，可按铸件生产工艺特点进行分类，如表1-7所示。模型簇组合方式可基本反映铸件的特点，以及铸件的补缩形式。浇注系统各部分截面尺寸与铸件大小、模型簇组合方式以及每箱件数都有关系。为此，在设计新铸件的工艺时，应根据铸件特征，参照同类铸件浇注系统特点有针对性地进行计算。
表1-7 铸件分类
因为模型的存在，在浇注过程中模型气化需要吸收热量，所以消失模铸造的浇注温度应略高于砂型铸造。对于不同的合金材料，与砂型铸造相比，消失模铸造浇注温度一般控制在高于砂型铸造30～50℃。这高出30～50℃的金属液的热量可满足模型气化需要的热量。浇注温度过低铸件容易产生浇不足、冷隔、皱皮等缺陷。浇注温度过高铸件容易产生粘砂等缺陷。
消失模铸造浇注操作最忌讳的是断续浇注，这样容易造成铸件产生冷隔缺陷，即先浇入的金属液温度降低，导致与后浇注的金属液之间产生冷隔。另外，消失模铸造浇注系统多采用封闭式浇注系统，以保持浇注的平稳性。对此，浇口杯的形式与浇注操作是否平稳关系密切。浇注时应保持浇口杯内液面保持稳定，使浇注动压头平稳。
负压是黑色合金消失模铸造的必要措施。负压的作用是增加砂型强度和刚度的重要保证措施，同时也是将模型气化产物排除的主要措施。负压的大小及保持时间与铸件材质和模型簇结构以及涂料有关。对于透气性较好、涂层厚度小于1mm的涂料，对铸铁件负压大小一般在0.04～0.06MPa，对于铸钢件取其上限。对于铸铝件负压大小一般控制在0.02～0.03MPa。负压保持时间依模型簇结构而定，每箱中模型簇数量较大的情况，可适当延长负压保持时间。一般是在铸件表层凝固结壳达到一定厚度即可却去负压。对于涂层较厚及涂料透气性较差的情况，可适当增大负压及保持时间。
1.8 磁型铸造
1.8.1 磁型铸造的实质和应用范围
1.8.1.1 概述，
磁型铸造是一种新型的消失模铸造工艺。它是用磁性代替粘结剂固结铁丸或钢丸，采用气化模造型，浇注前不用取出模型，直接往模上浇注金属液，模型在高温下气化，腾出空间由金属液充填成形。此法生产效率高，消除了硅尘的危害，为实现铸造生产机械化自动化创造了条件。
图1-15 磁型铸造原理图 图1-16 磁型铸造工艺流程图
1 磁铁 2 线圈 3 磁型砂箱 4 模型 5 铁丸
磁型铸造的基本原理如图1-15所示，马蹄形铁心上绕有线圈，通入电流产生磁场，若将装好气化模及铁丸的砂箱置于磁场内，铁丸即被磁化而互相结合成型。当液体金属浇入磁型，高温金属将置于磁型中的气化模逐渐烧失，其遗留的空腔，即被液体金属所取代，待金属液冷凝后切除电源；磁场消失，铁丸随之松散，即可取出铸件。磁型铸造的工艺流程如图1-16所示。
1.8.1.2 磁型铸造的特点及应用范围
（1）磁型铸造不用型砂，故无硅尘危害，造型材料不需处理就可复用，面积小， （2）造型清理省力，减轻了工人的劳动强度，设备简单，占地
（3）用气化模造型不起模，铸件尺寸精度较高，加工余量小，制造成本低。
但磁型铸造也有很大的局限性，例如：磁型铸造不适于铸造厚大复杂的铸件，此外，它要消耗气化模，浇注时气化模燃烧要放出大量烟气，造成空气污染，并易造成钢铸件增碳和夹渣等缺陷。
磁型铸造可用来铸造厚度在40mm以下的中小铸件。
1.8.2 磁型铸造所用的材料与要求
1.8.2.1 造型材料
任何磁性物质都可作磁型铸造的造型材料，但从经济考虑，以铁丸或钢丸为佳。铁丸的直径在0.2～1.2mm。
铁丸的导磁系数随紧实程度而增加，因温度升高而降低，因此磁型铸造过程中，可同时采用微震紧实和降低铁丸温度措施以提高效率。
铁丸的烧结点约为950℃，因烧结温度不高，铁丸很易粘结在铸件的表面，而形成很难清理的“粘砂”，为了防止此种缺陷，气化模必须上一层耐火涂料。
1.8.2.2 气化模的制造
获得优质气化模的关键是控制可发性聚苯乙烯珠粒的预发和熟化的质量。松密度高的预发珠粒的气化模易导致呛气、缺肉并造成铸件夹渣、增碳。但是松密度过低，又常使气化模的表面质量不佳，强度低，易老化变形。实践中，预发珠粒的松密度一般控制在0.02g／ml左右。
珠粒预发后要在空气中存贮一段时间，以便消除珠粒中的真空，增加珠粒的弹性，这叫做熟化，熟化后的珠粒最好立即制模使用，因存放时间过长，残存在珠粒内的发泡剂将继续挥发，造成成型困难，甚至不能使用。
气化模成型后，可在40～60℃的暖室内烘干。这样，除能驱除水分外，还能提高气化模强度，改善表面光洁度，消除局部老化，减少气化模的翘曲变形。
1.8.2.3 涂料
气化模涂料的选用是磁型铸造工艺中的一个关键环节，理想的涂料须满足以下要求： （1）具有足够的热阻，防止铁丸被熔或铸件粘丸。
（2）适当的透气性，保证气化模燃烧时的气体能顺利逸出，这是防止铸件产生夹渣和气孔的重要途径。
（3）涂挂性好，因气化模有憎水性，故选择涂料的粘结剂，务求能与气化模粘附牢固，要求涂挂时不淌不流，不聚团；干燥后不脱壳；
（4）具有必要的干强度和硬度，要求在储运中不破碎，不脱落，经得起埋箱过程中铁丸的冲击；
（5）悬浮性好，要求在使用中涂料不分层，不沉淀。
一般磁型铸造的涂料性能，主要由耐火材料，溶剂、悬浮剂和粘结剂决定，生产中对于钢铸件曾用过石英粉、刚玉粉、镁砂粉做涂料，但以锆砂粉最好。
溶剂的选用是控制磁型铸造涂料的一个重要因素。国内外有用汽油、酒精做溶剂的，这不仅成本高，而且易燃易爆，有些快干型溶剂，又往往要污染环境，而用水做溶剂，只要注意选用粘结剂、悬浮剂就能解决气化模表面的憎水性困难。
实际生产中使用羧基纤维素—膨润土型悬浮剂，再配以适量的聚醋酸乙烯乳液(白胶)作粘结剂，可形成稳定的类冻胶状质量很好的悬浮液。涂挂后涂料层上不用撒砂，透气性稳定，涂料干燥后不会开裂，不脱壳。生产中采用的涂料配比与性能见表1-8。
表1-8 磁型铸造铸钢件所用涂料的配比与性能
涂料的配制方法，将锆砂和膨润土先在球磨机内加水混磨8～10小时，再与白胶
C．M．C．水解液搅拌均匀，用水稀释至所需密度，最后加入石油磺酸。
涂料的涂挂方法；有涂刷、喷涂和浸涂三种。实际生产中以浸涂法最方便，浸涂时将气化模浸入涂料20秒，然后取出，放在40～60℃干燥室进行干燥。两次浸涂涂料层的厚度可达0.8～1.5mm。干燥后的涂料层可以存放数月，不必再次干燥就可浇注。
1.8.3 磁型铸造的浇注工艺及铸件质量的控制 1.8.3.1浇注位置的选择
由于浇注时，气化模所生的气体主要靠通过涂料层排除，故确定浇注位置时，除应考虑排渣补缩外，还必须注意排气。在大多数情况下，常采用斜浇位置，铸件的主要平面与直浇道呈30°～60°斜角。如此所浇铸件一般不易呛火，夹渣，增碳也会减轻。图1-17，1-18为斜浇位置示意图。
为了保证铸件大平面的光洁度，应尽可能使大平面与磁力线方向平行或夹角最小。此外必须考虑造型时铁丸的充填条件，生产中常发现因浇注位置不利于铁丸充填，而造成铸件的局部胀型，鼓包或粘丸。
1.8.3.2 浇注系统
磁型铸造一般采用底注式浇注系统，因此时有利于排渣、排气，且浇注平稳，但对熔融金属的温度要求较高。对于一些形状复杂的薄件，如弯管等以侧浇比较理想，图1-19和1-20是底注和侧浇的示意图。
图1-17 斜浇注位置示意图 图1-16 斜浇注位置示意图
1 铸件 2 冒口 3 浇注系统 1 铸件 2 浇注系统
图1-19 底注示意图 图1-20 侧铸示意图
1 铸件 2 浇道 1 铸件 2 浇注系统
磁型铸造的浇注系统一般都从薄壁处导入。这样刚浇注时发气量较小，不易呛火。又由于气化模气化时要消耗热量，降低液体金属的流动性，所产生的气体对液体金属又有反压作用，影响充型速度，因此设计浇注系统时，浇道愈短愈好，故生产中有些铸件干脆取消了横浇口。
图1-21 轴箱的浇注系统 图1-22 弯管的浇注系统
单重69kg，F内=18cm3 单重7kg，F内=12cm3 1 直浇道 2 冒口 1 直浇道 2 冒口
磁型铸钢件浇口面积与砂型铸造基本相同，这是因为磁型铸造虽然冷却快，易降低钢液的流动性，但由于浇注系统短，又采用高温钢液，快速浇注，故其浇口面积并不比砂型铸造大。但必须指出，铸件重量的减少，对浇口面积相应缩小的影响不大，因小件容积小，降温快，浇口面积小，常易造成浇不到的缺陷。图1-21及图1-22为两重量相差较大铸钢件的浇注系统。轴箱单重68kg，平均壁厚11mm，内浇口为18cm2，弯头单重7kg，平均壁厚7mm，内浇口面积为12cm2，两铸件相差约10倍，而内浇口面积仅相差1／3，所得铸件的质量都很正常。
1.8.3.3 冒口
砂型铸造的冒口作用是补缩、排气和排渣。而磁型铸造的冒口排气作用甚小，因为气化模分解的气体主要通过涂料和磁丸孔隙逸出。磁型铸造的冒口除补缩外，还用于溢贮含有气化模燃烧后残余物和沉积碳的金属以消除铸件本身夹渣。
对于壁厚均匀的小型铸件，一般可以不设冒口，因为在磁型铸造快速浇注和快速冷却的情况下，可实现同时凝固，不需补缩；此外，因小件采用高温快浇，钢液与气化模几乎始终直接接触，其间的气化层很薄，不易形成夹渣和气孔缺陷，没有采用冒口排渣的必要，这不仅可以节约金属，而且有利于采用叠铸或串铸。
1.8.3.4 浇注方法
根据磁型铸造的特点，浇注时不可“细水长流”或断流，必须快浇。 1.8.3.5 磁型铸造铸件的缺陷
（1）增碳
磁型浇注铸钢件常有增碳现象，这是因为气化模是高分子碳氢化合物，在气化过程中将产生还原性气体与固定碳，这种固定碳一部分将通过涂料层排出，但大部分将沉积于涂
料层表面，在高温缺氧条件下，固定碳将转化为CO，高温下使铸件增碳，生产实践表明，铸件表面增碳深度与钢液成分、铸件结构、涂料、气化模质量和浇注工艺有关。一般钢液的含碳量愈低，铸件形状愈复杂，涂料透气性愈差，气化条件不良时，增碳情况愈严重。浇注时如能在铸型四周抽气形成负压，将有助于减轻增碳现象。
（2）夹渣 夹渣是磁型铸造易发生的另一缺陷，它常发生于钝角或热节处以及流动缓慢的地方。夹渣缺陷的产生，根本原因是气化模气化不良，气化时形成了过多的液相，这种液相虽质轻但粘度大，粘附在铸件的拐角处，待铸
件表面凝固时，又
图1-23 磁型铸造流水生产线示意图 重新气化，从而留
1、6 升降机构 2 翻箱机构 3砂箱 4 磁型机 5 振动器 7 卷扬机 8 振动落砂机 下夹渣的缺陷。此
9 螺旋冷却输送器 10 储砂斗 11 斗式提升机 12 步移输送器及驱动缸 13 滚动输送器 外，这些液相残留
物常粘附在热节
处，使钢水的凝固速度变慢，因此常在夹渣处伴生缩孔缺陷。
1.8.4 磁型机及磁型生产线
图1-23为磁型浇注线，其中磁型机的基本结构如图1-24。此线采用步移式垂直循环，双线并列布置，全线设备有砂箱，微震机构，浇注机构，翻箱落砂机等；并辅以铁丸冷却，
通风除尘等装置，全线可采用数字程序控制。
图1-24磁型机的结构示意图
1 极板 2 滚轮 3 线圈 4 隔层(由内向外：铝板、漆布、胶布、玻璃纸)
5 铁芯 6铝座 7 砂箱