消失模铸造1

2-3 涂料
三、涂料的制备 1、涂料的配方、性能 消失模涂料有分状和膏状2类。不同的合金材料使用不同的消失模涂料。 消失模涂料以购商品涂料为主。国内外都有消失模涂料供应：英国 Foseco、美国Asland、清华大学TH系列涂料。 铸铁消失模涂料配方之一：铝矾土90％、硅砂粉10％、酚醛树脂2％、白乳 胶2％、膨润土3％（悬浮剂）、洗衣粉0.1%（润湿剂）、异丙醇0.1% （消泡剂）、水。
2-3 涂料
4、悬浮剂
防止耐火材料沉淀而加入悬浮剂。
水基涂料常用悬浮剂：膨润土、凹凸棒土、羧甲基纤维素CMC、海藻 酸钠等。
5、添加剂
润湿剂：OP-10（0.2%-0.3%）,T-80(0.05%)，JFC(0.2%-0.3%)等。 消泡剂：正丁醇等（0.02%）.
防腐剂：甲醛水溶液、麝香草酚、苯甲酸钠等（0.02%-0.04%）。
振动参数：
振动加速度：1－2g。>2.5g时砂粒跳动，紧实效果不好，易损坏 模型。 振幅：0.5－1mm。
振动频率：50－60Hz。
振动时间：60－90s。
2-4 造型与浇注
3、砂箱
砂箱构成：箱体、抽气室、起吊与行走机构、定位（与工作台）机构。 使用最多的为圆形砂箱。
4、造型
造型工序：放底砂、振动、刮平，形成约100mm厚的砂床；放模组；边填砂 边振动。
铸造企业到中小铸造企业，消失模铸造的应用范围正 在不断扩大。
2-1 概述
一、消失模铸造的工艺过程 把涂有耐火材料涂层的泡沫塑料模型放入砂箱，四周用
干砂或自硬砂充填紧实，浇注时高温金属液使泡沫塑料模型
热解“消失”，并占据模型所退出的空间，最终获得铸件的 方法。干砂造型消失模工艺过程：
预发泡
造型
发泡成形
消失模铸造
消失模铸造LFC（lost foam casting），又称汽化 模铸造，以尺寸精度高、表面光洁、少污染等优点被 誉为“绿色铸造技术”、“21世纪的铸造方法”。 消失模铸造已从技术革新期进入快速成长期，从大 批量生产到单件小批量生产；从铸钢、灰铸铁件到有
色金属铸件；从中大件到各种大小的铸件；从大中型
浇注
浸涂料
烘干
（白区）
落砂
清理（黑区）
近年来采用干砂造型的消失模铸造发展迅速。
2-1 概述
二 工艺特点
1、铸件精度高：CT6-CT9. 无砂芯，减少了由于型、芯组合产生
的误差，减少了机械加工时间。 2、不开箱取模，无分型面，因而铸件无毛刺、飞边；设计灵活，
为铸件结构设计提供了充分的自由度。
3、清洁生产。无化学粘结剂，减少了噪音和粉尘。 4、降低投资和生产成本。
（3） 对表面增碳要求特高的少数合金钢件可用EPMMA。
（4） 球铁件对于卷入炭黑夹渣敏感，通常采用STMMA。 （5）对于表面光洁要求高的薄壁铸件（不论是灰铁、球铁还 是铸钢），采用STMMA，且用最细的珠粒。 （6）珠粒大小的选择：保证最小壁厚处有3个珠粒。珠粒发泡 倍数为30－40，原始珠粒大小为该铸件壁厚的1/9-1/10。
国产EPS珠粒型号：301A、301、302A、302、401、402、501。
301的规格：目数15－16，粒径0.9-1.43mm，密度1.03g/cm3（未发 泡），发泡剂含量6％－8％，残留单体含量<0.1%，含水量<0.5% 。
2-2 泡沫塑料模型
2、可发泡聚甲基丙烯酸甲脂EPMMA 分子中含两个氧原子，含碳量60％。 特点：分解产物主要是气体，液相、固相产物少，发气量大，浇 注时易“反喷”，易产生气孔缺陷；残留物少，有利于消除碳缺 陷；发泡剂储存期长，模型收缩小于EPS、尺寸稳定，模型干燥后 马上可以使用。
k＝2.8(铸钢)，k＝0.0075T浇-5（铸铁）
2-4
造型与浇注
4、浇注方法
“一慢二快三稳不中断” 浇注初期慢，细流慢浇，防反喷、飞溅；
浇注系统充满后快浇，防断流，提高充填能力；
金属液到达冒口时收包，保持金属液平稳、不冲出冒口； 连续浇注不中断，防止产生冷隔。 5、浇注过程中的反喷现象 由于模型气化的气体不能及时排出，经常出现反喷现象。 防范措施：（1）减少发气量：模型，涂料，烘干,空心直浇道等； （2）增加透气性：干砂粒度、负压、涂料等； （3) 浇注工艺：浇注速度和方法； （4） 浇冒口系统工艺设计：有利于排气。
三、应用范围
适合生产结构复杂的各种大小的较精密铸件，合金种类不限，生 产批量不限。如灰铸铁发动机箱体、高锰钢弯管等。
铸件尺寸/mm
公差/mm
<25 25－80 80－125
0.17 0.25 0.3
125－175
0.43
2-2 泡沫塑料模型
一、对模型的要求 模型是消失模铸造成败的关键环节之一，对铸件的外部质量和 内部质量都有影响。模型还直接与金属液接触并参与传热、传质、 传动量和复杂的物理化学反应。 消失模铸造必须重视模型的质量！ 对模型质量的要求：
（2）剩余聚苯乙烯单体含量<0.5％。聚苯乙烯单体有毒，发泡阶段 易粘结。
（3）珠粒粒度小而均匀，保证得到光洁、平整的发泡模型。保证铸 件最小端面有3颗以上预发珠粒。
（4）相对分子质量合适：18万－27万。分子量大的珠粒强度、刚度 大，不易蠕变。
2-2 泡沫塑料模型
EPS加热热相变：105℃－热变形(软化区域)
2-2 泡沫塑料模型
3、 发泡成形（模具成形）
将熟化后的珠粒充填到金属模具的型腔内，再次加热发泡
成形的过程。 发泡成形工艺：模具预热（100℃）、射料、通蒸汽二次
发泡（120℃，0.15MPa ,几十秒到几分）、通冷却水定形
（40－50℃）、取出模型（压缩空气吹出，负压吸出，机械 顶出）。 发泡成形设备：成形机（模具安装到机器上），蒸缸成形 （手工装卸模具，放入蒸汽室） 发泡成形后的模型含水：6％－8%.
4、涂料的涂敷：刷、浸、淋、喷。浸涂料时要连续搅拌。
5、涂层干燥：40℃－60℃下干燥2－10h。 烘干后要合理放置、防止变形，防止吸潮。
2-4 造型与浇注
一、干砂振动造型(中小件) 1、原砂 一般采用硅砂作原砂，SiO2含量90％－95％，水分<1％，粒度集中于1 －2筛号，灼烧减量0.25%-0.5%。干砂温度<50℃，防止模型软化、变形。 生产厚大铸钢件（>50mm）考虑用特种砂：铬铁矿砂、棕刚玉砂等。 2、振动紧实 振动方式：三维振动效果为好。一维和二维振动在参数控制合理的情况下 也可满足一般要求。
165 ℃－熔融（液态区域） 396 ℃－解聚（汽化区域）
576 ℃－裂解（燃烧区域）
700 ℃－完全汽化，充分燃烧。 浇注铝合金时，聚苯乙烯裂解不充分，主要产物是液体，燃烧不充分。
浇注铸铁和铸钢时，裂解充分，发气量大，同时大量产生碳。
EPS分子中不含O原子，燃烧不充分，发气量较小，易产生碳缺陷（热 解产物碳渣多）。
模型材料采用泡沫塑料，是以合成树脂为母材的内部有无数 微小气孔结构的塑料。它是泡孔不连通，热导率低，密度合 适且发气量小、热解产物少的泡沫塑料。生产中用作铸造模 型的泡沫塑料有3种：可发泡聚苯乙烯EPS，可发泡聚甲基丙 烯酸甲脂EPMMA， EPS与EPMMA的共聚料STMMA。
2-2 泡沫塑料模型
加砂方法：雨淋加砂和柔性管加砂。
加砂速度：保证充填与紧实同步进行，模型不发生变形。
2-4 造型与浇注
二、树脂自硬砂（大件） 1、树脂：铸铁件：酸催化呋喃树脂自硬砂。 铸钢件：酚醛尿烷树脂 2、催化剂 芳基磺酸（对甲苯磺酸、苯磺酸、二甲苯磺酸等）、无 机酸（磷酸、硫酸乙脂等）。 3、偶联剂：硅烷。提高树脂砂的强度、热稳定性和抗吸湿性。 4、原砂：硅砂， SiO2含量90％－95％，含泥量<0.2％，粒度以70 号筛为中心，上下3－4个筛号，灼烧减量0.25%-0.5%，酸耗值<5％。 5、混砂工艺：砂中先加催化剂搅拌，再加树脂搅拌出砂。顺序不可 颠倒，搅拌时间不可过长，一般通过实验确定。
控制性能：强度1.99MPa、透气性0.91、发气量61、密度1.48，以及烧失量、 流淌性等。
2-3 涂料
2、涂料的配制 自行配制时：膨润土等水溶性不好的材料先配制成溶液，高速搅拌6h以 上；CMC等有机粘结剂配制成溶液；最后与耐火粉料一起高速搅拌2h以 上。 商品粉状涂料要长时间搅拌，短时间高速搅拌＋长时间低速搅拌。 商品膏状涂料要加水稀释后长时间搅拌，使涂料性能均匀而稳定。 3、现场控制 主要控制：密度、涂层重量（估算涂料厚度：0.25-1.52mm）和PH值 （反映涂料稳定性）。
2-2
泡沫塑料模型
4、模型熟化 将二次发泡成形的模型放在50－70℃的烘干室内强制干 燥5－6h，快速完成模型熟化，使模型尺寸稳定。 5、模型粘结
复杂的铸件模型通常采用分片成形，然后粘结的方法制
作。 粘结时要求粘结胶快干、初粘强度高。 模型工艺设计时要考虑到粘结负数。
2-3 涂料
一、消失模涂料的特点 消失模涂料涂在泡沫塑料模型上。 主要作用：（1）提高泡沫塑料模型的强度和刚度； （2）浇注时，将金属液与铸型分开，得到表面光洁无粘砂的 铸件， 同时防止干砂进入铸型中，造成铸型塌陷； （3）排气性能良好，防止气孔和炭黑等缺陷。 性能要求：强度、透气性、耐火度、热化学稳定性、绝热性（铝合金铸 件）、耐急冷急热性、涂挂性、悬浮性、对热解产物的吸附性等。
3、EPS与EPMMA的共聚料STMMA
STMMA是EPS和EPMMA按一定比例配制的共聚料，在解决碳缺陷和 “反喷”两方面都取得较好的效果。目前铸钢和球铁生产中广泛
采用的新材料。但发气量仍大于EPS。
2-2 泡沫塑料模型
三、模型材料的选用 （1）对于增碳量没有特殊要求的铝、铜、灰铸铁和中碳钢以 上的钢铸件，可用EPS。 （2）对表面增碳有严格要求的低碳钢铸件最好采用STMMA。
二、涂料的基本组成
1、耐火材料：铸钢件：刚玉、锆砂、氧化镁； 铸铁件：硅砂、铝矾土、 高岭石熟料；
铝合金件：硅藻土、滑石粉等。
还要考虑耐火材料的粒度分布，保证涂料的透气性。
2-3 涂料
2、粘结剂
合理选用有机和无机2类粘结剂。
有机粘结剂：亲水型：糊精、糖浆废液、纸浆废液、酚醛树脂、聚乙烯 醇 （PVA）等。 憎水型：松香、沥青、植物油、硅酸乙脂等。 无机粘结剂：亲水型：粘土、膨润来自百度文库、水玻璃、硅溶胶、聚合氯化铝等。 憎水型：有机膨润土。 3、溶剂 较多使用水基膏状涂料。
2-4 造型与浇注
四、浇注工艺 1、浇注温度 消失模的浇注工艺比普通砂型铸造要复杂得多。 泡沫塑料的气化是吸热反应。
消失模铸造的浇注温度要高于普通铸造的浇注温度。铸铁件20－80 ℃ ， 铸钢件10－40 ℃ ，铸铝件50－80℃。 2、浇注速度 消失模铸造的浇注时间比普通铸造短15%-20%。防止塌箱、浇不足和冷隔。 适宜的浇注速度应使金属液在铸型内得上升速度接近泡沫塑料得气化速度。 3、负压（真空度） 负压的作用：固定干砂，防止铸型崩散和移动；加快排气；提高充型能力。 负压范围：铸铝50－100kPa，铸铁300－400 kPa，铸钢400－500 kPa 负压保持时间：t＝kM2 t－负压时间，min；M－铸件模数，cm
1、形状正确，尺寸精度和表面粗造度符合要求。
2、密度合适：16－25kg/m3（铸铝模型22－25kg/m3，铸钢和模型 16－ 22kg/m3 ）。干燥、不含杂物。热解产物发气量小，使液态金属顺 利充型。 3、具有一定的强度和刚度，保证操作过程中不被损坏、不变形。
2-2 泡沫塑料模型
二、模型材料的选择
2-2
泡沫塑料模型
三、泡沫塑料模型的制作 泡沫塑料模型的制作方法：板材加工，发泡成形。
1、预发泡
原理：加热到80℃以上，聚苯乙烯开始软化，戊烷形成气泡核心，蒸 汽向泡内渗透，泡孔涨大。 设备：间隙式蒸汽预发机。 发泡温度:EPS105-150 ℃, EPMMA 120-130 ℃ ,STMMA105-115 ℃。 预发后含水量：10％。 2、预发珠粒的熟化处理 熟化处理：预发珠粒必须经过储存一个时期，让空气进入泡孔，消 除泡孔内的真空，使珠粒富有弹性的过程。内含发泡剂3.5％以上。 方法：室温下堆积存放10－60 h。
1 、可发泡的聚苯乙烯EPS
消失模铸造用的聚苯乙烯珠粒是一种高发泡、硬质、闭孔结构的泡 沫塑料。分子结构是含碳92％，氢8％长链状分子。 对聚苯乙烯的基本要求： （1）发泡剂(戊烷)的合适含量：6.0%-6.5%（最少不得低于5％）。 发泡剂含量决定了泡沫塑料的密度，从而影响铸件的质量。模型 密度大是造成铸件许多缺陷的主要原因。