李增民 消失模铸造的适应条件及适用缺陷对策 for 百铸网 - 图文

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消失模铸造的适应条件及缺陷解决的适用对策

李增民

（河北科技大学材料科学与工程学院，中国铸造协会消失模V法实型铸造分会，河北石家庄 050000）

摘要：分析了我国消失模铸造目前所面临的形势，认为已经到了攻坚阶段；对消失模铸造适用技术方面存在的问题，以及在我国目前国情和各种条件下消失模铸造工艺的特点和适用范围进行了客观分析。对消失模铸造常见缺陷进行了分析，并对解决缺陷的工艺措施进行了讨论，最后预测了我国消失模铸造的发展趋势和方向。对于提高我国消失模铸造工艺水平，提高铸件质量和可持续健康发展具有一定的指导作用。

关键词：消失模铸造；攻坚阶段；存在问题；工艺特点；适用范围；常见缺陷；解决措施；发展趋势

Applicable Conditions of Lost Foam Casting Process and

Serviceable Countermeasure Solving Casting Defects

LI Zengmin

（School of Material Science and Engineering, Hebei University of Science and Technology；China Foundry Association, Lost Foam, V Method and Full Mold Casting Branch, Shijiazhuang 050000 Hebei） Abstract：The position faced with lost foam casting process in China was analyzed, which be thought having reached crucial stage. The existing problems on applicable technologies of lost foam casting process, and the technological features and range of application of LFC under our national conditions and varieties of conditions were objectively analyzed. Usual defects of LFC casting were analyzed, and the technical measures solving the defects were discussed. The LFC development trend and direction were forecasted. Above treatments is of tutorial function on improvement of our LFC technical level and casting quality, sustaining healthful development.

Keywords：lost foam casting process; crucial stage; existing problem; technologic feature；range of applicability；usual defect；countermeasure; development trend

1 我国迎来消失模铸造的攻坚阶段

当消失模铸造工艺在我国发展到目前阶段，风生水起的消失模铸造热潮正在全国蔓延。据不完全估计目前我国采用消失模铸造工艺的企业大大小小不下三四千家，并且还在快速上升中。大规模的消失模铸造快速增长，带来了一系列的负面影响。铸件废品率一直居高不下，低端铸件也大量依靠事后修补维持生产，如果长此以往，消失模铸造在人们的心目中将会变得岌岌可危。“一看就会一干就废”的局面将持续较长时间。谈到消失模的好处，业界人们都会不约而同列举出一大列种种优势，特别是供应商们更出津津乐道。而那些已经步入消失模铸造生产的中小企业们却有苦难言，都说好，我上了消失模，我怎么就做不好呢？经历过艰难已经走出这种心境的中大型企业已经脱离了这种折磨在正途上迈进。这种现象让许许多多的中小企业们头疼不已，如何走出这个怪圈？

消失模铸造适应性技术的攻坚阶段如期而来。消失模铸造在我国的条件下只能说是一种经验技

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术、约束条件多，机理复杂，有的企业碰来碰去找到了门道，做起来得心应手。而有的企业却事与愿违，反反复复大大小小实验不计其数，就是找不到窍门。之所以说消失模为适用性经验技术，是说消失模的基本原理复杂，如果按照经历过数千年的普通砂型铸造的方法套用消失模铸造，其结果可想而知。

机理研究太难了，只能另辟蹊径。经验告诉我们，消失模铸件容易产生缺陷，其中最常见的缺陷是夹渣积碳和气孔。铸造缺陷产生的机理告诉我们，避免铸件夹渣积碳和气孔缺陷，所采取的对策就是找出缺陷产生的直接和间接原因，对症下药。夹渣说明型腔混入了外来杂物，或白模形成的杂物；而积碳则是消失模铸造的专利产物，白模为高碳有机材料，“消失”后自然变成碳的机会很大，这些碳在铁水里的移动又找不到规律，比重小上漂机会大，负压又打乱了它上漂的已知规律，它们容易群聚到铸件外表形成团聚状，造成铸件表面出现杂乱的凸凹波纹，即“皱皮”缺陷。“气孔”更不用说，白模消失主要变成气体，在凝固之前溢不出铸件就会窝在铸件内部形成气孔。

从铸造机理上分析，铁水充满型腔后的凝固过程，如果是空腔铸型，各种物理规律都可以预测，什么热场、温度场、流速场、重力场、压力场、负压场、结晶学、外来晶核促进晶粒细化等等，在消失模铸造的负压作用下都显得无所适从，如负压严重改变铁水的充型流动规律，产生的附壁效应对铸件成型具有很大的负面作用；热场温度场在铁水剧烈湍流的作用下，已经不再是规规矩矩的空腔铸型的铁水温度场了；白模消失产生的气体向外溢出的通道变得很窄，气体流速变快，对铁水温度场、速度场产生剧烈的影响。原来的规律被打乱，新的规律还未弄清，克服铸件缺陷的措施也就显得举足无措了。还有铸型塌箱在有些企业经常出现，显然是负压场不均衡，且相差较大。但是如何匹配在铸型中形成均衡的负压场，铸件结构千奇百怪，对负压气流的阻挡作用也是五花八门。对于较大较封闭的铸件内腔，腔内安放负压机构对防止塌箱具有明显的帮助作用。

这些原因大家一看就明，可在生产实践中就是无法圆满解决。其实，单类缺陷并不难克服，难就难在这些缺陷出现无规律，并且几种缺陷交织在一起，采取的各种措施也就必须相互配合。种种不规律、不规则，造成消失模铸造生产保安铸件、高压封闭铸件就很难了。

难道我国消失模就不能生产高质量铸件了吗？我国就永远处于消失模铸造技术发展的初级阶段吗？消失模铸造难道就此寿终正寝了吗？回答是否定的，相信许多人都会说NO。既然已有不少企业干的很好，说明消失模铸造有规律，但规律复杂不易掌握。也许针对我国现有条件下使消失模铸造成功的攻坚战就要打响。

2 目前消失模铸造应用技术存在的问题

从技术层面上讲，消失模铸造只是一种铸造工艺方法之一而已。既然是一种方法，就一定不是全身是宝，一定有其适应的应用范围。对一些铸件生产确实有利，对另一些铸件可能有害。弄清利害关系，找出消失模铸造的适用之道，才是消失模铸造发展的正确道路。

消失模铸造肯定有它适用的一面，有有利的一面。现在它的好处不说，现在只讲讲消失模铸造的缺点、不足、不适应等等。

其一，消失模铸造铁水流动紊乱，容易导致内部夹渣、裹气；

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第二，消失模铸造病因源于白模，我国白模质量不高，用的基本上都是建筑白模、包装白模，这些白模原料中都加一种阻燃剂，阻燃剂造成渣量增大。

第三，消失模铸造使用负压固型，负压使铁水流动更加紊乱，负压导致附壁效应阻挡渣气外排； 第四，消失模铸造浇注过程中，白模吸热造成进入型内的铁水前后温差增大，前沿低温铁水引起白模气化不良，导致积碳；

第五，消失模铸造对涂料质量的依赖性大，浇注产生的大量气体只有通过狭窄的涂料间隙才能外排，所以涂料质量影响很大；

第六，消失模铸造使用干砂造型，干砂导热性能低于湿砂，容易造成铸件硬度降低； 第七，消失模铸造白模气化气体基本上是苯的裂解产物，是有毒气体，如不无害化处理会污染空气；

第八，消失模铸造生产铸铝件，较低浇注温度使白模气化不良，液化的白模污染干砂，导致透气性下降，铸铝件产生气孔几率增大；

第九，消失模白模强度低，干砂振动造型时白模容易变形；内腔复杂的铸件干砂振动充填时不易充填紧实，容易造成内腔局部粘砂；

第十，消失模铸造理论规律没弄清楚，基本上都是试验性经验性技术，经验要靠积累，初干消失模的没有经验。

其实还有不足。你说的消失模这么一无是处，为什么消失模发展如此风起云涌，难道它就一点好处都没有吗？其实，消失模铸造的发展历程就是依靠了它的优势，它的优势十分明显，依靠明显的技术优势使得消失模铸造目前在我国大行其道。那么消失模铸造到底有什么优势？它有哪些特点？它要求哪些条件？它适应什么类型的铸件？

3 消失模铸造工艺特点和适用范围

与其他铸造工艺技术相比，消失模铸造的最大优势在于白模埋入型砂中后不再取模，使铸造工序大大简化，铸件尺寸精度表面质量大大提高，外观质量接近于溶模精密铸件。消失模铸造工艺的其他优势都由此衍生。

其一，消失模铸造不使用砂芯，铸件再复杂，都是一个白模即可。不象砂型铸造复杂铸件砂芯就弄得令人头疼；

第二，消失模铸造造型不需要分型，也就不需要分型面。没有分型面设计铸造工艺就灵活许多； 第三，消失模铸造浇冒口工艺设计十分灵活，说实在的，把内浇口放在铸件的任何位置都很轻松做到，把冒口安置在任何方向都可轻易实现；

第四，消失模铸造使用干砂造型，不需要添加任何粘结剂，铸件落砂极为方便，砂子回用率很高；

第五，消失模铸造生产效率高、用工人数少，容易实现机械化和自动化，初期投资小，占地面积小，劳动强度低；

第六，由于负压浇注和凝固，消失模铸件密度增大；

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第七，由于浇注时砂箱抽负压，白模气化气体容易集中抽取、处理和排放，车间内部环境好。 其实，消失模铸造要求的生产条件比较严格，铸件质量对原辅材料的性能和稳定性影响比较敏感，并且各种条件交叉影响，影响规律比较复杂，目前还没有完全弄清楚；对工艺设计比较敏感且规律性也较复杂，基本上是一件一议，一件一设计。所以，做好消失模要求做到以下几点：

第一，原辅材料要稳定，性能稳定，来源稳定，成分稳定，包括泡沫珠粒、粘接胶、涂料、干砂等；

第二，对振动台性能要满足干砂振动充填白模复杂内腔的要求，并且能对白模保持尺寸形状稳定；

第三，干砂旧砂冷却要满足对消失模白模不因而受热变形的要求，包括处理温度、处理流量等； 第四，白模模片粘接对正要精确稳定，建议推广机器粘接机；

第五，涂料涂敷要厚度均匀，要求涂料要有好的涂挂性、流平性、透气性、常温和高温强度、溃散性等；建议使用涂料流平机械；

第五，白模模具要求精度高、硬度高，耐磨性好和稳定性高，建议尽量使用整体白模，尽量减少模片数量和粘接缝隙；

第六，最重要的一点，要有一批熟练掌握消失模铸造基本原理、掌握生产操作细节、会设计懂管理的有责任心的工程技术人员；

第七，更重要的是，工程技术人员要掌握消失模铸造适应的铸件材质、结构和尺寸大小。不同材质、不同结构、不同大小的铸件，消失模铸造工艺设计要求不同。

消失模铸造不是万能工艺，这一点尤其重要。根据消失模铸造基本工艺原理，浇注后充型过程铁水流动规律，白模气化和气体残留物的移动规律，以及消失模铸造最宜产生的夹渣、积碳类缺陷的规律，就目前技术水平而言，消失模铸造在我国条件下，比较适宜以下几类铸件：

第一，按材质分，消失模铸造最适宜灰铁铸件，其次是球铁，再次是铸钢，最后是铸铝； 第二，按结构分，消失模铸造最适宜壁厚均匀、结构复杂、壁厚范围10－20mm的铸件，如箱体类、壳体类铸件；

第三，按大小分，消失模铸造最适宜中等大小的铸件，重量在十几到几百公斤的铸件； 第四，对于铸钢件，最适宜不加工、少加工，对内部缺陷要求不高的铸件，如耐磨铸件、耐热铸件，耐腐蚀铸件等；

第五，对大型铸件方面，消失模铸造采用树脂砂造型，最适宜汽车覆盖件冲压模具、机床床身类铸件；

第六，对生产批量，中小铸件批量最适宜在10000件以上，白模采用模具成型，浇注使用生产线生产；

第七，对于大型铸件，白模采用板材切割加工、数控机床自动加工，树脂砂造型，常压浇注或负压浇注（排烟除尘）。

4消失模铸件常见缺陷及对应工艺措施

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在我国消失模铸造中，最常见的铸造缺陷就属夹渣和积碳了。就铸件内部夹渣而言，可能是消失模铸造最脆弱的方面，因为消失模铸造的条件导致了铸件产生夹渣的几率很高，一是封闭的干砂型腔容易破损，干砂砂粒极易被吸入型腔；二是白模表面不易十分平整，坑坑洼洼导致孔洞缝隙、以及模片粘接缝隙会浸入涂料，在浇注过程中将其形成的涂料倒刺冲入型腔；三是白模气化残留多为高碳有机材料，铁水和负压共同作用将其分散到铸件相对上面表皮之下一定范围中。

4.1 夹渣缺陷的处理

克服夹渣缺陷原则上就是从源头上堵漏洞，即干砂型腔密封一定要严密，特别注意白模接缝、浇注系统接缝、浇口杯与直浇道衔接等位置。有不少企业在用大砂箱做小件一串多件时，在砂箱内插接式组装，接口往往处理不好，此处泄露密封在所难免。图1是几种典型的夹渣缺陷（包括夹渣、夹砂、渣孔）。

图1 典型的夹渣类缺陷

干砂型腔的完全封闭难以做到百密而无一疏，特别是小企业实力技术人员缺乏，操作人员不经意，造成外来异物进入密封的型腔。在这种情况下，一定要采取外排措施，也就是人们常说的排渣排气。如排渣排气冒口，边浇边烧，溢流冒口，通气孔（绳）等等。

但是，有的铸件结构复杂，外来异物无法排出干净，对铸件产生夹渣缺陷构成威胁。此时需要采取措施将外来异物做分散处理，将其打碎分布。如顶浇，多浇口等。

以上措施概括起来就是“严禁入内，驱除出境，粉身碎骨”，或者“密封、外排、分散”。

4.2 积碳缺陷的处理

积碳缺陷在消失模铸造铸钢、球铁时屡见不鲜，常见表现是铸件清理后上部表面出现皱皮，坑坑洼洼呈橘子皮状，铸件很难看。皱皮缺陷是消失模铸件独有的很难克服的缺陷之一，缘起低质量白模在作祟，加之消失模铸造独特的铁水充型方式和负压作用，白模残留裂解产物难以完全排出型外，也不易分散分布。在高温铁水的作用下，白模除了被气化成部分气体被抽出铸型外，还有相当多的白模裂解残留物，这些残留物基本上都是苯的短链小分子结构，以及完全裂解后的碳原子和其他夹杂物，如阻燃剂等。这些残留物在浇注铁水充型、凝固过程中的热量热解成小分子和单体分子，一旦热解成单体分子，其中绝大多数都是固体碳及其它混杂物。这些残留的固态小分子及单体碳分子密度极轻，在铁水中在浮力的作用下拼命向上方移动落在铸件上表面附近一定范围内。如果是空腔浇注，这些残留固态产物很快上升到铸件上表面之外，完全可以将其清除。而消失模铸造浇注充

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