消失模铸造
1.1概述
1958年，HF Shroyer发明了用可膨胀泡沫塑料模型制作金属铸件的技术并获得了专利。 最初使用的模型由聚苯乙烯 (EPS) 板制成，并用含有粘合剂的沙子成型。 德国公司 Grunzweig 和 Harrtmann 购买了这项专利并进行了开发和应用。 使用无粘结剂干砂生产铸件的技术后来于1964年由TRSmith获得专利。1980年之前，使用无粘结剂干砂工艺必须得到Full Mold Process (Inc)的批准。 此后，该专利无效。
最常见实用的方法是将涂有耐火材料的模型放入砂箱中，用干砂将模型紧紧填满，浇注液态金属代替泡沫模型。 这种铸造工艺称为：消失模铸造（EPC）、气化模铸造和实心模铸造等。美国铸造协会消失模铸造委员会采用“消失模铸造”作为工艺名称。
消失模铸造是一种创新的铸造工艺，可用于生产有色金属和黑色金属动力系统零部件，包括：气缸体、气缸盖、曲轴、变速箱、进气管、排气管和制动毂。 消失模铸造工艺流程如下：
1) 预发泡
模型制作是消失模铸造工艺的第一步。 对于气缸盖等复杂的铸件，需要单独制作几个泡沫模型，然后粘合成一个整体模型。 每个积木模型都需要一套模具进行生产。 此外，在涂胶操作中可能需要一组模具，以保持每个块的准确定位。 模型的成型过程分为两个步骤。 第一步是将聚苯乙烯珠粒预发泡到合适的密度，一般是用蒸汽快速加热来进行。 这个阶段称为预膨胀。
2）模型成型
预发泡珠粒应先稳定后送入成型机料斗，通过进料孔进料。 在模腔充满预膨胀的珠粒后，引入蒸汽以软化珠粒。 膨胀，填满所有空隙并粘合成一体，从而完成泡沫模型的制造过程，此阶段称为高压釜成型。
成型后，在模具的水冷型腔内用大流量的水冷却模具，然后开模取出模具。 此时模具温度升高，强度低。 因此，在脱模和储存过程中必须注意防止变形和损坏。
3）模型集群组合
模型在使用前，必须存放适当的时间，使其成熟稳定。 典型的模型存储期长达 30 天。 对于由独特设计的模具成型的模型，只需存放2小时。 模型成熟稳定后，可分为两部分。 块模型粘在一起。
块模型上胶是在自动上胶机上使用热熔胶进行的。 胶合面的接缝处应密封严密，以减少铸造缺陷的可能性。
4) 模型簇浸涂
为了每箱生产更多的铸件，有时将许多模型粘合成簇，将模型簇浸入耐火漆中，然后在空气循环烘箱中在30-60C（86-140F）左右干燥2至3个后小时，晾干，将模型簇放入沙箱中，用干沙填满，并紧紧振动。 模型组的所有内腔和外干砂都必须压实和支撑。
5) 浇注
待模型簇在砂箱内用干砂牢牢填满后，即可浇铸模具。 将熔融金属倒入模具后（铸铝的铸造温度约为 760C/1400F，铸铁约为 1425C/2600F），模型汽化。 金属被替换以形成铸件。 图1为消失模工艺的砂箱及浇注示意图。
在消失模铸造过程中，浇注速度比传统的空心铸造更为关键。 如果浇注过程中断，砂模可能会坍塌并造成浪费。 因此，为了减少每次浇注之间的差异，最好使用自动浇注机。
图1 消失模工艺砂箱及浇注示意图
6) 落砂清理
浇注后，铸件在砂箱中凝固冷却，然后从砂中脱落。 铸件落砂比较简单，翻砂箱时铸件从松散的干砂中脱落。 随后，铸件在铸件箱中被自动分离、清洁、检查和运走。
干砂冷却后可重复使用，很少采用其他附加工艺。 金属废料可以重新熔化并用于生产。
1.2消失模铸造工艺的优势
消失模铸造工艺在技术、经济和环保三个主要方面具有优势。
1.2.1 技术方面
1) 增加模型设计的自由度
新工艺可以进行造型设计，完全可以从第一阶段开始为模型添加一些附加功能。 例如，柴油预热器有一个特殊的功能部件，可以用消失模铸造工艺代替传统的铸造方法制造。
2）消除铸件生产中使用的砂芯
3）很多铸件可以不用冒口喂料
4) 提高铸造精度
可获得复杂的形状和结构，可重复生产高精度铸件，重复性100%，铸件壁厚偏差可控制在-0.15~+0.15mm之间。
5) 模型接合面无飞边
6）具有减轻铸件重量1/3左右的优点
7) 减少加工余量
可以减少加工余量，有些零件甚至可能无法加工。 这大大减少了机械加工和机床的投资（例如，针对不同情况，投资可减半）。
8) 与传统型腔铸造相比，减少了模具投资。
9) 彻底取消传统的落砂、出芯流程
1.2.2 经济方面
1）可以整体生产复杂的铸件
采用全新的工艺设计，可将积木模型粘合成整体模型，浇铸成复杂的整体零件。 与原来的多重铸造组装件（如柴油预热器）相比，可受益1至10倍。
2）减少车间人员
建立消失模铸造厂，员工人数比传统铸造厂少，所以要考虑这个因素。
3) 灵活的铸造工艺
铸造工艺的灵活性非常重要，因为新工艺可能在砂箱中同时生产大量相似或不同的铸件，因此浇注系统非常灵活。 简而言之，我们可以说每个优势都与经济利益相一致，同时也改善了工作条件。
1.2.3 环境保护
聚苯乙烯和PMMA在燃烧时会产生一氧化碳、二氧化碳、水和其他碳氢化合物气体，其含量低于欧洲允许的标准。 干砂可以使用天然硅砂，100%可回收，不含粘合剂。 模型中使用的油漆由粘合剂和其他辅助材料添加到水中组成，不会造成污染。
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