實(shí)際上，消失模鑄造是一個系統(tǒng)工程，理論上可以用于生產(chǎn)各種鑄件，并且在實(shí)驗(yàn)室取得了廣泛的成功。但是，由于我國消失模鑄造模型材料普遍采用包裝用的泡沫聚苯乙烯(EPS)，并且專用涂料技術(shù)還沒有形成技術(shù)優(yōu)勢，加之干砂振動技術(shù)和消失模鑄造工藝也不成熟，從而導(dǎo)致許多初上企業(yè)，特別是中小企業(yè)對于這些認(rèn)識還不深入，所以才會出現(xiàn)一哄而上又一哄而下的被動局面。
那么消失模鑄造技術(shù)在我國真的沒有發(fā)展前景嗎?答案是否定的。通過十多年的生產(chǎn)實(shí)踐，我國采用消失模技術(shù)進(jìn)行鑄造生產(chǎn)的企業(yè)，已由開始階段不到十家發(fā)展到目前的數(shù)百家就是一個有力的證明。消失模鑄造生產(chǎn)在我國有許多成功的實(shí)例，沒有達(dá)到預(yù)期效果而下馬的企業(yè)也有相當(dāng)多的數(shù)量。分析成功的經(jīng)驗(yàn)和失敗的教訓(xùn)，對于消失模鑄造在我國的發(fā)展前景，關(guān)鍵在于對這種工藝的認(rèn)知程度，在于對該工藝生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化控制，包括對原材料、涂料技術(shù)、干砂緊實(shí)技術(shù)以及消失模鑄造工藝技術(shù)的優(yōu)化控制等。
一、原材料的優(yōu)化控制
消失模鑄造生產(chǎn)需要的原材料大致分為模型原材料、干砂原材料、涂料原材料、合金熔煉原材料等幾個方面。由于消失模鑄造工藝是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，原材料的選擇尤為重要。所以控制各種原材料的質(zhì)量和參數(shù)就成了消失模鑄造成敗的基礎(chǔ)。
模型材料通常稱之為珠粒，鑄造上采用的珠粒一般分為兩種類型，即聚苯乙烯(PS-Polystyrene)珠粒和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA-Polymethyl Methacrylate)珠粒，二者都屬于高分子材料。另外還有一種PS+PMMA的聚合物。對于低碳鋼鑄件，模型材料中的碳易使鑄件表面產(chǎn)生增碳現(xiàn)象，從而導(dǎo)致各種碳缺陷。其中PS(含碳92%)、PS+PMMA共聚物、PMMA(含碳60%)對鑄件的增碳影響程度依次減小。此外，模型的密度是其發(fā)氣量的重要控制參數(shù)，上述三種材料的發(fā)氣量從小到大依次為PS、PS+PMMA共聚物、PMMA。同時，珠粒的尺寸應(yīng)根據(jù)所生產(chǎn)鑄件的壁厚進(jìn)行選擇，一般情況下，厚大鑄件選用較粗粒徑的珠粒，反之薄壁鑄件選用較細(xì)粒徑的珠粒，使鑄件最薄部位保持三個珠粒以上為宜。
另外，模型材料的預(yù)發(fā)和成形控制也是技術(shù)成功的一個關(guān)鍵。一般情況下，預(yù)發(fā)珠粒其密度控制在約0.024～0.03g/cm3，其體積約為原珠粒體積的30倍。成形模型的密度控制在約0.02～0.025g/cm3。
干砂是消失模鑄造的造型材料，由于該工藝的特點(diǎn)，選擇干砂應(yīng)與生產(chǎn)的鑄件材質(zhì)有關(guān)，高溫合金采用耐火度較高、顆粒較粗的干砂。目前干砂主要使用天然石英砂，應(yīng)去除砂中的鐵渣、粉塵和水分，并保持使用溫度不高于50℃。
涂料是消失模鑄造中必不可少的原料，現(xiàn)在許多鑄造廠采用自制涂料。涂料的主要作用是提高模型的強(qiáng)度和剛度、防止破壞或變形;隔離金屬液和鑄型;排除模型氣化產(chǎn)物;保證鑄件表面質(zhì)量等。消失模涂料中耐火骨料主要有鋯英粉、鋁礬土、棕剛玉粉、石英粉、滑石粉、莫來石粉、云母粉等。其粒徑級配應(yīng)兼顧防止粘砂和高溫透氣性，粒形有利于提高透氣性，通常選擇一定數(shù)量的球狀顆粒，有利于模型氣化后氣體的逸出或模型不完全分解的液化產(chǎn)物的排除。
二、涂料制配的控制
消失模鑄造涂料的載體多采用水基，以利于環(huán)境保護(hù)。其粘接劑主要包括粘土、水玻璃、糖漿、紙漿廢液、白乳膠、硅溶膠等。在選擇粘接劑考慮以下幾個方面因素：高溫發(fā)氣性;涂掛性;涂層強(qiáng)度和剛度;浸蝕模型性等。懸浮劑用于防止涂料發(fā)生沉積、分層、結(jié)塊，使涂料具有觸變性。一般可采用膨潤土、凹凸棒石粘土、有機(jī)高分子化合物及其復(fù)合體等。另外消失模涂料中還需添加表面活性劑，以增加涂料的涂掛性，提高涂料與模型表面的親和性和結(jié)合強(qiáng)度。此外還常常加入其他添加劑，如消泡劑、減水劑、防腐劑、顏料等。
為此，要求涂層具有良好的強(qiáng)度、透氣性、耐火度、絕熱性、耐急冷急熱性、吸濕性、清理性、涂掛性、懸浮性等。綜合起來主要包括工作性能和工藝性能。
涂料的工作性能包括強(qiáng)度、透氣性、耐火度、絕熱性、耐急冷急熱性等，主要是在澆注和冷卻過程中應(yīng)具有的性能，其中最重要的是強(qiáng)度和透氣性。而涂料的工藝性能包括涂掛性、懸浮性等，主要是在涂掛操作中所要求的性能。
一般消失模鑄造多采用水基涂料，涂料與模型一般不潤濕，從而要求改進(jìn)水基涂料的涂掛性。涂掛性是指模型涂掛涂料后一般需要懸掛干燥，希望涂料在涂掛后盡快不滴不淌，確保涂料層的均勻性，減少環(huán)境污染。懸浮性是指涂料在使用過程中，涂料保持密度的均勻性，不發(fā)生沉積現(xiàn)象。
涂料的制配工藝控制是涂料技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。國產(chǎn)涂料多采用碾混、輥混或攪拌工藝。根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐，碾混和輥混其質(zhì)量優(yōu)于攪拌。建議有條件的企業(yè)可采用碾混或輥混方法制配涂料。
由于不同的合金對涂料的作用情況不同，建議根據(jù)合金種類的不同研制相應(yīng)的涂料，如鑄鐵涂料、鑄鋼涂料、有色合金涂料等。在涂料配置和混制過程中，應(yīng)盡量使用合理的骨料級配，使骨料和粘接劑及其它添加劑混合均勻。
除了涂料性能達(dá)到要求外，涂敷和烘干工藝對生產(chǎn)也具有一定影響。生產(chǎn)上多采用浸涂，最好是一次完成。也可以分兩次涂敷，但應(yīng)每次涂敷后要進(jìn)行烘干，烘干時注意烘干溫度的均勻性和烘干時間，保證涂層干燥徹底并不開裂。
三、干砂造型工藝的控制
干砂造型是將模型埋入到砂箱中，在振動臺上進(jìn)行振動緊實(shí)，保證模型周圍干砂充填到位并獲得一定的緊實(shí)度，使型砂具有足夠的強(qiáng)度抵抗金屬液的沖擊和壓力。
干砂造型第一步是向砂箱中加入干砂，加砂時為保證干砂的充填到位，首先在砂箱中加入一定厚度的底砂并振動緊實(shí)，然后放入模型簇，再加入一定厚度的干砂，將模型簇埋入到三分之一到二分之一，再進(jìn)行適當(dāng)振動，以促使干砂向模型內(nèi)腔充填。最后填滿砂箱進(jìn)行振動，振動時間不宜過長，以保證模型不出現(xiàn)損壞和變形，同時保證涂料層不發(fā)生脫落和裂紋。
振動參數(shù)應(yīng)根據(jù)鑄件結(jié)構(gòu)和模型簇形式進(jìn)行選擇，對于多數(shù)鑄件，一般應(yīng)采用垂直單向振動，對于結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜的鑄件，可考慮采用單向水平振動或二維和三維振動。振動強(qiáng)度的大小對干砂造型影響很大，用振動加速度表示振動強(qiáng)度。對于一般復(fù)雜程度的鑄件和模型簇，振動加速度在10～20m/s2之間。而振幅是影響模型保持一定剛度的重要振動參數(shù)，消失模鑄造振幅一般在0.5～1mm。振動時間的選擇比較微妙，應(yīng)結(jié)合鑄件和模型簇結(jié)構(gòu)進(jìn)行選擇。但總體上振動時間約控制在1～5min為宜。同時底砂、模型簇埋入一半時的振動時間盡量要短，可選擇1～2min，模型簇全部埋入后的振動時間一般控制在2～3min即可。
四、鑄造工藝的控制
消失模鑄造工藝包括澆冒口系統(tǒng)設(shè)計(jì)、澆注溫度控制、澆注操作控制、負(fù)壓控制等。
澆注系統(tǒng)在消失模鑄造工藝中具有十分重要的地位，是鑄件生產(chǎn)成敗的一個關(guān)鍵。在澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)時，應(yīng)考慮到這種工藝的特殊性，由于模型簇的存在，使得金屬液澆入后的行為與砂型鑄造有很大的不同。因此澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)必定與砂型鑄造有一定的區(qū)別。在設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)各部分截面尺寸時，應(yīng)考慮到消失模鑄造金屬液澆注時由于模型存在而產(chǎn)生的阻力，最小阻流面積應(yīng)略大于砂型鑄造。
由于鑄件品種繁多、形狀各異，每個鑄件的具體生產(chǎn)工藝都有各自的特點(diǎn)，并且千差萬別。這些因素都直接影響到澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)結(jié)果的準(zhǔn)確性。為此，可將鑄件以某種方式進(jìn)行分類。針對中小鑄件，可按鑄件生產(chǎn)工藝特點(diǎn)進(jìn)行分類，如表1所示。模型簇組合方式可基本反映鑄件的特點(diǎn)，以及鑄件的補(bǔ)縮形式。澆注系統(tǒng)各部分截面尺寸與鑄件大小、模型簇組合方式以及每箱件數(shù)都有關(guān)系。為此，在設(shè)計(jì)新鑄件的工藝時，應(yīng)根據(jù)鑄件特征，參照同類鑄件澆注系統(tǒng)特點(diǎn)有針對性地進(jìn)行計(jì)算。
表1 鑄件分類
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模型模型簇組合方式 |
應(yīng)用范圍 |
補(bǔ)縮方式 |
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一箱一件 |
較大的鑄件 |
冒口補(bǔ)縮 |
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組合在直澆道上（無橫澆道） |
小型鑄件 |
直澆道（或冒口）補(bǔ)縮 |
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組合在橫澆道上 |
小型鑄件 |
橫澆道（或冒口）補(bǔ)縮 |
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組合在冒口上 |
小型鑄件 |
冒口補(bǔ)縮 |
因?yàn)槟Ｐ偷拇嬖冢跐沧⑦^程中模型氣化需要吸收熱量，所以消失模鑄造的澆注溫度應(yīng)略高于砂型鑄造。對于不同的合金材料，與砂型鑄造相比，消失模鑄造澆注溫度一般控制在高于砂型鑄造30～50℃。這高出30～50℃的金屬液的熱量可滿足模型氣化需要的熱量。澆注溫度過低鑄件容易產(chǎn)生澆不足、冷隔、皺皮等缺陷。澆注溫度過高鑄件容易產(chǎn)生粘砂等缺陷。
消失模鑄造澆注操作最忌諱的是斷續(xù)澆注，這樣容易造成鑄件產(chǎn)生冷隔缺陷，即先澆入的金屬液溫度降低，導(dǎo)致與后澆注的金屬液之間產(chǎn)生冷隔。另外，消失模鑄造澆注系統(tǒng)多采用封閉式澆注系統(tǒng)，以保持澆注的平穩(wěn)性。對此，澆口杯的形式與澆注操作是否平穩(wěn)關(guān)系密切。澆注時應(yīng)保持澆口杯內(nèi)液面保持穩(wěn)定，使?jié)沧訅侯^平穩(wěn)。
負(fù)壓是黑色合金消失模鑄造的必要措施。負(fù)壓的作用是增加砂型強(qiáng)度和剛度的重要保證措施，同時也是將模型氣化產(chǎn)物排除的主要措施。負(fù)壓的大小及保持時間與鑄件材質(zhì)和模型簇結(jié)構(gòu)以及涂料有關(guān)。對于透氣性較好、涂層厚度小于1mm的涂料，對鑄鐵件負(fù)壓大小一般在0.04～0.06MPa，對于鑄鋼件取其上限。對于鑄鋁件負(fù)壓大小一般控制在0.02～0.03MPa。負(fù)壓保持時間依模型簇結(jié)構(gòu)而定，每箱中模型簇?cái)?shù)量較大的情況，可適當(dāng)延長負(fù)壓保持時間。一般是在鑄件表層凝固結(jié)殼達(dá)到一定厚度即可卻去負(fù)壓。對于涂層較厚及涂料透氣性較差的情況，可適當(dāng)增大負(fù)壓及保持時間。
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