铸件生产中的注意事项

铸件生产中的注意事项

一、防止增碳

消失模铸钢件容易产生增碳缺陷，目前在我国还没有很好的方法完全解决该种缺陷，这也是众多铸造厂家不敢上消失模或上了消失模生产线却不能批量生产的一个原因。增碳缺陷产生的原因主要是泡沫材料含有碳，浇注时泡沫燃烧分解出游离碳，碳侵入钢水所致。经过试验，发现其增碳有一定的规律性，即铸件表面增碳，而心部几乎不增碳；内浇口附近不增碳，而离内浇口越远，

增碳越严重。采取如下相应措施，可使铸件成分基本在工艺要求范围内。

(1)选择含碳量少的泡沫材料，这是关键，目前消失模铸造用材料主要有EPS , STMMA , EPSMMA 三种，其含碳量依次减少。其中EPS 的特点是含碳量大，但其发气量小，浇注时不易返喷，且其价格便宜，在铸铁件和要求不高的铸钢件上应用较多。EPSMMA 的特点是含碳量少，但发气量大，易造成返喷现象，且材料价格贵，一般在低合金钢上使用较多。STMMA 则是兼顾两者的优点，

具有发气少、含碳低的优点，是用消失模生产铸钢件的首选材料。

(2) 消失模模样的密度非常重要，只要表面光洁，密度低，可以降低增碳现象，同时发气量少。

(3) 利用离内浇口越远，增碳越严重的特点，在离内浇口最远端或在铸件的最高点设置冒口，使先进入铸件的增碳污染严重的钢水进人冒口内，同时冒口还起到集渣、集气的作用。使用该工艺，

可使铸件整体含碳量控制在工艺要求范围内

二、涂料在消失模中的主要作用

(1)避免钢水和砂子直接接触，保证铸件表面质量；

(2)提高泡沫的强度，使其在搬运过程中不变形；

(3)使浇注时产生的气体通过涂层排出抽走。

三、涂料的涂刷和涂料烘干

(l)涂料的涂刷最好不要一次完成，一次完成涂刷会使涂层变厚，涂料易开裂，应上二至三层，涂层整体厚度应控制在1mm 左右。控制涂层厚度的原则是，在铸件不粘砂的前提下，涂层应尽

量薄，以便于气体能尽快通过涂层排出。

(2)每层涂料上完后必须要烘干，方可进行下一轮涂刷或造型，如果涂层没干透，浇注时钢水遇到水分会产生大量气体，造成返喷，另外涂层没干透，涂料透气性差，气体无法及时排出，易使

铸件产生气孔、渣孔。

四、防止返喷

返喷是消失模铸造中常发生的现象，返喷严重时可能会危及浇注工的人身安全，必须予以重视，

为减轻喷现象，可采取如下措施。

(1)泡沫模型密度要小，在保证泡沫表面质量，保证模型强度的前提下，泡沫应做得越轻越好，

以减少浇注时的发气量。

(2)泡沫模型上涂料前一定要烘干，每批泡沫模型目前应抽检其烘干过程的重量变化，做出烘烤

重量变化曲线图，只有在重量不再发生变化情况下方可上涂料。

(3)浇注系统，特别是直浇道和横浇道不应上涂料，这样可以使浇注时产生的气体能快速充分地

抽走，而且不上涂料，节省了涂料的消耗。

(4)在浇口杯处上面盖一个档板，可把返喷上来的钢水挡住，使其不能飞溅出来，危及现场操作

工人。

五、防止塌箱

当一箱中串联铸件较多时，由于各模型同时气化，造成真空度不够，易造成塌箱，防止塌箱应注

意：

(1)保持砂箱内的足够稳定的真空度。

(2)控制好浇注温度，同时浇注速度尽量与模型的气化速度一致，防止浇注过慢导致冷隔浇不进，

造成塌箱。

六、体会

消失模铸造工艺优点是明显的，但是与其他铸造工艺一样，由于其工艺还不十分规范成熟，因此

在决定上消失模前，应做到：

(l)考虑自己的产品是否适应消失模铸造，应充分做好前期准备工作。

(2)每一件产品，其工艺都不一样，因此在批量投产前做好工艺试验，确定每种产品的工艺参数，

解决试验中发现的各种缺陷，这样，投资才能得到及时回报。

(3)一旦试验取得成功，应尽快加大投资，投入批量生产，以占领市场。

七、结论

(l)只要能采用消失模铸造工艺生产铸件就会带来很大的经济效益和社会效益，使环保得到大大

的改善，使“黑色”铸造变为“绿色”铸造。

(2)消失模生产中产生的返喷、塌箱等铸造缺陷可通过优化工艺，合理使用泡沫塑料，保证稳定

的真空度等措施解决。

(3)增碳缺陷通过采用STMMA 泡沫塑料，摆放冒口，提高浇注温度等方法可以解决。

(4)用消失模工艺与熔模铸造工艺生产铸钢件齿体、齿套每件降低成本5-10 元。

(5)消失模铸造劳动强度低，人员少，效率高，粉尘少，便于集中除尘，环境污染少。

什么是消失模铸件气孔

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金属液在凝固过程中，金属中的气泡在铸件中形成孔洞，称之为气孔。它分侵入气孔、裹携气孔、析出气孔、内生反应气孔、外生反应气孔，气孔的形成机理极为复杂，与合金的凝固形式有很大

的关系。

消失模铸造的充型过程中，泡沫模型在强大的热辐射作用下，发生裂解、液化、气化。其过程产生大量的小分子气体和部分液体泡沫及少量灰份，随着液态金属前沿的推进而退让，金属液体逐层置换泡沫模具所占的空间。消失模铸造的充型速度既受正压影响，又受负压的影响，而且负压的引入极大地提高了金属液的充型能力和充型速度，所以消失模铸造要用比较大的浇口杯及采用比较快的浇注速度，如果浇注过程中浇口杯未能充满，空气就随金属液进入，轻则气孔夹渣，重

则塌箱溃型。

消失模铸件都有哪些主要缺陷

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消失模铸造，因其多快好省绿色环保而且有强大的生命力，特别是进入新世纪以来，发展更有破竹之势，国内到底有多少家铸造企业采用该技术组织生产，谁也无法做出准确的统计，山东省不低于200家，江苏一个县级市就有30多家简易消失模企业，东北三省、河南、河北、湖南、湖

北等铸造大省有很多砂铸企业、精铸企业，也上马了消失模铸造，更有一些新上企业。

上述多数企业没有通过规范化、专业化、科研化的消失模铸造设备公司的指导，也未与专业性学会、协会有任何联系，简单上马，埋头苦干，使消失模铸造众多的技术优势得不到发挥，有的消失模铸造企业很多年搞不定一个粘砂问题，清理人员占生产人员的1/3以上，产品粗糙，效率低

下，浪费人财物力。

消失模铸造精确成型，近无余量，符合铸件轻量化、精确化、复杂化的历史趋势。其知识涵盖机械、化工、冶金、铸造、计算机等多学科。由于干砂造型、实型气化型壁负压等客观条件的改变，大大减化了生产工序，缩短了工艺流程，极大地便利了生产，提高了生产效率，改善了劳动环境，

减轻了劳动强度，其优势显而易见。由于生产界对其深层规律的认识尚不彻底，管理还不到位，

给新技术的应用带来了麻烦，有些铸造缺陷层出不穷，防不胜防。

今天，就消失模铸造现实生产中大家比较头痛的三孔缺陷与在座的学术技术专家和企业家共同探讨。这里所涉及到的消失模三孔缺陷是：气孔、缩孔、渣孔的统称。非加工类铸件，如高锰钢、耐热钢铸件，大都是铸态使用，对三孔的要求很少，只要材质合格、尺寸合格、表面光洁好，就可以交付使用，一般用户也没有特殊的要求。然而碳素钢、不锈钢、铸铁铸铜件大都需要机械加工，有些特殊铸件还要进行解剖，及压力极限爆破等破坏性试验，重点部位不允许焊补及组织偏析。很多消失模铸造企业，在生产全加工铸件及有以上特殊要求的铸件时纷纷受阻，既使最终得

以解决，也要付出很大的代价，一定程度上影响了消失模铸造的应用范围。

消失模铸造极具特殊性，干砂造型无任何粘结剂，造型及浇铸都无需取出模具，极大地改善了铸件设计的自由度，提高了铸件的表面光洁度及尺寸精度。利用负压紧实形成的一箱多铸工艺，有利于提高工艺出品率，提高生产效率，这些都是对传统铸造颠覆性的革命，很多深层次的规律要靠产学研各界通力合作多年才能逐步得以认清，各类铸造缺陷与传统铸造在形成机理方面大有不

同。

消失模的充型过程中，强大的热辐射作用，使金属前沿与泡沫间形成不规则的间隙层。以底浇为例，金属充型前沿呈“凹”字型，对应的泡沫端呈锯齿型或指尖型。合金前沿漂浮着未能彻底清除的固体渣质及未充分气化的液相泡沫，由于间隙内是正压，涂层外呈负压，气压差迫使固态渣质及液相泡沫随气体的走向流动，气体以小分子状态存在容易被负压排出型外，而固体杂质被挡在了涂层内壁，亦即铸件的表面形成表面渣坑，这是消失模铸造较传统铸造内部渣孔减少而外面渣孔突出的主要原因；液体泡沫同样也被排挤在金属和涂层界面，部分被涂层吸附，部分二次气化。二次气化的气体大部分溢出型外，少量侵入金属形成表层气孔。铸件的冒口一般设计在顶端，而且是暗冒口，无法通过补浇的方式得到高温金属，聚集的金属全是被汽化吸热降温后的金属，

补缩效果不佳，缩孔机率增大。

消失模铸造的主要优点

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1、简化了工厂设计，固定资产投资可减少30∽40%，占地面积和建筑面积可减少30∽50%，动力消耗可减少10∽20%；减少了粉尘、烟尘和噪音污染，大大改善了铸造工人的劳动环境，降低了

劳动强度，以男工为主的行业可以变成以女工为主的行业；

2、消失模铸造工艺应用广泛，不仅适用于铸钢、铸铁，更适用于铸铜、铸铝等；易于实现机械化自动流水线生产，生产线弹性大，可在一条生产线上实现不同合金、不同形状、不同大小铸件

的生产；

3、零件的形状不受传统的铸造工艺的限制，解放了机械设计工作者，使其根据零件的使用性能，可以自由地设计最理想的铸件形状；取消了砂芯和制芯工部，根除了由于制芯、下芯造成的铸造

缺陷和废品；可减轻铸件重量,可以取消拔模斜度,

4、不合箱、不取模，铸件尺寸形状精确，重复性好，具有精密铸造的特点,大大简化了造型工艺，

消除了因取模、合箱引起的铸造缺陷和废品,铸件的表面光洁度高；

5、采用无粘结剂、无水分、无任何添加物的干砂造型，根除了由于水分、添加物和粘结剂引起

的各种铸造缺陷和废品；

6、可在理想位置设置合理形状的浇冒口，不受分型、取模等传统因素的制约，减少了铸件的内

部缺陷；

7、负压浇注，更有利于液体金属的充型和补缩，提高了铸件的组织致密度；组合浇注，一箱多

件，大大提高了铸件的工艺出品率和生产效率；

8、落砂极其容易，大大降低了落砂的工作量和劳动强度；大大简化了砂处理系统，型砂可全部

重复使用，取消了型砂制备工部和废砂处理工部；

9、铸件无飞边毛刺，使清理打磨工作量减少50%以上；减少了加工余量，降低了机加工成本；

10、使用的金属模具寿命可达10万次以上，降低了模具的维护费用；

11、消失模铸造工艺不仅适用于几何形状简单的铸件，更适合于普通铸造难以下手的多开边、多

芯子、几何形状复杂的铸件，简化了工艺操作，对工人的技术熟练程度要求大大降低；

12、消失模铸造工艺可以实现微震状态下浇注，促进特殊要求的金相组织的 形成，有利于提高

铸件的内在质量；

13、在干砂中组合浇注，脱砂容易，温度同步，因此可以利用余热进行热处 理。特别是高锰钢铸件的水刃处理和耐热铸钢件的固溶处理，效果非常理想，能够节约大量能源，缩短了加工周期；

14、利用消失模铸造工艺，可以根据熔化能力，完成任意大小的铸件。

消失模铸造可行性分析报告

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一、工艺简介：

消失模铸造又称负压实型铸造，是将泡沫塑料制成的模型埋入无粘结剂的干砂中造型，采用微震加负压紧实，在没有芯子甚至没有冒口的情况下浇入液态金属，在浇铸和凝固过程中继续保持一

定的负压使泡沫塑料气化继而被金属取代形成铸件的一种新型铸造方法。

使用泡沫塑料制造金属零件的方法最先由美国人H.F.Shroger于1958年4月15日取得专利（美国专利号：2830343），当时泡沫模型还是采用泡沫板材加工的，用含粘结剂的型砂造型。1962年美国人M.C.flemings用干砂和泡沫模生产铸件。80年代初这种方法开始应用于工业生产。1982

年福特汽车公司在Essex工厂建成了一条年产2.5万只铝合金进气歧管生产线，并试验获得成功。紧接着于1984年耗资1100万美元建立了占地19万㎡、生产能力180型/h、年产100万只铝合金进气歧管的高度自动化生产线，揭开了消失模技术在先进工业国飞速发展的序幕。 1990年通用汽车公司在Saturn建成年产铸件5.5万t（24万辆轿车）10万㎡的铸造厂，其中有三条全自动的消失模生产线，生产铝合金四缸缸体、缸盖和珠光体球铁曲轴及两种型号的传动差动壳体。 1991年，意大利菲亚特公司在都灵建成当时国内规模最大的消失模车间（4400㎡），年产铸铁件5000～15000t，60～120型/h，自动化程度非常高，全车间仅22名生产人员。鉴于Essex工厂、Saturn和都灵工厂的巨大成功，铸造界对消失模技术产生了浓厚的兴趣。在北美、西欧和日本等先进的工业国家，铸造界的企业家们以极大的热情投入消失模技术的开发研究，并取得了

前所未有的进展。

二、工艺特点：

1、铸件一次成型，尺寸精度高。由于采用极易气化的泡沫塑料作模型，不用造型模具（木模），无分型面，无砂芯，因此产品无飞边毛刺，无拔模斜度，减少了由于砂芯组合而造成的尺寸误差，铸件的尺寸精度和表面粗糙度接近熔模精密铸造。同时，因为采用干砂造型，根除了由于型砂中的水、粘结剂、附加物带来的铸件缺陷，铸件废品率显著下降。此外这种新工艺对操作工人的技术水平要求不高，对铸造行业有着巨大的的吸引力。虽然泡沫模型的变形和泡沫材料的热解产物可能会对铸件的质量带来不利影响，但只要对模型材料和制模工艺、涂料以及干砂紧实等环节进

行严格、有效的控制，完全可以克服不利的影响因素，获得优质的铸件。

2、整个工艺过程容易实现机械化、自动化生产。可以大大改善铸造车间的环境条件，容易实现无污染生产。低温下聚苯乙烯（EPS）对环境完全无害，浇注时排除的有机物量极少（只占铁水重量的0.3％），而采用自硬砂浇铸时的有机物排放量占到5％以上；同时EPS产生有机物的时间短，易于收集，可以通过对砂箱抽真空进行集中处理，实属对环境的无公害排放。此外用消失模工艺，铸件的清理工作量大大降低，噪声少、一氧化碳和石英粉尘危害小，旧砂回收利用率可

达97％以上。

3、铸件形状、结构不受限制，为铸件设计提供了充分的自由度。原先由多个零件加工组装的构件，可以通过分片制模然后粘合的办法进行整体浇铸成型。原先需要加工的孔、洞可以直接铸出，

这就大大减少了加工装配的工时和费用。

4、生产制造成本低，设备投资小。由于气化模的制作成本低（仅为木模价格的1/3），材料来源广泛，所需的成形设备少，投资小。一般说来采用该技术，设备投资可减少30％-50％，铸件制造成本可下降25％-30％，铸件的成品率99％。因此，可以充分相信消失模铸造技术符合铸造

业发展的总趋势，有着广泛的发展前景。

三、工艺前景

消失模铸造是20世纪50年代末发展起来的革命性新技术，因其设计制造灵活，生产工序简洁，产品近无余量、精确成形，铸件质量好，生产效率高且绿色环保，并可生产非常复杂的铸件，被

誉为“21世纪的铸造新技术”、“铸造中的绿色工程”。

消失模铸造技术经过五十多年的发展，其优势日益明显，作为当今顶尖的铸造技术被世界发达国家广泛采用。全球知名生产企业所需优质铸件均指定使用消失模铸造技术，市场前景极为广阔。

铸造业是机械制造产业链中的基础环节。目前，中国正逐步发展成为世界第一铸件生产国，并已经形成了以长江三角洲、珠江三角洲、环渤海湾为代表的三大世界级制造业基地，且以超过两位数的速度继续迅猛发展，世界各国所需铸件中接近90%以上均由中国生产。随着中国作为“世界工厂” 在国际上的地位日益提高，中国铸造工业跻身世界领先行列对消失模铸造技术、设备的研究与使用显得极为重要，不仅对提高我国的铸造业水准有着深远的影响，对提高我国的综合国

力和国民经济的可持续性发展也有着相当重要的战略意义。

四、经济分析：

以产品最大尺寸（长宽高）600mm、重量0.025吨的铸件为例，按年产1000吨计算；（不包括厂

房、铁水熔炼、工装、夹具、水电、发泡设备，自动砂处理设备等）。

1、设备投入 10万元左右： A．真空系统； B．涂料系统；C．消失模系统；D、砂箱系统；E．振

动系统。

2、产品成本：泡沫塑料模 3.5元/件， 涂料 0.8元/件， 辅料 0.5元/件， 铁水 70.0 元/件，

人工 2.5元/件， 水电 0.1元/件， 其他 3.0元/件，总合80.4元/件。

3、产品执行标准和质量保证体系：可按精密铸造标准生产以及检验。

4、环保要求：本工艺对环境不构成污染。操作环境远远好于普通铸造，无“三废”问题。

5、工艺路线：泡沫塑料模制作（发泡或手工），模型涂挂特制涂料，烘干或晾干有涂料的模型，

三维振动装箱，箱内浇铸、冷却，扣箱清理，进行下一循环。

6、 资金需求： 设备资产投资 10万元左右（不含熔炼等其它设备） 流动资金 20万元（按当

月产品售出下月资金回笼）

7、 人员构成： 操作壮工 4人， 技术人员 2人， 清理人员 1人， 财务人员 2人， 合计 9

人

8、 经济分析： 产品售价 0.025吨×5500=137.5元/件（按每吨5500元计算），每件利润

（137.5-80.4）÷1.17=48.8元/件（税后价）。

假设除专用设备外的投资为40万元，总投资50万元，日产量按每天134件计算（10个月/年），年销售收入按1000吨×5500元/吨=550万元，年利润：1000吨÷0.025吨×48.8元=195.2万元，投资回收期：134件×48.8元×30天=19.62万元/月，50万元(投资)÷19.62万元/月≈3个月。

五、综合结论

消失模铸造符合当今铸造技术发展的总趋势，有着广阔的前景，它是替代传统的砂型铸造工艺的

佼佼者，与传统铸造技术相比，具有与无伦比的优势。