周靜　劉嬌姣　毛秀

摘要：消失模鑄造技術(shù)是一種先進(jìn)的精密鑄造技術(shù)，本文對(duì)國(guó)內(nèi)消失模鑄造技術(shù)發(fā)展路線進(jìn)行了分析研究，另外，分析了防止消失模鑄造過程中增碳問題的一些方法。

關(guān)鍵詞：消失模；鑄造；發(fā)明；專利

引言

消失模鑄造技術(shù)是一種近無余量、精確成型的新技術(shù)，它是采用泡沫塑料制成與零件結(jié)構(gòu)和尺寸完全一樣的實(shí)型模樣，經(jīng)浸涂耐火粘結(jié)涂料，烘干后進(jìn)行干砂造型，振動(dòng)緊實(shí)，然后澆入金屬液使模樣受熱氣化消失，從而得到與模樣形狀一致的金屬零件的精密鑄造方法。與其他鑄造工藝相比，消失模鑄造基本上不用型芯，簡(jiǎn)化了工序，縮短了生產(chǎn)周期，不用脫模、修型和合箱等，減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了操作條件，沒有分型面，提高了鑄件的尺寸精度，減少了機(jī)加工量。

1.消失模鑄造工藝發(fā)展

目前，廣泛應(yīng)用的負(fù)壓消失模鑄造是把涂有耐火材料涂層的泡沫塑料模樣放入砂箱，模樣四周用干砂充填緊實(shí)，然后在砂箱上鋪上塑料薄膜密封，通過真空泵抽氣使鑄型內(nèi)外因壓力差而使型砂緊實(shí)，澆注時(shí)高溫金屬液使其熱解“消失”，并占據(jù)泡沫塑料模所推出的空間而最終獲得鑄件，如圖1所示。

在發(fā)展過程中，逐漸出現(xiàn)了消失模鑄造壓力凝固技術(shù)、空殼消失模鑄造技術(shù)、反重力消失模鑄造技術(shù)、振動(dòng)消失模技術(shù)、真空負(fù)壓吸注消失模鑄造技術(shù)等不同的消失模鑄造形式。

1.1消失模鑄造壓力凝固技術(shù)

1990年法國(guó)皮奇尼鋁公司、皮奇尼鉛公司（申請(qǐng)?zhí)枺篊N90108175、CN90108176、CN90108707）就加壓凝固消失模鑄造技術(shù)申請(qǐng)了發(fā)明專利。其技術(shù)方案為，當(dāng)金屬全部充滿型腔，且大部分氣化物已經(jīng)排出時(shí)，給鑄型施加一個(gè)增加速率的壓力，由于穿過型砂時(shí)載荷的損失，在熔融金屬和型砂交界面上會(huì)迅速暫時(shí)形成過壓，然后進(jìn)行減壓，再保持壓力恒定不變，直至完全凝固，可以用于鋁合金消失模鑄造。

2008年華中科技大學(xué)的樊自田等對(duì)鋁合金或鎂合金消失模鑄造加壓凝固方法及裝置進(jìn)行了專利申請(qǐng)（申請(qǐng)?zhí)枺篊N200810197390），其是在澆入合金溶液后，對(duì)砂箱進(jìn)行密封，向砂箱通入壓力為0.1MPa-1.2MPa的壓縮氣體，充氣速率0.002MPa/s-0.1MPa/s、壓力保持時(shí)間為0.3min-30min，金屬液在氣壓下凝固，加壓凝固的裝置如下圖2所示。

在凝固的熔融鋁合金金屬液上施加一定的壓力，能夠減少針孔，提高鑄件密度，改善鑄件力學(xué)性能，消失模鑄造中鋁鎂合金金屬液凝固散熱慢，熱梯度小，凝固時(shí)間長(zhǎng)，容易析出形成針孔，產(chǎn)生縮孔、縮松，壓力凝固技術(shù)能消除鋁合金或鎂合金消失模鑄件的這些缺陷，能夠提高鑄件質(zhì)量，改善機(jī)械性能，擴(kuò)大鋁合金或鎂合金消失模鑄造的應(yīng)用。

1.2空殼消失模鑄造技術(shù)

空殼消失模鑄造技術(shù)是在澆注金屬前先將泡塑模型進(jìn)行去除。1994年秦升益（申請(qǐng)?zhí)枺篊N94108041）采用濕態(tài)覆膜砂填箱充實(shí)，隨后將其放入烘箱內(nèi)加熱烘烤，泡沫塑料受熱氣化，濕態(tài)覆膜砂受熱固化形成堅(jiān)硬的熱固性殼體，即殼狀鑄型，再將金屬液澆入其內(nèi)，形成所需鑄件。該方法鑄件尺寸精度高，表面光潔，環(huán)境污染小，殼型可以長(zhǎng)期存放。

2003年魏靖奇（申請(qǐng)?zhí)枺篊N200310103188.4）、2008年安徽應(yīng)流鑄業(yè)有限公司（申請(qǐng)?zhí)枺篊N200810007693.1）、2010年桃江新興管件有限公司（申請(qǐng)?zhí)枺篊N201010160650.4）在將消失模上涂料后，將消失模放入窯內(nèi)進(jìn)行焙燒，制得高強(qiáng)度模殼，再澆入金屬，進(jìn)行鑄造。

2009年侯馬市模范機(jī)械制造有限公司（申請(qǐng)?zhí)枺篊N200810147464.X，CN200910075632.3）、2009年寧波通達(dá)精密鑄造有限公司（申請(qǐng)?zhí)枺篊N200910095699）、2010年姚會(huì)元（申請(qǐng)?zhí)枺篊N201010224603.1）、2012邯鄲慧橋復(fù)合材料科技有限公司（申請(qǐng)?zhí)枺篊N201210283983）等申請(qǐng)了一種消失模空殼精密鑄造方法，如圖3所示，其為用噴燈或氧氣，將EPS模型燒掉，或用感

應(yīng)加熱氣化EPS模型，留下空殼后立即進(jìn)行澆注。

2011年大連交通大學(xué)（申請(qǐng)?zhí)枺篊N201110325864）、2013年岳陽凱達(dá)精鑄制造有限公司（申請(qǐng)?zhí)枺篊N201310184202）申請(qǐng)了一種綠色消失模鑄造工藝，其為澆注之前采用加熱法消泡縮容去除發(fā)泡模，不讓發(fā)泡模在澆注過程中氣化消失，而是讓它消泡縮容，以便回收利用，不排放污染氣體，從而達(dá)到綠色環(huán)保的目的。

2011年長(zhǎng)沙楚順置業(yè)有限責(zé)任公司提出（申請(qǐng)?zhí)枺篊N201110133492），不燒掉消失模泡塑模樣，而是采用分型面，如圖4所示，在放入泡塑模樣，填入砂成型后，開箱，將模樣取出，該方法不會(huì)產(chǎn)生大量有害氣體和熔渣，提高了鑄件的內(nèi)外表面的質(zhì)量。

空殼消失模鑄造技術(shù)在澆注前脫去了泡沫模樣，可以解決普通消失模鑄造氣孔、夾雜等缺陷，還可以防止產(chǎn)生碳缺陷，減少了鑄件表面的碳含量，避免鑄造過程中增碳的技術(shù)障礙。

1.3反重力消失模技術(shù)

2002年華中科技大學(xué)樊自田等（申請(qǐng)?zhí)枺篊N02115638）、2013年青島五洋鑄機(jī)有限公司（申請(qǐng)?zhí)枺篊N201310492881）申請(qǐng)了一種反重力消失模鑄造技術(shù)，反重力鑄造是一種利用壓力差反重力地澆注液態(tài)金屬的方法，如圖5所示。將熔化精煉后的鎂、鋁合金金屬液，送入澆注爐內(nèi)保溫待澆，澆注爐內(nèi)通入可控壓力的惰性氣體，在其壓力作用下使鎂、鋁合金金屬液由砂箱底部進(jìn)入，將消失模鑄造模樣氣化，冷卻凝固后形成鎂、鋁合金鑄件。

反重力消失模鑄造技術(shù)，液態(tài)合金在可控的壓力下進(jìn)行補(bǔ)縮凝固，提高了合金的充型能力，合金鑄件的組織細(xì)密。

1.4振動(dòng)消失模鑄造技術(shù)

2007年華中科技大學(xué)樊自田等人公開了一種振動(dòng)消失模鑄造技術(shù)（申請(qǐng)?zhí)枺篊N200710168429），2010年劉玉滿同樣對(duì)振動(dòng)消失模鑄造進(jìn)行了專利申請(qǐng)（申請(qǐng)?zhí)枺篊N201010241721.3、CN201110356451.5），在液態(tài)金屬澆注步驟前、液態(tài)金屬澆注步驟過程中及其凝固期間、或者液態(tài)金屬澆注步驟后的凝固期間，采用振動(dòng)電機(jī)振動(dòng)的機(jī)械振動(dòng)臺(tái)，或者采用電磁振動(dòng)或偏心振動(dòng)的振動(dòng)臺(tái)，對(duì)裝有泡沫模樣和散砂的砂箱實(shí)施振動(dòng)，如圖6所示。

振動(dòng)消失模鑄造技術(shù)，邊振動(dòng)邊進(jìn)行澆注，其適合于鋁合金、鎂合金、銅合金等有色金屬零件的消失模鑄造，也適合于鑄鐵、鑄鋼等黑色金屬零件的消失模鑄造。采用該鑄造方法可以細(xì)化消失模鑄造鑄件組織，能使其在凝固過程晶粒細(xì)化，氣體充分排除，并使其晶界問的夾雜物碎化且彌散均勻分布，從而全面強(qiáng)化了鑄件機(jī)械性能。

1.5真空負(fù)壓吸注消失模鑄造技術(shù)

2009年顏鳳娟（申請(qǐng)?zhí)枺篊N200910182706）、2010年常州市博海鑄件制造有限公司申請(qǐng)了（申請(qǐng)?zhí)枺篊N201010186667）一種真空負(fù)壓消失模的吸注方法及裝置，如圖7所示。裝模填砂后，開啟控制裝置以及負(fù)壓裝置，將吸注管的吸入端埋入澆注液中，持續(xù)對(duì)型腔及吸注管抽真空，容器內(nèi)的金屬溶液以一定的流速通過控制裝置導(dǎo)入到澆道系統(tǒng)中，澆道系統(tǒng)及鑄件模樣受金屬溶液熱量汽化形成型腔，金屬溶液充滿型腔冷卻后形成鑄件。

采用本發(fā)明的方法能夠以穩(wěn)定的吸注速度進(jìn)行吸注，并且在吸注過程中可以避免金屬溶液與空氣進(jìn)行接觸，防止了金屬熔液氧化，提高鑄件的品質(zhì)質(zhì)量。液態(tài)下的鎂、鋁合金與空氣接觸時(shí)極易氧化、吸氣，易在鑄件中形成大量的氧化雜物和氣孔，本方法適合消失模鑄造鎂、鋁合金。

1.6其他消失模鑄造技術(shù)

消失模離心鑄造技術(shù)。2001年北京仁創(chuàng)科技有限公司（申請(qǐng)?zhí)枺篊N01136608.7），2009年望城縣日明特種鑄造廠（申請(qǐng)?zhí)枺篊N200910044717.5）公開了一種將消失模鑄造技術(shù)與離心鑄造技術(shù)結(jié)合起來的消失模離心鑄造工藝。采用消失模離心鑄造，生產(chǎn)的鑄件無氣孔、疏松，尺寸精度和強(qiáng)度高，并且能夠適應(yīng)各種不同形狀鑄件的要求。

圖7真空負(fù)壓吸注消失模技術(shù)

2.避免增碳的方法

消失模鑄造過程中，由于有消失模泡塑模樣的熱解產(chǎn)物，熔融金屬液會(huì)吸收塑料模型在氣化的過程中產(chǎn)生的碳，容易造成最終鑄件中的碳水平上升，因此消失模鑄造的鑄件上容易產(chǎn)生增碳現(xiàn)象或形成碳?xì)堄?，來自塑料模型的碳進(jìn)入金屬中后可能導(dǎo)致鑄件的性能下降，因此，如何將碳?xì)堄鄿p少到最少一直是消失模鑄造工藝的巨大挑戰(zhàn)。如前述所述，空殼消失模鑄造技術(shù)能有效的控制消失模鑄造過程中的增碳問題，另外，還有一些其他避免增碳的方法。

2004年黃剛（申請(qǐng)?zhí)枺篊N200410081316）申請(qǐng)了一種克服汽車曲軸箱鑄件水道油道粘砂和碳黑缺陷的方法，其通過選用硅砂作為型砂，粒度為40-70號(hào)篩孔，型砂粒度的選擇兼顧既能防止粘砂缺陷產(chǎn)生，又保證良好的透氣性能，可以防止生熱解夾雜物缺陷產(chǎn)生。

2005年蔣斌沅（申請(qǐng)?zhí)枺篊N200510032256）通過改型減量、排氣減壓和合理地設(shè)置澆注系統(tǒng)，來減少實(shí)型鑄造中的碳的產(chǎn)生，改善碳的排出，來達(dá)到減少實(shí)型鑄造中殘余碳和碳鋼鑄件產(chǎn)生增碳現(xiàn)象的問題。

2008年滄州宏豐精密鑄造有限公司（申請(qǐng)?zhí)枺篊N200810152356）通過采用氬氧爐將奧氏體不銹鋼熔煉鋼水含碳量降至0.015%以下，再應(yīng)用消失模鑄造技術(shù)，來減少增碳。

2012年徐州鵬舉金魚草工藝品有限公司（申請(qǐng)?zhí)枺篊N201210390023）公開了一種消除消失模鑄鐵件碳黑缺陷的裝置，通過將聚苯乙烯發(fā)泡材料制作楔形排氣集渣體，排氣集渣體圓周面為漸變形曲面，曲面最細(xì)的部位在鑄鐵件的邊沿處，利于毛刺清理。在漸變形曲面上粘接涂料涂層，排氣集渣體安裝在鑄件最后凝固的部位，或者鑄件結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、最容易阻礙殘留物上浮的部位，澆鑄時(shí)排氣集渣體受熱溶化形成的空間及時(shí)引導(dǎo)泡沫塑料模具氣化后的大量氣體排出，達(dá)到消除碳缺陷的目的。

2014年遵義金業(yè)機(jī)械鑄造有限公司（CN201410323708）公開了一種消失模生產(chǎn)低碳鑄件工藝方法，在澆鑄過程中提前在500-550攝氏度溫度下氣化消失模，在消失模表面噴涂水溶性硅酸鹽，水溶性硅酸鹽涂層內(nèi)表面能有效吸收消失模氣化過程中的二氧化碳并對(duì)涂層起到硬化的作用，從而有效防止消失模在氣化過程中產(chǎn)生的二氧化碳進(jìn)入鑄件。

2014年通用電氣公司（申請(qǐng)?zhí)枺篊N201310098984）通過涂覆于所述泡沫模型上的耐火涂層，該耐火涂層包含可對(duì)所述泡沫模型的氣化反應(yīng)起催化作用的催化劑，催化劑能引發(fā)或加速泡塑模型的氣化，而減少碳?xì)堄嗟男纬桑瑏韺?shí)現(xiàn)防止鑄件增碳的目的。

2014年山西模范機(jī)械制造有限公司（申請(qǐng)?zhí)枺篊N201410435845）通過在EPS或EPMMA料中拌入4-6%過氧化鈣粉，將拌好過氧化鈣粉的珠粒攪扮均勻，進(jìn)行發(fā)泡后制得泡塑模樣，來達(dá)到除碳的目的。

3總結(jié)

經(jīng)過多年的發(fā)展，我國(guó)在消失模鑄造工藝改進(jìn)上作了眾多的研究和分析，出現(xiàn)了消失模鑄造壓力凝固技術(shù)、真空負(fù)壓吸注消失模鑄造技術(shù)等形式多樣的消失模鑄造方法，也提出了多種解決消失模過程中增碳的問題的方法，目前，我國(guó)已經(jīng)發(fā)展為消失模鑄造生產(chǎn)的大國(guó)，但是，目前我國(guó)消失模鑄造技術(shù)也存在著一些問題，未來將需要加速消失模鑄造技術(shù)在鋁鎂合金等輕金屬方面的應(yīng)用，進(jìn)一步提高消失模鑄件的性能。