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消失模鑄造技術

來源：鄒平榮恒機械設備有限公司網址：//zprongheng.1688.com

消失模鑄造技術的工藝過程

消失模鑄造技術（Lost Foam Casting，簡稱LFC）是一項精確成形的鑄造新技術。1958年，美國人H.F.Shroyer首次用泡沫板材加工的模樣，用含有粘結劑的型砂作充填砂制造金屬制件并取得專利，直到20世紀80年代專利期滿后，消失模技術才獲得了大規模的應用。在90年代，美國通用汽車公司率先應用于發動機的缸體缸蓋制造，并實現大批量工業化生產獲得成功。

LFC法的工藝過程

消失模鑄造是將與鑄件尺寸形狀相似的泡沫模型粘結組合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘乾后，埋在乾砂中振動造型，在常壓或負壓下澆注，使模型氣化，液體金屬占據模型位置，凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法。圖1是傳統的粘土砂鑄造與消失模鑄造主要工藝流程的比較。

兩種鑄造工藝(yi)流程的比較

可以看出，消失模鑄造每生產一個鑄件就要消耗一個泡沫模樣，所以增加了預發泡和發泡成型的工序，但減少了型（芯）砂制備、制芯、造型、下芯等許多煩瑣工序。

LFC法的工藝主要特點

LFC是一種近無馀量、精確成形的工藝。其采用聚苯乙烯或共聚物的泡沫塑料模壓成型，組合成模，泡沫模樣可實現無起模斜度，既無分型面又無型芯，減少由于型芯塊組合而造成的尺寸誤差。鑄件尺寸精度和表面粗糙度可達CT5~CT7、Ra＝6.3~12.5µm，介于砂型鑄造和熔模鑄造之間。由于充填砂采用乾砂，根除了由水分、粘結劑和附加物帶來的缺陷，鑄件的廢品率下降，鑄件質量明顯提高。

容易實現清潔生產。低溫下聚苯乙烯（EPS）對環境無害，澆注時EPS有機物排放量僅占澆注鐵液質量的0.3%，而自硬砂為5%。同時產生有機排放物的時間短、地點集中、易于搜集，可以采用負壓抽吸式燃燒凈化器處理，燃燒產物凈化后對環境無公害，舊砂回用率在95%以上。與傳統鑄造方法相比，LFC法的雜質、一氧化碳氣體和矽石粉塵危害明顯減少，工人勞動強度大大降低，勞動環境顯著改善，容易實現機械化、自動化和清潔生產。

為鑄件結構設計提供了充分的自由度。原先要由多個零件加工組裝的結構，采用LFC工藝后可以通過分片制模然后粘合的辦法整體鑄出（如：復雜的六缸缸體、蓋模樣可以由若干個模片組裝成一個整體（如圖2），而且型芯可以省去，孔、洞可以直接鑄出，這就大大節約了加工裝配的費用，同時也可以減少加工裝備的投資。一般說來，與傳統鑄造工藝相比，LFC技術設備投資可減少30%~50%，鑄件的成本可下降10%~30%（成本下降的幅度取決于零件批量、復雜程度以及加工裝配時間的節省等）。

鋁合(he)金消失模缸體泡(pao)沫(mo)模樣

金屬液的流動前沿式熱解的消失模產物（氣體和液體），它會與金屬液發生反應并影響到金屬液的充填，如果金屬充型過程中熱解物不能順利排除，就容易引起氣孔、皺皮、增炭等缺陷。這就要求工藝師掌握消失模鑄造成形原理，正確設計澆注系統，制定合理的工藝方案。

模具制造成本較高，沒有一定的生產批量，很難獲得好的經濟效益。

缸體缸蓋的消失模應用

消失模鑄造符合當今鑄造技術發展的總趨勢，發展前景廣闊，其優越性不容置疑。特別適合于離合(he)器殼、變速(su)箱(xiang)、發動機缸體和缸蓋這類產品的批量生產。目前國內外相關應用情況如：

美國

美國通用汽車公司（GM）于1981年利用消失模技術第一次試制了4.3L、V6型鋁合金發動機缸蓋（如圖3a），由于各方面工藝還未成熟，沒有取得成功；1985年GM公司又試制2L、L4型鋁合金發動機缸蓋（如圖3b），一舉獲得成功；2001年GM所屬的Saginaw鑄造廠消失模生產線正式投產，標志著美國消失模技術走向成熟。

鋁合金發動機缸(gang)蓋

Saginaw鑄造廠是(shi)(shi)目前世界上(shang)最先進、規模(mo)最大(da)的(de)(de)(de)消(xiao)失模(mo)生(sheng)產(chan)工廠，共有五條生(sheng)產(chan)線，能夠日產(chan)198.6kW直列(lie)式(shi)運動跑(pao)車六缸(gang)(gang)(gang)(gang)鋁合金缸(gang)(gang)(gang)(gang)體和(he)缸(gang)(gang)(gang)(gang)蓋各2100件，試壓后(hou)總廢(fei)(fei)品率(lv)不(bu)大(da)于12%，其中內(nei)廢(fei)(fei)小于10%。該(gai)(gai)廠生(sheng)產(chan)的(de)(de)(de)Votec 4200六缸(gang)(gang)(gang)(gang)缸(gang)(gang)(gang)(gang)體和(he)缸(gang)(gang)(gang)(gang)蓋（如圖4）是(shi)(shi)目前最復雜、最有代表性的(de)(de)(de)LFC產(chan)品，充分體現(xian)了(le)(le)該(gai)(gai)技(ji)術(shu)的(de)(de)(de)優越性。這型(xing)號的(de)(de)(de)缸(gang)(gang)(gang)(gang)體和(he)缸(gang)(gang)(gang)(gang)蓋是(shi)(shi)該(gai)(gai)公(gong)司(si)的(de)(de)(de)設計(ji)部門充分考慮了(le)(le)LFC法(fa)的(de)(de)(de)特(te)點而設計(ji)的(de)(de)(de)，缸(gang)(gang)(gang)(gang)體質量(liang)(liang)40kg，缸(gang)(gang)(gang)(gang)蓋質量(liang)(liang)22kg，產(chan)品設計(ji)中集成了(le)(le)曲(qu)軸箱，油(you)/空氣(qi)分離器（圖5a）、通氣(qi)系統（圖5b）、復雜彎曲(qu)的(de)(de)(de)回油(you)管路（圖6）全部鑄出(chu)，大(da)大(da)減(jian)(jian)小了(le)(le)鉆(zhan)孔加工和(he)螺(luo)栓裝配(pei)工作量(liang)(liang)，減(jian)(jian)輕了(le)(le)整機的(de)(de)(de)質量(liang)(liang)，減(jian)(jian)少了(le)(le)噪音、振動和(he)污染，提(ti)高了(le)(le)燃油(you)效率(lv)，降低成本。

Votec 4200六(liu)缸缸體和缸蓋

缸(gang)體、蓋內(nei)部復雜結(jie)構

另外，Saginaw鑄(zhu)造廠工(gong)(gong)藝過程完善，完全實(shi)現了清(qing)潔生產，5臺預發泡機(ji)、29臺成(cheng)(cheng)形機(ji)每(mei)天生產高質(zhi)量的(de)聚苯乙烯缸體和缸蓋(gai)模樣。缸體分4片，粘(zhan)合(he)成(cheng)(cheng)一個整(zheng)體，澆(jiao)注時水平放置，一箱一件(jian)；缸蓋(gai)分5片粘(zhan)合(he)成(cheng)(cheng)一個整(zheng)體，澆(jiao)注時水平放置，一箱兩件(jian)。采用高性(xing)能的(de)云母基(ji)涂料(liao)，由機(ji)械手自動(dong)(dong)浸涂，乾(qian)燥后(hou)由機(ji)械手放入砂(sha)箱，雨淋(lin)式加砂(sha)，分三(san)階段水平振動(dong)(dong)緊實(shi)。鑄(zhu)件(jian)在清(qing)理(li)(li)、粗加工(gong)(gong)后(hou)，100%經滲透試驗，T6熱處理(li)(li)，然后(hou)送到加工(gong)(gong)工(gong)(gong)廠進行精加工(gong)(gong)。

發動機高壓油(you)路系統

經過十馀年的研究和實踐，相關電腦軟件快速發展，使消失模的工藝設計建立在更科學的基礎上。在工藝和模具設計制造領域，建立了先進實用的CAD/CAM/CAE系統，可以準確、高效地生產像六缸缸體、缸蓋之類復雜高質量的模具；通過應用軟件（如Flow 3D）類比金屬液充型、凝固過程的流動場和溫度場，可預測鑄件產生缺陷的部位；并著手進行泡沫珠粒射料過程的流場類比和模樣在模具中加熱、冷卻過程中溫度場的變化規律類比。成功實現了曲軸、變速箱、差動器、離合器、進氣管、排氣歧管、發動機缸體和缸蓋的工業化生產。

中國

20世紀90年代中后期，LFC法在中國獲得較廣泛的生產應用和快速發展，在不到十年的時間里，中國消失模鑄造技術已發展到一個新的階段，在產品質量逐步提高地同時，鑄件也由簡單的耐磨零件擴展到變速箱體等復雜鑄件。2003年前后，山西華恩集團、重慶南川天寶特種鑄造有限公司、福州福清躍龍公司、溫州歐海實型制造有限公司等、安徽全柴動力股份有限公司等企業，采用消失模技術主攻缸蓋、缸體，初步獲得成功，開始走向市場，但由于受到增碳、氣孔等鑄造缺陷的困擾，還未能實現低廢品率的大批量工業化生產。

發動機缸體、蓋的制造水平是衡量國家的制造業水平的重要標志之一，消失模鑄造技術使得這類零件設計更為柔性、集成度高，減輕鑄件重量，提高燃油效率。中國缸體、蓋的消失模鑄造技術還剛起步，處于技術革新期，需要有一個艱苦的技術積累過程，但前景光明。

本文標簽：消失模鑄造技術

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