EPC概況

從總體上看，目前我國消失模技術(shù)還處在較低的水平上在鑄造復(fù)雜程度上以及質(zhì)量水平方面。在技術(shù)程度性，商品化以及機(jī)械自動(dòng)化程度等方面與先進(jìn)工業(yè)國還有較大差距。先進(jìn)工業(yè)化國家已經(jīng)成功的大批量生產(chǎn)了汽車的四缸體，缸蓋等復(fù)雜鑄件，生產(chǎn)率達(dá)180型/小時(shí)。 排氣管，殼體類等比較簡(jiǎn)單的鑄件，生產(chǎn)率僅30型/小時(shí)以下。所生產(chǎn)鑄件的精度和表面粗糙度也有相當(dāng)大的差距，但是消失模鑄造這項(xiàng)新技術(shù)在我國的發(fā)展前景是非常樂觀的。

工藝分類

1. 用板材加工成形的氣化消失模鑄造

用板材加工成形的氣化模鑄造的主要特點(diǎn)是:

模樣不用模具成形，而是采用市售的泡沫板材，用數(shù)控加工機(jī)床分塊制作，然后粘合而成。通常采用樹脂砂或水玻璃砂作填砂，也有人采用干砂負(fù)壓造型。

這種方法主要適用于中、大型鑄件的單件、小批生產(chǎn)，如汽車覆蓋件模具、機(jī)床床身的生產(chǎn)等。通常稱這種方法為 Full Mould Casting，簡(jiǎn)稱FMC法。

2.用模具發(fā)泡成形的消失模鑄造

用模具發(fā)泡成形的消失模鑄造的主要特點(diǎn)是，模樣在模具中成形和采用負(fù)壓干砂造型。它主要使用于中、小型鑄件的大批生產(chǎn)，如汽車和拖拉機(jī)鑄件，管接頭，耐磨件的生產(chǎn)。通常稱這種方法為L(zhǎng)ost Foam Casting，簡(jiǎn)稱LFC法。

1 預(yù)發(fā)泡

模型生產(chǎn)是消失模鑄造工藝的第一道工序，復(fù)雜鑄件如汽缸蓋，需要數(shù)塊泡沫模型分別制作，然后再膠合成一個(gè)整體模型。每個(gè)分塊模型都需要一套模具進(jìn)行生產(chǎn)，另外在膠合操作中還可能需要一套胎具，用于保持各分塊的準(zhǔn)確定位，模型的成型工藝分為兩步，第一步是將聚苯乙烯珠粒預(yù)發(fā)到適當(dāng)密度，一般通過蒸汽快速加熱來進(jìn)行，此階段稱為預(yù)發(fā)泡。

2 模型成型

經(jīng)過預(yù)發(fā)泡的珠粒要先進(jìn)行穩(wěn)定化處理，然后再送到成型機(jī)的料斗中，通過加料孔進(jìn)行加料，模具型腔充滿預(yù)發(fā)的珠粒后，開始通入蒸汽，使珠粒軟化、膨脹，擠滿所有空隙并且粘合成一體，這樣就完成了泡沫模型的制造過程，此階段稱為蒸壓成型。成型后，在模具的水冷腔內(nèi)通過大流量水流對(duì)模型進(jìn)行冷卻，然后打開模具取出模型，此時(shí)模型溫度提高且強(qiáng)度較低，在脫模和儲(chǔ)存期間必須謹(jǐn)慎操作，防止變形及損壞。

3 模型簇組合

模型在使用之前，必須存放適當(dāng)時(shí)間使其熟化穩(wěn)定，典型的模型存放周期多達(dá)30天，而對(duì)于用設(shè)計(jì)獨(dú)特的模具所成型的模型僅需存放2個(gè)小時(shí)，模型熟化穩(wěn)定后，可對(duì)分塊模型進(jìn)行膠粘結(jié)合。分塊模型膠合使用熱熔膠在自動(dòng)膠合機(jī)上進(jìn)行。膠合面接縫處應(yīng)密封牢固，以減少產(chǎn)生鑄造缺陷的可能性。

4 模型簇浸涂

為了每箱澆注可生產(chǎn)更多的鑄件，有時(shí)將許多模型膠接成簇，把模型簇浸入耐火涂料中，然后在大約30~60℃的空氣循環(huán)烘爐中干燥2~3個(gè)小時(shí)，干燥之后，將模型簇放入砂箱，填入干砂振動(dòng)緊實(shí)，必須使所有模型簇內(nèi)部孔腔和外圍的干砂都得到緊實(shí)和支撐。

5 澆注

模型簇在砂箱內(nèi)通過干砂振動(dòng)充填堅(jiān)實(shí)后，鑄型就可澆注，熔融金屬澆入鑄型后(澆注溫度鑄鋁約在760℃,鑄鐵約在1425℃，模型氣化被金屬所取代形成鑄件。圖1.1所示是消失模工藝的砂箱和澆注示意圖。在消失模鑄造工藝中，澆注速度比傳統(tǒng)空型鑄造更為關(guān)鍵。如果澆注過程中斷，砂型就可能塌陷造成廢品。因此為減少每次澆注的差別，最好使用自動(dòng)澆注機(jī)。

6 落砂清理

澆注之后，鑄件在砂箱中凝固和冷卻，然后落砂。鑄件落砂相當(dāng)簡(jiǎn)單，傾翻砂箱鑄件就從松散的干砂中掉出。隨后將鑄件進(jìn)行自動(dòng)分離、清理、檢查并放到鑄件箱中運(yùn)走。干砂冷卻后可重新使用，很少使用其他附加工序，金屬廢料可在生產(chǎn)中重熔使用。

EPC是一種進(jìn)無余量精確成形的工藝。其特點(diǎn)是采用遇金屬即消失的泡沫塑料做模樣，既無分型又無分型芯。模樣無起模斜度，鑄件無飛邊毛刺，還減小了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分別達(dá)到IT5-IT7，Ra=6.3~12.5μm,接近熔模精密鑄造水平。由于采用干砂，根除了由于水分，粘結(jié)劑和附加物帶來的缺陷，鑄造廢品率顯著下降，鑄件質(zhì)量顯著提高。該工藝對(duì)工人的操作水平要求不高，對(duì)鑄造行業(yè)很有吸引力。容易實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。低溫下聚苯乙烯(EPS)對(duì)環(huán)境完全無害，澆注時(shí)排出的有機(jī)物也少;EPS有機(jī)物 排放量?jī)H占澆注鐵液質(zhì)量的0.3%。而自硬砂為0.5%。同時(shí)生產(chǎn)有機(jī)排放物的時(shí)間短，地點(diǎn)集中，易于收集，可以采用負(fù)壓抽吸式燃燒凈化處理，燃燒產(chǎn)物凈化后對(duì)環(huán)境無公海，舊砂回用率在95%以上。與傳統(tǒng)鑄造方法相比。EPC法的噪聲，一氧化碳?xì)怏w和硅石粉塵危害明顯減小，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大大降低，勞動(dòng)環(huán)境顯著改善，容易實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，自動(dòng)化的清潔生產(chǎn)。為主見結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了充分的自由度。原先要由多個(gè)零件加工組裝的構(gòu)件，采用EPC工藝后可以通過分片制模然后粘合的辦法整體鑄出，而且型芯可以省去，孔、洞可以直接鑄出，這就大大節(jié)約了加工裝配的費(fèi)用，同時(shí)也可以減少加工裝備的投資。一般說來，與傳統(tǒng)鑄造工藝相比，EPC技術(shù)設(shè)備投資可減少30%~50%，鑄件成本可下降10%~30%。金屬液的流動(dòng)前沿是熱解的消失模產(chǎn)物(氣體和液體)。它會(huì)與金屬液發(fā)生反應(yīng)并影響到金屬液的充填。如果金屬充型過程中熱解產(chǎn)物不能順利排除，就容易引起氣孔、皺皮、增碳等缺陷。這就要求工藝師掌握消失模鑄造成形原理，正確設(shè)計(jì)澆注系統(tǒng)，制定合理的工藝方案。模具的制造成本較高，要求有一定的生產(chǎn)批量。否則很難獲得好的經(jīng)濟(jì)效益。

綜上所述，消失模鑄造符合當(dāng)今鑄造技術(shù)發(fā)展的總趨勢(shì)，有著廣闊的發(fā)展前景。其優(yōu)越性不容質(zhì)疑，但是它不是萬能的它有特定的應(yīng)用范圍。具體的產(chǎn)品對(duì)象采用什么鑄造工藝最合適，必須經(jīng)過技術(shù)上的可行性以及經(jīng)濟(jì)上的合理性的充分論證，切不可盲目從事。

1.合金種類

幾乎所有的鑄鐵、鑄鋼和非鐵合金(即有色合金，如鋁合金、鎂合金、銅合金等)都可以采用EPC法生產(chǎn)。在我國2001年生產(chǎn)的68,000t消失模鑄件中，絕大部分是鑄鐵和鑄鋼件，鋁合金鑄件微乎其微，而美、德、日等工業(yè)發(fā)達(dá)國家鋁合金鑄件卻占主導(dǎo)地位。

由于消失模樣熱解產(chǎn)物會(huì)造成增碳、黑渣等缺陷，在鑄造低碳鋼鑄件以及要求致密度極高的汽車球鐵保安件時(shí)，廢品率還比較高，選用時(shí)應(yīng)該特別慎重。

2.鑄件大小和壁厚

EPC法一般都在流水線上組織批量生產(chǎn)，鑄件的最大尺寸收模具和砂箱大小的限制，最適合的鑄件質(zhì)量通常從幾公斤至幾百公斤，如果采用專用砂箱，也可以鑄造成噸的大件。如果單件、小批生產(chǎn)，則可以生產(chǎn)質(zhì)量為幾噸甚至幾十噸的大件。

鑄件的壁厚受泡沫塑料粒度大小的限制，一般要求最小壁厚的截面上至少有3顆粒度，因此鑄件的最小壁厚應(yīng)大于3mm。

3.生產(chǎn)批量

由于模具的設(shè)計(jì)、制造周期長(zhǎng)，成本高，因此要求鑄件有一定得生產(chǎn)批量，不然分?jǐn)偟矫總€(gè)鑄件上的費(fèi)用將使鑄件價(jià)格變得昂貴，難為用戶所接受。通常要求EPC法的生產(chǎn)批量為數(shù)千件或者更多。批量較小或單個(gè)試制件的模樣可以通過板材數(shù)控加工的辦法分塊制造粘合而成。

4.結(jié)構(gòu)形狀

EPC法對(duì)對(duì)鑄件結(jié)構(gòu)形狀的適應(yīng)性比其他方法都強(qiáng)，而且越是結(jié)構(gòu)復(fù)雜，原來用砂型鑄造時(shí)需要使用的砂芯越多、機(jī)加工量越大的鑄件，采用消失模鑄造技術(shù)的優(yōu)越性就越突出，經(jīng)濟(jì)效益也越顯著。譬如，美國Mercury Marie公司曾生產(chǎn)一種新型的三缸兩沖程缸體鑄件，包含缸蓋和排氣循環(huán)系統(tǒng)，原先是由13個(gè)零件組裝而成，還用了12個(gè)密封墊和42個(gè)緊固螺釘。重新設(shè)計(jì)后，變成一個(gè)消失模鑄件，有6個(gè)模片粘合而成，整體鑄出，大大減少了加工工時(shí)和裝配工作量。

EPC法可以大大擴(kuò)展鑄件形狀結(jié)構(gòu)范圍，給設(shè)計(jì)師更大的自由度。對(duì)于一些結(jié)構(gòu)上有窄槽、夾層通道的鑄件處理措施，不然容易產(chǎn)生夾砂等缺陷。