消失模铸造工艺特点及适用性的分析和研究111.doc

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甘肃畜牧工程职业技术学院

毕业论文

论文题目：

消失模铸造工艺特点及适用性的分析和研究

系别：

机械工程系

专业：

模具设计与制造

班级：

08.1班

学生姓名：

杨炯

指导老师：

寇元哲

完成日期：

2010年11月

目录

消失模铸造工艺特点及适用性的分析和研究 5

摘要 5

前言 6

第一章消失模铸造工艺特点 8

1.1工序简化工作周期短生产效率高 8

1.2劳动强度减轻工作环境改善 8

1.3提高铸件的尺寸精度 8

1.4增大了零件的设计自由度 9

1.5铸件质量好废品率低 9

1.6冒口设计方便金属液利用率高 10

1.7工艺技术容易掌握生产管理方便 10

1.8投资少见效快铸件生产成本低 10

第二章消失模铸造的适用性 12

2.1对铸型材料的适用性 12

2.2对铸件大小的适用性 12

2.3对铸件生产批量的适用性 13

总结 16

致谢 17

参考文献 18

毕业设计论文（设计）任务书

学生姓名

杨炯

专业班级

模具设计与制造08.1

指导老师

寇元哲

论文题目

消失模铸造工艺特点及适用性的分析和研究

研究的目标、内容及方法

目标：

消失模铸造是一种新型的铸造工艺方法；与国外的消失模铸造水平相比，我国的铸造水平还相差好几年，尤其在模具设计、制造、发泡成型等工艺阶段。

内容：

从消失模的工艺特点和适用性两个方面阐述论证了消失模的优点和工艺方法的广阔性、优越性、对铸件的适用性。

方法：

与传统铸造工艺方法相比较，从铸造工艺特点、适用性、经济性等分析了消失模的优点及缺点。

分阶段完成的工作

1.2010.6.2—6.20日确定毕业设计（论文）的选题，收集资料，整理资料，完成设计（论文）的任务书和开题报告；

2.2010.6.21—8.1日撰写设计（论文），完成第一稿，并交指导教师;

3.2010.8.2—8.9日指导教师阅改设计（论文）第一稿；

4.2010.8.10—8.31日修改设计（论文），完成第二稿，并交指导教师；

5.2010.9.1—9.9日指导教师阅改设计（论文）第二稿；

6.2010.9.10—9.30日修改设计（论文），完成第三稿，并交指导教师修改；

7.2010.10.1—10.7日指导教师阅改设计（论文）第三稿，并交学生修改

8.2010.10.8—10.15日指导教师评阅并打分，准备毕业论文答辩；

9.2010.10.20日前毕业论文答辩，评定学生最终设计（论文）成绩，评出系内优秀设计（论文）。

系部意见

毕业论文开题报告

题目

消失模铸造工艺特点及适用性的分析和研究

学生姓名

杨炯

班级

模具设计与制造08.1

指导老师

寇元哲

一选题的目标及意义

消失模铸造技术是一种新型的铸造工艺方法。

它是铸造行业和生产上的一大革命，受到国内外铸造工作者的普遍重视，获得了快速的发展。

它符合新世纪铸造技术发展的总趋势，有着广阔的应用前景。

有人估计，我国消失模铸造技术的发展水平与美国相比还相差10-15年，在模具设计、制造、发泡成型、涂料、白区和黑区的关键设备以及解决各类特有的缺陷等方面的问题，需要认真对待并逐一加以解决；提高整体技术水平，特别是生产复杂、高精密铸件方面要有突破。

与传统的砂型铸造相比较，其从工艺特点适用性两方面突出了消失模铸造的优越性。

二研究的基本内容和拟解决的问题

消失模与传统的砂型铸造相比较，其在工艺上有许多的优点，从生产成本的节省到工人劳动强度的改善，最至关重要的是从环境的角度出发，铸造过程中排出的废气便于采取措施，可集中处理。

对工人的工作环境有所改善，对环境保护有了显著提高。

在铸造行业中，每种铸造方法都有一定的适用范围，只有在这个范围内，才可能充分发挥出它的优势，得到满意的经济效果，消失模铸造方法也不例外，其也有一定的应用范围。

例如：

消失模主要铸造的是一些体积较大、结构较为复杂、特别是用那些普通砂型铸造不好分型、不好起模、不好下芯的铸件。

而对于结构简单，体积较小的铸件，用砂型铸造方法也可以生产出高质量的铸件，而且其生产效率，铸件成本比用消失模铸造方法生产低，这种情况下就不一定采用消失模铸造方法。

三研究的方法及措施

本文主要是通过消失模铸造方法与传统砂型铸造方法相比较而研究的。

在铸造前是否采用消失模铸造方法，要进行多种工艺、多方案认真比较。

这样才能更充分显示出消失模铸造的优越性和经济效益。

才能显示出消失模铸造技术的技术含量。

指导老师意见

签字：

年月日

系部（教研室）意见

签字：

年月日

消失模铸造工艺特点及适用性的分析和研究

摘要：

社会的发展尤其是现代的高速发展，对传统的铸造技术提出了越来越多的挑战，实现铸造过程机械化、自动化和专业化、追求工序简单、劳动强度轻、生产效率高、铸件质量好、精度高、环保等要求已成为现代铸造技术发展的必然趋势。

消失模铸造工艺正是在这种背景下形成和发展起来的，他是将真空密封造型法与实型铸造进行工艺嫁接而形成的一种新的铸造方法，是一种以实型的泡沫塑料模，干沙法或磁力造型采用的无粘接剂干燥的造型材料，与抽真空措施相结合的新的铸造方法——实型真空（或负压）造型法应用而生，这种利用泡沫塑料模和干砂（包括干燥的无粘接剂的石英砂，铁丸和钢丸）借重力或真空负压等物理方法紧实铸型的造型方法，称为消失模铸造法。

关键词：

消失模铸造工艺特点适用性

前言

在我国有几千年历史传统的铸造，主要用来生产机械零件的毛坯件，因为尽管发展到了今天，也出现了许多新的方法，但生产上应用最普遍的仍然是发展最早的砂型铸造。

传统砂型铸造通常又被称为翻砂。

它必须借助于铸模（用木材或金属制成）才能将砂型制成所需形状的铸型，但是这类用木材或金属制成的模样，必须在浇注前从铸型中取出，否则就无法浇注。

因此，这种工艺显得特别复杂、工序多、劳动强度大、生产周期长、成本高、而且铸件精度不够理想，甚至对某些复杂的零件还无法实现活块整体铸造，这就成了砂型铸造的致命弱点。

为了改善砂型铸造的状况，人们做了不少努力，但效果不大。

甚至对于那些单件小批量、形状较为复杂的大中形铸件，如何来实现“高效、优质、低成本”的生产要求，成了铸造工作者急待解决的新课题。

消失模铸造工艺正是在这种背景下形成和发展起来的，消失模铸造所特有的优点越来越多的被人们所公认，并越来越广泛地受到铸造界（尤其是制模和造型公认）的欢迎。

实践证明，这项新工艺是铸造行业中的一大革新，具有宽广的发展前景和无线的生命力，是一条多快好省发展铸造生产的有效途径，有利推动了铸造生产不断向前发展。

消失模铸造采用泡沫塑料取代了原来的空型腔呈实体的铸件，并且在浇注过程中泡沫模样是随金属液的推移而逐渐被汽化消失，模样和金属液同时存在，使铸型始终保持呈实体的状态，直至浇注完毕，模样完全被金属液所取代，凝固后即可得到所需要的铸件。

消失模铸造生产简图：

消失模铸造基本原理:

根据所需的铸件形状及尺寸，采用聚苯乙烯制备相应形状及尺寸的铸件模样和浇注系统模样，在模样表面均匀涂挂一层耐火材料，待涂料干燥后，将模样放在砂箱中填入干砂并紧实，造好型后，模样不取出进行浇注，在液体作用下，聚苯乙烯模样汽化、分解而消失掉，金属液取代聚苯乙烯模样所占据的空间，凝固后即可得到所需要的铸件。

消失模铸造工艺流程示意图：

第一章消失模铸造工艺特点

由于砂型铸造仍是我国普遍存在的主导方法：

以其为比较对象会发现消失模铸造有非常多的优越性，概括而言，消失模铸造法具有以下几种不同的工艺特点：

1.1工序简化工作周期短生产效率高

由于模具是整体的基本上不用型芯，又省去了型芯盒和芯骨制备以及型砂配置的工序；操作上又省去了取模、修型和配箱等许多工序。

因而缩短了生产周期，提高了生产效率，特别对单件、形状复杂的铸件，效果更显著。

按目前的生产水平统计，一般可提高制模效率0.5~3倍，提高制型效率2~5倍。

1.2劳动强度减轻工作环境改善

造型省去了脱模、修型和合箱等工序，大大减轻了劳动强度和改善了操作环境，而且该方法在浇注是产生的废气可通过密闭管道排放到车间以外以便进行净化处理，这样大大改善了生产现场的环境。

1.3提高铸件的尺寸精度

因模样不必从铸型中取出，没有分型面，又省去了配箱、组型等工序，避免了在普通铸造中因起模和配箱所导致的尺寸偏差，因而提高了铸件的尺寸精度（精密铸造）。

例如：

通常孔需要加工制出，而用消失模铸造工艺可直接铸造出直径大于6mm的孔。

孔径的重复精度相当好，误差一般在0.2%以内。

消失模铸造的铸件表面质量和金属型铸造的铸件质量非常接近，表面光滑，比砂型铸造的铸件表面粗糙度Ra值低，可达3.2~12.5um；铸件尺寸在铸造过程中只有很小变化，发泡成型机生产的模样尺寸几乎无变化。

铸件的脱模斜度很小（约~）或者为。

铸件的精度高可达IT7~IT9级，比传统砂型铸造提高1~2个级别；铸件尺寸公差很小，（见表1-1），加工余量最多为1.5~2mm，可以大大减少机械加工的费用，和传统砂型铸造方法相比，可以减少40%~50%的机械加工时间。

表1-1消失模铸造的铸件尺寸公差

单位：

mm

铸件尺寸

公差

<25

±0.17

25~80

±0.25

80~125

±0.30

125~175

±0.43

175~250

±0.003

>250

±0.002

1.4增大了零件的设计自由度

为铸件结构设计了充分的自由度。

消失模铸造方法又分型和必须取模的铸造工艺，减少了工艺性要求，使铸件受到的限制减少。

泡沫模样不需要芯子的优点，可使设计者铸出复杂的内腔，甚至多内腔的铸件，铸件壁也可以是曲面或变截面的。

1.5铸件质量好废品率低

造型后，铸件是一个整体的，没有分型面，不需要取模，也不必考虑脱模斜度，所以杜绝了铸件的错箱和表面的飞边、毛刺等缺陷，还避免了像普通砂型铸造因造型操作不慎遗漏在铸型内的残砂所导致的砂眼缺陷。

在设计铸型是可不考虑飞边、芯破裂、芯座和出砂问题。

对铸件生产者来说没必要提供专用制芯、混砂、下芯、清砂工具，不会产生破芯、坏芯以及使用芯子形成的气孔或其它问题，内腔不用粘性砂还可减少铸件清理费，没有芯座、芯撑、芯骨、飞边等减少了铸件最后的清理费。

有资料介绍说清理费估计可减少80%。

1.6冒口设计方便金属液利用率高

在砂型铸造中很难设计的球形暗冒口在消失模铸造中可以很方便地安置在任何位置；同时，由于容易在砂箱中将塑料模串起来实行群铸，因而，工艺节约浇注系统中的液态金属。

图1-1球形冒口和集渣冒口示意图图1-2板状铸件使用集渣包示意图

1—死角部位2—球状集渣包3—球形暗模口1—模样2—浇道3—死角4—集渣包

1.7工艺技术容易掌握生产管理方便

消失模铸造简化了模样制作工艺，简化了造型操作和工艺装备，使工艺技术容易掌握和普及。

同时，使用单一塑料，不用对造型材料进行日常性能检查；也不存在模样的保管和大批砂箱的堆放问题，因而车间的生产管理工作大大简化。

1.8投资少见效快铸件生产成本低

由于生产工序少，各道工序操作简便，使工艺装备的品种和数量大为减少。

消失模铸造不用庞大的砂型处理设备，用振动工作台代替了各种类型的铸造设备，造型材料可以完全回收使用，因此，投资少。

因本法工艺简单，技术易掌握，即使是十分复杂的铸件，一般制模工和造型工均可方便地制得。

就制模和造型操作来说，不仅可以增添设备，还可省去不少工装和刀具。

铸造成本低的原因是多方向的，如生产周期短、生产利用率高、铸件质量高、清理简单、人员工资少、专用设备及作业面积少等。

图1—3给出了消失模铸造与传统的湿砂型铸造在一些方面的成本比较：

但消失模工艺也有一定的的缺点，模具费工费时是显然的。

简单的模具可以铸出型腔，但模具座好以后再修改不仅难度大而且成本高，内浇道的尺寸比传统铸造工艺的要大，因此清理起来要费工。

为克服模样分解所产生的冷却效应，浇注系统尺寸偏大一些事必要的，但这样在某些情况下就降低了工艺出品率。

同时，振动紧实时模样会发生变形，从而导致铸件变形。

最困难的问题是，铝合金铸件的冷隔和皱皮缺陷以及灰铁和球墨铸铁中的碳缺陷，这些问题是由金属液中的碳缺陷，这些问题是由金属液中模样热解残留造成的，或是由此而显著家中的。

在黑色金属消失模铸件中粘砂也是一个重要的问题，这是由于振动紧实不当或热干扰原因引起的。

第二章消失模铸造的适用性

与其他的特种铸造法相比，消失模铸造的应用范围较为广泛。

但是每种铸造方法都有一定的使用范围，只有在这个范围内使用才可以发挥它对策优势，得到满意的经济效果，消失模铸造方法也不例外。

主要根据以下一些因素来考虑是否采用这种工艺。

2.1对铸型材料的适用性

理论上，凡是可以铸造的金属都可以采用消失模铸造法，在这一点上其适应性甚至超过砂型铸造。

例如，普通砂型铸造不能用于钛合金铸造，但采用Sic砂的消失模铸造法可以用浇注钛合金。

从生产实践来看，目前用消失模铸造浇注过的铸件材质有普通铸钢，耐热合金钢、不锈钢、铁镍合金、普通铸铁、合金铸铁、球墨铸铁、铸铝合金和铸铜等。

一般来说，铸造车间常用的金属材料都可用消失模铸造来浇注。

生产实践还证明，用该法浇注铸钢件、球墨铸铁建等熔点高的铸件材质是，表面无飞边、毛刺、粘砂情况少、清理容易、铸件表面质量明显高于砂型铸件。

2.2对铸件大小的适用性

消失模铸造生产的铸件，不像磁型铸造那样受磁间距大小的限制，只要磁极大小定了，磁箱大小也就定了。

对消失模铸造来说，砂箱大小直接决定消失模铸件的大小。

因此，消失模铸造对铸件大小的适用性要广泛的多，可以在同一振动工作台上放置不同尺寸的砂箱，因而可以十分方便地生产出各种铸件。

据有关资料显示：

到现在为止用消失模铸造浇注过的最大铸件为：

铸铁件5t；铸铜件2t以下；铸铝件104kg。

最大的铸铁薄壁件1200mm×800mm×800mm，壁厚10-12mm;铸铝薄壁件600mm×356mm×303mm，薄壁6mm。

但是，由于泡沫塑料模样的强度低，加上埋型操作时填料不可能绝对均匀，模样容易变形这就给浇注轮廓大、薄壁的铸件带来了一定困难。

因此，从方便操作和工艺水平考虑，消失模铸造以浇注2t（尤其是500kg）以下，壁厚大于4mm的铸件为宜。

2.3对铸件生产批量的适用性

对铸件生产批量的适用性是从经济效果这个角度提出来的。

消失模铸造每浇注一个铸件就要消耗一个泡沫塑料模样。

因此，存在一个用消失模法生产铸件的最佳问题。

最佳的生产批量必须考虑生产塑料所需的模具成本，对于那些不需要模具（塑料模有机械加工成型）或模具费用很低的铸件，可以不考虑生产批量问题。

但对于必须采用价格高昂模具或模具数量必须很多的铸件，尤其对1~2件的大型铸件，其经济效果最为显著。

如果泡沫塑料模与熔模精密铸造陶瓷型铸造及消失模铸造等结合使用，适于制造单件或小批量生产的，对精密和表面粗糙度要求较高的大型（20kg以下）精密铸件。

消失模铸造不存在与分型和起模有关的铸件结构工艺性的问题。

消失模铸造从工艺特点出发，特别适合于具有复杂结构（尤其是具有复杂内腔）、模样分型困难、造型困难铸件。

因此，消失模铸造为多品种、单件小批量及大批量铸件生产几何形状发杂的中小型铸件提供了新的生产途径。

消失模铸造对铸件结构的适用性非常强，特别是那些用普通砂型铸造不好分型、不好起模、不好下芯的铸件。

例如：

套筒类、缸体、螺旋桨、水泵叶轮、壳体等以及结构特别复杂、芯子特别多的铸件。

国外一些著名的大汽车公司，已成功地应运消失模制造工艺大批量生产复杂的汽车发动机缸体、缸盖、进气歧管等铝合金和铸铁件。

图2—1消失模铸造工艺过程图

与此相反，一些形状简单的，用砂型铸造法也可以生产出高质量的铸件，而且其生产效率、铸件成本比用消失模铸造方法生产低，这种情况下就不一定采用消失模铸造法。

另外，对于一些有狭窄的内腔、普通有夹层的情况，采用消失模铸造时必须谨慎，至少需要预先进行试验，才能投入生产。

不过我国在消失模技术的发展中，必须注意解决的问题是：

（1）产品必须对路。

消失模铸造是一种先进工艺，但它也有应用范围；一个铸件是否适合采用消失模铸造方法，要进行多种工艺、多方案的认真比较。

因为有一些铸件根本就不适合采用消失模铸造方法，而采用传统的砂型铸造方法可能从技术上更合适，或从经济利益上更好。

所以，项目前期工艺论证必不可少。

（2）消失模铸造技术要用于生产更复杂、更精确的中、高难度铸件。

例如复杂的箱体件，气缸盖和气缸体，才能更充分显现出消失模铸造的优越性和经济效益。

为此，围绕着生产中、高难度铸件必须攻克的及时关键，例如模样和铸件的尺寸精度变化规律、性能更好的涂料、振动紧实工艺以及缺陷的对策等，要认真逐一加以解决。

美国、德国等国家在汽车铸件的大量生产中已获得成功，而我国目前汽车工业正面临飞速发展的大好时期，相信消失模铸造技术在我国汽车铸造领域的应用也将会有一个崭新的局面。

（3）消失模铸造技术比传统的砂型铸造技术有更高的技术含量。

不管是生产泡沫塑料模样的“白区”，还是造型、浇注的“黑区”，都还有许多需要探索、研究的课题。

例如：

“白区”，涉及到模具的CAD/CAM、高分子预发泡材料和形成发泡工艺以及相关的预发、成型、胶合设备等多个方面，是一个多科学交叉的领域，需要有化学工程师、化工工程师、铸造工作者、模具和机械设计师、数控加工工程师的协作交流，研制粒度小而均匀、发泡倍率大、尺寸稳定、不变形的消失模珠粒材料，制定最佳发泡工艺规范，掌握发泡模具—泡沫塑料—模样—铸件之间的尺寸变化规律，为复杂模具的设计积累可靠数据；创建先进实用的模具CAD/CAM/CAE系统，开发高精度、高效率的制模机和粘合机，实现制模机和粘合机的系列化。

（4）我国消失模铸件黑色金属占绝大部分，而国外消失模铸造首先是从铝合金铸件取得突破，产量与黑色金属差不多，并已经可以大批量生产复杂的六缸缸体和缸盖铸件。

而我国的铝合金消失模铸造比较薄弱，与“轻量化”、“精确化”、的趋势不适应。

所以，必须注意大力加强铝合金消失模铸件生产技术的开发和应用。

应该研制铝合金专用涂料，解决铝合金铸件针孔、疏松缺陷，建立更多轻金属合金（铝合金、镁合金）铸件的消失模铸造生产线。

总结

消失模铸造是将真空密封铸造法与实型铸造进行工艺嫁接而形成的一种新的铸造方法，因而它保留了真空密封造型和实型铸造的主要优点，克服了它们各自的缺点和局限性。

与传统的砂型铸造等其它的铸造方法相比。

消失模铸造生产投资少、见效快、铸件的生产成本低；改善了工人的劳动条件、废气产物少；且集中在浇注、落砂处排放；便于采取控制措施、对环境保护有了显著提高；对工人的技术熟练程度要求降低、培训快；生产效率，铸件质量高；铸件设计自由度提高、不受铸件工艺限制；并且生产工序简化、设备、材料都较节省。

由于消失模有如此多的优点，所以与其它的铸造法相比，消失模铸造的应用范围更为广泛。

消失模铸造技术符合新世纪技术发展的总趋势，有着广阔的应用前景。

我国要从一个制造大国变成制造强国，必须大力发展提供更多无余量，精确成型的产品；铸件技术必须符合环境保护，可持续发展的大方向，实现清洁生产；同时适应个性化的市场需求，产品的结构设计要有更大的自由度，只要恰如其分地发挥它的特点和优势，前景是非常广阔的。

致谢

大学三年的学习以今天的毕业论文划下了一个圆满的句号，再此感谢在学习和活过程中给予我帮助的各位老师和同学。

本论文是在寇元哲老师的精心指导下完成的。

首先衷心感谢寇老师在我攻读大专期间，在学习上个给我的关怀。

从课题的确定到研究方法的选择都给我悉心的指导。

寇老师严于律己，宽以待人，渊博的学识，敏锐的洞察力，严谨治学的作风和精益求精的精神以及踏实勤恳的工作精神都给我留下了深刻的印象。

在我毕业课题的设计中，老师富于创造性的想法给予了我很多的启发和帮助，使我能顺利完成课题的研究和论文的撰写，也顺利完成了大专阶段的学业。

在本论文即将结稿时，特向寇老师表示最衷心的感谢，同时也感谢给我代课的各位老师和同学在学习和工作上给予我的帮助与支持。

参考文献

1.袁子洲.张劲松.陈秀娟.消失模精密铸造工艺研究，2003.

2.林勃.特种铸造.北京；机械工业出版社，1987

3.董秀琦.朱丽娟.消失模铸造实用技术.北京；机械工业出版社，2005

4.黄天佑.消失模铸造技术.北京；机械工业出版社，2004

5.梁光泽.实型铸造.上海；上海科学技术出版社，1990

6.林再学.樊铁船.现代铸造方法.北京；航空工业出版社，1991

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