二 实型铸造历史回顾

实型铸造，即气化模铸造或称消失模铸造，是由美国人H.F Shroyer 1956 年首先试验成功，应用于金属雕像等艺术铸件的生产。西德亚琛工业大学教授A.Witmoser 与Hardman公司合作于1962年开始在工业上应用。初期，实型铸造主要是应用于单件大型铸件的生产，20世纪60 年代至70 年代，人们借助磁场“固化”铁丸开发磁型铸造方法，"20 世纪80 年代以来，基本确立了以真空负压、干砂造型为特征的第三代实型铸造。

我国实型铸造发展历程

我国从20 世纪60 年代中期，由机械研究院和上海机械制造工艺研究所开始了对实型铸造的研究及生产试验。早期主要是应用泡沫塑料板型材，加工成模样进行实型铸造的生产。《铸造》1972 年第5期介绍了上海重型机器厂设计圆形薄片铣刀、叶片式铣刀， 实现对泡沫塑料的低速加工。《铸造》1973 年第1 期报道了成都空压机厂、齐齐哈尔二机床厂采用实型铸造生产汽车空压机、409汽车发动机塑料模及芯盒。《铸造》1975 年第2期刊登的上海机械学院《锚链磁型铸造工艺试验》文章：该试验采用1-1.5mm 的铁丸作原砂，磁场电源采用可控硅半波整流；模样通过蒸锅发泡成型，用CMC 改性2127树脂粘结剂、石油磺酸作固化剂的涂料， 生产Φ46mm 的锚链套环。此外，上海机械学院还进行了采用超薄壳涂层磁型铸造工艺生产大型钨钢钻头的实验。进入20 世纪90年代， 我国掀起了实型铸造研究和应用的热潮，对实型铸造的模样材料、成型工艺、涂料技术、工装设备等各个环节进行了大量的研究，取得了一定的成就。实型铸造工艺方法在我国获得了较广泛的应用。

 模样材料及成型

实型铸造过程中，在液态合金的热作用下，模样材料发生软化、熔化、汽化、裂解、燃烧，形成一系列的液相、固相和气相热解产物，同时，热解产物的组成以及在型腔中的发气量与热解温度有关，热解产物对铸件的质量产生重要的影响，模样材料是实型铸造的一个关键因素。模样材料应具有：密度小，热解产物少，减少烟气和排出物；一定的强度，抵抗外力的作用，保证铸件的精度；低的导热性，减少过快分解引起铸型塌陷。模样材料我国主要采用EPS 材料。EPS材料价格便宜，发泡成型控制容易，但在高温分解时产生的残余碳，给铸铁件带来碳缺陷，也会使低碳钢铸件产生增碳现象。新近开发了PMMA 及EPMMA-EPS 共聚物，PMMA 强度高，其结构比EPS少3 个碳原子，且不含苯环结构，可在很大程度上减少碳缺陷。热解产物以气相为主，软化温度比EPS高，但PMMA在高温时，其发气量和发气速度均比EPS高，影响合金液的充型能力。EPMMA-EPS 共聚物综合了PMMA 和EPS 两者的性能，具有浇注时黑烟少、抗压强度高、能有效地解决铸造的“渗碳”现象等优点，有望在消失模铸造生产上代替EPS 模样。

 涂料

涂料是实型铸造的又一个关键技术。实型铸造中引入涂料，提高模样的刚度、强度，分离模样与铸型，防止粘砂及铸型塌陷。涂料应具有足够高的强度；涂料也应具有优良的透气性，使浇注过程中模样在高温下的分解产物能及时地通过涂层排出；涂料还应具有好的工艺性能。宗俊峰等研究了涂料强度及透气性对强度影响最大的是粘结剂中的有机粘结剂，而对透气性影响最大的是耐火材料的颗粒大小及粘结剂的加入量，应根据铸件的材质和其结构特点，综合考虑强度和透气性。《铸造》2000 年第12 期刊登了刘兰俊的文章，对涂料进行了分析和研究：涂料应由多种有机和无机粘结剂组成，常温强度由有机和无机粘结剂共同建立，高温强度主要依靠无机粘结剂；利用有机粘结剂高温燃烧掉，提高涂料的透气性；耐火填料及其粒度分布是影响涂层透气性和致密度的重要因素，合理的耐火填料及其粒度分布可在保证涂层具有一定致密度的前提下，获得较高的透气性。在热的作用下，涂料中耐火材料和粘结剂不同程度的发生变化，对涂料透气性有一定的影响。对涂料透气性的要求，是为在浇注的高温时，能排出热解产物。涂料应测量其高温的透气性。

负压造型

实型铸造通常采用负压干砂振动造型。它不仅要求砂子快速到达模样周围形成足够的紧实度，而且在紧实过程中应使模样变形较小，以保证浇注后形成轮廓清晰、尺寸精确的铸件。干砂在振动状态下的充填紧实过程，是个极其复杂的散粒体动力学过程。郭太明等研究了干砂负压造型的铸型的强度特性，铸型的强度远远大于湿砂型的强度，与高压造型强度相接近。《铸造》1998 年第8 期发表了李增民研究振动参数对铸型的影响的文章：振动时间、振动频率、振幅、振动方式及加速度等振动参数中， 以加速度的影响最大；振动方式对复杂铸件铸型的紧实均匀性影响大。为了提高铸型的稳定性，防止铸型的坍塌，对铸型施加负压，负压有利于抽吸模样的热解产物，提高涂料的透气性，减少缺陷，改善充填能力，干砂颗粒相对集中、粗大有利于负压的建立和保持，热解产物对负压度影响大。

铸造充型及缺陷

实型铸造充填过程中，由于模样热解及与金属液之间的相互作用，导致金属液充型时的流场、温度场、充型能力以及铸造缺陷的产生等，完全不同于普通湿砂型铸造。金属液的充型过程包括传质、传热、流动、化学反应及凝固等。在金属液与模样之间，存在着气隙及反压阻力，增加涂料的透气性、减小涂料层厚度，减小模样的发气性、降低模样密度，提高金属液的静压头，均有利于热解产物的排逸，使气隙内气体反压阻力减小，增加充型能力。气隙的大小和形状，与热解产物、排逸条件、涂料及浇注工艺密切相关。实型铸造生产铸钢件易产生增碳，生产铸铁件易产生碳缺陷，生产铝铸件易产生针气孔。王忠柯等分析认为：模样热解形成富集碳，与金属液在充填过程中存在着对流传质，充填结束后存在着扩散传质现象，增加热解物与涂层的湿润能力，底注式，从铸件的薄壁处引入内浇口，都有利于热解产物的排除；涂层中加入氧化性物质，可减少富碳物质的产生，从而，可减轻增碳缺陷。纪朝辉等认为：铸铁件充填过程中，产生脉动式流动，金属液流前沿的温度低于液相线时，产生薄壳波纹，富集碳的温度低于液相线时，产生薄壳波效，富集碳呈皱皮状。加速充填，加大涂料的透气性，减少热解潜热，降低发气量，都可减轻或防止皱皮的产生。加大对铝合金精炼处理，提高铝合金的浇注温度，控制浇注速度和涂层的透气性，抑止紊流，保持平稳充填，可避免铝合金铸件针气孔的出现。