消失模铸造工艺设计
王仲珏 教授
2007年6月
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消失模铸造工艺设计
一、总论 二、制模工艺 三、浇注系统设计 四、涂料 五、填砂与浇注
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一、总论
▪ 消失模铸造工艺设计目的：获得表面和内 部质量较好的优质铸件。
▪ 消失模铸造工艺特点：消失模的型腔是实 型的，且有泡沫塑料模样，高温浇注时， 模样气化消失。
3）气化模表面刷、喷特制耐火涂料并烘干；
4）将特制隔层砂箱置于振动工作台上；
5）填入底砂（干砂）振实，刮平；
6）将烘干的气化模放于底砂上，填满干砂，微振适当
时间刮平箱口；
7）用塑料薄膜覆盖，放上浇口杯，接真空系统抽真空，
干砂紧固成型后，进行浇注，气化模气化消失，金属液
取代其位置；
8）释放真空，待铸件冷凝后翻箱，从松散的砂中取出
埋型操作时，需考虑气化模在砂箱中的
合理位置，使它与箱壁之间有合理的距离，
即吃砂量。只要具备一定厚度的吃砂量，
在抽真空后才能产生足够的强度，形成坚
固的铸型，使其能承受住金属液静压力的
作用。
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确定浇注位置时应注意以下几点： ▪ 重要的加工平面要朝下或垂直放置； ▪ 模样的大平面应垂直或倾斜放置； ▪ 尽量将气化模上具有开口部分（如空穴及
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三、浇注系统的设计
→铸件典型浇注系统由浇口杯（外浇口）、直浇道、 直浇道道窝、橫浇道和内浇道等部分组成。能否 获得健全的铸件，与浇注系统结构和形式有很大 的关系。如果设计不合理，就可能使铸件产生气 孔、缩孔和冷隔等缺陷。消失模铸造还会出现特 有的皱皮、冷隔状夹杂和铸钢件的渗碳等瑕疵。
→浇注系统的设计应该有利于金属液顺利平稳地充 满整个型腔，而且具有良好的浮渣和排气能力， 以获得无缺陷的优质铸件。消失模浇注系统的位 置安放自由，不受起模、合箱、抽芯的限制。因 此可以放在最理想的位置上。对各种大、中、小 型，各种材质、形状复杂的铸件都适用。
凹槽等）朝上安放，便于填砂紧实； ▪ 便于开设浇、冒系统和除渣排气通道； ▪ 利于造型材料的填充，避免形成死角区； ▪ 尽量满足凝固原则，就是使截面的横截面
积自上而下逐渐增大； ▪ 模样在砂箱中的位置应有利于干砂充填，
尽量避免水平面和水平向下的盲孔 。
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→浇注系统形式的选择
按金属液注入铸型（或内浇道）位置的不同， 浇注系统可分为以下几种（如图2.所示）：顶注； 上（侧）注；下1/3处浇注；阶梯浇注；底注；下 雨淋浇注。其中，下1/3浇注较为常用。
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（3）熟化：予发泡后的珠粒在使用前需在空气中 进行十几小时的熟化处理，让空气渗透到珠粒的 泡孔内，使其状态稳定，恢复弹性和再膨胀能力。
（4）制模：制模在制模机上进行，将熟化后的聚苯 乙烯珠粒用压缩空气发送到模具内，通入蒸汽使 其软化膨胀，珠粒间受热融合，黏结成型，模具 冷却后开模，取出模样。
（5）组模：将制成的模样与切割的浇道、浇口等粘 接在一起，形成浇注模。
阶梯式浇注系统兼有顶注和底注两种浇注方式的 优点，有利于铸件的顺序凝固和排气浮渣。但浇注系 统的模样制作复杂，塑料模样成品率低，浇注时易引 起冷隔缺陷，一般用在高大的铸件上。
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液态金属 注入
气 金
▪ 图1.浇注过程各种压力平衡 ▪ Ph—砂型对涂料的压力； ▪ P气—泡沫塑料分解物气体压力； ▪ P金—液态金属对涂料及砂型的压力
抽真空
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→浇注位置的设计
确定浇注位置在很大程度上着眼于控制 铸 件的凝固。实现顺序凝固的铸件，可以
消除缩孔、缩松，保证获得致密铸件，在 这种条件下，浇注位置的确定应有利于安 放冒口。
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→无论采用哪一种珠粒制模，其制模工艺过程都是相 同的。其工艺过程如下： 原料 → 预发泡 → 珠粒熟化处理 → 制模 → 模 样的熟化 →模样组合 （1）原料(EPS、EPMMA、STMMA等)采用聚苯乙 烯珠粒，聚苯乙烯塑料具有发气量 低，残留物量少， 密度小、气化迅速、价格适中等优点。 （2）予发泡：聚苯乙烯在制模之前，必须经过予发 泡处理，来调整并获得所需的粒度和密度。
铸件。
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二、制模工艺
▪ 目前，消失模模样所用的原材料主要有可发泡聚 苯乙烯（EPS）、可发泡聚甲基丙烯酸甲酯 (EPMMA)、苯乙烯和甲基丙烯酸甲醋的共聚物 （STMMA）等。EPS模样发气量 低，残留物量 少，密度小、气化迅速、价格适中等优点，但 EPS模样容易引起铸铁件表面产生光亮碳缺陷和 使铸钢件表面增碳，而采用EPMMA模样对解决 增碳、皱皮、黑渣等缺陷非常有效，但是， EPMMA的发气量大，约是EPS的1.5倍。 STMMA是苯乙烯和甲基丙烯酸甲醋的共聚物，兼 有前两者的优点。
▪ 消失模铸造优点：精度高、污染小、低成 本 ，可以铸造各种材质定于：“白区”、“黑区”
生产线的方案设计和设备配套水平；消失模铸造工艺及
浇注系统设计；消失模涂料的品质和浸涂、烘干工艺。
消失模铸造工艺流程为：
1）制作泡塑气化模；
2）组合浇注系统；
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→浇注系统设计的原则： ▪ 保证金属液能充满型腔。（如图1） ▪ 浇注系统的安排要考虑到模样束在砂箱中的
位置，便于填砂紧实。 ▪ 浇注系统的设计要保证模样束的整体强度。 ▪ 内浇道的个数、位置对金属液充型方向的影
响。 ▪ 浇注系统多采用简单的形式。 ▪ 金属液压头应超过金属前沿的界面气体压力，
以防呛火（反喷）。
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图2.浇注系统的形式 a)顶注 b)上注 c)下1/3处浇注d)阶梯浇注 e)底注 f)下雨淋浇注
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底注式浇注系统充型时内浇道处于被淹没状态，金 属液流平稳，不易氧化，也没有激溅；可以抑制气化 模的发气量，同时金属液上升的方向与泡沫分解气化 的方向一致，有利于浮渣。缺点是当铸件高度较高时， 越往上升金属液的温度越低，不利于顶部冒口的补缩； 金属液上升速度慢，铸件表面易出现碳缺陷，尤其是 厚大铸件。
顶注式浇注系统的优点是，充型时间最短、 浇速快，防止塌箱；满足顺序凝固要求，补缩作 用好，而且有利于防止浇不足和冷隔缺陷。缺点 是难以控制流速，容易使残留物卷入，对型腔的 冲击大，飞溅大。
侧注式浇注系统的优点，液体从模样中间引 入，可缩短内浇道的距离。侧柱金属液一进入型 腔就可以在360°角范围内向四周扩散，充型速 度快。