绿色铸造的典型工艺方法及其关键技术

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1、绿色铸造的典型工艺方法及其关键技术樊自田、吴志超、董选普、叶升平、黄乃瑜（华中科技大学材料成形与模具技术国家重点实验室,湖北武汉430027）【摘要】绿色铸造、清洁生产是21世纪铸造技术、材料及装备发展的趋势。本文介绍了最可能实现绿色铸造生产的两种典型铸造工艺方法：无粘结剂的消失模铸造和有粘结剂的水玻璃砂型铸造。重点阐述它们的工艺原理、应用特点及关键技术，并就目前这两种工艺方法的应用中存在问题及其发展方向进行讨论。【关键词】绿色铸造工艺、环境保护、消失模铸造、水玻璃砂型铸造能源消耗和环境污染给中

2、国经济的可持续行造型，模样不取出呈实体铸型，浇入金属液汽发展带来了巨大的压力，中国国家发展的“十一化并取代泡沫模样后形成理想的铸件（如图1五”规划，将节能减排、绿色制造和循环经济作所示）。自上世纪六十年代消失模铸造技术问世[1]为国家社会和经济发展的重点。面向21世纪以来，消失模铸造技术应用经过快速成长、已进的铸造技术将朝着绿色铸造工艺方法和材料装入成熟期（如图2所示），在工业中（尤其是汽[4~5]备的方向发展。车行业）获得了广泛的应用。砂型铸造是铸造工艺的主要方法，它占整个铸件产量的80%~9

3、0%。由造型材料带来的固体污染、粉尘污染及空气污染最为严重，实现砂型铸造的绿色清洁生产是实现绿色铸造的关键[2~4]。为此，应尽量采用环境友好的无机粘结剂或少粘结剂的铸造工艺，这对改善铸造条件、解决旧砂的再生回用问题大有益处，对环境的压力也将大大减小。图1消失模铸造的模样及铸件[5]在目前涉及的砂型铸造的各种方法中，采用1.1消失模铸造的主要特点无粘结剂散砂造型的消失模铸造和采用无机粘消失模铸造的主要特点包括：结剂的水玻璃砂型铸造，是最可能实现绿色铸造①.属近无余量、精确成形的工艺。消失模生产的

4、工艺方法。无粘结剂的消失模铸造被誉为铸件尺寸精度和表面粗糙度接近熔模精密铸造“21世纪的铸造新技术”、“铸造中的绿色工程”水平。由于充填砂采用干砂，铸件废品率显著下等，水玻璃砂被国内外的许多专家称为最有可能降，铸件质量显著提高。实现绿色铸造生产的型砂，它们在21世纪将有②.容易实现清洁生产。室温下的泡沫模样广阔的应用前景。材料对环境无害，浇注后燃烧产物经净化后对环境无公害，旧砂回用率在95%以上。工人劳动1消失模铸造工艺强度大大降低，劳动环境显著改善。消失模铸造又称实型铸造，是采用与所需铸③.更

5、大的铸件结构设计自由度。原由多个件形状、尺寸完全相同的泡沫塑料模代替铸模进零件加工组装的构件，采用消失模铸造可以通过20分片制模然后粘合的办法整体铸出，无需砂芯，铸件孔、洞可以直接铸出。图2消失模铸造技术的应用趋势④.金属液流动前沿的热解产物，易与金属④.模样应具有一定的强度和刚度，以保证液发生反应并影响金属液的充填过程。充型过程在取模、干燥、粘合、运输和涂敷涂料、填砂、中的热解产物如不能顺利排除，易产生气孔、皱装箱等操作过程中不被损坏或变形。皮、增碳等缺陷。正确的设计浇注系统，合理的（2）涂料

6、及涂敷技术制定工艺方案十分重要。涂料配制及涂敷干燥是获得优质铸件的重⑤.泡沫模样的成形模具的制造成本及精度要环节。消失模铸造涂料应满足如下要求：较高，适合大批量铸件的生产。①.在泡沫塑料模样上有很好的涂挂性；[5~7]1.2消失模铸造关键技术②.消失模铸件表面粗糙度与涂料层厚度是消失模铸造的关键技术包括：泡沫模样材料否均匀、涂层表面是否光滑等直接相关，因此要及成形技术、涂料及涂敷技术、干砂及振动紧实求涂料有较好的流动性；技术、工艺设计及浇注控制技术、废气净化处理③.消失模铸造涂料还应有足够的强度

7、、很[6]技术等。好的透气性及耐高温性能。（1）泡沫模样材料及成形技术（3）干砂及振动紧实技术模样是消失模铸造成败的关键，消失模模样消失模铸造的造型紧实是获得良好铸件的要满足如下性能要求：重要工序。如果控制不当，就不可避免地产生废①.成形性能好，模样表面光滑，没有明显品或其他缺陷，必须遵守一定的操作规程：凸起和凹陷，珠粒间融合良好，形状和尺寸准确①.干砂一般选择石英砂，其粒度分布应相地符合模样图的要求；对集中，粒径范围根据铸件大小和壁厚选择；②.模样内不允许有夹杂物，密度不得超过②.模型簇在砂箱

8、中的方位应有利于干砂的3允许的上限（密度通常为16~25kg／m），以使充填和紧实，尽量避免模型上的凹陷部位和盲孔热解产物尽量少，保证金属液顺利充填，且不产朝向底部，产生不能紧实或紧实不均缺陷；生铸造缺陷；③.干砂充填建议采用雨淋式加砂，有利于③.模样在涂敷涂料前，必须经干燥处理，干砂的均匀加入，避免对模型造成冲刷和撞击；减少水分并使尺寸稳定；为了防止在振动过程中模样变形，振动紧实时宜21采用高频低振幅的微振方式；为了实现均匀紧实合金具有自然的保护作用；采用干砂负压造型，和充分紧实，应采用三维变