先进制造工艺--精密洁净铸造成形工艺

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1、第二讲1.精密洁净铸造成形工艺气化模铸造工艺与设备概述气化模铸造按工艺方法主要分为两种：气化模-铡压铸造（EPC-V法）和气化模-精铸-负压复合铸造（EPC-CS法）。EPC-V法铸造是气化模-振动计紧实负压工艺。它利用气化模作一次性模型和不含水分、粘结剂及任何其他附加物的干砂造型，浇注和凝固期间铸型保持一定的负压度，由此获得近零起模斜度，可直接铸螺纹及曲折通道，表面光洁、尺寸精确、无飞边的近无余量少加工精密铸件。EPC-CS法复合铸造是气化模-精铸-振动紧实负压复合铸造工艺。它是用气化模代替蜡融出，将超薄型壳埋入无粘结剂干砂中，采用振动紧实造型，浇注和凝固期间铸型保持一定

2、的负压度，而获得表面光洁、尺寸精确的无余量精密铸件。气化模铸造是在实型铸造基础上发展起来的。实型铸造由美国H.F.Shoyer发明并于1958年获得专利。后经德国Witmoser等深入研究，1961年进入工业化生产，尤其对冶金矿山、造船和机械用大型、单件、小批量生产的铸件更为适宜，在工业生产中应用实型铸造的国家主要有美、英、法、俄、日、德、和中国等。由于实型铸造采用可消失的聚苯乙烯塑料模，不存在普通砂型铸造从铸型中取出模样的困难，简化了铸造工序，降低劳动强度和成本，提高了生产效率。但实型铸造存在着铸件表面质量差，尺寸精度低，易造成中、低碳钢铸件表面增碳和缺陷，因此限制了该工

3、艺的发展和应用。80年代，工业发达国家，在实型铸造基础上，针对上述问题进行了研究，推出了EPC-V法铸造工艺，引起了铸造界的关注，认为这是铸造行业上的一项突破。福特、通用、菲亚特等汽车公司已开始应用该工艺生产汽车、发动机和涡轮机用铸件，如图28所示。该工艺在欧洲、美洲、日本及中国也等到大力开发和应用。然而，EPC-V法铸造工艺易于在铸件内存在气化残物和造成中、低碳钢铸件表面增碳、增氢缺陷[59]，一般渗碳层深度为0.5～2.5mm，渗碳量（质量分数）在0.01%～0.6%之间，使铝合金铸件的气密性较差，从而限制了EPC-V铸造在生产铸铝、铸钢件中的应用。为此，英国Fosec

4、o公司推出了EPC-CS法复合铸造工艺。它是将实型铸造、熔模精铸造不能用于大件以及成本高、工艺复杂的不足，采用负压造型实现了无粘结剂干砂造型，解决了铸钢件增碳问题，提高了铸件质量，消除了污染。为了解决铝合金铸件气密性问题产生了气化模-低压复合铸造工艺[55]，这些复合铸造工艺继承了气化模铸造的优点也弥补了其不足。图28  Fiat公司生产的铸件及气化模综上所述，这种先进的铸造技术充分显示了旺盛的生命力。气化模铸造技术的特点及应用气化模铸造是当今新兴的先进铸造技术之一，其特点如下：1）允许零件的结构设计有更大的自由度。2）稍除了起模斜度，可最大限度地减少铸件的壁厚，提高铸件的

5、尺寸精度。3）由于实现无粘结剂干砂造型，使普通铸造法的型、芯砂运输、混制、旧砂处理及回用、制芯、下芯及分箱合型等繁复工序得以消除和减化，显著降低用于这些工序的巨大工作量和高额成本，减少影响铸件质量的人为因素，使铸件成品率和生产率大为提高。其干砂95％以上可以回用而不需处理。4）落砂和清理铸件的工作量及设备大大减少。5）可实现砂型铸造无法实现的复杂部件的整体铸造，获得表面光洁、尺寸精确、无飞边的少无余量精密铸件。由于EPC-V法具有上述优点，在国内外得到广泛的应用，如武汉钢铁公司烧结备件厂建成一条年产8万支炉篦条的简易生产线；沈阳铸造研究所和工厂合作，生产了高铬、低铬铸铁和高

6、铬钢等20多种耐磨铸件，年产量为5000～7000t，铸件综合成本降低13.5％。在EPC-V法中，由于EPS在高温下分解的产物有一部分裂解碳聚集在铸件表面造成缺陷；铸铁件特别是球铁件表面出现积碳、皱褶等缺陷。使低碳钢、不锈钢铸件表面增碳。为了解决上述问题，美国DOW化学公司在80年代已研究开发出一种专门用于EPC-V法的EPMMA材料［59］，用它制作的气化模当时已在美国通用汽车公司的Saginow中心铸造厂应用，近年又在美国的其他生产厂家及日本、欧洲应用，专门用来生产球墨铸铁或低碳钢、不锈钢的EPC铸件。近年来浙江省化工研究院等也研究了EPMMA。国产的EPMMA气化模

7、使涂料涂挂性好，燃烧及高温分解时基本上无黑烟，残留物少，浇注球铁铸件无积碳、皱皮。EPS-CS法用的气化模在浇注前已清除，因此从根本上消除了积碳、皱褶、增碳问题，可实现熔模铸造无法铸出的几百千克重的无余量精密铸件。EPS-CS法可用于铸造各种合金大型复杂的精密铸件。沈阳铸造所与沈阳第一阀门厂采用该工艺批量生产了重28kg的不锈钢阀体铸件等。该工艺也存在着EPS原材料质量差，影响铸件表面质量和尺寸精度、模具制作成本高、生产周期长等缺点。气化模以其独有的先进性、实用性在铸造行业得到广泛应用。我国在研究和应用气化模铸造技