铝镁合金消失模铸造技术研究及进展

何志雄

（甘肃省机械科学研究院，甘肃　兰州　730030）

铝镁合金消失模铸造技术研究及进展

何志雄

（甘肃省机械科学研究院，甘肃兰州730030）

消失铸造工艺实现了铸件成形过程中金属液对泡塑模型的置换，铸件在结构与尺寸上是对泡塑模样的完全复制，铸件尺寸形状精确度高且表面光洁度好。在铝镁合金消失铸造技术的应用中为克服气孔、缩孔、缩松等缺陷产生，研究出了真空低压、振动、压力、模壳等与消失模铸造技术有机结合后的复合消失铸造技术。

消失模铸造；铝镁合金；模样；研究进展

消失模铸造技术在国际上被冠以绿色铸造技术的美名，该工艺利用泡沫塑料模具、耐火黏结涂料、干砂等实现模具的精准成型，模具在结构、尺寸上与实体零部件完全相同，随着金属液的浇入模样发生热液气化作用后消失，省略了传统铸造过程中的合箱取模步骤，且容易实现清洁、批量生产。我们在讨论消失模铸造工艺存在的诸多优点的同时，还需要对如何克服技术缺陷展开研究，以提高铸件的生产效能与产品质量。

1　消失模铸造(EPS)工艺优点分析

消失模铸造（EPS）的工艺原理是利用EPS工艺制作出与铸件具有相同尺寸、结构的泡塑模型代替传统铸模进行造型，呈实体铸型的泡塑模样在浇入金属液发生气化反应后，金属液成型后置换泡塑模样而复制出精准铸件（图1）。该项铸造技术具有铸件精度高、产品质量高、工艺简单且稳定、产品废品率低等工艺优点。

图1　消失模铸造(EPS)工艺流程图

铸件的成形是金属液完全置换泡塑模型而来，在结构与尺寸上是对泡塑模样的完全复制，所以铸造成形的铸件尺寸形状精确度高且铸件表面光洁度好；与砂型铸造相比较，其铸造过程中模型无需进行分型开边，不会形成飞边毛刺，利用负压作用提高铸件补缩能力后铸件内部形成致密组织，工艺师准确把握浇冒系统处理可有效减少铸件中的缩孔、缩松现象，铸造出高质量的铸件产品；消失模铸造技术在精度与产品质量上均有其自身的优势，加上铸造工艺简单易于操作，操作人员无需是高等级造型工艺师，只要是对EPC工艺流程熟练的人员都可以进行操作，操作过程不涉及配砂、造型、修型、下芯、合箱等传统人工操作工序，生产全过程按预先设计好的固定程序执行，减少了人为操作对产品质量的影响，因此工艺的稳定性较好，大大降低了产品铸造生产中的废品比率。

2　铝镁合金消失模铸造技术研究进展

近年来，消失模铸造技术在铝镁合金铸造应用方面取得了较好的效果，主要是因为在铝镁合金的浇注温度下泡塑模样可以分解为烷烃、烯烃、苯类、苯乙烯等气相与雾相物质，气雾物质的形成可实现对极易氧化液态铝镁合金的保护，保证了铸件物理性能与产品质量。国内外技术研发者研发出了几种特种消失模铸造技术，旨在提高消失模铸造技术水平与铸件性能。

2.1铝镁合金真空低压消失模铸造技术

真空低压消失模铸造技术实质上是真空消失铸造技术与反重力低压铸造技术的联合应用，真空环境保障了干砂铸型的紧实度，有效解决金属液浇注时的胀箱、塌箱等问题，低压环境保障了充型压差与泡塑模样热解产物的排除，在提高液态镁铝金属合金充型速度的同时改善气孔缺陷问题。整个充型冷却过程的真空环境实现了与空气的完全阻隔，泡塑模样热解产物保护镁合金不发生氧化燃烧，系统的热处理过程得到有效强化，与压铸工艺、砂型铸造工艺比较，在铸件的精度、表面光整度、质感、生产效率上都具有较大的优势。镁合金真空低压消失模铸造技术在实践应用中易受到来自充型气体流量与压力、金属液温度、涂料厚度、泡沫密度等多方面因素的干扰，在生产过程中泡塑模样需要选用透气性好的涂料形成轻薄涂层，涂层厚度既要保证铝镁合金件不易产生黏砂缺陷，又要利于气体的排除和液态铝镁合金的均匀充型，此外充型正气压与抽真空负压需要合理匹配，保证充型过程的平稳性与完整性。

2.2铝镁合金振动消失模铸造技术

将发泡成形的聚苯乙烯（EPS）模样进行涂层与烘干处理后直接放置于砂箱中，然后将干燥的石英砂填入砂箱并进行压实和覆膜，一般将真空压力设置为-30 kPa打开真空阀抽真空并盖上砂箱盖后施加一定频率和振幅的振动。铝镁合金按规范要求溶化并精炼除气后，将温度控制在750℃时从导入杯浇注，浇注过程需要缓慢平稳，结束浇注后迅速关闭真空阀与密封阀，从加压口以530 kPa/s的加压速率加入空气直至砂箱内部压力达到0.8 MPa后开始保压，10 min后停止振动并打开真空阀泄压，铸件在振动场中完成整个铸件过程。振动消失铸造技术投入成本低且对环境不会造成污染，它是一种操作简便且效能高的特种消失铸造技术。

2.3铝镁合金压力消失模铸造技术

泡塑模样的处理与一般消失模铸造技术相同，需要进行涂层与烘干后放入带砂箱的压力罐中，当熔化的铝镁合金金属液在浇注温度下注入压力罐时，泡沫塑料完全气化消失后迅速对压力罐进行密封处理，密封好的压力罐要施以一定压力的气体促进金属液的凝固结晶。压力消失铸造成型过程中借助外来压力对枝晶间液相金属进行压滤，初步凝固的枝晶发生显微变形后起到了细化金属组织的作用，有效减少铸件中缩孔、缩松、气孔等现象的发生，提高了冒口补缩能力，进而改善了铸件物理性能。

2.4铝镁合金真空低压消失模壳型铸造技术

该技术以泡沫模样为原型，是融合熔模铸造制壳技术和真空低压铸造成型技术的复合型铸造工艺，泡沫模样经过失模、焙烧处理后装入砂箱中，在熔化的金属液浇注前泡沫模已经被脱去，因此不会产生因泡沫模分解带来的气孔、夹杂及氧化燃烧等缺陷问题，金属液的充填型能力与充型效果都得到了有效提高。此外，铝镁合金真空低压消失模壳型铸造的铸件具有熔模铸造精铸件的质量，并克服了熔模铸造不能用于大件及成本高的不足。

3　结语

综上所述，当前铸造行业应用较为广泛的消失模铸造技术主要包括振动消失模铸造、压力消失模铸造及消失模壳型铸造等，各类铸造技术有着其自身的铸造特点，需要工艺师在掌握消失模铸造成形原理的基础上，正确设计浇注系统并制定合理的工艺方案，必要时可以联合多种铸造工艺，以减少铸件中的气孔、皱皮、松缩等缺陷，保证铸件致密度与力学性能。

[1]樊自田,赵忠,蒋文明. 铝镁合金消失模铸造技术研究及应用新进展[J]. 铸造设备与工艺，2009(05):3~5.

[2]樊自田,蒋文明. 消失模铸造技术现状及发展趋势[J]. 铸造，2012(06):583~591.

[3]周军,周恩俊,王冬,等.消失模铸造技术研究现状综述[A]. 重庆铸造行业协会、重庆市机械工程学会铸造分会，2016(4):31~34.

（R-03）

Research and progress of aluminum magnesium alloy lost foam casting technology

TQ325.2

1009-797X(2016)20-0012-02

B

10.13520/j.cnki.rpte.2016.20.004

何志雄（1983-），男，本科，研究方向为机械设计制造及其自动化

2016-09-13