1.1　概述

消失模铸造的浇注系统是有思维的人对没有思维的液态金属的束缚。希望液态金属能按照自己的意志，实现对泡沫模的置换，获取优质的铸件。

然而，没有思维的液态金属如同没有驯服过的野马一样，绝不会理睬人的尊严，屈尊接受人的意志和羁绊，它只服从自己，遵循自己的规律，所以，常常使从事消失模铸造的人士，特别是想做液态金属主人的人士难堪和心有余悸。

看似温柔可爱的泡沫模，不甘心轻易地从美好的人世间消失，让位给放荡不羁的液态金属，稍有不顺就会“火冒三丈”。消失过程中留下麻烦，哪怕是小如蝇屎的瑕疵，也会使从事消失模铸造的有识之士大伤脑筋。

从事消失模铸造的人员只有一条路可以选择：放弃主观意志，探索和服从液态金属，做泡沫模、液态金属、砂粒的奴隶。这就要求我们认真地研究泡沫模的气化特性对液态金属充型的影响以及液态金属充型对泡沫模气化消失的影响这一对捆绑在一起，需要颠倒过来，再颠倒过去，从不同角度反复琢磨的两个特定工艺条件（图1-1）。

消失模铸造（expedable patern casting，EPC）是以可发性塑料珠粒为原料，制成符合图纸要求的泡沫模，粘接浇注系统并组装成模型簇后涂挂专用的涂料，确认涂层干燥，检查无露白和裂纹后，用无任何黏结剂的干砂埋入负压砂箱，震实后在一定的负压下进行金属液浇注，由此获得与泡沫模相一致、尺寸精确、无飞边毛刺、表面光洁的精密铸件的方法。

下面用几个案例来说明消失模铸造工艺过程。

［例1-1］纺织机械传动轴固定支架的消失模铸造工艺

图1-2～图1-36比较完整地演示了消失模铸造工艺过程、工艺理念和操作细节。

（1）铸件情况

材质：QT450-10；几何尺寸：550mm×320mm×500mm；件重：47kg；传动轴转速：7500r/min；对固定支架的平衡度要求极高，因此，对固定支架的质量要求也极高。

（2）消失模铸造工艺过程

① 制模材料选用共聚料珠粒。

② 采用国产ZY-2000型正压间歇式珠粒预发机预发珠粒（图1-2、图1-3）。

③ 固定支架由1个底板、4个支架和1个横梁，共6个模片组成，见图1-4、图1-5。

④ 底板模片极易变形，出模后就将其固定在厚度60mm的泡沫平板上（图1-6）。

⑤ 底板模片经常温熟化、阳光烘房干燥后要做平整度检测，检测在专门设计的检测架上进行（图1-7、图1-8）。

⑥ 校正后的模片，涂抹冷胶，依次粘接组合成支架模型（图1-9～图1-14）。

⑦ 组装好的模型经检测尺寸无误后涂挂水基涂料，涂料自制，第一遍涂料骨料使用石英粉，后两遍涂料骨料使用廉价的石英粉（图1-15～图1-17）。

⑧ 涂层彻底烘干后，进行浇注系统粘接和模型簇组合。受砂箱限制，本例3件组合一簇（图1-18～图1-21）。

⑨ 考虑净化铁液，在橫浇道和直浇道接合处放置过滤网（图1-22、图1-23）。

⑩ 为防止进砂缺陷发生，设置箱内浇杯（图1-24）。

⑪ 使用经870℃相变处理后的围场砂埋型，掩埋模型过程用布袋加砂比较精准（图1-25）。

⑫ 覆盖塑料薄膜后用雨淋加砂，覆盖均匀（图1-26、图1-27）。

⑬ 使用箱内浇杯不仅可以防止直浇道进砂，而且操作简单，需要注意的是：浇杯上缘要高出保护砂层10mm，防止溅出的铁液黏附砂粒滚回浇杯（图1-28）。

⑭ 为防止浇注过程中操作失误，铁液冲破塑料薄膜，可使用铁板保护（图1-29）。

⑮ 浇注开始前负压砂箱要接通真空管，为防止浇注开始后产生的烟气污染环境，浇注工位上方设置收烟罩。规范的浇注操作很重要，开始浇注时要以细小铁液流试探，听到吸气声后再加大铁液流，避免发生铁液喷溅（图1-30、图1-31）。

⑯ 保温1h后，砂箱循环至落砂出件工位出件；本例的砂箱循环是液推线，砂箱自卸砂。砂箱底部旋转门打开后型砂从底部泄入落砂斗，属于静态出砂，不扬尘（图1-32～图1-35）。

⑰ 铸件拆解、抛丸后检查、入库（图1-36）。

讨论：本例中的泡沫模型防变形措施、阳光烘房、浇注系统设计理念、涂料理念、环境保护措施等都值得借鉴。某公司执行此工艺6年，质量稳定，成品率≥98%，铁液利用率≈90%，效益良好。

该公司环保设施到位，最易扬尘的加砂埋型工位也无一丝粉尘，除熔炼和浇铸外，全部是工人上岗，彻底改变了铸造行业的用工结构。

消失模铸造是一门新兴的、独具特色的液态金属成型工艺，在过去几十年的苦苦求索中，用传统的铸造理念来指导消失模铸造工艺，屡屡碰壁，常常行不通，吃尽苦头。痛定思痛，我们才意识到消失模铸造与传统铸造之所以不同，是因为它比传统铸造多出泡沫模、干砂、负压3个工艺条件。研究的对象和范畴也随之发生了变化。消失模铸造的浇注系统设计，必须摆脱传统砂型铸造的思维方式的影响，认识消失模铸造特定工艺条件的客观规律，形成一个新的理念，即消失模铸造理念，而不要去借助和借用其他铸造工艺的理念。借来的衣服和鞋子，总是不合适的。

因为工艺条件改变了，所以消失模铸造工艺与其他铸造工艺比较，具有以下突出优势：

消失模铸造是应用范围广泛的铸造工艺平台，同一条生产线上不仅可以生产铸钢、铸铁件，也可以生产铸铜、铸铝件；不仅适用于几何形状简单的铸件，也适用于几何形状复杂、多分型多砂芯的复杂铸件。

［例1-2］管中管

管中管是“久保田收割机”上的一个弯头。较大口径的弯头中镶嵌一个较小口径的弯头，员工习惯称之为“管中管”。这种件砂型铸造很难完成。

（1）铸件情况

材质：QT450-10；几何尺寸：200mm×200mm×180（300）mm，外管口径ϕ150mm和ϕ180mm两种，内置小弯头口径ϕ50mm，壁厚都是6mm；单件质量：12kg（18kg）；管中管的功能是抽真空吸纳粮食，所以要求铸件组织致密，不能有渗漏。

（2）消失模铸造工艺过程

① 管中管泡沫模由两个“共聚料”模片人工粘接而成（图1-37～图1-40）。

② 泡沫模型先涂挂石墨粉涂料，再用石英粉涂料加厚（图1-41～图1-43）。

③ 浇注系统遵循动态传热学原理设三点内浇道，沿型腔平行方向切入，三件组合成一簇，横浇道较粗大，箱内浇杯（图1-44～图1-47）。

④ 1000mm×1000mm×1000mm负压砂箱放置2束模型簇（图1-48～图1-50）。

⑤ 为保证进入型腔铁液无夹杂物，浇道设置过滤网并使用茶壶包浇注和负压浇注（图1-51、图1-52）。

⑥ 自卸砂箱静态出砂，不仅控制扬尘，也避免铸件碰撞损伤（图1-53～图1-56）。

⑦ 消失模铸造完成管中管显得很轻松（图1-57～图1-59）。

讨论：越是传统铸造难以完成的复杂铸件，消失模铸造做起来就越轻松！

［例1-3］群注

某公司生产管中管多年，质量稳定，极少发生渗漏。

① 消失模铸造特别适合群注，少则几件连接，多则可以连接上千件（图1-60～图1-63）。因为连接的铸件同步浇注，所以，降温同步，温度可控。消失模铸造使用无粘结剂干砂埋型，脱砂容易，因此，可以利用余热进行热处理，如高锰钢的水韧处理和耐热钢、不锈钢的固溶处理。缩短了加工周期，节约了可观能源，效果也非常理想！不仅经济效益和市场效益明显，而且还能使得一些规模小，不具备二次升温水韧处理条件的小型企业获得生产高锰钢和耐热钢的商机。如果温度控制得当，消失模铸造余热水韧处理可以获得绝对无磁的高锰钢和耐热钢铸件。

② 为了提高厚大铸件、铸钢件、球铁件组织的致密性，避免缩孔、缩松缺陷发生，使晶体细化和有序排列，提升消失模铸件的力学性能，消失模铸造工艺可以在震动状态下浇注。

［例1-4］球铁飞轮消失模铸造

（1）柴油发动机球铁飞轮铸件情况

材质：QT450-10；几何尺寸：ϕ550mm×120mm；件重：135kg；厚大球铁件，壁厚相对均匀，薄处80mm；要求材质合格，组织致密，不得有任何缺陷。

（2）消失模铸造工艺过程

飞轮铸件结构简单，采用树脂砂铸造时，模型平放，虽设置多个冒口，但补缩效果依然不理想，合格率只有47%，不得不试用消失模铸造。为了确保获得组织致密的球铁件，除模型立式摆放、开放式排碳法工艺外，还使用了柔性冷铁，并在震动状态下浇注，工艺过程如下：

① 共聚料珠粒制作泡沫模型，重410g，相当于密度21g/L，珠粒融合良好，表面光滑无瑕疵（图1-64～图1-66）。

② 浇注系统十分简单，模型立式摆放，顶部设置浇口，同时也是冒口（图1-67～图1-69）。

③ 埋箱填砂（图1-70～图1-74），泡沫模型周围可填铁丸（图1-75）。

④ 砂箱放置在震实台上浇注，铁液浇注结束立即启动震实台，振动频率30Hz（图1-76～图1-89）。

⑤ 抛丸后的飞轮铸件堪称精品，毛坯接近动平衡水平，缩松彻底解决（图1-90、图1-91）。

讨论：厚大球铁件的组织缩松问题，无论砂型铸造还是消失模铸造，如果用常规的工艺方法，都极易发生，消失模铸造有其特殊性，可以采取特殊手段解决球铁件缩松问题。

［例1-5］组合铸件

消失模铸造因为具有不分型、不下砂芯、泡沫模型摆放姿势随意，且泡沫模型可以分片成型，然后粘合成型的工艺优势和特点，因此可以把传统铸造需要分成几个零件铸造的部件一次性铸造完成，减少机加工序，缩短加工周期，降低整机生产成本。零件组成部件见图1-92～图1-98。

消失模铸造借用型腔作浇道的理念和排碳法工艺解决了铸钢件增碳难题，实现了无浇注系统浇注，不仅铸件品质提高，更使钢液利用率大幅度提高至85%以上；如果使用焙烧空壳工艺或氩气保护工艺，消失模铸造也可以铸造低碳、微碳或零碳的铸件。

消失模铸造内涵丰富，但操作过程简单，又取消了造型工序，所以易于掌握。稍有文化知识和一定悟性的普通工人，经过短时间培训就可以熟练上岗。消失模铸造作业环境好，劳动强度低，摆弄泡沫模特别适合心灵手巧又细心的工人操作。在传统铸造技术工人缺少的企业和地区，可以通过改变用工结构，解决招工难的问题。

消失模铸造适合工业化大生产，与传统铸造脉冲式生产节拍比较，消失模铸造可以24h不间断生产。相同产量的规模消失模铸造比其他铸造占地面积小，投资少。消失模铸造如果投资到位，设备配套齐全，不仅可以实现较高程度的自动化流程，大量减少用工人数，稳定产品质量，还可以实现全封闭式生产，做到地面无砂、空中无尘。因此，消失模铸造有21世纪绿色铸造工艺之美誉！也有人称之为铸造史上的一次革命！

进入21世纪以来，由于中频电炉的普遍使用，铁液品质有了明显提高，同时借助汽车、工程机械、冶金矿山、基础建设等行业的蓬勃发展，国内消失模铸造得以井喷式的发展。

由于发展过于迅猛，国内的消失模铸造行业不可避免地出现一些令人不容乐观的现象。

从投资效果看，只有三成多企业顺利达到生产能力，实现预期目标，效益较好；另有三成多的新上项目徘徊在产品的工艺试验过程中，质量不稳定，成品率不高。做铸铁件的外表十分精致，加工中暴露出的小小炭渣、小小气孔、小小砂粒无法彻底克服；做铸钢件和球铁件的则很难解决增碳和缩松的发生。他们总是把浇注系统改来改去，希望有奇迹发生，他们离成功只有一步之遥，却很难迈过这道坎；其余的三成多企业产品质量过不了关，废品成山，因不能及时供货丢了市场，又无后续资金支撑，亏得一塌糊涂，不得不停产倒闭。

投资的三个结果，引来了消失模铸造的三个谐音：消失模、消失摸、消失魔！趣味之“三”见表1-1。

投资结果不同，源于投资者投资前的三个选择：产品的选择、设备厂家的选择、技术负责人的选择。

产品的选择上，消失模铸造有“三怕三不怕”。

任何铸造工艺都有软肋，消失模铸造也不是万能的，消失模铸造在产品选择上：怕小件不怕大件；怕钢件不怕铁件；怕厚大件不怕薄壁件。初上消失模铸造的企业，如果产品选错了，很难逃脱失败的结果。

设备是为工艺服务的，如果提供设备的厂家只会做设备，不懂消失模铸造工艺，其所提供的设备和以后要执行的工艺不相吻合，更没有能力对新上设备的客户提供技术支持。

至于技术负责人的选择，更是决定企业命运的关键。

有一个很奇怪的现象，消失模铸造做得比较好的一些企业的老板或技术主管，常常是没做过铸造的外行；消失模铸造做得比较差的一些企业，技术主管人员常常是经验丰富的传统铸造的高手。这些高手会在自觉与不自觉中用传统铸造的理念做消失模铸造。传统铸造的高手只有心悦诚服地，并不是抵触和口服心不服地放弃传统铸造理念，接受属于消失模铸造的理念才能把消失模铸造做好。

消失模铸造的浇注系统设计，必须在消失模铸造理念的指导下，理性地、有依据地，而不是盲目地、经验主义地，或是想当然地去设计。这就是本书重点探讨的课题：总结多年的实践经验，建立一个崭新的消失模铸造基础理论，在这种理论的指导下，阐述消失模铸造浇注系统的设计原则，并通过再实践，验证和不断完善这一理论。这是笔者呕心沥血为之奋斗毕生的心愿。

消失模铸造不取模和使用干砂充型的优势，使其可以不受分型面、下芯、合箱等操作程序的约束。只要对最大数量的组合模型束和填砂操作有利，对提高金属利用率、降低成本有利，对泡沫模的充分气化有利，就可以根据工艺的要求，在三维空间中任意安置浇注系统。因此，与传统的砂型铸造相比，消失模铸造给予了从事铸造专业的有识之士充分的想象空间和用武之地，可以极致发挥聪明才智，设计出很多生动的、感人的、个性化的、妙趣横生的消失模铸造的浇注系统。如金龙攀玉柱浇注系统、双鱼刺浇注系统、塔梯浇注系统、阶梯梅花浇注系统、花瓶式直浇道、人字形冒口、排碳法串浇、超大斗齿横浇代冒等，都是笔者的得意之作，将在典型案例中一一介绍。