1.1　概述

消失模鑄造的澆注系統是有思維的人對沒有思維的液態金屬的束縛。希望液態金屬能按照自己的意志，實現對泡沫模的置換，獲取優質的鑄件。

然而，沒有思維的液態金屬如同沒有馴服過的野馬一樣，絕不會理睬人的尊嚴，屈尊接受人的意志和羈絆，它只服從自己，遵循自己的規律，所以，常常使從事消失模鑄造的人士，特別是想做液態金屬主人的人士難堪和心有余悸。

看似溫柔可愛的泡沫模，不甘心輕易地從美好的人世間消失，讓位給放蕩不羈的液態金屬，稍有不順就會“火冒三丈”。消失過程中留下麻煩，哪怕是小如蠅屎的瑕疵，也會使從事消失模鑄造的有識之士大傷腦筋。

從事消失模鑄造的人員只有一條路可以選擇：放棄主觀意志，探索和服從液態金屬，做泡沫模、液態金屬、砂粒的奴隸。這就要求我們認真地研究泡沫模的氣化特性對液態金屬充型的影響以及液態金屬充型對泡沫模氣化消失的影響這一對捆綁在一起，需要顛倒過來，再顛倒過去，從不同角度反復琢磨的兩個特定工藝條件（圖1-1）。

消失模鑄造（expedable patern casting，EPC）是以可發性塑料珠粒為原料，制成符合圖紙要求的泡沫模，粘接澆注系統并組裝成模型簇后涂掛專用的涂料，確認涂層干燥，檢查無露白和裂紋后，用無任何黏結劑的干砂埋入負壓砂箱，震實后在一定的負壓下進行金屬液澆注，由此獲得與泡沫模相一致、尺寸精確、無飛邊毛刺、表面光潔的精密鑄件的方法。

下面用幾個案例來說明消失模鑄造工藝過程。

［例1-1］紡織機械傳動軸固定支架的消失模鑄造工藝

圖1-2～圖1-36比較完整地演示了消失模鑄造工藝過程、工藝理念和操作細節。

（1）鑄件情況

材質：QT450-10；幾何尺寸：550mm×320mm×500mm；件重：47kg；傳動軸轉速：7500r/min；對固定支架的平衡度要求極高，因此，對固定支架的質量要求也極高。

（2）消失模鑄造工藝過程

① 制模材料選用共聚料珠粒。

② 采用國產ZY-2000型正壓間歇式珠粒預發機預發珠粒（圖1-2、圖1-3）。

③ 固定支架由1個底板、4個支架和1個橫梁，共6個模片組成，見圖1-4、圖1-5。

④ 底板模片極易變形，出模后就將其固定在厚度60mm的泡沫平板上（圖1-6）。

⑤ 底板模片經常溫熟化、陽光烘房干燥后要做平整度檢測，檢測在專門設計的檢測架上進行（圖1-7、圖1-8）。

⑥ 校正后的模片，涂抹冷膠，依次粘接組合成支架模型（圖1-9～圖1-14）。

⑦ 組裝好的模型經檢測尺寸無誤后涂掛水基涂料，涂料自制，第一遍涂料骨料使用石英粉，后兩遍涂料骨料使用廉價的石英粉（圖1-15～圖1-17）。

⑧ 涂層徹底烘干后，進行澆注系統粘接和模型簇組合。受砂箱限制，本例3件組合一簇（圖1-18～圖1-21）。

⑨ 考慮凈化鐵液，在橫澆道和直澆道接合處放置過濾網（圖1-22、圖1-23）。

⑩ 為防止進砂缺陷發生，設置箱內澆杯（圖1-24）。

? 使用經870℃相變處理后的圍場砂埋型，掩埋模型過程用布袋加砂比較精準（圖1-25）。

? 覆蓋塑料薄膜后用雨淋加砂，覆蓋均勻（圖1-26、圖1-27）。

? 使用箱內澆杯不僅可以防止直澆道進砂，而且操作簡單，需要注意的是：澆杯上緣要高出保護砂層10mm，防止濺出的鐵液黏附砂粒滾回澆杯（圖1-28）。

? 為防止澆注過程中操作失誤，鐵液沖破塑料薄膜，可使用鐵板保護（圖1-29）。

? 澆注開始前負壓砂箱要接通真空管，為防止澆注開始后產生的煙氣污染環境，澆注工位上方設置收煙罩。規范的澆注操作很重要，開始澆注時要以細小鐵液流試探，聽到吸氣聲后再加大鐵液流，避免發生鐵液噴濺（圖1-30、圖1-31）。

? 保溫1h后，砂箱循環至落砂出件工位出件；本例的砂箱循環是液推線，砂箱自卸砂。砂箱底部旋轉門打開后型砂從底部泄入落砂斗，屬于靜態出砂，不揚塵（圖1-32～圖1-35）。

? 鑄件拆解、拋丸后檢查、入庫（圖1-36）。

討論：本例中的泡沫模型防變形措施、陽光烘房、澆注系統設計理念、涂料理念、環境保護措施等都值得借鑒。某公司執行此工藝6年，質量穩定，成品率≥98%，鐵液利用率≈90%，效益良好。

該公司環保設施到位，最易揚塵的加砂埋型工位也無一絲粉塵，除熔煉和澆鑄外，全部是工人上崗，徹底改變了鑄造行業的用工結構。

消失模鑄造是一門新興的、獨具特色的液態金屬成型工藝，在過去幾十年的苦苦求索中，用傳統的鑄造理念來指導消失模鑄造工藝，屢屢碰壁，常常行不通，吃盡苦頭。痛定思痛，我們才意識到消失模鑄造與傳統鑄造之所以不同，是因為它比傳統鑄造多出泡沫模、干砂、負壓3個工藝條件。研究的對象和范疇也隨之發生了變化。消失模鑄造的澆注系統設計，必須擺脫傳統砂型鑄造的思維方式的影響，認識消失模鑄造特定工藝條件的客觀規律，形成一個新的理念，即消失模鑄造理念，而不要去借助和借用其他鑄造工藝的理念。借來的衣服和鞋子，總是不合適的。

因為工藝條件改變了，所以消失模鑄造工藝與其他鑄造工藝比較，具有以下突出優勢：

消失模鑄造是應用范圍廣泛的鑄造工藝平臺，同一條生產線上不僅可以生產鑄鋼、鑄鐵件，也可以生產鑄銅、鑄鋁件；不僅適用于幾何形狀簡單的鑄件，也適用于幾何形狀復雜、多分型多砂芯的復雜鑄件。

［例1-2］管中管

管中管是“久保田收割機”上的一個彎頭。較大口徑的彎頭中鑲嵌一個較小口徑的彎頭，員工習慣稱之為“管中管”。這種件砂型鑄造很難完成。

（1）鑄件情況

材質：QT450-10；幾何尺寸：200mm×200mm×180（300）mm，外管口徑?150mm和?180mm兩種，內置小彎頭口徑?50mm，壁厚都是6mm；單件質量：12kg（18kg）；管中管的功能是抽真空吸納糧食，所以要求鑄件組織致密，不能有滲漏。

（2）消失模鑄造工藝過程

① 管中管泡沫模由兩個“共聚料”模片人工粘接而成（圖1-37～圖1-40）。

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

③ 澆注系統遵循動態傳熱學原理設三點內澆道，沿型腔平行方向切入，三件組合成一簇，橫澆道較粗大，箱內澆杯（圖1-44～圖1-47）。

④ 1000mm×1000mm×1000mm負壓砂箱放置2束模型簇（圖1-48～圖1-50）。

⑤ 為保證進入型腔鐵液無夾雜物，澆道設置過濾網并使用茶壺包澆注和負壓澆注（圖1-51、圖1-52）。

⑥ 自卸砂箱靜態出砂，不僅控制揚塵，也避免鑄件碰撞損傷（圖1-53～圖1-56）。

⑦ 消失模鑄造完成管中管顯得很輕松（圖1-57～圖1-59）。

討論：越是傳統鑄造難以完成的復雜鑄件，消失模鑄造做起來就越輕松！

［例1-3］群注

某公司生產管中管多年，質量穩定，極少發生滲漏。

① 消失模鑄造特別適合群注，少則幾件連接，多則可以連接上千件（圖1-60～圖1-63）。因為連接的鑄件同步澆注，所以，降溫同步，溫度可控。消失模鑄造使用無粘結劑干砂埋型，脫砂容易，因此，可以利用余熱進行熱處理，如高錳鋼的水韌處理和耐熱鋼、不銹鋼的固溶處理?？s短了加工周期，節約了可觀能源，效果也非常理想！不僅經濟效益和市場效益明顯，而且還能使得一些規模小，不具備二次升溫水韌處理條件的小型企業獲得生產高錳鋼和耐熱鋼的商機。如果溫度控制得當，消失模鑄造余熱水韌處理可以獲得絕對無磁的高錳鋼和耐熱鋼鑄件。

② 為了提高厚大鑄件、鑄鋼件、球鐵件組織的致密性，避免縮孔、縮松缺陷發生，使晶體細化和有序排列，提升消失模鑄件的力學性能，消失模鑄造工藝可以在震動狀態下澆注。

［例1-4］球鐵飛輪消失模鑄造

（1）柴油發動機球鐵飛輪鑄件情況

材質：QT450-10；幾何尺寸：?550mm×120mm；件重：135kg；厚大球鐵件，壁厚相對均勻，薄處80mm；要求材質合格，組織致密，不得有任何缺陷。

（2）消失模鑄造工藝過程

飛輪鑄件結構簡單，采用樹脂砂鑄造時，模型平放，雖設置多個冒口，但補縮效果依然不理想，合格率只有47%，不得不試用消失模鑄造。為了確保獲得組織致密的球鐵件，除模型立式擺放、開放式排碳法工藝外，還使用了柔性冷鐵，并在震動狀態下澆注，工藝過程如下：

① 共聚料珠粒制作泡沫模型，重410g，相當于密度21g/L，珠粒融合良好，表面光滑無瑕疵（圖1-64～圖1-66）。

② 澆注系統十分簡單，模型立式擺放，頂部設置澆口，同時也是冒口（圖1-67～圖1-69）。

③ 埋箱填砂（圖1-70～圖1-74），泡沫模型周圍可填鐵丸（圖1-75）。

④ 砂箱放置在震實臺上澆注，鐵液澆注結束立即啟動震實臺，振動頻率30Hz（圖1-76～圖1-89）。

⑤ 拋丸后的飛輪鑄件堪稱精品，毛坯接近動平衡水平，縮松徹底解決（圖1-90、圖1-91）。

討論：厚大球鐵件的組織縮松問題，無論砂型鑄造還是消失模鑄造，如果用常規的工藝方法，都極易發生，消失模鑄造有其特殊性，可以采取特殊手段解決球鐵件縮松問題。

［例1-5］組合鑄件

消失模鑄造因為具有不分型、不下砂芯、泡沫模型擺放姿勢隨意，且泡沫模型可以分片成型，然后粘合成型的工藝優勢和特點，因此可以把傳統鑄造需要分成幾個零件鑄造的部件一次性鑄造完成，減少機加工序，縮短加工周期，降低整機生產成本。零件組成部件見圖1-92～圖1-98。

消失模鑄造借用型腔作澆道的理念和排碳法工藝解決了鑄鋼件增碳難題，實現了無澆注系統澆注，不僅鑄件品質提高，更使鋼液利用率大幅度提高至85%以上；如果使用焙燒空殼工藝或氬氣保護工藝，消失模鑄造也可以鑄造低碳、微碳或零碳的鑄件。

消失模鑄造內涵豐富，但操作過程簡單，又取消了造型工序，所以易于掌握。稍有文化知識和一定悟性的普通工人，經過短時間培訓就可以熟練上崗。消失模鑄造作業環境好，勞動強度低，擺弄泡沫模特別適合心靈手巧又細心的工人操作。在傳統鑄造技術工人缺少的企業和地區，可以通過改變用工結構，解決招工難的問題。

消失模鑄造適合工業化大生產，與傳統鑄造脈沖式生產節拍比較，消失模鑄造可以24h不間斷生產。相同產量的規模消失模鑄造比其他鑄造占地面積小，投資少。消失模鑄造如果投資到位，設備配套齊全，不僅可以實現較高程度的自動化流程，大量減少用工人數，穩定產品質量，還可以實現全封閉式生產，做到地面無砂、空中無塵。因此，消失模鑄造有21世紀綠色鑄造工藝之美譽！也有人稱之為鑄造史上的一次革命！

進入21世紀以來，由于中頻電爐的普遍使用，鐵液品質有了明顯提高，同時借助汽車、工程機械、冶金礦山、基礎建設等行業的蓬勃發展，國內消失模鑄造得以井噴式的發展。

由于發展過于迅猛，國內的消失模鑄造行業不可避免地出現一些令人不容樂觀的現象。

從投資效果看，只有三成多企業順利達到生產能力，實現預期目標，效益較好；另有三成多的新上項目徘徊在產品的工藝試驗過程中，質量不穩定，成品率不高。做鑄鐵件的外表十分精致，加工中暴露出的小小炭渣、小小氣孔、小小砂粒無法徹底克服；做鑄鋼件和球鐵件的則很難解決增碳和縮松的發生。他們總是把澆注系統改來改去，希望有奇跡發生，他們離成功只有一步之遙，卻很難邁過這道坎；其余的三成多企業產品質量過不了關，廢品成山，因不能及時供貨丟了市場，又無后續資金支撐，虧得一塌糊涂，不得不停產倒閉。

投資的三個結果，引來了消失模鑄造的三個諧音：消失模、消失摸、消失魔！趣味之“三”見表1-1。

投資結果不同，源于投資者投資前的三個選擇：產品的選擇、設備廠家的選擇、技術負責人的選擇。

產品的選擇上，消失模鑄造有“三怕三不怕”。

任何鑄造工藝都有軟肋，消失模鑄造也不是萬能的，消失模鑄造在產品選擇上：怕小件不怕大件；怕鋼件不怕鐵件；怕厚大件不怕薄壁件。初上消失模鑄造的企業，如果產品選錯了，很難逃脫失敗的結果。

設備是為工藝服務的，如果提供設備的廠家只會做設備，不懂消失模鑄造工藝，其所提供的設備和以后要執行的工藝不相吻合，更沒有能力對新上設備的客戶提供技術支持。

至于技術負責人的選擇，更是決定企業命運的關鍵。

有一個很奇怪的現象，消失模鑄造做得比較好的一些企業的老板或技術主管，常常是沒做過鑄造的外行；消失模鑄造做得比較差的一些企業，技術主管人員常常是經驗豐富的傳統鑄造的高手。這些高手會在自覺與不自覺中用傳統鑄造的理念做消失模鑄造。傳統鑄造的高手只有心悅誠服地，并不是抵觸和口服心不服地放棄傳統鑄造理念，接受屬于消失模鑄造的理念才能把消失模鑄造做好。

消失模鑄造的澆注系統設計，必須在消失模鑄造理念的指導下，理性地、有依據地，而不是盲目地、經驗主義地，或是想當然地去設計。這就是本書重點探討的課題：總結多年的實踐經驗，建立一個嶄新的消失模鑄造基礎理論，在這種理論的指導下，闡述消失模鑄造澆注系統的設計原則，并通過再實踐，驗證和不斷完善這一理論。這是筆者嘔心瀝血為之奮斗畢生的心愿。

消失模鑄造不取模和使用干砂充型的優勢，使其可以不受分型面、下芯、合箱等操作程序的約束。只要對最大數量的組合模型束和填砂操作有利，對提高金屬利用率、降低成本有利，對泡沫模的充分氣化有利，就可以根據工藝的要求，在三維空間中任意安置澆注系統。因此，與傳統的砂型鑄造相比，消失模鑄造給予了從事鑄造專業的有識之士充分的想象空間和用武之地，可以極致發揮聰明才智，設計出很多生動的、感人的、個性化的、妙趣橫生的消失模鑄造的澆注系統。如金龍攀玉柱澆注系統、雙魚刺澆注系統、塔梯澆注系統、階梯梅花澆注系統、花瓶式直澆道、人字形冒口、排碳法串澆、超大斗齒橫澆代冒等，都是筆者的得意之作，將在典型案例中一一介紹。