消失模铸造技术可行性分析报告     　　

  一、 简介 消失模铸造又称负压实型铸造（ 即v-epc法），是将泡沫塑料（eps）制成的模型埋入无粘结剂的干砂中造型，采用微震加负压紧实，在没有芯子甚至没有冒口的情况下浇入液态金属，在浇铸和凝固过程中继续保持一定的负压使泡沫塑料气化继而被金属取代形成铸件的一种新型铸造方法。 　　

消失模铸造具有以下特点： 　　

1、 铸件一次成型，尽寸精度高。由于采用极易气化的泡沫塑料作模型，浇铸前无需取出造型模具，无分型面，无芯子，因此产品无飞边毛刺，无拔模斜度，减少了由于型芯块组合而造成的尽寸误差，产品的尺寸精度和表面粗糙度接近熔模精密铸造。同时，因为采用干砂造型，根除了由于型砂中的水、粘结剂、附加物带来的缺陷，铸件废品率显著下降。此外这种新工艺对操作工人的技术水平要求不高，对铸造行业有着巨大的的吸引力。虽然泡沫模型的变形和泡沫材料的热解产物可能会对铸件的质量带来不利影响，但只要对模型材料和制模工艺、涂料以及干砂紧实等环节进行严格的控制，完全可以克服不利的影响因素，获得优质的精密铸件。 　　

2、 可以大大改善铸造车间的环境条件，容易实现无污染生产。低温下聚苯乙烯（eps）对环境完全无害，浇注时排除的有机物量极少（只占铁水重量的0.3％），而采用自硬砂浇铸时的有机物排放量占到5％以上；同时eps产生有机物的时间短，易于收集，可以通过对砂箱抽真空进行集中处理，实属对环境的无公害排放。此外eps法清理工作量大大降低，噪声少、一氧化碳和石英粉尘危害小，旧砂回收利用率可达95％以上，整个工艺过程容易实现机械化、自动化生产。 　　

3、 铸件形状、结构不受限制，为制品设计提供了充分的自由度。原先由多个零件加工组装的构件，可以通过分片制模然后粘合的办法进行整体浇铸；原先需要加工形成的孔、洞可以直接铸出，这就大大减少了加工装配的工时和费用。  　　

4、 生产制造成本低，设备投资小。由于气化模的制作成本低（仅为木模价格的1/3），材料来源广泛，所需的成形设备少，投资小。一般说来采用eps技术，设备投资可减少30％-50％，铸件成本可下降20％-30％。当然，模具的设计和制造会影响铸件生产的成本和效率，如果采用当代先进的快速制模技术和并行环境下的计算机模拟仿真技术，存在的问题是可以得到很好的解决的。 　　

因此，可以充分信任消失模铸造技术符合铸造发展的总趋势，有着广泛的发展前景。 　　

 　　

 　　

二、 国内外现状 使用泡沫塑料制造金属零件的方法最先由美国人h.f.shroger于1958年4月15日取得专利（美国专利号：2830343），当时泡沫模型还是采用泡沫板材加工的，用含粘结剂的型砂造型。1962年美国人m.c.flemings用干砂和泡沫模生产铸件。80年代初这种方法开始应用于工业生产。1982年福特汽车公司在essex工厂建成了一套年产2.5万只铝合金进气歧管的epc中间试验装置获得成功，紧接着于1984年耗资1100万美元建立了占地19万㎡、生产能力180型/h、年产100万只铝合金进气歧管的高度自动化生产线，揭开了epc技术在先进工业国飞速发展的序幕。 1990年通用汽车公司在saturn建成年产铸件5.5万t（24万辆轿车）10万㎡的铸造厂，其中有三条全自动的epc生产线，生产铝合金四缸缸体、缸盖和珠光体球铁曲轴及两种型号的传动差动壳体。 1991年，意大利菲亚特公司在都灵建成当时欧洲规模最大的epc车间（4400㎡），年产铸铁件5000～15000t，60～120型/h，自动化程度非常高，全车间仅22名生产人员。 鉴于essex工厂、saturn和都灵工厂的巨大成功，铸造界对eps技术产生了浓厚的兴趣。在北美、西欧和日本等先进的工业国家，铸造界的企业家们以极大的热情投入epc技术的开发研究，取得了前所未有的进展。  　　

我大学自八十年代中期即开始该项技术的研制，先后承担了国家科委重点攻关项目、航空科学基金项目、省九五重大攻关项目、省科委应用基金项目等的研制，主持完成的"用型内处理法制备复合材料和复合结构"获航空工业总公司科技进步二等奖。所开发的消失模技术居国内领先地位，先后开发了消失模铸造柴油机气缸、大型风机机座、电机转子、空调器部件（重0.95kg）、磨球、锌合金模具等数十种零件，既可用于铸铁件、铸钢件、也可用于有色金属铸件。所合作的企业均取得了良好的经济效益和社会效益。 　　

 　　

 　　

三、 技术经济分析 以产品最大尺寸60cm、重量25kg的铸铁件为例，按年产1000吨计算；（不包括厂房、铁水熔炼、工装、夹具、水电、发泡设备等。）  　　

1、 设备投入 20万元 a． 真空系统 b． 涂料系统 c． 消失模系统 d． 砂箱系统 e． 振动系统 f． 检测系统 　　

2、 产品成本 泡沫塑料模 3.5元/件 涂料 0.8元/件 辅料 0.5元/件 铁水 70.0 元/件 人工 2.5元/件 水电 0.1元/件 其他 3.0元/件  　　

3、 产品标准、质量保证体系 按精密铸造标准生产、检验。 　　

4、 环保要求 本工艺对环境不构成污染，操作环境远远好于普通铸造，无"三废"问题。  　　

5、 工艺路线   　　

 　　

 　　

 　　

6、 资金需求 固定资产投资 20万元（不含普通铸造用设备） 流动资金 40万元（按当月产品售出下月资金回笼） 　　

7、 人员构成 操作工人 8人 技术人员 2人 理理人员 2人 财务人员 2人 合计 14人  　　

8、 经济分析 ＃产品售价 25×5.0=125元/件（按每吨5000元计算） ＃每件利润（125-80.4）×（1-0.17）=36.22元/件  　　

假设除专用设备外的投资为40万元，总投资60万元，日产量按每天140件计算，则： ＃年销售收入1000吨×5000元/吨=500万元 ＃年利润 1000吨×1000÷25×36.22=144.88万元 ＃投资回收期=600000÷36.22÷140/30≈4月  　　

 　　

 　　

四、 合作方式 技术转让，技术入股。   　　

 　　

 　　

  发动机缸体缸盖的消失模铸造技术  　　

 发动机缸体、盖的制造水平是衡量国家的制造业水平的重要标志之一。中国消失模铸造技术还刚起步，处于技术革新期，需要有一个艰苦的技术积累过程，但前景光明。   　　

 　　

    消失模铸造技术的工艺过程   　　

 　　

    消失模铸造技术（lost foam casting，简称lfc）是一项精确成形的铸造新技术。1958年，美国人h.f.shroyer首次用泡沫板材加工的模样，用含有粘结剂的型砂作充填砂制造金属制件并取得专利，直到20世纪80年代专利期满后，消失模技术才获得了大规模的应用。在90年代，美国通用汽车公司率先应用于发动机的缸体缸盖制造，并实现大批量工业化生产获得成功。   　　

 　　

    lfc法的工艺过程   　　

 　　

    消失模铸造是将与铸件尺寸形状相似的泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘乾后，埋在乾砂中振动造型，在常压或负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。   　　

   　　

    消失模铸造每生产一个铸件就要消耗一个泡沫模样，所以增加了预发泡和发泡成型的工序，但减少了型（芯）砂制备、制芯、造型、下芯等许多烦琐工序。   　　

 　　

    lfc法的工艺主要特点   　　

 　　

    lfc是一种近无馀量、精确成形的工艺。其采用聚苯乙烯或共聚物的泡沫塑料模压成型，组合成模，泡沫模样可实现无起模斜度，既无分型面又无型芯，减少由于型芯块组合而造成的尺寸误差。铸件尺寸精度和表面粗糙度可达ct5~ct7、ra＝6.3~12.5μm，介于砂型铸造和熔模铸造之间。由于充填砂采用乾砂，根除了由水分、粘结剂和附加物带来的缺陷，铸件的废品率下降，铸件质量明显提高。   　　

 　　

    容易实现清洁生产。低温下聚苯乙烯（eps）对环境无害，浇注时eps有机物排放量仅占浇注铁液质量的0.3%，而自硬砂为5%。同时产生有机排放物的时间短、地点集中、易于搜集，可以采用负压抽吸式燃烧净化器处理，燃烧产物净化后对环境无公害，旧砂回用率在95%以上。与传统铸造方法相比，lfc法的杂质、一氧化碳气体和矽石粉尘危害明显减少，工人劳动强度大大降低，劳动环境显着改善，容易实现机械化、自动化和清洁生产。   　　

 　　

    为铸件结构设计提供了充分的自由度。原先要由多个零件加工组装的结构，采用lfc工艺后可以通过分片制模然后粘合的办法整体铸出（如：复杂的六缸缸体、盖模样可以由若干个模片组装成一个整体，而且型芯可以省去，孔、洞可以直接铸出，这就大大节约了加工装配的费用，同时也可以减少加工装备的投资。一般说来，与传统铸造工艺相比，lfc技术设备投资可减少30%~50%，铸件的成本可下降10%~30%（成本下降的幅度取决于零件批量、复杂程度以及加工装配时间的节省等）。   　　

   　　

    金属液的流动前沿式热解的消失模产物（气体和液体），它会与金属液发生反应并影响到金属液的充填，如果金属充型过程中热解物不能顺利排除，就容易引起气孔、皱皮、增炭等缺陷。这就要求工艺师掌握消失模铸造成形原理，正确设计浇注系统，制定合理的工艺方案。   　　

 　　

 　　

    模具制造成本较高，没有一定的生产批量，很难获得好的经济效益。   　　

 　　

    缸体缸盖的消失模应用   　　

 　　

    消失模铸造符合当今铸造技术发展的总趋势，发展前景广阔，其优越性不容置疑。特别适合于离合器壳、变速箱、发动机缸体和缸盖这类产品的批量生产。目前国内外相关应用情况如：   　　

 　　

    美国   　　

 　　

    美国通用汽车公司（gm）于1981年利用消失模技术第一次试制了4.3l、v6型铝合金发动机缸盖，由于各方面工艺还未成熟，没有取得成功；1985年gm公司又试制2l、l4型铝合金发动机缸盖，一举获得成功；2001年gm所属的saginaw铸造厂消失模生产线正式投产，标志着美国消失模技术走向成熟。   　　

   　　

    saginaw铸造厂是目前世界上最先进、规模最大的消失模生产工厂，共有五条生产线，能够日产198.6kw直列式运动跑车六缸铝合金缸体和缸盖各2100件，试压后总废品率不大于12%，其中内废小于10%。该厂生产的votec 4200六缸缸体和缸盖（如图4）是目前最复杂、最有代表性的lfc产品，充分体现了该技术的优越性。这型号的缸体和缸盖是该公司的设计部门充分考虑了lfc法的特点而设计的，缸体质量40kg，缸盖质量22kg，产品设计中集成了曲轴箱，油/空气分离器（图5a）、通气系统（图5b）、复杂弯曲的回油管路（图6）全部铸出，大大减小了钻孔加工和螺栓装配工作量，减轻了整机的质量，减少了噪音、振动和污染，提高了燃油效率，降低成本。