型砂与造型及浇注的分析介绍

消失模铸造用原砂主要为硅砂，可适用于一般中小型铸件，并且适用于普通铸钢、部分合金钢、铸铁和有色合金铸件。当铸件的壁厚较大，如壁厚大于50mm，或者对于一些类型的合金钢如高锰钢，可使用特种砂来代替硅砂，如铬矿砂、橄榄石砂、刚玉砂和锆砂等。

1.原砂的技术指标

原砂的技术指标包括化学成分、颗粒组成、含水量、含泥量和砂温等。

（1）原砂的化学成分 对于普通碳素铸钢、灰铸铁及有色合金铸件，可选用SiO₂的质量分数为87%～95%的原砂，对于低合金铸钢或者一部分合金钢铸件，可选用SiO₂的质量分数为90%～98%的原砂。

（2）原砂的颗粒组成 包括原砂的砂粒大小、均匀度、颗粒形状和表面状况。原砂的粒度和形状对消失模铸造的质量有较大的影响。粒度影响铸型的透气性，透气性影响泡沫模样分解物的排除。高质量消失模铸件必须在透气性良好的铸型中获得，但是砂粒的粒度过大容易出现粘砂、铸件表面粗糙等缺陷。常用的粒度级别为30～70目，并且应集中在相邻的两个筛号，以免由于级配造成透气性下降。砂粒的形状以圆形为最好，圆形砂容易获得好的流动性和紧实性。

（3）原砂的含水量 理想的干砂是不含水分的，但是由于大气的湿度和凝结作用，原砂不可避免地含有微量水分。砂中水分的存在会造成很多铸造缺陷，因此应限制原砂中水分的含量，其质量分数应小于1%。

（4）型砂的含泥量 含泥量的存在会降低铸型的透气性，而消失模铸造应比普通砂型铸造具有更高的透气性，所以要求原砂中的含泥量尽量小，其质量分数应小于3%。可选用水洗砂。

（5）原砂的灼烧减量 灼烧减量是干砂性能的一个重要参数，反映了型砂中砂粒上沉积的模样残留物及有机物的含量。型砂灼烧减量高到一定程度会降低干砂的流动性，同时降低干砂的透气性，因此要限制其数值，一般控制在0.25%以下。

（6）砂温 干砂温度过高，会使模样软化，产生变形。因此，必须严格控制砂温，一般不得超过60℃。大量生产的消失模车间应在旧砂回收及再生系统中配置砂冷却器，以控制干砂的温度在回送到造型工段时低于50℃。

2.加砂

由砂斗向砂箱内添加型砂的方式有三种：软管人工加砂、螺旋给料加砂和雨淋式加砂。加砂过程中，干砂中含有一定量的砂尘，在加砂和紧实过程中要进行抽风除尘。

（1）软管人工加砂 也称为柔性加砂，在砂斗的底端接软管，采用人工控制的软管加砂。可人工控制型砂落差，不损坏模样及涂层，设备简单，操作方便。但是加砂的均匀性和加砂的速度都受到一定的限制，常用于生产率要求不高或用来补砂的场合。

（2）螺旋给料加砂 砂斗底端安装螺旋给料器，实现对砂箱的具体部位定量加砂。但是其落差不能随机调整。

（3）雨淋式加砂 加料斗的底部设有定量料箱，由多孔闸板控制型砂的通过，可由改变漏砂孔面积的大小来改变砂的流量。型砂通过闸板后流入砂箱。加料箱尺寸与砂箱尺寸基本相近，加砂均匀，对模样及涂层的冲击力小，效率高，适合少品种大批量生产，也适合在生产流水线上使用。

3.振动紧实

消失模铸造不能用舂砂和震实的方法来紧实，一般是由振动来紧实，最好在填砂过程中交替进行。振动一般是在振动台上进行的，美国Vulcan的一维振动台如图8⁃21所示。

振动台有一维振动台和三维振动台。前者的特点是空气弹簧和橡胶弹簧联合使用，砂箱与振动台之间无锁紧装置，振动是垂直进行的，设备简单实用，成本不高。后者的特点是可形成三个方向上的振动，砂箱需要固定在振动台上，可实现一至三维振动的转换，成本比一维振动台要高些。

填砂过程中要特别小心，力求均匀，以免碰坏模样及涂层。每填100～300mm时，振动一段时间，再填下一层砂。型砂不能冲着模样填充，应冲着砂箱壁，再慢慢往中间填砂。切忌只往一个方向填砂，或将型砂一下子倒入砂箱内，这样模样会产生变形，甚至被压垮。特别难填的部位，应由人工辅助充填。对于模样上的长孔、深孔、盲孔和死角区的填砂，最好先在其中预填含黏结剂的型砂，并捣实或加放冷铁，必要时可开设填砂工艺孔，捣实后再用泡沫填上，并用胶带封好。顶部吃砂量在使用负压的条件下不能低于200mm，特殊时不能低于50mm。

冷铁在特殊情况下可以使用，埋型时贴着模样一起埋入砂中即可。如果可能，最好将冷铁固定在砂箱上，以免振动时产生位移。

抽气棒可以在埋型时插入型砂中，但是须支撑在砂箱上，目的是增加深腔、内孔的抽气能力，提高该部位的真空度。

振动频率为50～60Hz时，振幅为0.5～1.5mm比较合适，振动加速度为（1～2）g。振动时间控制在30～60s即可。

图8⁃21 美国Vulcan的一维振动台

1—砂箱 2—导向柱 3—台面 4—振动电动机 5—橡胶弹簧 6—空气弹簧 7—底座

4.真空抽气系统(https://www.xing528.com)

真空抽气系统如图8⁃22所示。真空泵的选择主要是抽气量大，对真空度的要求并不高。水浴罐的作用是除去被抽气体中的灰尘与颗粒。气罐的作用是维持系统中的真空度，减少由于浇注等工序产生的真空波动。

消失模铸造需要在真空下进行。真空系统可将砂箱内的空气抽走，砂箱内外的差压使干砂固定，防止冲砂和铸型溃散以及型壁移动，将泡沫模样热解过程中产生的热解产物吸出，可避免或减少铸件的气孔、夹渣和夹砂等缺陷。

真空度的大小是消失模铸造的重要工艺参数，通常系统的真空压力为920～980kPa，即负压-20～-80kPa。对于铸钢及铸铁件，保压时间可由下式进行计算：

t=KM² （8⁃1）

式中 t——保压时间（min）；

M——铸件模数（cm）；

K——凝固系数，对于铸钢件，K=2.8，对于铸铁件，K=0.0075T_浇-5[T_浇为浇注温度（℃）]。

5.浇注

与砂型铸造的区别是浇注过程中伴有泡沫模样的熔融、汽化和燃烧，比砂型铸造要复杂得多。完善的消失模浇注工艺应该是浇注温度、浇注速度和浇注方法等要素的合理组合。

（1）浇注温度 由于泡沫模样的热解属于吸热反应，需要消耗金属液的热量，因此，浇注温度应比砂型铸造要高30～50℃。同时，浇注温度的提高还有利于减少铸件的渗碳、皱皮等缺陷。浇注温度还与铸件的复杂程度有关，铸件越复杂，壁厚越薄，浇注温度就越高。表8⁃40是几种合金消失模铸造的浇注温度。

图8⁃22 真空抽气系统

1—真空泵 2—水位计 3—排水阀 4—水浴罐 5—球阀 6—止回阀 7—管道 8—真空表 9—滤网 10—滤砂与分配罐 11—截止阀（多个） 12—进气管（多个） 13—挡尘罩 14—支托 15—排尘阀

表8⁃40 几种合金消失模铸造的浇注温度

（2）浇注速度 应采用慢—快—慢的浇注速度。浇注初始阶段，模样汽化较快，采用慢速浇注，以防止产生反喷。金属液充满直浇道后，应加快浇注速度，以使铸件尽快充满，从而避免型壁坍塌和浇不足。浇注后期应慢浇，以防止金属液外溢，利于补缩。

（3）浇注方法 真空度在一定范围内的提高，有利于提高金属液的流动性，增强充型能力。同时还可以加快热解产物的排出，减少铸件气孔、夹渣等缺陷。但是真空度不宜太高，太高容易产生渗透和粘砂。表8⁃41为浇注时砂箱内的真空度。

表8⁃41 浇注时砂箱内的真空度

浇注过程不能中断，必须保持金属液连续地注入，直到铸型全部充满，以免产生冷隔等缺陷。为了防止浇注中的反喷，应采取以下措施：

1）模样密度应控制在0.016～0.022g/cm³。模样要干燥，上涂料后要干燥，以减少含气量和发气量。

2）增加涂料的透气性，调整好涂层的厚度，以0.5～1.0mm为宜，便于模样裂解后气体逸出。

3）型砂粒度控制在20～40目为宜，使粒度级配集中，增加透气性，加强砂箱的有效抽气。

4）如果可能，将浇冒口做成空心结构，以减少模样的发气。