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铝合金消失模铸造技术的研究现状

刘雪萍;谭建波

【摘要】铝合金因其良好的物理性能已然成为汽车制造、航空航天以及电子产业所需零件的首选材料,消失模铸造技术凭借良好的经济效益以及铸件良好的性能成为“21世纪的新型铸造技术”.工业的发展促进了铝合金消失模铸造技术发展,使其成为铸造技术发展不可忽视的一部分.文中主要介绍了铝合金消失模铸造技术的模样材料、涂料工艺、成型工艺和数值模拟等方面的研究现状以及应用现状,并对其进行展望.

【期刊名称】《铸造设备与工艺》

【年(卷),期】2016(000)006

【总页数】7页(P57-62,66)

【关键词】铝合金;消失模铸造;模样材料

【作者】刘雪萍;谭建波

【作者单位】河北科技大学材料科学与工程学院,河北石家庄050018;河北省材料近净成形技术重点实验室,河北石家庄050018;河北科技大学材料科学与工程学院,河北石家庄050018;河北省材料近净成形技术重点实验室,河北石家庄050018

【正文语种】中文

【中图分类】TG249

消失模铸造（又称实型铸造）是将尺寸形状与铸件相似的泡沫塑料模型组成模型簇，然后涂刷涂料并烘干，接着埋在无粘结剂的干石英砂中振动紧实，最后在负压下浇注，模型气化，液体金属占据模型位置，待其凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。消失模铸造技术也是21世纪的新型铸造技术，更是被称为“铸造中的绿色工程”[1]。铝合金是一种密度低，强度较高，塑性好的材料，具有优良的导电性、导热性和抗蚀性。其性能与优质钢相近或者更好，可加工成多种型材。因此，随着现代工业对于铸件轻量化、精准化的要求，铝合金消失模铸造技术受到各国的企业以及科研人员的关注。美国、德国和意大利等发达的国家经过较长时间的技术积累，在铝合金消失模铸造技术方面的使用已经比较成熟[2]。而我国消失模铸造铝合金的技术处于发展期，生产消失模铝合金铸件的企业也比较少[3]。

在消失模铸造工艺过程中模样气化不必分模、没有分型面和砂芯，使得铸件没有飞边、毛刺缺陷，也不需要进行拔模斜度的设计，故铸件尺寸上的误差减少。然而，相比于砂型铸造和金属型铸造，铝合金消失模铸造时所需要的熔炼和浇注温度都是比较高的，而且铝合金本身密度小，因此铸件中易产生针气孔、渣孔、浇不足等铸造缺陷。各国学者从模样材料、涂料工艺、成型工艺和数值模拟以及其他方面进行研究，并取得了一定的成就。

自从1958年，美国的H.F.shroyer发明的可发性泡沫塑料模样用来制造金属铸件的技术以来，国外消失模铸造技术迅速发展，无论是在黑色金属还是在有色金属领域都取得了很大的成就[4]。中国也在20世纪60年代开始对实型铸造进行开发与研究，几乎与国外同时起步[4]。随着实型铸造的发展，到80年代已初具规模，而此时消失模铸造也在登上了中国舞台。经过几十年数多科研工作者的研发，逐渐形成了具有中国特色的消失模铸造技术[4]。

近年来消失模铸造技术在国内的发展势态良好，发展成果也是可喜的。清华大学、华中科技大学等高等院校为消失模铸造行业的发展做出了突出贡献。其应用的前景是非常大的，然而，我国的铝合金消失模铸造技术还是与国外的发展水平存在着一定的差距。

1.1模样材料的研究现状

消失模铸造浇注前，由于白模生产工艺的不同，导致白模的收缩程度不同，从而使得铸件在尺寸上出现偏差，甚至会导致铸件报废。在浇注时，高温的金属液会使得模样分解产生大量的有害物质，会严重恶化生产环境危害工人健康，分解产物也会残留在铸件的表面产生皱纹、粗糙以及内部夹渣等铸造缺陷。因此，模样材料的性能是影响铸件质量好坏的关键因素之一。也就有越来越多的科研人员开始研究模样材料。

GriffithWD[5]采用A319铝合金对普通EPS和溴化EPS成形的白模进行模样分解实验，结果发现，随着温度的升高，EPS分子的降解量逐渐减少，当达到105℃时，降解的聚苯乙烯润湿渗透性较低处的涂层；当EPS分子量较低至13000时，液态产物可以通过涂层中气孔排出。而经过溴化处理使得EPS的原始的分子量降低，进而可以在更低的温度下形成低分子量的液态产物，要比没有溴化的EPS更加容易排出。王建玲[6]研究了铝合金发动机四缸体消失模铸造技术白区的生产工艺过程中发泡模具白区的珠粒选择、预发泡、熟化、成型、模样粘结组装等的因素，制定了合理的铝合金发动机四缸体消失模铸造白区工艺流程，获得了质量较高的泡沫模样。SunY[7]认为铝合金的浇注温度较低，在充型时只有液相的聚苯乙烯产生。而JBrenne[8]则推测聚苯乙烯分解速度较慢，最终分解为二聚物、三聚物以及部分的单体。模样分解的气相产物量比液相产物量少一个数量级。合金温度在660℃～900℃时，模样发气量约为（205±25）cm3·g-1[4].

胡仙林等人[9]，以苯乙烯、甲基丙