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消失模铸造工艺的成本优势主要体现在哪些方面?

返回列表 来源:无锡市铸造厂 浏览:- 发布日期:2025-09-12 14:09:03【
消失模铸造(EPC,Expandable Polystyrene Casting)的成本优势并非体现在单一环节,而是通过简化流程、减少浪费、降低辅助成本等多维度综合实现,尤其在中复杂结构铸件或批量生产场景中,优势更为显著。其核心成本优势可从以下 6 个关键环节展开分析:

一、省去 “模具 / 工装” 成本,简化造型环节

传统砂型铸造(尤其是湿砂铸造、树脂砂铸造)需为铸件配套砂箱、模样、芯盒等工装:

  • 模样多为木质或金属材质,需根据铸件形状单独加工,若铸件结构复杂(如带内腔、曲面),芯盒制作成本高(金属芯盒单套成本可能达数万元),且木质模样易磨损,需频繁更换;
  • 消失模铸造无需传统模样和芯盒,仅需用可发性聚苯乙烯(EPS)、可发性聚甲基丙烯酸甲酯(EPMMA) 等材料制作泡沫模样 —— 泡沫材料成本低(EPS 单价约 10-20 元 /kg),且泡沫模样可通过模具批量发泡成型(泡沫模具成本仅为传统金属芯盒的 1/5-1/10),尤其适合批量生产。

成本对比示例:生产一批(1000 件)带复杂内腔的灰铸铁阀体(重量 5kg),传统砂型铸造需制作金属芯盒(成本约 3 万元)+ 木质模样(成本约 5000 元,且需更换 2-3 次),而消失模铸造仅需 1 套泡沫模具(成本约 6000 元),仅工装环节即可节省约 70% 成本。

二、减少 “工序与人工”,降低人力与时间成本

传统砂型铸造流程繁琐,需经历 “模样制作→砂料混制→造型→下芯→合箱→浇注→落砂→清理” 等 10 + 工序,且核心的 “造型、下芯” 环节对人工技能要求高(需保证砂型紧实度、芯子定位精度),人工成本占比达 20%-30%;

消失模铸造流程大幅简化:泡沫模样制作→模样组合(涂覆涂料)→干砂振动紧实→浇注(泡沫气化消失)→落砂清理,直接省去 “砂料混制、下芯、合箱” 等关键工序:

  • 干砂可循环使用(无需反复混制树脂、粘结剂),减少砂处理环节的人工;
  • 泡沫模样组合(粘结)操作简单,普通工人经短期培训即可上岗,无需高技能造型工;
  • 工序减少使生产周期缩短 30%-50%(如批量生产中小型铸件,传统砂型需 7-10 天,消失模仅需 3-5 天),间接降低设备折旧、场地占用的时间成本。

三、材料利用率高,减少铸件 “废料与加工” 成本

1. 铸件余量小,降低金属液浪费与后续加工量

传统砂型铸造因模样变形、砂型退让性差,铸件需预留较大加工余量(如灰铸铁件余量通常为 5-8mm,铸钢件为 8-12mm),导致金属液利用率低(约 70%-80%),且后续机加工需切除大量废料,增加刀具损耗与加工时间;

消失模铸造的泡沫模样尺寸精度高(公差可达 ±0.5mm),且浇注时泡沫气化后金属液充型平稳,铸件尺寸偏差小,加工余量可压缩至 2-5mm(甚至部分简单件可 “近净成形”,无需加工):

  • 金属液利用率提升至 85%-95%,直接减少生铁、铸钢等原材料的采购成本;
  • 机加工量减少 40%-60%,降低机床工时、刀具、冷却液的消耗成本。

2. 干砂可循环使用,减少砂料浪费

传统砂型铸造(尤其是树脂砂)的废砂因粘结剂残留,再生难度大,大部分作为固废处理(循环利用率约 30%-50%),需频繁采购新砂;

消失模铸造使用的干砂(石英砂、宝珠砂) 无需添加粘结剂,仅需在浇注后筛选去除杂质(如泡沫残渣、金属飞溅),循环利用率可达 95% 以上,几乎无需额外采购新砂,大幅降低砂料采购与固废处理成本。

四、降低 “复杂结构铸件” 的特殊成本

对于结构复杂、多内腔、薄壁的铸件(如发动机缸体、变速箱壳体、泵体),传统砂型铸造需制作多个砂芯,且芯子之间的定位难度大(易出现错芯、偏芯缺陷),导致废品率高(约 10%-15%),且需设计复杂的浇冒口系统(消耗更多金属液);

消失模铸造的泡沫模样可一体成型复杂结构(如内腔、孔道可直接在泡沫上雕刻或发泡成型),无需拆分砂芯:

  • 避免因砂芯定位误差导致的废品,废品率可降至 3%-8%,减少因废品返工的材料与工时浪费;
  • 浇冒口系统设计更简化(泡沫模样可直接粘结浇冒口,无需单独制芯),金属液消耗减少 10%-15%。

典型案例:某车企生产铝合金发动机缸体(带 8 个气缸孔、水套、油道),传统砂型铸造需制作 6-8 个砂芯,废品率约 12%,而消失模铸造采用一体泡沫模样,废品率降至 5%,单件成本降低约 15 元(按年产量 10 万件计算,年节省成本 150 万元)。

五、设备投资灵活,适合中小批量与定制化生产

传统砂型铸造若需实现自动化,需投入昂贵的造型线、砂处理线(如一条全自动树脂砂造型线投资约 500-1000 万元),门槛高,适合大规模量产;

消失模铸造的设备投资更灵活:

  • 小规模生产(如年产量 1000-5000 件)可采用 “手动泡沫成型机 + 振动台 + 简易浇注系统”,设备投资仅需 50-100 万元;
  • 中大规模生产(年产量 1 万 - 10 万件)可升级为半自动泡沫生产线 + 自动干砂紧实设备,投资约 200-500 万元,远低于传统砂型自动化线;
  • 对于定制化、多品种小批量铸件(如工程机械配重、异形管件),泡沫模样更换便捷(仅需更换泡沫模具),无需调整复杂的砂型工装,切换成本低(传统砂型换型需 1-2 天,消失模仅需 2-4 小时)。

六、降低 “后处理与环保” 隐性成本

1. 铸件清理更简单,减少清理成本

传统砂型铸造的铸件表面易粘砂(尤其是湿砂铸造),需通过喷砂、抛丸、人工打磨等方式清理,清理工时占总生产工时的 20%-30%;

消失模铸造的铸件表面因涂料隔离(泡沫气化后无砂型粘结),表面粗糙度低(Ra6.3-Ra12.5),粘砂少,清理仅需简单抛丸即可,清理工时减少 50%-70%,降低人工与设备能耗成本。

2. 环保成本更低

传统砂型铸造(尤其是树脂砂、水玻璃砂)会产生含甲醛、苯酚的废气,以及含粘结剂的废砂,需投入废气处理设备(如活性炭吸附装置)、废砂再生设备,环保运营成本高;

消失模铸造仅在泡沫浇注时产生少量碳氢化合物废气(可通过简易燃烧装置处理,无有毒成分),且干砂循环利用无大量废砂,环保设备投资与运营成本仅为传统砂型的 1/3-1/2。

总结:消失模铸造成本优势的适用场景

需注意,消失模铸造的成本优势并非 “绝对”,在单件小批量(如年产量 <500 件)、超大型铸件(如重量> 50 吨) 场景中,其泡沫模样制作成本占比上升,优势会减弱。但在以下场景中,成本优势最为突出:

  • 中批量(年产量 500-10 万件)、中复杂结构铸件(带内腔、多曲面);
  • 对尺寸精度要求较高、需减少机加工的铸件;
  • 铝合金、灰铸铁球墨铸铁等中低熔点合金铸件(高熔点铸钢需优化泡沫材料,成本优势稍弱)。

总体而言,消失模铸造通过 “简化流程、减少浪费、适配复杂件”,实现了 “降本” 与 “提质” 的双重效益,尤其在现代制造业对铸件精度、环保要求提升的背景下,其成本优势愈发明显。
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