消失模铸造(全称 “实型负压消失模铸造”,英文名:Lost Foam Casting,简称 LFC)的核心原理是
用可气化的泡沫塑料模样替代传统砂型铸造中的 “模样 + 型芯”,通过金属液浇注时的高温使泡沫模样气化消失,金属液随后占据原模样的空间,冷却凝固后形成铸件。其工艺本质是 “模样气化 - 金属液充型 - 凝固成型” 的动态替代过程,具体原理可拆解为以下 5 个关键环节:
消失模铸造的基础是泡沫塑料模样(常用材料为 EPS 聚苯乙烯、EPMMA 共聚泡沫等),其需满足两个核心要求:
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形状与铸件完全一致:通过模具发泡成型,泡沫模样的尺寸、结构(包括内腔、孔道、异形结构)需与最终铸件完全匹配(需预留金属凝固收缩量),无需像传统砂型铸造那样额外制作型芯(复杂内腔可直接通过泡沫模样一体成型)。
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高温下可彻底气化:泡沫塑料的熔点低(EPS 约 90℃软化、240℃左右气化),且气化产物(主要为小分子碳氢化合物、水蒸气等)需易排出铸型,避免残留杂质影响铸件质量 —— 这是金属液能顺利 “替代” 模样空间的关键。
为防止金属液直接与干砂接触导致 “粘砂”(铸件表面附着砂粒),并增强泡沫模样的强度(避免搬运、填砂时损坏),需对泡沫模样进行涂覆耐火涂料处理:
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涂料成分:通常为水基涂料,包含耐火骨料(如石英砂、刚玉粉、锆英砂等,根据铸件材质选择)、粘结剂(如硅溶胶、聚乙烯醇)、悬浮剂等。
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作用原理:涂料干燥后在泡沫模样表面形成一层致密的 “耐火涂层”,既隔绝金属液与干砂,又能引导泡沫气化产物通过涂层的微小孔隙排出,同时减少铸件表面粗糙度。
与传统砂型铸造用 “湿砂 / 树脂砂紧实成型” 不同,消失模铸造采用干砂振动紧实 + 负压密封的方式构建铸型,原理如下:
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将涂覆好涂料的泡沫模样放入特制砂箱,模样周围填入无粘结剂的干砂(常用石英砂、宝珠砂);
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通过振动台对砂箱进行振动紧实,使干砂填充到泡沫模样的所有缝隙(包括复杂内腔、窄缝),确保干砂均匀包裹模样,形成稳定的 “砂型骨架”;
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用塑料薄膜密封砂箱顶部,再通过砂箱底部 / 侧面的抽真空系统对砂箱内抽负压(通常负压值为 0.04~0.06MPa);
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负压的核心作用:① 进一步 “吸附” 干砂,增强砂型的稳定性(防止金属液充型时砂型溃散);② 加速泡沫模样气化产物的排出(负压形成的压力差推动气体从砂粒间隙排出)。
这是消失模铸造的核心环节,原理可概括为 “金属液驱替泡沫气化空间”:
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将高温金属液(如铸铁、铸钢、铝合金等的熔融液)通过浇口杯缓慢浇注到砂箱内的泡沫模样上;
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金属液与泡沫模样接触后,高温瞬间使泡沫塑料发生 “热解气化”—— 泡沫从接触界面开始,迅速分解为小分子气体(如 EPS 分解为苯乙烯、甲烷、氢气等);
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气化产生的气体在负压作用下,通过耐火涂料的孔隙、干砂颗粒间的间隙,最终从砂箱的抽真空口排出;
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随着泡沫模样持续气化、气体不断排出,金属液在重力和负压的共同作用下,逐步 “填充” 原泡沫模样占据的空间,直至完全充满;
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关键要求:浇注速度需与泡沫气化速度匹配 —— 若浇注过快,气体无法及时排出,易形成铸件气孔;若浇注过慢,金属液易在中途凝固,导致 “浇不足” 缺陷。
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金属液完全充满原泡沫空间后,停止浇注,保持砂箱负压状态一段时间(辅助金属液平稳凝固,减少缩孔、缩松);
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待金属液冷却至常温、完全凝固成铸件后,解除砂箱负压,拆除密封薄膜,将砂箱倾倒,回收干砂(干砂可多次循环使用);
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从干砂中取出铸件,去除浇冒口(金属液补缩用的多余部分),必要时进行表面清理(如去除残留的涂料层),最终得到成品铸件。
其本质是 **“以气化模样替代传统实体模样,以干砂负压铸型替代粘结剂砂型”**,通过 “泡沫气化 - 气体排出 - 金属液充型 - 凝固成型” 的连续过程,实现复杂铸件的近净形生产(铸件尺寸精度高,后续加工量少)。这一原理也决定了其优势(如适应复杂结构、减少型芯、干砂可循环)与局限性(如泡沫气化需控速、易产生气孔)。
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