1.1 概述

1958 年，H. F. Shroyer 发明了用可膨胀泡沫塑料模型制造金属铸件的技术，并获得了专利。最初使用的模型由聚苯乙烯（EPS）板制成，并用含有粘结剂的砂子成型。德国公司 Grunzweig 和 Harrtmann 购买了这项专利，并对其进行了开发和应用。使用不含粘结剂的干砂生产铸件的技术后来由 T. R. Smith 于 1964 年申请了专利。1980 年以前，使用无粘结剂干砂工艺必须获得 Full Mold Process (Inc) 的批准。此后，该专利失效。

最常见、最实用的方法是将涂有耐火材料的模型放入砂箱中，用干砂将模型填实，然后浇注金属液来代替泡沫塑料模型。这种铸造工艺被称为：消失模铸造（EPC）、气化模铸造和实心模铸造等。美国铸造协会的消失模铸造委员会采用 "消失模铸造 "作为该工艺的名称。

消失模铸造是一种创新的铸造工艺，可用于生产有色金属和黑色金属动力系统零件，包括：气缸体、气缸盖、曲轴、变速箱、进气管、排气管和制动毂。消失模铸造的工艺流程如下：

1) 预发泡 模型制作是消失模铸造工艺的第一步。对于气缸盖等复杂铸件，需要分别制作多个泡沫模型，然后粘合成一个整体模型。每个块体模型都需要一套模具进行生产。此外，在胶合操作中可能还需要一套模具，以保持每个块体的精确定位。模型的成型过程分为两步。第一步是将聚苯乙烯珠子预先膨胀到适当的密度，这通常是通过蒸汽快速加热来实现的。这一阶段称为预膨胀。

2) 模型成型 先将预膨化珠稳定下来，然后送入成型机的料斗，并通过进料孔喂入。模具型腔填满预膨胀珠子后，通入蒸汽使珠子软化。膨胀、填满所有间隙并粘合成一体，从而完成泡沫模型的制造过程，这一阶段称为高压釜成型。

成型后，在模具的水冷腔内通过大量水流冷却模具，然后打开模具取出模具。此时，模具温度升高，强度降低。因此，在脱模和储存过程中必须小心谨慎，防止变形和损坏。

3) 模型集群组合 在使用模型之前，必须对其进行适当时间的存储，使其成熟稳定。一般的模型存放期长达 30 天。对于由独特设计的模具形成的模型，只需存放 2 小时即可。模型成熟稳定后，可以分成两部分。块状模型被粘合在一起。块状模型的粘合是在自动粘合机上使用热熔胶进行的。粘合表面的接缝应严密密封，以减少铸造缺陷的可能性。

4) 模型簇浸涂 为了每箱生产更多的铸件，有时会将许多模型粘成簇状，然后将模型簇浸入耐火涂料中，再在约 30-60C（86-140F）的空气循环烘箱中干燥 2 至 3 小时，干燥后，将模型簇放入砂箱中，填入干砂并振实。模型团的所有内腔和外层干沙都必须压实和支撑。

5) 浇注 在砂箱中用干砂牢牢填满模型簇后，就可以浇注模具了。将熔化的金属倒入模具后（铸铝的浇铸温度约为 760C/1400F，铸铁的浇铸温度约为 1425C/2600F），模型会被蒸发。金属被替换，形成铸件。图 1 是砂箱和浇注消失模工艺的示意图。

在消失模铸造工艺中，浇注速度比传统的空心铸造更为关键。如果浇注过程中断，砂模可能会坍塌，造成浪费。因此，为了减少每次浇注之间的差异，最好使用自动浇注机。

图 1 砂箱和消失模浇注工艺示意图 6）落砂清理 浇注后，铸件在砂箱中凝固冷却，然后落砂。铸件的落砂非常简单，当翻转砂箱时，铸件就会从松散的干砂中掉落。随后，铸件在砂箱中自动分离、清理、检查和运输。

干砂冷却后可重复使用，很少使用其他附加工序。金属废料可重新熔化并用于生产。

1.2 消失模铸造工艺的优点

消失模铸造工艺主要在技术、经济和环保三个方面具有优势。

1. 2. 1 技术方面

1) 增加模型设计的自由度 新工艺可以进行造型设计，完全可以在第一阶段就为模型增加一些附加功能。例如，柴油机预热器有一个特殊的功能部件，就可以用消失模铸造工艺代替传统的铸造方法来制造。2) 取消铸件生产中使用的砂芯

3) 许多铸件可在不使用冒口的情况下进行喂料

4) 提高铸件精度 可获得形状和结构复杂的铸件，可重复生产重复精度为 100%的高精度铸件，铸件壁厚偏差可控制在 -0. 15~+0. 15mm 之间。

5) 模型接合面无闪光

6) 其优点是可将铸件重量减轻约 1/3

7)减少加工余量 可以减少加工余量，甚至可以不加工某些零件。这就大大减少了对机械加工和机床的投资（例如，在不同情况下投资可减少一半）。

8) 与传统型腔铸造相比，减少了模具投资。9) 完全消除了传统的落砂和抽芯过程

1) 可生产复杂的整体铸件 采用新的工艺设计，可将块状模型粘合成整体模型，浇铸成复杂的整体零件。与原有的多次铸造装配零件（如柴油机预热器）相比，可获益 1 至 10 倍。

2) 减少车间人员 建立消失模铸造厂的员工人数少于传统铸造厂，因此应考虑这一因素。

3) 灵活的浇铸工艺 浇铸工艺的灵活性非常重要，因为新工艺可以在烧瓶中同时生产大量相似或不同的铸件，因此浇口系统非常灵活。总之，可以说每一项优点都符合经济利益，同时也改善了工作条件。

1. 2. 3 环境保护

聚苯乙烯和 PMMA 燃烧时会产生一氧化碳、二氧化碳、水和其他碳氢化合物气体，其含量低于欧洲允许的标准。干砂可以使用天然硅砂，这种砂子 100%可回收，不含粘合剂。模型中使用的涂料由添加到水中的粘合剂和其他辅助材料组成，不会造成污染。