保證消失模鑄造產(chǎn)品的質(zhì)量好，選擇優(yōu)質(zhì)的消失模鑄造專用泡沫珠粒是關(guān)鍵的一個(gè)環(huán)節(jié)。用包裝用泡沫來(lái)制造產(chǎn)品的泡塑模型，會(huì)因?yàn)槠浒l(fā)氣量，增碳量等不定因素大大影響了鑄件產(chǎn)品質(zhì)量?，F(xiàn)在隨著消失模鑄造業(yè)在國(guó)內(nèi)的迅速蓬勃發(fā)展，隨之而來(lái)原輔材料也要求越來(lái)越專業(yè)化。

　　一、消失模鑄造用專用泡沫珠粒的常規(guī)專用名稱：

　　(1)消失模鑄造專用的可發(fā)性聚苯乙烯樹脂珠粒(簡(jiǎn)稱EPS);

　　(2)可發(fā)性甲基丙烯酸甲脂與苯乙烯共聚樹脂珠粒(簡(jiǎn)稱STMMA);

　　(3)可發(fā)性聚甲基丙烯酸甲脂樹脂珠粒(簡(jiǎn)稱EPMMA)。

　　用戶根據(jù)鑄件的特點(diǎn)和要求選用需要的品種和規(guī)格，以確保獲得優(yōu)質(zhì)的泡沫塑料模型和消失模鑄件。

　　原始珠粒的選擇：首先根據(jù)鑄件材質(zhì)及對(duì)鑄件的質(zhì)量要求選擇珠粒的品種，再根據(jù)鑄件的壁厚選擇珠粒的規(guī)格。在預(yù)發(fā)泡時(shí)，40～50倍的發(fā)泡倍率，珠粒直徑將是原始珠粒的3倍左右。為了得到良好的模樣表面狀態(tài)，在成型時(shí)，模樣 *小壁厚部位要在 *小壁厚方向排列3顆珠粒。這樣，所選擇的 *大原始珠粒直徑(mm )=鑄件 *小壁厚(mm)×l/3×1/3。例如，要得到5mm *小壁厚的鑄件，就需要直徑為0.55mm以下的原始珠粒作模樣材料。但有時(shí)對(duì)薄壁件，尤其是灰鑄鐵件，其珠粒直徑要更小一點(diǎn)。而對(duì)厚壁件，珠粒的充填不成問(wèn)題，模樣也有一定的強(qiáng)度，適當(dāng)選用大的珠粒，也能得到理想的鑄件表面。原始珠粒的預(yù)發(fā)泡：消失模鑄造用的預(yù)發(fā)泡機(jī)一般采用間歇式預(yù)發(fā)泡機(jī)。間歇式預(yù)發(fā)泡機(jī)有間歇式蒸汽預(yù)發(fā)泡機(jī)和真空預(yù)發(fā)泡機(jī)兩種。間歇式蒸汽預(yù)發(fā)泡機(jī)預(yù)發(fā)泡工藝參數(shù)：EPS預(yù)發(fā)溫度100～105℃;STMMA預(yù)發(fā)溫度105～115℃;EPMMA預(yù)發(fā)溫度120～130℃。預(yù)發(fā)泡時(shí)，蒸汽進(jìn)入不宜過(guò)于集中，壓力和流量不能過(guò)大，以免造成結(jié)塊，發(fā)泡不均勻，甚至部分珠粒過(guò)度預(yù)發(fā)泡而破裂。發(fā)泡時(shí)珠粒與水蒸氣接觸，預(yù)發(fā)泡珠粒含水量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)10%左右，因此卸料后必須經(jīng)過(guò)干燥處理。

　　真空預(yù)發(fā)泡機(jī)的加熱介質(zhì)(蒸汽或油)不直接接觸珠粒，珠粒的發(fā)泡是真空和加熱的雙重作用而使發(fā)泡劑加速氣化溢出的結(jié)果。因此，預(yù)熱溫度和時(shí)間、真空度的大小和抽真空的時(shí)間是影響預(yù)發(fā)泡珠粒質(zhì)量?jī)?yōu)劣的關(guān)鍵因素。一般真空度設(shè)定為0.06～0.08MPa，抽真空20～30s，預(yù)熱時(shí)間1～3min， *好2Min以內(nèi)，預(yù)熱溫度由夾層蒸汽壓控制。

　　二、泡塑模樣外部和內(nèi)在質(zhì)量要求：

　　(1)模樣表面粗糙度低，珠粒間融合良好，沒有明顯的突起與凹陷，無(wú)過(guò)融、無(wú)傷損、無(wú)油污，其形狀和尺寸符合模樣圖要求。

　　(2)模樣在確保強(qiáng)度前提下密度要低而且各部位密度均勻，以使熱解產(chǎn)物盡量少，保證金屬液順利充填，且不產(chǎn)生鑄造缺陷;模樣內(nèi)不允許有夾雜物。

　　(3)模樣在涂敷涂料前，必須進(jìn)行干燥處理，減少水分并使尺寸穩(wěn)定。

　　(4)模樣在滿足上述要求的同時(shí)，還要具有一定的強(qiáng)度和剛度，以保證在粘結(jié)、涂敷涂料、干燥、搬運(yùn)、填砂裝箱等操作過(guò)程中不被損壞或變形。

　　預(yù)發(fā)珠粒的干燥、熟化處理：一般真空預(yù)發(fā)泡機(jī)不僅珠粒預(yù)發(fā)倍數(shù)高，珠粒粒徑均勻而且預(yù)發(fā)的珠粒是干燥的。若采用加壓式蒸汽預(yù)發(fā)泡機(jī)，預(yù)發(fā)泡后的珠粒含水率高，需用進(jìn)行干燥處理，干燥風(fēng)溫為25℃～35℃，使珠粒含水率降到2%以下。經(jīng)預(yù)發(fā)泡后的珠粒內(nèi)部呈減壓狀態(tài)，通常要存放一定時(shí)間使其干燥熟化，讓其穩(wěn)定。EPS的熟化時(shí)間如表2所示。

　　EPMMA和STMMA預(yù)發(fā)泡珠粒的熟化時(shí)間比上述EPS的熟化時(shí)間要短些， *佳的熟化溫度為20～25℃。

　　三、模樣的制作工藝：無(wú)論采用哪一種珠粒制模，其制模工藝流程都是相同的。其工藝過(guò)程如下：原始珠粒的選擇 → 預(yù)發(fā)泡 → 珠粒的干燥、熟化處理 → 發(fā)泡成型 → 模樣的熟化→模樣組合。

　　根據(jù)試驗(yàn)可知,用EPS模樣主要缺點(diǎn)是容易引起鑄鐵件表面產(chǎn)生光亮碳缺陷和使鑄鋼件表面增碳，而采用EPMMA模樣對(duì)解決增碳、皺皮、黑渣等缺陷非常有效。但是，EPMMA的發(fā)氣量大，約是EPS的1.5倍。STMMA是苯乙烯和甲基丙烯酸甲醋的共聚物，其共聚物兼有前兩者的優(yōu)點(diǎn)。還可調(diào)節(jié)共聚物的組成，生產(chǎn)不同性能的泡沫塑料，以滿足不同鑄造場(chǎng)合的需要。根據(jù)原料的性能和鑄件的不同，選擇模樣原料的原則如下：

　?、賹?duì)于增碳沒有要求的鋁、銅、灰鑄鐵件和中碳鋼以上的鑄鋼件，可采用EPS珠粒;而表面增碳要求較高的低碳鋼鑄件 *好采用STMMA，對(duì)表面要求特高的少數(shù)合金鋼鑄件可選用EPMMA。

　?、谛阅芤筝^高的球鐵件對(duì)卷入的碳黑夾渣比較敏感，可能會(huì)引起鑄件產(chǎn)生裂紋，所以模樣的原料也選用STMMA。此外，對(duì)于表面要求光潔的薄壁鑄件，必須采用 *細(xì)的珠粒， *優(yōu)的發(fā)泡率，采用STMMA。

　?、鄹鶕?jù)模樣的壁厚選擇珠粒的大小。壁厚越薄，要求珠粒徑越小。一般來(lái)說(shuō)原始珠粒不應(yīng)大于鑄件 *小壁厚的1/10。

　　發(fā)泡成型：發(fā)泡成型的目的就是在于將一次預(yù)發(fā)的松散珠粒填入到一定形狀和尺寸的模具中，再次加熱進(jìn)行二次發(fā)泡，形成與模具形狀和尺寸一致的整體模樣。批量生產(chǎn)的模樣，通常都采用成型機(jī)成型。其發(fā)泡成型工藝過(guò)程：

　?、兕A(yù)熱。模具安裝好后，將它預(yù)熱到100℃，保證模具是熱態(tài)和干燥的。

　?、谔盍?。一般使用料槍進(jìn)行射料，填充足夠的泡沫珠粒。

　?、弁ㄕ羝Ｒ话阃ㄈ?.1～0.15MPa的水蒸汽。為了保證成型質(zhì)量，正向通氣后，再逆向通氣一次，然后正逆同時(shí)通氣，使型腔內(nèi)蒸汽不流動(dòng)。這樣可以獲得發(fā)泡均勻、表面光潔、密度輕的發(fā)泡模樣。通蒸汽的時(shí)間由試驗(yàn)測(cè)定。

　　④冷卻。一般采用噴水冷卻的方法將模具冷卻到40～50℃。

　　⑤頂出。對(duì)于自動(dòng)或半自動(dòng)成形機(jī)，有機(jī)械頂桿取模法和真空吸盤取模法兩種常用方法。

　　四、模樣的熟化與穩(wěn)定化干燥

　　對(duì)發(fā)泡成型后的模樣要進(jìn)行干燥和存放一段時(shí)間使其穩(wěn)定化，叫做模樣的干燥、熟化，簡(jiǎn)稱模樣熟化處理。熟化分自然熟化和烘房(烘房溫度一般控制在45～60℃)中熟化(強(qiáng)制熟化)。模型在干燥和熟化過(guò)程中要收縮，一般EPS模樣的收縮率為0.4%～0.7%;EPMMA模樣和STMMA模樣的收縮率為0.2%～0.4%。熟化時(shí)間與模樣材料、模樣壁厚、熟化條件(溫度、濕度、通風(fēng))等因素有關(guān)。由于模樣在成型過(guò)程要與水蒸氣和水接觸，剛脫模的模樣含有很多水分。造成模樣含水量的因素很多，主要是發(fā)泡成型、加熱給蒸汽壓力、通蒸汽時(shí)間及冷卻時(shí)給水時(shí)間等，一般情況下剛剛脫模的模樣含水量在6%-8%左右，這樣的模樣是 不能直接拿去上涂料的。很直觀低說(shuō)模樣熟化就是消除水分和穩(wěn)定線收縮率，這就是進(jìn)行熟化處理的目的。等模樣經(jīng)過(guò)熟化干燥以后，其線收縮基本穩(wěn)定了，才允許進(jìn)行下道工序作業(yè)。為了保證消失模鑄件質(zhì)量，模樣在黏結(jié)和組裝前以模樣壁厚不同和干燥條件不同而異，一定要依據(jù)情況進(jìn)行時(shí)間不定的干燥，才能使模樣中的水分含量降到1%以下，才能使其線收縮穩(wěn)定在0.45%左右。要根據(jù)實(shí)際的具體情況而定。一般EPS模樣強(qiáng)制熟化4～6天，EPMMA和STMMA模樣熟化5～7天。筆者到過(guò)許多地方，聽到說(shuō)“自然干燥2、3天”這樣極端不科學(xué)的工藝概念，我們并不反對(duì)在條件允許時(shí)進(jìn)行自然干燥，但其效果取決于環(huán)境溫度和濕度，一年四季的溫度和濕度差別很大，而且我們這么大的地域差別同樣很大，在長(zhǎng)三角那里的梅雨季節(jié)濕度很大，如果只控制溫度，根本干燥不到、熟化不好。所以，對(duì)所謂“自然熟化”不能一概而論，要遵循科學(xué)規(guī)律具體問(wèn)題具體分析，具體對(duì)待，用科學(xué)的工藝原則去處理可變的因素。為了提高生產(chǎn)效率，縮短模樣熟化干燥處理周期，根據(jù)自身生產(chǎn)條件可以制定合理的強(qiáng)制干燥時(shí)間，這樣才能達(dá)到節(jié)能和提高生產(chǎn)效率以及烘房利用率的目的。如果控制手段好把模樣放置在(600±50)℃的烘房中強(qiáng)制干燥6-12h。厚大件取上限，薄小件取下限，烘房濕度應(yīng)<40%?？梢杂脤?duì)比模樣烘干前后含水分量來(lái)確定，生產(chǎn)單位普遍采用“試片”來(lái)測(cè)定模樣干燥程度方法，只能是個(gè)參考。有條件單位應(yīng)健全檢測(cè)手段。

　　模樣的組合與粘結(jié)：較復(fù)雜的泡沫模樣如不能在一副模具內(nèi)成型，需要進(jìn)行分片處理，各片單獨(dú)用模具成型，人們習(xí)慣把它叫模樣片;然后用粘結(jié)的方法，將多個(gè)泡沫模樣片組合成整體泡沫模樣。對(duì)于簡(jiǎn)單泡沫模樣的小批量的生產(chǎn)，采用手工方式粘結(jié);而對(duì)于復(fù)雜模片的大批量生產(chǎn)，采用自動(dòng)粘合機(jī)生產(chǎn)，用粘合模具來(lái)保證粘合精度。

　　復(fù)雜的模型通常是用分片泡沫模樣組合起來(lái)的。兩片泡沫模片對(duì)接時(shí)，粘結(jié)面上的黏膠總有一定的厚度，一般取0.1～0.3mm。對(duì)于壁厚較薄的泡沫模片可適當(dāng)增加對(duì)接處的厚度。要求模樣組裝用黏結(jié)劑氣化迅速、無(wú)殘留物。在粘合模樣及澆注系統(tǒng)時(shí)黏結(jié)劑的用量必須薄而均勻，過(guò)多的黏結(jié)劑可能導(dǎo)致模樣氣化不完全，因其未氣化徹底留的殘?jiān)瑯佑绊戣T件質(zhì)量。消失模鑄造澆注系統(tǒng)的材料泡沫塑料要選對(duì)用對(duì)，我們的主張是澆注系統(tǒng)用料 *好和成型的模樣白件用料一致。就筆者所知許多消失模鑄造企業(yè)沒有壓制澆注系統(tǒng)用泡沫塑料板材的專用成型機(jī)，而是到建材市場(chǎng)上購(gòu)買泡沫塑料成型板，然后拉回去再按澆注系統(tǒng)尺寸的要求切割。不但說(shuō)強(qiáng)度和珠粒不符合要求，殊不知建筑用和鑄造用的材質(zhì)要求就不同。其中有一個(gè)企業(yè)他們把澆注系統(tǒng)用泡沫塑料用料改變后夾渣減少了40%左右，那就是原先用的建材上的泡沫塑料板由于珠粒粒度大而且壓制不好，珠粒間隙刷涂時(shí)料鉆進(jìn)去了，澆注時(shí)這些耐火涂料就隨金屬液進(jìn)入了鑄件。除此之外，嚴(yán)格要求粘結(jié)的操作工要把澆注系統(tǒng)各個(gè)部分組合時(shí)粘接牢固，這樣才能預(yù)防浸刷涂料時(shí)、操作工搬動(dòng)時(shí)、澆注系統(tǒng)產(chǎn)生裂紋導(dǎo)致鉆進(jìn)涂料，才有可能減少夾渣缺陷和 *大限度地從進(jìn)渣源頭杜絕夾渣或夾砂缺陷

　　所以，在能粘牢固的基礎(chǔ)上涂刷的黏結(jié)劑是愈少愈好。這是獲得 的消失模鑄造生產(chǎn)的鑄件的基礎(chǔ)工作之一。

　　五、模樣涂敷涂料后的烘干與固化

　　涂料涂掛以后需要進(jìn)行烘干與固化，以確保涂層獲得足夠的強(qiáng)度與透氣性。涂料的固化和干燥根據(jù)使用的設(shè)備不同，可分為自然干燥和加熱干燥兩種。加熱干燥依據(jù)采用的加熱燃料分為電熱鼓風(fēng)干燥、熱蒸氣加熱干燥、燃煤直接加熱干燥等多種干燥室加熱干燥方式。

　　通常，消失模鑄造用涂料均可任其自然干燥。它的干燥速度主要取決于涂料的溶劑和氣候條件。醇溶性耐火涂料可在30～60min內(nèi)自然干燥，水溶性耐火涂料一般需8～12h才能干燥固化。

　　為了加快用于大型模樣的水溶性涂料的干燥速度，生產(chǎn)上的簡(jiǎn)便方法是將刷有涂料的模樣放在陽(yáng)光下或60℃以下的烘房?jī)?nèi)加速干燥。對(duì)于成批生產(chǎn)的小模樣，較多的是應(yīng)用烘箱與烘干室，在50～60℃鼓風(fēng)加熱4～12h以加快涂層的干燥固化。

　　常用干燥設(shè)備與設(shè)施：

　?、匐娂訜岣稍?，電加熱干燥采用電熱鼓風(fēng)烘箱進(jìn)行，溫度控制利用浮點(diǎn)式溫度繼電器控制，烘干室大小根據(jù)要烘干模樣的尺寸、結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

　?、谌济杭訜岣稍铮济杭訜岣稍锸悄壳俺杀? *低的加熱干燥方法，干燥時(shí)采用熱管技術(shù)，使煤燃燒形成的高溫氣體通過(guò)熱管排出，不進(jìn)入烘干室，熱管將熱量幅射進(jìn)烘干室，并通過(guò)傳導(dǎo)、對(duì)流的方式將熱量散發(fā)至整個(gè)烘干室，溫度采用控制煤的燃燒速度對(duì)方法控制，溫度測(cè)量可采用數(shù)顯溫度計(jì)測(cè)量。

　?、壅魵饧訜岣稍铮瑢?duì)于有條件的單位，可采用蒸氣加熱的方式進(jìn)行加熱。

　　涂料烘干應(yīng)注意的細(xì)節(jié)：

　?、俸娓蛇^(guò)程應(yīng)注意模樣的合理放置和支撐，防止模樣變形。

　?、谀油苛媳仨毢娓赏浮?/p>

　?、鄹稍锖蟮哪討?yīng)放置在濕度較小的地方，防止吸潮和潮解。

　　為了縮短烘干時(shí)間，烘爐應(yīng)裝有空氣除濕系統(tǒng)。烘烤時(shí)空氣濕度及流動(dòng)狀態(tài)與烘干時(shí)間和溫度同等重要。模樣達(dá)到干燥狀態(tài)重量穩(wěn)定，但是烘干時(shí)間必須通過(guò)實(shí)驗(yàn)確定。熟化處理與干燥：熟化定形與干燥包括自然熟化和烘房(一般為40℃～60℃)中熟化(強(qiáng)制熟化)。模型經(jīng)過(guò)熟化干燥要收縮，EPS模樣收縮率為0.4%～0.8%。影響熟化的主要因素：熟化溫度、熟化時(shí)間及熟化方式。 *合適的自然熟化溫度為20～25℃， *佳自然熟化時(shí)間為4天左右。生產(chǎn)中為了縮短模樣熟化處理的時(shí)間，通常將模樣放置入50～60℃的烘干室中強(qiáng)制干燥12～18 h。

　　干砂負(fù)壓(EPC法)鑄造黑色金屬的充型過(guò)程就是金屬液的充填與泡塑模樣的氣化消失的過(guò)程。實(shí)際上這些氣態(tài)產(chǎn)物，在金屬液流動(dòng)的前沿與未熔化或氣化的泡塑模樣之間形成空隙，在金屬液體壓頭作用下，熱解產(chǎn)物透過(guò)涂料層從金屬液前沿間隙中排出，降低間隙的反壓力，從而使金屬液進(jìn)一步充填型腔。泡塑模樣熱解氣態(tài)產(chǎn)物在鑄型材料中的凝聚改變了鑄型的熱物性參數(shù)和舊砂的使用性能，從而影響到鑄件的成型過(guò)程;向鑄型材料中傳輸?shù)臒峤猱a(chǎn)物的多少，決定了聚集在型腔內(nèi)的熱解產(chǎn)物的數(shù)量。

　　黑色金屬消失模鑄造中，耐火涂料涂層的透氣性成為很主要的性能指標(biāo)。當(dāng)涂層的透氣性低時(shí)，由于泡塑模樣存在著中心低邊緣高的密度梯度，金屬液在氣態(tài)分解物的反作用下，流動(dòng)前沿呈現(xiàn)前凸的形狀，從而將氣化分解產(chǎn)物推向兩側(cè)面的涂層，在負(fù)壓作用中及時(shí)排出型腔。相反，采用過(guò)高透氣性的涂料充型金屬液的前沿容易出現(xiàn)紊流。尤其對(duì)于低密度模樣，有時(shí)候出現(xiàn)凹陷形狀，沿著涂層型壁快速流動(dòng)的金屬液先于分解產(chǎn)物全部排出型腔之前而覆蓋涂層，就有可能封閉逸出通道，這個(gè)時(shí)候澆注的鑄件易產(chǎn)生皺皮、炭黑或氣孔等缺陷。所以，研究泡塑模樣熱解產(chǎn)物在鑄型中傳質(zhì)與凝聚的過(guò)程是非常重要的。

　　澆注系統(tǒng)設(shè)計(jì)與澆注工藝同樣對(duì)消除消失模鑄件缺陷有影響。采用底注式澆注系統(tǒng)時(shí)，鑄件的上表面很容易產(chǎn)生增碳缺陷;采用頂注式澆注系統(tǒng)，鐵水流容易紊亂，將熱解產(chǎn)物易夾入金屬液中造成內(nèi)部增碳或氣孔。所以，對(duì)于高度不大的小件宜采用頂注;對(duì)于高度較大的中大件適宜采用階梯或底注方式， *后在金屬液 *后到達(dá)部位設(shè)置排渣冒口。為了減少鑄件增碳，除了設(shè)計(jì)好澆注系統(tǒng)之外，還得控制好澆注工藝，依據(jù)鑄件確定合適澆注溫度，澆注速度不宜太快，過(guò)快了會(huì)增加增碳量，盡可能使其與模樣氣體熱解產(chǎn)物排出速度同步，高溫金屬液與模樣熱解產(chǎn)物接觸的時(shí)間是越短越好，使模樣盡快氣化，并將氣化產(chǎn)物排出型外或盡可能把殘留渣排至冒口和集渣口里。澆注結(jié)束后，根據(jù)鑄件壁厚及表面積大小規(guī)定合適的負(fù)壓及冷卻時(shí)間，避免鑄件長(zhǎng)時(shí)間在高溫下繼續(xù)增碳的傾向。

　　總而言之，消失模鑄造的氣化模樣熱解產(chǎn)物與鑄件缺陷有非常密切的關(guān)系;消失模鑄造泡塑模樣氣化的程度直接關(guān)系到鑄件質(zhì)量。要想防止消失模鑄件缺陷的產(chǎn)生，就得學(xué)習(xí)并弄懂消失模鑄造成形原理，從這一原理出發(fā)合理選擇各個(gè)工序的工藝參數(shù)及所使用的材料，才能提高鑄造的成品率和鑄件質(zhì)量。