【文章內(nèi)容簡介】 注后模型被消耗掉，但有的模型可以在澆注前含粘結(jié)劑的型砂中取出。大型鑄件包括機(jī)床床身仍然使用這種生產(chǎn)方式，含有化學(xué)粘結(jié)劑的型砂在模型周圍緊實(shí)硬化，取出模型后再合箱澆注。 第二章 消失模鑄造工藝 的優(yōu)點(diǎn) 消失模工藝具有明顯的工藝和設(shè)計(jì)上的靈活性，這是傳統(tǒng)鑄造工藝做不到的，除了改善環(huán)境外， EPC工藝最基本的優(yōu)點(diǎn)是取消了分型面、不使用含粘結(jié)劑的鑄型以及砂芯、提高鑄件的精度， EPC工藝省去了傳統(tǒng)鑄造工藝的混砂、造型、填砂、椿砂、振動(dòng)、壓實(shí)、刮砂、制芯硬化、拔模、合箱、澆口切割和費(fèi)時(shí)的落砂等工序。 傳統(tǒng)的鑄造工藝，型砂緊實(shí)后必須起模才能形成型腔，因此要求模型必須設(shè)計(jì)足夠的拔模斜度（≈ 3176。）才能夠起模，傳統(tǒng)鑄造工藝中的分型面表示模型的起模方向并限制了一個(gè)砂箱中所有容納的鑄件數(shù)，一般不太可能圍繞直澆道布置多層鑄 件，分型面也限制了澆口和冒口的位置，使?jié)部诤兔翱诓坏貌环旁谝蟪叽缇_的表面上，鑄件清除澆冒口的位置，使?jié)部诤兔翱诓坏貌环旁谝蟪叽缇_的表面上，鑄件清除澆冒口使尺寸精度受到影響，必須由機(jī)加工來修正。 傳統(tǒng)鑄造工藝中的合箱操作也會(huì)影響鑄件的尺寸精度，合箱時(shí)上下箱之間的錯(cuò)箱誤差一般為，鑄型和砂芯之間的偏差也基本是這個(gè)數(shù)值，消失模鑄造工藝采用泡沫塑料模型消除了錯(cuò)箱，這是鑄件的尺寸精度提高原因之一。 傳統(tǒng)鑄造工藝中，砂芯與芯座之間以及砂箱之間的間隙，在澆注過程中會(huì)滲入金屬液，產(chǎn)生飛邊，清理鑄件時(shí)必須清 除掉，清除飛邊也會(huì)引起鑄件尺寸的變化。 采用泡沫塑料模型可以減輕模具的磨損，消除飛邊，保證壁厚均勻，改善了尺寸控制，鑄件接近模型的復(fù)制，高精度的模型直接反映出高精度的鑄件。 由于干砂充滿模型的空腔，而由模型熱解后產(chǎn)生的氣體和液體體正常地排出，就可以不用砂芯，干砂充填模型空腔只需在模型上有一個(gè)小孔，而不需要傳統(tǒng)鑄造工工藝中的大砂芯，傳統(tǒng)的砂芯由芯撐和芯座支持固定，在澆注時(shí)有可能發(fā)生偏移使鑄件內(nèi)腔尺寸不精確，并使鑄件的壁厚發(fā)生變化。 消失模工藝不用砂芯，使得具有復(fù)雜的內(nèi)腔通道甚至多通道的鑄件都能夠生產(chǎn)出來。 鑄 件壁允許呈曲面，壁厚可以不均勻，用 EPC工藝生產(chǎn)的水泵殼體鑄件相當(dāng)光滑，出水量提高了 12%，重量降低了 25%，成本大大降低，取消砂芯也就取消了通常用于生產(chǎn)砂芯所必須的模具，芯砂混碾、造芯、緊實(shí)、硬化和清除砂芯，砂芯，砂芯結(jié)疤、破壞、與砂芯有關(guān)的氣孔和其它由于砂芯硬化引起的問題也就不復(fù)存在了。 取消芯座、芯撐、消除飛邊，也降低了鑄件的清理工作量，有報(bào)道稱，清理車間的費(fèi)用因此而降低 80%。 EPC工藝所生產(chǎn)的鑄件尺寸精度提高，減少了機(jī)加工量，據(jù)報(bào)道， EPC工藝的尺寸精度超過了濕型工藝和樹脂工藝的精度（接近精密鑄 造），例如，通常孔需要加工制出而用 EPC工藝可直接鑄出直徑大于 6mm的孔，孔徑的重復(fù)精度相當(dāng)好，誤差一般在 %以內(nèi)。 Troxer所總結(jié)的設(shè)計(jì)公差如下： ① 泡沫塑料模型同一表面上的線性尺寸誤差，一般線性尺寸在 25mm以內(nèi)時(shí)公差可以控制在177。 %以內(nèi)，每增加 25mm則公差增加177。 %。 ② 膠合面處的尺寸精度較低，每一膠合面會(huì)附加生產(chǎn) 。 ③ 膠合面處位置的尺寸精度是受兩半模塊錯(cuò)位的影響，每一膠合面的對(duì)中公差為177。 。 ④ 膠合面處會(huì)擠出膠合劑的液滴，液滴的尺寸一般為 。 用 EPC工藝生產(chǎn)鑄件，其表面粗糙度值 rmms一般為 ，而用濕型工藝則為,用殼型工藝則為 ，若采取專門措施改善表面粗糙度，則 EPC鋁合金表面粗糙度值能夠降低到 . 第三章 EPC工藝也有一定的缺點(diǎn)，模具費(fèi)工時(shí)是顯然的，簡單的模具可以鑄出型腔，但模具做好以后再修改不僅難度大而且成本高，內(nèi)澆道德尺寸比傳統(tǒng)工藝的要大，因此清理起來較費(fèi)工，為克服模型分解所產(chǎn)生的冷卻效應(yīng)，澆注系統(tǒng)的尺寸偏大一些是必要的，但在某些情 況下降低了工藝出品率，振動(dòng)緊實(shí)時(shí)模型會(huì)發(fā)生變形，從而導(dǎo)致鑄件變形，最困難的問題是鋁合金鑄件的冷隔和皺皮缺陷以及灰鐵和球鐵件中的碳缺陷，這些問題是由金屬液中的模型熱解殘留物造成的，或是由此而顯著加重的，在黑色金屬 EPC鑄件中粘砂也是一個(gè)重要的問題，是由于振動(dòng)緊實(shí)不當(dāng)或熱干擾原因引起的。消失模鑄造的工序 消失模鑄造工藝流程的主要步驟見圖 1 零件設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)并制造模具準(zhǔn)備模型 A珠粒預(yù)發(fā)泡 B發(fā)泡成型 C取出模型模型組裝 上涂料 填砂緊實(shí) 澆注 落砂清理圖 1 消失模鑄造工藝流程圖 消失模鑄造工藝的第一步是零件工藝設(shè) 計(jì)，零件結(jié)構(gòu)工藝性的審查和改進(jìn)常常忽略了 EOC工藝的優(yōu)越性，例如可以將幾個(gè)零件組合成一個(gè)復(fù)雜的零件或鑄出適當(dāng)?shù)目椎鹊?，單純?EPC鑄件的成本可能要比傳統(tǒng)工藝生產(chǎn)的鑄件的成本高，但是在清理、機(jī)加工等工序以后的鑄件的綜合成本則大大降低，因此，對(duì)零件進(jìn)行結(jié)構(gòu)工藝性改進(jìn)是必要的，以便充分利用消失模鑄造工藝的優(yōu)點(diǎn)。 進(jìn)行了零件結(jié)構(gòu)工藝性的審查和改進(jìn)后，需要設(shè)計(jì)并制造生產(chǎn)模型時(shí)所需的模具，模具設(shè)計(jì)很重要，因?yàn)樗_定了泡沫塑料模型最初的尺寸并影響模型的質(zhì)量包括表面和內(nèi)部珠粒的融合情況以及生產(chǎn)循環(huán)時(shí)間等，模具設(shè)計(jì)可以是簡單 的也可以是很復(fù)雜的用活塊形成凹槽和孔洞，有時(shí)也用活動(dòng)的鑲塊來形成模塊中大得空腔。 復(fù)雜的鑄件需要把模型分塊來制造，然后再把它們膠合起來，每一個(gè)模塊需要一套模具，而且膠合時(shí)還要有一套胎具或膠合機(jī)來保證膠合工序的定位，模具設(shè)計(jì)和制造的費(fèi)用高，周期長，同壓鑄模具相類似，然后如果模具設(shè)計(jì)仔細(xì)、模具制造者的經(jīng)驗(yàn)豐富，就能夠降低成本，縮短周期， 試制零件也可以用泡沫塑料板材切割下料然后再手工膠合起來，這種技術(shù)很實(shí)用，但模型的表面質(zhì)量差、尺寸精度低，手工裝配時(shí)使用的膠合劑的量較多，也會(huì)產(chǎn)生缺陷，對(duì)比壓鑄，設(shè)計(jì)時(shí)常常用砂鑄 試件，這種試件同壓鑄中金屬液的流動(dòng)和補(bǔ)縮條件相差很遠(yuǎn)，由于模具設(shè)計(jì)改變很困難，如果模具錯(cuò)誤會(huì)造成很大的經(jīng)濟(jì)損失，采用模具鑄造模型并采用膠合機(jī)膠合，能夠提高消失模工藝生產(chǎn)的鑄件的尺寸精度。 模塊的制造分兩個(gè)步驟，目前，最常用的制模材料是 EPS，含 5%7%的戊烷作為發(fā)泡劑， EPMMA最初使用氟氯烷（ CFC）作為發(fā)泡劑，后來改用一種碳?xì)浠衔镆员Ｗo(hù)環(huán)境。 聚苯乙烯原始珠粒未預(yù)發(fā)時(shí)的密度為 640克 /升， EPMMA為 950克 /升，制造模型的第一步是使珠粒膨脹到理想密度，迅速通入熱蒸汽使珠粒膨脹，膨脹后的珠粒必須穩(wěn)定 化處理后才能使用，原始鑄粒膨脹叫做預(yù)發(fā)泡，預(yù)發(fā)泡的產(chǎn)品叫做預(yù)發(fā)珠粒，預(yù)發(fā)珠粒的密度確定了最終模型的密度，用于生產(chǎn)鋁合金鑄件的 EPS最佳的密度為 /升，生產(chǎn)鑄件的為 克 /升，多數(shù) EPMMA預(yù)發(fā)后的密度為 2429克 /升。 預(yù)發(fā)珠粒輸送到成型機(jī)發(fā)泡成型，成型機(jī)上的模具必須預(yù)熱到工作溫度，烘干、合型后開始工作，預(yù)防珠粒是在模具合型后吹入模具的型腔。 制模時(shí)，模具未充滿會(huì)產(chǎn)生很多問題，模具的排氣要保證型腔中的空氣順利的排出，加料口要調(diào)整到合適的部位以利于預(yù)發(fā)珠粒充滿型腔。 型腔內(nèi)充滿珠粒后開 始通蒸汽，蒸汽通過進(jìn)氣口從模具的一側(cè)進(jìn)入，從另一側(cè)排出；對(duì)于壁厚模型，需要變換通入蒸汽的方向，在蒸汽的作用下，珠粒軟化膨脹，填滿珠粒之間的空隙并相互粘結(jié)到一起，珠粒內(nèi)部熔融后，立即從定模和動(dòng)模的兩邊吹入蒸汽，使壓力升高。這樣，模具表面的溫度進(jìn)一步提高，在戊烷的作用下珠粒進(jìn)一步膨脹，表面開始熔融。這一步叫做熱蒸。在熱蒸的過程中必須謹(jǐn)慎，防止過燒，造成模型表面珠粒的壓潰。 通完熱蒸汽后模型要冷卻?？梢詮哪＞弑巢客ㄈ氪罅康膰娚鋪砝鋮s，也可以采用真空的方法吸入少量的噴射來冷卻，然后打開模具，取出時(shí)一定要小心，同時(shí)又 要立即將模型存儲(chǔ)起來以減少變形。 泡沫塑料模型從模具中取出時(shí)進(jìn)行第一次收縮，當(dāng)模具通水冷卻時(shí)模型開始最初的收縮，而后模型的主要膨脹是在珠粒內(nèi)部滲入空氣時(shí)開始的，緊接著由于戊烷和水蒸氣的滲出又開始收縮。收縮大都發(fā)生在前 30天內(nèi)， EPS模型的線性收縮率為 %， EPMMA為 %。為得到尺寸穩(wěn)定的鑄件，充分發(fā)揮消失模鑄造工藝的優(yōu)勢(shì)，必須控制模型的收縮。正確地控制模型的尺寸，能夠使 EPC工藝生產(chǎn)的鑄件接近于壓鑄的精度。 穩(wěn)定尺寸的一個(gè)方法是在爐子中進(jìn)行人工熟化處理，在 6070℃的條件下保溫 218小時(shí)，但若在溫度的上限 70℃進(jìn)行熟化處理則會(huì)降低尺寸精度，進(jìn)行熟化處理時(shí)必須掌握模型的收縮規(guī)律，以有利于應(yīng)用熟化工藝。 熟化處理后開始把模塊組裝成模型，模型組裝時(shí)也要保證一定的尺寸精度，模塊一般是用熱熔膠在自動(dòng)膠合機(jī)上膠合的，膠合面要有足夠的強(qiáng)度保持模塊組合在一起，膠合的速度要快以提高生產(chǎn)效率；膠合面要防止鉆入陶瓷涂料；盡量減少膠合劑的用量，以減少鑄件的缺陷，澆注系統(tǒng)可以在自動(dòng)膠合機(jī)上裝配，也可以手工裝配；澆注系統(tǒng)可以發(fā)泡成型，也可以用板材加工制成，但發(fā)泡成型的澆道有利減少金屬液對(duì)鑄型的沖蝕。將澆注系 統(tǒng)裝配好模型或模型簇就準(zhǔn)備完成了，如果包括模型簇要涂掛一層陶瓷涂料后才能進(jìn)行澆注，某些鋁合金鑄件可能不需涂料，但差不多所有的黑色金屬鑄件都需要涂料，即使在某些并非一定要涂料的情況下，也最好是利用涂料形成保護(hù)層，防止在澆注時(shí)金屬液滲入或沖蝕鑄型，涂料層也有利于防止沙粒調(diào)入金屬液的前沿與熔融的泡沫塑料模型之間的空隙。某些情況下，涂料能夠減輕充型時(shí)的紊流，防止卷入液態(tài)的苯乙烯而形成缺陷，此外，涂料層還能夠提高模型的剛度，減少干砂振動(dòng)緊實(shí)時(shí)的變形。 涂料一般是耐火材料和粘結(jié)劑以水為載體的混合漿料，涂料涂掛的方式有浸 噴、澆三種，涂料必須烘干，嚴(yán)格控制圖模型簇的涂料層厚度的均勻一致是很重要的，因?yàn)橥繉拥暮穸扔绊懲苛系耐笟庑院推渌匦浴? 涂料可以在濕度較低的房間里烘干，但常見的方式是在循環(huán)通風(fēng)的爐子內(nèi)烘干，在 4050℃時(shí)模型簇經(jīng)過 210個(gè)小時(shí)就能夠干燥，可以通過測(cè)定模型簇上烘干涂料的重量來有效地控制涂層的厚度。 模型簇上的涂料干燥后就可以將模型簇放入砂箱中填砂造型了，應(yīng)仔細(xì)研究模型簇在砂箱中的擺放位置，干砂的充填和緊實(shí)，以確保干砂沖填到?jīng)]簇的所有空隙并達(dá)到一定的緊實(shí)度，使得干砂能夠支撐住模型簇，干砂的充填和緊實(shí)對(duì)每一重 模型簇設(shè)計(jì)都是相當(dāng)重要的，可以采用雨淋加砂，也可以采用軟管在模型簇周圍加砂，干砂的充填速率及其在砂箱中的分布對(duì)模型的變形等有明顯的影響。 干砂的緊實(shí)通過振動(dòng)臺(tái)來進(jìn)行，振動(dòng)臺(tái)上配有成對(duì)的振動(dòng)電機(jī)，每對(duì)振動(dòng)上安裝的偏心塊隨著電機(jī)主軸的相反方向的旋轉(zhuǎn)可以使振動(dòng)臺(tái)振動(dòng)，砂箱可以直接放在振動(dòng)臺(tái)上不需緊固，也可以用螺栓連接到振動(dòng)臺(tái)上。盡管人們現(xiàn)在對(duì)這兩種方法還存在著很大的分歧，但今日工業(yè)上用的標(biāo)準(zhǔn)方法仍為不緊固砂箱，振動(dòng)方法一般多采用邊加砂邊振動(dòng)的方式，使干砂容易充填到模型簇內(nèi)部的空腔。 模型簇在砂箱中緊實(shí)后開始澆注。 同傳統(tǒng)制造方法相比，澆注時(shí)不斷流對(duì)消失模鑄造工藝尤為重要，多采用自動(dòng)澆注機(jī)以減少澆注時(shí)的變化，通常，在澆注過程中必須使交口杯一直保持充滿。如果澆注時(shí)出現(xiàn)斷流，干砂就會(huì)潰散而進(jìn)入鑄件內(nèi)腔，澆注速度必須足夠快以防止干砂潰散，又不能太快以有利于模型分解產(chǎn)物從型內(nèi)排出。因此，充型時(shí)間長 50%的涂料對(duì)比原先的涂料能夠明顯減輕，由于模型分解產(chǎn)物引起的夾雜缺陷，應(yīng)該將澆注系統(tǒng)、涂料性能、干砂特性、澆注操作作為一個(gè)系統(tǒng)來處理，以使液態(tài)或氣態(tài)的分解產(chǎn)物能夠在金屬液凝固之前從型腔內(nèi)排出。 澆注結(jié)束后要讓鑄件簇在落砂前在砂箱中凝 固冷卻，鑄件落砂的工作比較簡單，只要將砂箱翻倒，從流態(tài)的松砂中取出鑄件即可。干砂冷卻以后只要稍加處理甚至無需處理就能夠回用。鑄件清理明顯比傳統(tǒng)砂型鑄件容易， EPC工藝生產(chǎn)的鑄件無飛邊，清理時(shí)不用打磨，外形輪廓一致，有時(shí)清理車間的操作代之以簡單的壓縮空氣噴嘴就行了，鑄件空腔不是由含化學(xué)粘結(jié)劑的砂芯形成的，而是松散的干砂，因此很容易清理。 消除澆注時(shí)模型分解產(chǎn)物對(duì)鑄件的質(zhì)量是重要的，模型分解的氣相和液相產(chǎn)物必須通過涂料排到砂子中去，不能使模型分解產(chǎn)物清除，對(duì)于所有金屬都會(huì)導(dǎo)致氣孔缺陷。第四章 EPC模型的生產(chǎn) 為 便于正確地選擇設(shè)備、涂料、操作過程、澆注速度以及合理模具設(shè)計(jì)及尺寸控制等，必須掌握一定的有關(guān)聚苯乙烯的基本工藝知識(shí)，苯乙烯是一種碳?xì)浠衔?，分子式?C8H8，分子量 104。含有質(zhì)量百分比 92%的碳和 8%的氫，是由苯和苯乙烯在催化劑的作用下發(fā)生反應(yīng)形成的，聚苯乙烯是由苯乙烯分子聚合而成的，聚合反應(yīng)是在水溶液中采用懸浮合法進(jìn)行的，EPC工藝中所應(yīng)用的聚苯乙烯的分子量通常為 202000300000. 聚苯乙烯在聚合反應(yīng)中浸入發(fā)泡劑戊烷就能夠在后來加熱時(shí)膨脹， EPS通常含質(zhì)量分?jǐn)?shù)5%8%的戊烷。 EPS能夠在空 氣中燃燒產(chǎn)生黑煙，根據(jù) ASTMD192968測(cè)定的燃點(diǎn)為 490℃，在其它燃燒環(huán)境下測(cè)定的燃點(diǎn)可以抵達(dá) 295℃，據(jù)報(bào)導(dǎo)， EPS的表面燃燒溫度為 446℃。 對(duì)珠粒質(zhì)量進(jìn)行控制的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)包括：綜合發(fā)氣量（在爐子中加熱到 150℃測(cè)定的質(zhì)量損失）及用一系列篩子測(cè)定的珠粒尺寸分布。 模型的預(yù)發(fā)泡 EPS模型的制造主要分為兩個(gè)步驟，第一步是珠粒的預(yù)發(fā)泡，獲得所需的容積密度，第二步是發(fā)泡成型，包括填料和熔融珠粒從而得到所要求的模型形狀，在成型過程中，通蒸汽使珠粒膨脹以填滿珠粒間的空隙，并使珠粒的表面熔化，相互粘結(jié) 。 預(yù)發(fā)泡是一個(gè)關(guān)鍵的操作，基本確定珠粒的容積密度和成型性，預(yù)發(fā)泡工藝控制得不合適，聚苯乙烯的容積密度和尺寸精度就會(huì)受到影響，送入預(yù)發(fā)泡機(jī)中的珠粒密度一般在 600700克 /升。 加熱聚苯乙烯使其軟化并使發(fā)泡劑在軟化后的殼內(nèi)膨脹，控制好珠粒的加熱和冷卻速度對(duì)于獲得合適的珠粒密度是至關(guān)重要的。 控制戊