【導(dǎo)讀】從單件小批量大件生產(chǎn)發(fā)展到大批量小件流水線生產(chǎn)，尤以美國(guó)、意大利、德國(guó)、俄羅。斯、日本等國(guó)工業(yè)化生產(chǎn)具有代表性。據(jù)預(yù)測(cè)到2020年，汽車鑄件采用消失模工藝生產(chǎn)方。法將達(dá)到一定比例，其他工業(yè)部門的產(chǎn)品，如馬達(dá)殼、閥門等產(chǎn)品也將有較大發(fā)展。到90年代初消失模鑄造出現(xiàn)了徘徊局面。由于歐美經(jīng)濟(jì)不景氣，汽車工業(yè)受到影響，致使。消失模鑄造發(fā)展受到一定影響。但是消失模鑄造工藝帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)仍然不斷得到人們的關(guān)注，隨著世界經(jīng)濟(jì)的回升，特別是汽車工業(yè)的復(fù)蘇，近幾年消失模鑄造走出低谷，恢復(fù)了發(fā)展。200多家，其他地區(qū)200多家。98年美國(guó)消失模鑄件年產(chǎn)量達(dá)9萬(wàn)噸，其中鑄鋁件5萬(wàn)噸，美國(guó)的PowerTrain計(jì)劃已經(jīng)開(kāi)始實(shí)施跨世紀(jì)工程項(xiàng)目，到目前為止，我國(guó)已有70余家工廠生產(chǎn)消失模鑄件，多數(shù)是規(guī)模較小的單件小批量生產(chǎn)。近三年來(lái)生產(chǎn)廠家數(shù)量每年以近10%的速度遞增。為引起的缺陷廢品。程設(shè)計(jì)認(rèn)可，投資者存有戒心。

　　

【正文】 側(cè)吹向另一側(cè)，如果此時(shí)珠粒不能完全熔融就需要從模具的另一側(cè)再吹以蒸汽流。蒸汽流給 給整個(gè)模具型腔加熱，使主力軟化、膨脹、熔融，如果珠粒熔融得不充分，則模型的表面就會(huì)起伏不平，同時(shí)也影響模型的強(qiáng)度，此時(shí)若折斷模型就會(huì)發(fā)現(xiàn)，模型壁中間的珠粒沒(méi)有熔融在一起，這種現(xiàn)象就是熔融不良，如圖 5所示，這些珠粒僅在接觸處熔融，而且珠粒之間有較大的空隙，使得涂料可以鉆進(jìn)來(lái)。鉆進(jìn)來(lái)的涂料在澆注時(shí)會(huì)沖入鑄型，鑄件生產(chǎn)夾雜和縮松缺陷?？梢岳谜羝麎毫妥饔脮r(shí)間來(lái)控制珠粒的熔融過(guò)程，一般采用蒸汽壓力為 ，作用時(shí)間為10秒鐘，熔融過(guò)程中需蒸汽的質(zhì)量（壓力、溫度）以及珠粒預(yù)發(fā)后的熟化時(shí)間、珠粒的密度作相應(yīng)的 調(diào)整。 珠粒熔融后從模具的側(cè)面通入蒸氣來(lái)加熱模具的表面，使模型表面的珠粒熔融成薄膜狀，形成光滑表面，蒸煮的最后階段模具的溫度可達(dá) 110120℃ 。 蒸煮時(shí)間過(guò)長(zhǎng)或者蒸汽壓力過(guò)大都有可能使模型過(guò)燒，模具溫度低則模型表面不光滑，蒸煮階段的蒸汽壓力為，作用時(shí)間約為 10秒鐘， 表 2模型的一般過(guò)程 工藝過(guò)程 時(shí)間（秒） 合模 5 填料 5 熔合 10 熱壓 10 冷卻 50 開(kāi)模 5 頂出 5 總計(jì) 90 一般的模型成型過(guò)程如表 2，從關(guān)閉模具到加料一般需 5秒鐘，加料過(guò)程要 5秒鐘；珠粒熔合需要 10秒鐘；一直到取出模型之前還需要 3050秒鐘，模型從模具中取出來(lái)約需 10秒鐘，這樣整個(gè)工藝過(guò)程要持續(xù) 7090秒鐘，模具的壁厚對(duì)整個(gè)發(fā)泡成型的過(guò)程影響很大，壁厚越大則在同樣的條件下，熔融時(shí)間和冷卻時(shí)間偏長(zhǎng)。 （ A） 通蒸汽的過(guò)程中，要確保通過(guò)模具的蒸汽均勻流動(dòng)，如果某一部位根本沒(méi)有通入蒸汽或冷卻水，就會(huì)使珠粒熔合不充分，整個(gè)通蒸汽的過(guò)程必須與冷卻過(guò)程相平衡，使模具處于穩(wěn)定的熱平衡中，蒸煮結(jié)束時(shí)模具必須及時(shí)冷卻，以保證模型的質(zhì)量，圖 6為珠粒熔合不良和熔合良好的 EPS表面，（ B） 圖 6（ A）熔合不良和（ B）熔 合良好的 EPS表面（ 25℃） 蒸汽操作終了并釋放壓力后立即開(kāi)始冷卻過(guò)程，冷卻時(shí)一般直接向模具的背面大量噴水以使模型的溫度降到 4050℃，另一種冷卻方法是向模具噴少量的水霧，然后同預(yù)發(fā)泡時(shí)相類似，施加一定的真空，真空能夠使水分蒸發(fā)和蒸汽凝結(jié)以達(dá)到滿意的冷卻效果，此外，真空能夠降低水分和戊烷在模型內(nèi)的殘留量，使取模后模型的穩(wěn)定性大為提高。 抽真空能夠使模型內(nèi)部冷卻，不一定使模具冷卻到通水冷達(dá)到一樣低的溫度就可以再次投入循環(huán)使用，降低了循環(huán)加熱時(shí)間，降低了成型過(guò)程的能耗，采用真空冷卻，模具的溫度可降至 80℃。 模型在模具內(nèi)冷卻的溫度，應(yīng)使珠粒內(nèi)部的壓力足夠低，取模后模型不會(huì)發(fā)生進(jìn)一步的膨脹，較薄的模型壁，表面積與體積之比高，冷卻速度較快，壁厚模型為了減少膨脹，須延長(zhǎng)模具的冷卻時(shí)間。模型經(jīng)過(guò)冷卻穩(wěn)定以后才能從成型機(jī)中取出，由于模型的尺寸和形狀上的差異，真空冷卻會(huì)比水冷需要更長(zhǎng)的時(shí)間，冷卻不充分，則模型就會(huì)產(chǎn)生不可控的尺寸變化，而且模型的表面粗燥，取模后模型立即發(fā)生的膨脹和變形稱為后膨脹，為了防止后膨脹和變形，必須在開(kāi)模之前充分冷卻，但是如果冷卻時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，一則影響了生產(chǎn)率，再則下一個(gè)周期中的預(yù)熱時(shí)間會(huì)更長(zhǎng)，耗能更多 。 冷卻以后就可以從模具中取出模型，冷卻過(guò)程中會(huì)使一些水汽和戊烷凝結(jié)在珠粒當(dāng)中，凝結(jié)過(guò)程中也會(huì)使模型收縮而脫離開(kāi)模具，便于取模，在開(kāi)模的過(guò)程中，可以在模具的一側(cè)通入壓縮空氣，使模型留在模具的另一側(cè)面上。 如果取模困難，可以使用雙面取模的方法，即模具稍微打開(kāi)一點(diǎn)，同時(shí)從一個(gè)側(cè)面通壓縮空氣，把模具合上以后再打開(kāi)模具，此時(shí)則從模具的另一側(cè)通壓縮空氣，這樣，在完全開(kāi)模之前，模型在模具的兩側(cè)都略有松動(dòng)，使用壓縮空氣時(shí)要小心，通過(guò)孔的壓力太大有可能損壞模型。 模型較軟時(shí)一定要小心操作，以避免損壞和變形，自動(dòng)取模有利于保 證模型的尺寸精度，如果采用頂桿取模，則頂桿位置需要細(xì)心選擇，人工取模應(yīng)用得較為普遍，但這種方式會(huì)引起較大的鑄件的尺寸變化。 模具上涂漆有機(jī)硅脫模劑有時(shí)利于取模，但脫模劑會(huì)破壞并污染模型的表面，使均勻上涂料增加了困難。 有的臥式成型機(jī)取出的模型直接吊入水槽，這種方法雖然會(huì)減少對(duì)模型的機(jī)械損壞，但會(huì)增加模型的吸水量，立式成型機(jī)允許取模裝置插入兩半模具以取出模型，模型取出后應(yīng)撐托 2個(gè)小時(shí)以減少模型的變形，保證尺寸的精度。 模型的熟化是指從成型后到使用的這段時(shí)間，模型成型以后尺寸要發(fā)生變化，而且在以后的30天或更長(zhǎng) 的時(shí)間內(nèi)還要繼續(xù)緩慢變化。取模后的第一小時(shí)由于水蒸氣和戊烷的冷卻并凝聚，氣體的侵入，水分的蒸發(fā)，因而尺寸變化較大，隨后主要是由于戊烷的逸出而造成模型收縮，有人認(rèn)為應(yīng)力釋放對(duì)于熟化過(guò)程中的模型收縮起到一定的作用，模型收縮是不可避免的，但模型的尺寸變化能夠通過(guò)控制存放時(shí)間或進(jìn)行爐內(nèi)熟化來(lái)控制。 熱壓過(guò)程結(jié)束后，模型的尺寸與高溫的模具內(nèi)腔的尺寸是一致的，但模型含有 97%的空隙，這些空隙隨后就被珠粒書畫過(guò)程中所吸收的氣體、戊烷或其它發(fā)泡劑以及預(yù)發(fā)泡和程序過(guò)程的水和水蒸氣的混合物充滿，成型后的模型一般含水 68%，在 大氣壓下儲(chǔ)存一晝夜后這些水分有可能減少。模型剛?cè)〕鰰r(shí)，珠粒胞壁有一定的溫度，能夠通過(guò)空氣、水蒸氣和戊烷等。 在模具內(nèi)冷卻模型時(shí)，水分和戊烷會(huì)凝結(jié)，導(dǎo)致最起始的模型收縮，從模具中取出模型后收縮 %，有一定溫度的模型吸收空氣克服水分和戊烷的凝結(jié)造成的負(fù)壓，尺寸脹大，直到在最初的幾個(gè)小時(shí)內(nèi)收縮降為 %。熟化時(shí)間（分析） 模型尺寸相對(duì)于冷模具尺寸的收縮量 由于水分和戊烷從模型的胞壁擴(kuò)散，模型的存儲(chǔ)條件等，水分子比戊烷分子小，所以早期的模型收縮特性受到水分揮發(fā)的控制，戊烷揮發(fā)得較慢，因而控制著更長(zhǎng)時(shí)期的收縮。 利用密度為 21克 /升的 T型珠粒發(fā)泡成型的模型的收縮曲線如圖 7所示，該曲線表明在成型后一個(gè)小時(shí)內(nèi)的快速變化情況。戊烷含量、珠粒密度、模型尺寸，存儲(chǔ)環(huán)境和儲(chǔ)存時(shí)間對(duì)模型的尺寸變化都有一定的影響，都應(yīng)該加以控制以保證尺寸的穩(wěn)定，一般情況下，模型的密度越大則模型的收縮量越小。 密度 克 /升 圖 8 聚苯乙烯的密度對(duì)模型收縮量的影響 珠粒的尺寸和品種也對(duì)模型的收縮有一定的影響，如圖 8所示，較小的 T型珠粒比尺寸較大的 C型和 B型珠粒的收縮量小，但是珠粒的大小僅在熟化 2小時(shí)以后是影響收縮的因素，熟化超過(guò) 28天以后不是重要的 影響因素了。 成型前珠粒的齡期對(duì)模型的尺寸變化也有一定的影響。成型前珠粒的齡期對(duì)模型的收縮的影響如圖 9所示，在 54℃下熟化所得到的類似結(jié)果如圖 10所示，齡期越長(zhǎng)，則成型后模型的收縮和膨脹量越小，但由于發(fā)泡劑損失得較多，因而模型的表面質(zhì)量較差，一般，齡期超過(guò)24小時(shí)的珠粒已無(wú)法在生產(chǎn)出質(zhì)量合格的模型了。圖 9在室溫條件下珠粒的齡期對(duì)模型收縮的影響成型后熟化時(shí)間（小時(shí)） 圖 10 54℃存儲(chǔ)的條件下珠粒的齡期對(duì)模型收縮的影響由于所選用的珠粒的類型是出于對(duì)其它因素的考慮的結(jié)果，因此控制模型的收縮只能從控制珠粒的密度， 珠粒的齡期、模型的熟化時(shí)間等來(lái)著手解決，模具的最終尺寸只能確定了模型的收縮情況后才能最終確定。 模具填料的不均勻性對(duì)模型內(nèi)部密度的變化有一定的影響，內(nèi)部密度變化引起的收縮變化從而引起模型的變形，成形時(shí)蒸氣分布不均，也導(dǎo)致模型密度的不均勻，使模型局部的熱區(qū)起模后會(huì)發(fā)生膨脹，使局部的尺寸發(fā)生明顯的變化。 在生產(chǎn)效率較高的情況下，模型由本廠制作，模型的熟化時(shí)間短，在生產(chǎn)效率較低時(shí)，模型一般要熟化 1530天以后使用，模型尺寸的穩(wěn)定性取決于模型的制造和使用條件。 蒸氣操作結(jié)后， EPMMA和 EPS模型內(nèi)均含 8%的水分 ， EPMMA在熟化一周以后尺寸變化基本穩(wěn)定，而 EPS模型的尺寸則要緩慢變化 30天左右， EPMMA的收縮率約為 %，而 EPS的收縮率推薦為 %左右。因?yàn)榘l(fā)泡劑不易透過(guò) EPMMA的胞壁，所以 EPMMA發(fā)泡劑的損失很少。 聚苯乙烯的性能 發(fā)泡以后的模型是由一些小的珠胞單元組成的，珠胞單元之間通過(guò)共同壁彼此聯(lián)結(jié)在一起，T型珠粒填滿一立方厘米內(nèi)大約有 10000個(gè)的珠胞，一般每個(gè)珠胞的直徑為 50微米，其體積密度約為 21克 /升，苯乙烯的體積僅占全部體積的 2%，苯乙烯的強(qiáng)度主要取決于珠胞共同壁之間的 聯(lián)結(jié)。聚苯乙烯橫斷面的一般形式如圖 11所示。 （ A） 50 （ B） 500 圖 11 發(fā)泡聚苯乙烯的 SEM顯微照片 消除鑄件中的模型熱解產(chǎn)物對(duì)于生產(chǎn)出合格鑄件至關(guān)重要，模型的密度越低，鑄件的質(zhì)量越好，模型的密度越低能夠減輕鋁合金鑄件的冷隔和皺皮缺陷，減輕鑄件的亮碳缺陷，不過(guò)，低密度則彈性模量也偏小，強(qiáng)度性能低，所以會(huì)加重成型時(shí)的變形問(wèn)題。 由于模型的機(jī)械性能主要取決于胞壁的聯(lián)結(jié)和單位體積內(nèi)胞壁的數(shù)量，因此一般情況下珠粒的密度越高模型的強(qiáng)度和硬度也越高，模型的強(qiáng)度與密度的線性關(guān)系如圖 12所示，拉伸強(qiáng)度影響模型在 搬運(yùn)時(shí)不被損壞的能力，但并不能反應(yīng)出模型抵抗變形的能力。圖 12 MILP19644所測(cè)的 EPS密度對(duì)模型拉伸強(qiáng)度的影響 圖 13依 ASMC203所測(cè)得 EPS密度對(duì)模型抗彎強(qiáng)度的影響 圖 13給出模型抗彎強(qiáng)度的數(shù)據(jù)，圖 14 給出模型剪切強(qiáng)度的數(shù)據(jù)，圖 15給出模型抗壓強(qiáng)度的數(shù)據(jù)，抗壓強(qiáng)度反應(yīng)出模型抵抗壓縮變形的能力，從圖中能夠看出，模型的密度越低在抗壓強(qiáng)度也很低。 對(duì)于消失模鑄件來(lái)說(shuō)，模型的變形和抗彎變形能力比模型的強(qiáng)度更重要，鑄件的變形也許不會(huì)立刻檢查出來(lái)，但是它會(huì)給以后的機(jī)加工過(guò)程帶來(lái)?yè)p害。 彈性極限表明模 型不發(fā)生永久性變形所能承受的最大載荷，彈性極限與密度的關(guān)系如圖 16所示，如果在操作過(guò)程中模型所受到的載荷超過(guò)了它的彈性極限，模型就會(huì)發(fā)生永久性的變形，模型受壓以后的變形情況如表 3所示，從表中能夠看出，去除壓縮載荷以后，低密度的模型比高密度的模型的受壓沉陷小，為了最大限度減少模型的變形，關(guān)鍵是模型在存放和搬運(yùn)中必須小心謹(jǐn)慎。 圖 16 依 ASTMD1621所測(cè)得 EPS密度對(duì)模型彈性極限的影響 表 3聚苯乙烯模型受壓變形后可能發(fā)生的沉陷 模型標(biāo)準(zhǔn)密度 下列變形以后受壓沉陷的百分比 Kgm3 10% 20% 30% 40% 16 40 48 72 蠕變抗力是指在低而恒定的載荷下，模型抵抗緩慢變形的能力，圖 17表示密度為 24克的模型的靜壓狀態(tài)下抗蠕變強(qiáng)度，這些數(shù)值與模型的使用密度十分接近，因此需要特別提出，即使僅僅 %的變形量，在大多數(shù)的鑄造應(yīng)用上是不能接受的，在較高溫度尤其是在接近模型熔化的溫度下，蠕變加快，即使在室溫人工熟化或在烘干爐中熟化，如果沒(méi)有支撐好模型，則無(wú)論有無(wú)土層，都會(huì)造成蠕變而引起變形，各種密度下模型的性能匯總于表 4。圖 17標(biāo)準(zhǔn)密度 24克 /升的 EPS的靜態(tài)壓縮蠕變區(qū)表 4 EPS在不同的密度下的物理性能，引用數(shù)據(jù)均為平均值，樣品為切割泡沫塑料板材而成 性能 單位 泡沫制品 測(cè)試方法 珠胞結(jié)構(gòu) 封閉 封閉 封閉 封閉 成型密度 Kg/m3 15 20 25 30 DIX53420 壓縮變型量小于 2%時(shí)最大許用壓力 N/mm2 壓縮變型 量為 10%的壓應(yīng)力 N/mm2 DIX53421 抗彎強(qiáng)度 N/mm2 DIX53423 抗拉強(qiáng)度 N/mm2 DIX18164 剪切強(qiáng)度 N/mm2 DIX53427 在 20℃ 80℃之間的平均線膨脹系數(shù) K1 104 104 104 104 DIX53428 短期受熱時(shí)的尺寸穩(wěn)定性 ℃ 95 95 95 95 據(jù) DIX53424 ℃ 8082 8085 8085 8085 據(jù) DIX18164 ℃ 7580 8085 8085 8085 據(jù) DIX18164 連續(xù)工作程度 ℃ 20080 20080 20080 20080 試樣平均溫度 10℃時(shí)導(dǎo)熱系數(shù) W（ ） DIX53424 水蒸氣的滲透 G（ ） 40 35 30 20 DIX53429 水蒸氣的擴(kuò)散阻力系數(shù) 3050 4060 5070 6080 浸入水中 7天后吸水量 體積 3 2 DIX53428 浸入水中 1年后吸水量 體積 5 4 DIX53428 第六章 聚苯乙烯的代用材料 聚苯乙烯是主要的制模材料，和它有關(guān)的主要問(wèn)題是鑄鐵件的碳缺陷以及鋁鑄件的冷隔和皺皮 缺陷。由于聚苯乙烯熱解產(chǎn)物帶來(lái)的缺點(diǎn)，因此人們又開(kāi)始研制其它代用聚合物來(lái)制造模型，這些聚合物包括可發(fā)性的聚氨基甲酸乙酯（ EPU）、聚乙烯（ EPE）、和聚烴基碳酸脂（ EPAC）。 通蒸氣時(shí)間 圖 18蒸氣壓和通蒸氣時(shí)間對(duì) EPMMA珠粒的成型區(qū)域的影響，成型區(qū)域的范圍隨模型密度的增加而增加，同時(shí)也與模型和模具有關(guān)，模型的成型區(qū)域越大，在生產(chǎn)復(fù)雜鑄件時(shí)操作范圍也就越大。 EPMMA珠粒在儲(chǔ)運(yùn)過(guò)程中含 %左右的硬脂酸鋅作為潤(rùn)滑劑，一般不需再添加潤(rùn)滑劑就能生產(chǎn)滿意的模型，但是，要生產(chǎn)出精細(xì)的模型，則在預(yù)發(fā)泡前需加入 %的硬脂酸鋅或其它潤(rùn)滑劑，來(lái)改善珠粒的充填和成型性。 EPMMA中的發(fā)泡劑比較穩(wěn)定，不象 EPS中的戊烷發(fā)泡劑那樣容易逸出，珠粒中保持適量的發(fā)泡劑有利于改善原始珠粒的儲(chǔ)存期，降低預(yù)發(fā)后的珠粒的齡起對(duì)模型尺寸的敏感性及減少模型隨存放期變化的收縮值， EPMMA與 EPS可以使用相同的預(yù)發(fā)泡機(jī)、模具和成型設(shè)備，但模具可以對(duì)