【導(dǎo)讀】采用負(fù)壓澆注的消失模鑄造。兩者相同的地方是均采用聚苯乙烯泡沫塑料（EPS、PMMA、EPMMA）模造型,不需起模即可澆注。澆注時(shí)，液態(tài)金屬使泡沫塑料燃燒，氣化，同時(shí)立即充填原來由模樣占據(jù)的型腔。孔可以直接鑄出，實(shí)現(xiàn)少加工和免加工。鑄件無披縫，可省去大量的清理工作量。善了職工的作業(yè)環(huán)境，因此消失模鑄造被國內(nèi)外的業(yè)界人士贊譽(yù)為綠色鑄造。通常不會對鑄件組織造成危害，鑄件的成品率較高；②泡沫模型抗變形能力強(qiáng)，泡沫模型的成型設(shè)備無須專門設(shè)計(jì)，與EPS泡沫模型所用的成型設(shè)備一樣即可。共聚物PMMA珠粒時(shí)就可以避開碳缺陷的影響去重點(diǎn)考慮其它方面的有效因素。幾個(gè)方面的原因：①PMMA含有的碳原子數(shù)目較少。時(shí)，氧原子可以與碳原子結(jié)合生成CO氣體逸出型外而將碳原子帶走。氣的逸出而產(chǎn)生大量的碳；④PMMA和EPS兩種材料熱解的形式不同。此時(shí)我們需將預(yù)發(fā)泡好的珠粒進(jìn)行冷卻，使膨脹時(shí)產(chǎn)。滲入，使微孔內(nèi)外的壓力達(dá)到平衡，此即為珠粒的熟化。各種強(qiáng)化筋條和輻板等組成。

　　

【正文】 驗(yàn) 五、柴油機(jī)氣缸蓋消失模鑄鐵件成品率統(tǒng)計(jì)及分析 表四：成品率統(tǒng)計(jì) 從以上表四的數(shù)據(jù)處理可以看到，漏水是消失模鑄造生產(chǎn)中出現(xiàn)的主要廢品，浸滲產(chǎn)品只能看作是輕微滲漏能夠補(bǔ)救的產(chǎn)品。我們首先對漏水部位的取樣經(jīng)過丙酮的潔凈處理后用電子能譜儀進(jìn)行表面元素的化學(xué)分析（探測數(shù)斑尺寸大小為 ,采樣深度＜ 10nm），結(jié)果見表五。然后我們又對漏水部位的取樣經(jīng)過固定拋光和硝酸酒精溶液的腐蝕后，用金相顯微鏡進(jìn)行微觀組織的觀察，結(jié)果見圖 12～ 14。 從表五中我們可以清楚地看到，在鑄件漏水部位的表面組織中碳元素的 含量最多 (主檢儀器為 ESCALAB250,Thermo electron corporation)。從圖 12～ 14 中我們可以清楚地看到，在鑄件漏水部位的表面組織中有明顯的縮松缺陷，其石墨形態(tài)為枝晶片狀（ E型），石墨長度 3～∽ 6mm,基體組織≈ 85%F+P（樣品規(guī)格為5 4 4mm,主檢儀器為倒置式金相顯微鏡，檢測依據(jù)為 GB721687）。這就提示我們在消失模鑄造生產(chǎn)過程中，鐵水的澆鑄成型并沒有將泡沫模型完全燃燒和分解掉，而是有殘余的碳化物留在了鑄件的內(nèi)部，并且沿著鑄件的斷面彼此之間相互連接構(gòu)成了穿透式碳 加雜。缸蓋加工后進(jìn)行水壓試驗(yàn) ,在 壓力下 ,歷時(shí)2min 就會有滲漏現(xiàn)象的發(fā)生。如果這種漏水現(xiàn)象僅表現(xiàn)為輕微的滲漏，我們還可以通過高壓（ 7個(gè)大氣壓）將堵漏的浸滲液壓進(jìn)滲漏部位將其堵塞。如果這種漏水現(xiàn)象嚴(yán)重，鑄件只能作報(bào)廢處理。隨著生產(chǎn)實(shí)踐的深入，我們發(fā)現(xiàn)像圖 12所示的縮松缺陷在泡沫模片的縮松部位形成的鑄件中同樣出現(xiàn)。這主要是由于預(yù)發(fā)珠粒的質(zhì)量不穩(wěn)定造成制模時(shí)泡沫模片產(chǎn)生縮松，進(jìn)而在浸涂料時(shí)涂料滲入泡沫模片，使得澆鑄的鑄件產(chǎn)生夾涂料的缺陷，此處就會發(fā)生漏水現(xiàn)象。為此我們一方面采取適當(dāng)提高預(yù)發(fā)溫度和縮短熟 化周期的辦法來盡量減少戊烷的揮發(fā)，以提高制模時(shí)模片內(nèi)部珠粒之間的融合度；另一方面采用適當(dāng)增加鑄件壁厚的方法來彌補(bǔ)預(yù)發(fā)珠粒性能不穩(wěn)定帶來的缺陷；最后值得一提的是鐵水的澆注溫度要穩(wěn)定地控制在 1460℃左右為宜，溫度過低易產(chǎn)生碳缺陷，溫度過低易產(chǎn)生粘砂現(xiàn)象。這幾種措施均已收到了較好的效果。 表五：元素能譜分析 其中 CPS 代表每秒計(jì)數(shù)， At%代表原子百分?jǐn)?shù)含量， SF 代表靈敏度因子， TXFN代表儀器傳輸函數(shù)。 圖 12縮松缺陷 100 圖 13 基體組織 100 圖 14 石墨長度 100 六、結(jié)論 ①消失模鑄造技術(shù)具有較好的應(yīng)用價(jià)值 ,是對鑄造工藝技術(shù)的完善和發(fā)展； ②運(yùn)用 CAD/CAM 技術(shù)，可縮短消失模鑄造模樣模具的開發(fā)周期。 一、消失模鑄造概述消失模鑄造的發(fā)展 消失模鑄造概述消失模鑄造的發(fā)展大體上可以分為既緊密聯(lián)系又各有特點(diǎn)的兩個(gè)階段（見表一）：即采用帶有粘結(jié)劑的干砂（普通粘土砂或自硬砂）進(jìn)行造型、金屬液采用重力澆注的實(shí)型鑄造 (full mold casting)亦稱無型腔鑄造(cavityless casting)和采用無粘結(jié)劑的單一（目數(shù) 40/70）干砂造型、金屬液采用負(fù)壓澆注的消失模鑄造。兩者相同的地方是均采用聚 苯乙烯泡沫塑料（ EPS、PMMA、 EPMMA）模造型 ,不需起模即可澆注。澆注時(shí)，液態(tài)金屬使泡沫塑料燃燒，氣化，同時(shí)立即充填原來由模樣占據(jù)的型腔。由于不需起模，無分型面，且一般不需要要用型芯，所以鑄件尺寸較精確，鑄件機(jī)械加工面的余量較小，有些工藝孔可以直接鑄出，實(shí)現(xiàn)少加工和免加工。鑄件無披縫，可省去大量的清理工作量。消失模鑄造一方面在造型時(shí)型砂無需添加任何粘合劑和輔料，這不但節(jié)約了生產(chǎn)資料而且使得粉塵污染大幅降低；另一方面又由于消失模鑄造采用負(fù)壓澆注，這不但使得金屬液沖型速度加快，有利于強(qiáng)化金屬液凝固時(shí)顯微組 織的致密性以提高鑄件的機(jī)械性能，也使有害氣體煙霧可以方便地實(shí)現(xiàn)集中收集并集中處理，改善了職工的作業(yè)環(huán)境，因此消失模鑄造被國內(nèi)外的業(yè)界人士贊譽(yù)為綠色鑄造。 表一 消失模鑄造發(fā)展概況 二、消失模鑄造預(yù)發(fā)珠粒原材料的選用 鑄鐵件消失模鑄造選用共聚物 PMMA 作為主要原材料來制造模型，這主要有以下幾個(gè) 方面的原因：①泡沫模型燃燒后在鑄件內(nèi)的碳?xì)埩魳O少（≈ %），通常不會對鑄件組織造成危害，鑄件的成品率較高；②泡沫模型抗變形能力強(qiáng)，彈性恢復(fù)性能好 (PMMA泡沫模型抗變形彈性復(fù)原能力可達(dá)到 98%以上 ,而 EPS泡沫模型抗變形彈性復(fù)原能力只能達(dá)到 92%)；③由于共聚物 PMMA 珠粒容易成型的粒徑可以更小 (最小零件壁厚大面積成型可做到 4mm,漸變截面零件最小起始壁厚可做到 2mm)，泡沫模型成型能力強(qiáng)，提高了產(chǎn)品模型設(shè)計(jì)的自由度；④共聚物PMMA 珠粒對發(fā)泡劑的屏蔽作用較強(qiáng)，可以存放更長的時(shí)間 (原始珠粒可以存放 6個(gè) 月以上 ,預(yù)發(fā)珠?？梢源娣?3個(gè)月以上 )，提高了制模的經(jīng)濟(jì)性；⑤共聚物 PMMA泡沫模型的成型設(shè)備無須專門設(shè)計(jì)，與 EPS 泡沫模型所用的成型設(shè)備一樣即可。況且其熟化時(shí)間較短，尺寸穩(wěn)定性好，縮短了生產(chǎn)周期；⑥共聚物 PMMA 泡沫模型具有較寬的密度范圍，以滿足成型性和可鑄造性（ 21～ 32g/l）。人們在選擇共聚物 PMMA 珠粒時(shí)就可以避開碳缺陷的影響去重點(diǎn)考慮其它方面的有效因素。EPS 泡沫模型的成型密度范圍較寬，而滿足可鑄造性能的密度范圍卻較窄（ 20～22g/l）；⑦共聚物 PMMA 泡沫模型的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和抗彎曲變形能 力與EPS 泡沫模型接近。 用共聚物 PMMA 泡沫模型材料進(jìn)行消失模鑄造之所以碳?xì)埩羯?，主要有以下幾個(gè)方面的原因：① PMMA 含有的碳原子數(shù)目較少。這可以從單體分子結(jié)構(gòu)的組成中看出來， PMMA 為（ CH2— C4H6O2） n， EPS 為（ CH2— C7H6） n，兩者的碳原子數(shù)目之比為 5:8；② PMMA 含有的氧原子可以將碳原子帶走。當(dāng)澆注金屬液時(shí)，氧原子可以與碳原子結(jié)合生成 CO 氣體逸出型外而將碳原子帶走。每個(gè) PMMA單體分子結(jié)構(gòu)中有兩個(gè)氧原子，也就意味著能帶走兩個(gè)碳原子。這樣一來，兩者熱解后的碳原子數(shù)目之比變 為了為 3:8；③ PMMA 的熱力學(xué)穩(wěn)定性差，進(jìn)而導(dǎo)致其遇到高溫時(shí)能夠快速熱解。而 EPS 則因?yàn)楹斜江h(huán)結(jié)構(gòu)顯得熱力學(xué)穩(wěn)定性較好，進(jìn)而導(dǎo)致其遇到高溫時(shí)熱解速度較慢。況且即使苯環(huán)結(jié)構(gòu)熱解了，也會伴隨著氫氣的逸出而產(chǎn)生大量的碳；④ PMMA 和 EPS 兩種材料熱解的形式不同。前者多以氣體的方式逸出型外，即使有少量的碳黑在型砂中聚集 ,也很容易通過砂處理的除塵系統(tǒng)將其趕走，造型砂的流動性不受影響；而后者多以粘滯液體的形態(tài)漂浮在金屬液的表面并長時(shí)間的滯留，很容易連同金屬液一起被卷入到模型型腔內(nèi)，進(jìn)而產(chǎn)生碳夾雜。一旦這種粘滯液體滯 留在了型砂中，同時(shí)會影響到型砂的流動性。 通常原始珠粒的粒徑都很小，密度較大，不能直接用于制模。為了獲得密度低、表面光潔、質(zhì)量優(yōu)良的泡沫塑料模樣，需要對可發(fā)性的原始珠粒先進(jìn)行預(yù)發(fā)泡并熟化處理，得到我們所需要的密度和彈性狀態(tài)。當(dāng)預(yù)發(fā)溫度低于原始珠粒的玻璃化溫度時(shí)，發(fā)泡劑會向外慢慢逃逸，原始珠粒并不膨脹。只有當(dāng)預(yù)發(fā)溫度高于玻璃化轉(zhuǎn)化溫度時(shí)，原始珠粒發(fā)生軟化變形，隨著溫度的不斷升高，發(fā)泡劑迅速氣化膨脹，使原始珠粒體積迅速增大，變成一種閉孔有共用珠壁的蜂窩狀結(jié)構(gòu)，原始珠粒的密度大幅度降低，直致達(dá)到我們的要求。剛 預(yù)發(fā)泡好的珠粒由于體積突然膨脹，發(fā)泡劑從液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，珠粒內(nèi)部產(chǎn)生負(fù)壓，珠粒無彈性，用此材料制出的模片表面質(zhì)量較差。此時(shí)我們需將預(yù)發(fā)泡好的珠粒進(jìn)行冷卻，使膨脹時(shí)產(chǎn)生的微孔固定下來，使其中的發(fā)泡劑重新凝溶于聚苯乙烯內(nèi)，空氣通過珠粒泡壁滲入，使微孔內(nèi)外的壓力達(dá)到平衡，此即為珠粒的熟化。