消失模鑄造白區(qū)存在地問題及解決方法

1、消失模鑄造白區(qū)存在的問題及解決方法(2011-10-25 09:22:36)尿簽:雜談我國消失模鑄造在最近幾年發(fā)展較快，但總體技術水平和國外相比還有很大的距離。特別是在白區(qū)方面，與國外消失模鑄造專家的認識有很大的區(qū)別， 如在 泡沫塑料模樣原材料的選擇；珠粒預發(fā)和成型；預發(fā)、成型時對設備的要求等。下面就上述問題作一簡單的介紹。泡沫塑料模樣原材料的選擇消失模鑄造技術是采用泡沫塑料模樣代替普通鑄造的鑄模進行實體造型，并造型后模樣不用取出就直接進行澆注，在澆注時金屬液逐步替換泡沫塑料模樣位 置的過程。所以泡沫塑料模樣和泡沫塑料模樣原材料的的質(zhì)量及性能的好壞直接 影響到鑄件的質(zhì)量。在選用消失模鑄造模樣原

2、材料時，首先要了解消失模鑄造對 模樣原材料的要求：1、氣化溫度和發(fā)氣量低；2、氣化完全、迅速、殘留物少、 毒性低；3、密度低，表面光潔度好，強度和表面剛性好。以使模樣在制造、搬 運和干砂充填造型過程中不易損傷，確保模樣尺寸和形狀的穩(wěn)定。目前消失模鑄造用泡沫塑料主要有： 可發(fā)性聚苯乙烯（EPS和苯乙烯-甲基 丙烯酸甲脂（STMMA共聚樹脂等。由于可發(fā)性聚苯乙烯（EPS密度低，易成型 加工等特點，使它最早成為常用模樣材料，EPS的開發(fā)與應用促進了消失模鑄造 的發(fā)展。但是隨著消失模鑄造技術和設備的不斷發(fā)展完善，適用范圍逐步拓寬， EPSft技術要求高的鑄鐵件方面已遠遠不能滿足要求，因此從二十世紀八十

3、年代開始，美國等開始研究開發(fā)新一代模樣材料，通過大量的試驗研究工作，美國 DOWS學公司開發(fā)成功EPMMA為新一代模樣材料。EPMMA樣材料的開發(fā)，成 功解決了在EPC工藝中用EPS模樣澆注黑色金屬時出現(xiàn)的碳缺陷問題，解決了 EPS真樣材料造成的鑄鋼件表面“增碳”問題。但使用EPMM模樣材料也帶來新的問題，制模難度大、模樣剛性差，特別是發(fā)氣量大等。為了克服上述兩種模樣材料的某些不足之處，我公司研發(fā)了苯乙烯（STT與甲基丙烯酸甲脂（MMA共 聚樹脂模樣材料，即苯乙烯-甲基丙烯酸甲脂（STMMA共聚樹脂，這種共聚樹脂 性能兼有EPS?口 EPMMA優(yōu)點，克服兩者不足之處。現(xiàn)在國內(nèi)有許多廠用EPS做

4、模樣材料生產(chǎn)鑄鐵和鑄鋼，因EPS®含量高，在 生產(chǎn)中低碳鋼時，增碳量一般在 0.1%s0.3%以上，且增碳不規(guī)則，這樣要保證 鑄鋼牌號就不可能。使用共聚樹脂（STMMA模樣材料生產(chǎn)鑄鋼，增碳量一般在 0.05%-0.08%范圍，這樣用EPCft產(chǎn)鑄鋼就不會存在問題了。如遼寧某廠，原來 用EPS真樣生產(chǎn)鑄鋼件（ZG35見圖1）,增碳問題（增碳量0.15%） 一直無 法解決，損失較大，后改用STMMA料生產(chǎn)，增碳量可控制在0.06%之內(nèi)。用EPS 做鑄鐵件時，增碳不是大問題，但會出現(xiàn)碳缺陷。為了要消除碳缺陷，許多廠家用提高澆注溫度和澆注時真空負壓度的方法，這樣鑄件的碳缺陷有可能減少，但卻

5、帶來了許多其他問題：1、 在用EPS模樣生產(chǎn)鑄鐵時，金屬7的出爐溫度要達到1580c-1590 。國外的研究說明，金屬液的溫度在1550以上，會惡化石墨形態(tài)基體粗化，出現(xiàn)D型石墨，降低鑄鐵性能；2、 提高澆注溫度和澆注時真空負壓度后，鑄件的粘砂現(xiàn)象嚴重，影響 了鑄件的外觀，增加了鑄件清理的難度；3、 EPS模樣生產(chǎn)薄壁復雜件時，模樣易變形和澆不足。例重慶某廠生產(chǎn)的箱替類鑄件（HT200 o原來使用EPS真樣，出爐溫度 1590 -1600 ， 澆注溫度1500左右，澆注時真空負壓度在-0.07MPa-0.06MPa,鑄件粘砂和碳缺陷非常嚴重（見圖2、3）,鑄件廢品率高，清理 工作難度大。后改用

6、STMM模樣，出爐溫度1550，澆注溫度1430 -1450 ，澆注時真空負壓度在-0.02MPa-0.03MPa,鑄件無碳缺陷，粘砂的現(xiàn)象明顯改觀（見圖4）。共聚樹脂（STMMA是專門用于EPC的模樣材料，比EPSM有更卓越的鑄造 性能，與EPSffi比有以下優(yōu)點：1、 降低了鑄件的碳缺陷；2、 降低了鑄鋼件增碳缺陷；3、 降低了煙碳；4、 降低了鑄鐵件金屬液出爐溫度；5、 提高了鑄件表面光潔度。例國內(nèi)某廠生產(chǎn)的多缸柴油發(fā)動機的缸蓋（HT250見圖5）。在生產(chǎn)試驗 過程中，用EPS真樣生產(chǎn)時，鑄件從外觀看：表面的碳缺陷較嚴重，做壓力試驗 時，滲漏非常嚴重，幾乎沒有合格的鑄件。而現(xiàn)在用STMM

7、A樣材料生產(chǎn)鑄件，每月產(chǎn)量7000 9000 只，一次澆注合格率為99%，經(jīng)濟效益顯著。二、共聚樹脂（STMMA的預發(fā)和成型過程中應注意的一些問題2.1共聚樹脂（STMMA的預發(fā)及預發(fā)過程中應注意的一些問題珠粒的預發(fā)是為了獲得性能良好的預發(fā)泡珠粒，即密度均勻和球體均勻，使預發(fā)珠粒在二次成型加熱時有足夠的膨脹力，及珠粒膨脹時的均勻一致性，為制得高質(zhì)量的模樣提供最好的基礎。預發(fā)泡時珠粒密度的控制是模樣制造的重要工藝參數(shù)。對于STMM模樣，為了保證模樣有足夠的強度、剛度和表面光潔度，薄壁件一般控制在23 25 克 / 升， 壁厚較大的件采用粒徑大些的珠粒，密度可控制在19 22克/升。由于STMM跺

8、粒在預發(fā)過程中對蒸汽壓力要求較高， 國內(nèi)大多 數(shù)廠家采用的預發(fā)機在對蒸汽壓力的控制不嚴、壓力波動大，這樣在實際生產(chǎn)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)預發(fā)珠粒結(jié)團嚴重，預發(fā)泡珠粒密度波動范圍大，有的甚至會出現(xiàn)死料等諸多問題。為了得到良好的預發(fā)泡珠粒，在實際預發(fā)過程中應注意以下問題。A、蒸汽壓力的控制。由于STMM跺粒在預發(fā)過程中對蒸汽壓力最為敏感。在同等溫度和時間內(nèi)預發(fā)，如膨脹室內(nèi)的壓力有0.01Mpa的誤差，就會 導致預發(fā)珠粒密度產(chǎn)生較大偏差，影響二次成型時模樣質(zhì)量的穩(wěn)定性。所以在預發(fā)時膨脹室內(nèi)蒸汽壓力應保持穩(wěn)定。首先蒸汽主管壓力應保持在0.4Mpa或以上。其次蒸汽在進入預發(fā)設備之前要經(jīng)過汽水分離裝置，充分排除

9、蒸汽中多余的水份，再經(jīng)過調(diào)壓閥降低壓力，使蒸汽壓力控制在一穩(wěn)定的壓力范圍內(nèi)。最后是預發(fā)時，膨脹室內(nèi)壓力要控制在一穩(wěn)定的范圍內(nèi)（最好使用點切點壓力表控制），以減少因蒸汽壓力不穩(wěn)定而影響預發(fā)時珠粒密度的變化。B、 預發(fā)時加熱時間的控制。通過調(diào)整膨脹室內(nèi)蒸汽壓力或溫度，來控制預發(fā)泡是加熱的時間。對 STMMA說，加熱時間一般應控制在 30秒一60 秒，加熱時間不宜過短或過長（時間過短，珠粒易受熱不均勻，造成珠粒球體大小不一致；時間過長，會損耗過多的發(fā)泡劑），否則會影響珠粒在二次成型時的性能。C、 預發(fā)珠粒熟化時間的控制。由于剛預發(fā)的珠粒內(nèi)部呈負壓狀態(tài)，此時的珠粒尚不能使用，須經(jīng)過一段時間的熟化，讓空

10、氣逐步進入珠粒內(nèi)部，使珠粒內(nèi)外的壓力平衡，在二次成型加熱時珠粒有足夠的膨脹力。但珠粒熟化的時間須控制好，熟化時間一般為8 12 小時 （視環(huán)境氣溫而定，此薦時間一般以常為基準）。 熟化時要注意熟化溫度不能太高（ 25），時間不能太長，否則珠粒中發(fā)泡劑會損失過多，使二次成型困難。最佳熟化時間與環(huán)境溫度和濕度有關，環(huán)境溫度高，濕度低，熟化時間短；環(huán)境溫度低，濕度高，熟化時間長。在實際應用過程中，各廠家可根據(jù)自身的環(huán)境條件制定適合的珠粒熟化工藝。D、 預發(fā)工藝的制定及數(shù)據(jù)的記錄。工藝的制定及數(shù)據(jù)的記錄主要是為控制質(zhì)量提供最有效的數(shù)據(jù)。在生產(chǎn)過程中，根據(jù)不同模樣的技術要求制定相應的預發(fā)泡珠粒密度。并在

11、預發(fā)時做好各種數(shù)據(jù)的記錄。如珠粒原料數(shù)據(jù)，加熱預發(fā)時蒸汽壓力數(shù)值，加熱時間、溫度，預發(fā)珠粒密度及珠粒預發(fā)過程中的表象等。2.2 模樣成型及成型過程中應注意的一些問題國內(nèi)通常模樣成型有兩種工藝，即蒸缸手工模和機模成型。其成型工藝如下：模具預熱-珠粒充填-加熱成型-冷卻-脫模1、模具預熱。預熱的目的是為了縮短成型時間，減少發(fā)泡成型時模具型腔中的冷凝水。2、珠粒的充填。充填是模樣制造的重要工序。充填不均勻或充填不足不能制得合格的模樣。采用充填的方法有吸料充填、壓料充填和壓吸充填等。目前國內(nèi)大都采用的是吸料充填，這種加料方式有一定的弊端。如某廠采用吸料充填的方式，加料時抬模，雖珠粒預發(fā)密度控制在23

12、克 / 升左右，由于抬模加料，模樣重量超重，模樣表面的珠粒融合不一致（局部過燒或局部融合不好， 見圖6） ， 模樣整體密度不均勻（由于抬模，模樣平面部位密度過高）這給后續(xù)的鑄件質(zhì)量帶來了不穩(wěn)定因素。具體采用何種充填方法和充填氣體壓力，要看模具型腔結(jié)構復雜程度如何而定。其中壓吸式充填對于薄壁和結(jié)構較為復雜模具的充填有很大效果，有利生產(chǎn)完整和表面光潔的模樣（見圖7）。7（合格6（粒狀表面）模樣）3、加熱成型。是根據(jù)模樣大小、結(jié)構、壁厚等不同，控制加熱時蒸汽壓力和模具的最終溫度，使模具整體溫度上升均衡。盡量避免加熱過快模具溫度上升不均衡，而造成模樣表面珠粒熔融合不一致的現(xiàn)象。在加熱成型過程中，要珠粒

13、受熱達到珠粒軟化點的溫度，并保溫、保壓使珠粒繼續(xù)膨脹融合。在加熱成型過程中要求對溫度能有效地進行控制，并根據(jù)模樣熔結(jié)質(zhì)量和加熱時模具的溫度來調(diào)整加熱時模腔內(nèi)蒸汽壓力和加熱時間。具體的加熱溫度、模腔內(nèi)蒸汽壓力和加熱時間，是根據(jù)不同模具和不同預發(fā)泡珠粒密度來確定。要特別注意加熱蒸汽中不要夾帶冷凝水，模具的壁厚要均勻，通氣塞排布要合理，否則會影響模樣表面珠粒融合的質(zhì)量。5、冷卻。冷卻的目的是使模樣定型并具有一定的強度和剛度，所以冷卻要均勻、 充分。 模具內(nèi)剛成型的熱塑性泡沫塑料模樣的熱量通過各種傳熱途徑，散入周圍的空氣或冷卻介質(zhì)中。但是由于模樣泡體是熱的不良導體，冷卻時常常出現(xiàn)表層的已被冷卻固化定型

14、，芯部的溫度還很高的現(xiàn)象。這時如冷卻定型不夠，雖然皮層已固化定型，但是芯部的大量熱量會繼續(xù)向外傳，使皮層溫度回升，再加上模樣芯部泡體的膨脹力，就可能使已定型的模樣形狀變形或破壞，稱之為三次發(fā)泡。在冷卻過程中要特別注意冷卻水溫度不能太低，水壓不能太大，冷卻時間不能太長，否則模樣和模樣表面會有塌縮的現(xiàn)象。6、 脫模。 剛成型的模樣冷卻后內(nèi)部處于減壓狀態(tài)，比較軟， 如果脫模不當，模樣表面就易損傷、變形， 所以對于不同的結(jié)構的模樣要采用不同的脫模方式。在整個消失模鑄造生產(chǎn)過程中，還有許多的問題，如白區(qū)模具方面的問題；黑區(qū)造型振動臺、砂箱和負壓的問題等，在此就不再細說了。在實際生產(chǎn)過程中也會不斷出現(xiàn)各種

15、新問題（詳見附表），須有及時解決問題的技術手段?？傊ｈT造是一持續(xù)改進、不斷發(fā)展完善的過程。缺陷名稱產(chǎn)生的原因解決辦法模樣外觀正 常，內(nèi)部熔 結(jié)不良(1)成型加熱時間短或蒸汽壓力低，成型溫度低；(2)預發(fā)泡珠粒干燥、熟化溫度 高或時間長，發(fā)泡劑含量不夠。(1)提高加熱蒸汽壓力，提高成型 溫度，延長發(fā)泡成型時間；(2)控制珠粒干燥熟化溫度和時間；(3)調(diào)整發(fā)泡劑含量。內(nèi)部結(jié)構松 弛，大部份 熔結(jié)不良(1)珠粒充填/、均勻；(2)成型溫度偏低，時間短；(3)珠粒密度過低或發(fā)泡劑含量 低。(1)改進充填方法和條件；(2)提高加熱蒸汽的壓力，延長加 熱時間；(3)控制預發(fā)泡珠粒密度和發(fā)泡劑 含量。

16、模樣不完整，輪廓不清楚(1)珠粒未完全填滿模腔；(2)模具的通氣孔分布、加料口位置、模具結(jié)構不合理；(3)珠粒的粒度/、合適。(1)改進充填方法，調(diào)整壓縮空氣 壓力；(2)改進模具結(jié)構，調(diào)整通氣孔的 布置和數(shù)量以及加料口位置；(3)對薄壁模樣應選用較小的珠粒。模樣表面熔化(1)加熱蒸汽壓力過高；(2)發(fā)泡成型時間太長；(3)模具通氣孔太多或孔徑太大。(1)降低加熱成型蒸汽壓力；(2)縮短成型加熱時間；(3)調(diào)整通氣孔數(shù)量及孔徑大小及 分布等。模樣大面積收縮(1)成型時間過長或溫度過高；(2)冷卻速度太快(冷卻水溫度太低)；(1)縮短成型時間或降低成型溫度；(2)調(diào)整冷卻速度和時間。(3)冷卻時

17、間不夠，脫模溫度太Mi。模樣局部收縮(1)加料不均勻；(2)加熱或冷卻不均勻；(3)模具結(jié)構不合理，局部通氣 孔位置、數(shù)量或孔徑不合適；(4)蒸汽成型時模具在蒸汽缸中 的位置/、當，正對著蒸汽進口處。(1)確保加料均勻；(2)調(diào)整加熱和冷卻條件，確保加 熱和冷卻均勻；(3)改進模具結(jié)構，調(diào)整通氣孔位 置、數(shù)量和孔徑大?。?4)調(diào)整模具在蒸缸中的位置或改 進蒸缸中蒸汽位置或通汽方式。模樣尺寸增 大，膨脹變 形模具未能充分冷卻，模樣脫模時 問過早。(1)充分冷卻模具，模具溫度彳氐于60 C;(2)調(diào)整脫模時間。模樣表面粗 糙，珠粒局 部處有凹陷(1)珠粒密度過低或珠粒未完全熟化；(2)發(fā)泡成型時間不夠；(3)珠粒發(fā)泡劑含量低；(4)珠粒粒徑太大。(1)提高珠粒預發(fā)密度，采用熟化 好的珠粒；(2)延長成型時間；(3)提司預發(fā)泡珠粒發(fā)泡劑含量， 選用合適的粒徑。模樣表面珠粒界面凸出(1)成型時間太長；(2)模具的冷卻速度太快，冷卻 時間/、夠。(1)縮短成型時間；(2)降低模具冷卻速度，延長冷卻 時間，使模樣充分定型。模樣剛脫模 時正常，過 后收縮父形(1)預發(fā)泡珠粒密度過低；(2)預發(fā)泡珠粒熟化時間不夠；(1)縮短預發(fā)泡時向，提昌預發(fā)泡 密度；(3)冷卻時，模樣整體降溫不一 致。(2)適當延長預發(fā)泡珠粒熟化時間；(3)改進冷卻方式，使模具、模樣 降溫均衡