消失模鑄造毛坯變形的原因和解決方法

消失模鑄造工藝憑借其生產(chǎn)的鑄件尺寸精度高、表面光潔、少污染，鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計靈活、無砂芯，投資和生產(chǎn)成本低，對工人的技術(shù)熟練程度要求低等突出優(yōu)點，被鑄造專家普遍看好，在近些年來得到了迅速的發(fā)展，應(yīng)用范圍也在不斷擴大。然而，消失模鑄造中鑄造毛坯變形是消失模鑄造常見的缺陷之一，下面我們?nèi)媪私庖幌孪ｈT造及鑄造毛坯變形的原因和方法。

一、消失模鑄造的定義與特點

消失模鑄造也稱負壓實型鑄造（EPC）。是用可發(fā)性聚苯乙?。‥PS）為原料制成泡沬型，根據(jù)砂箱內(nèi)容積有效合理的組合模型束，涂刷專用涂料，烘干后用不含水分、粘結(jié)劑和其它附加劑的干砂埋入負壓砂箱內(nèi)，微震緊實后在適當負壓下進行金屬液體澆注的鑄造方法。與傳統(tǒng)鑄造技術(shù)相比，消失模鑄造技術(shù)具有無與倫比的優(yōu)勢，被國內(nèi)外鑄造界稱為“21世紀的鑄造技術(shù)”和“鑄造工業(yè)的綠色革命”。

消失模鑄造有下列特點：1.鑄件質(zhì)量好，成本低；2.材質(zhì)不限，大小皆宜；3.精度高、表面光潔、減少清理、節(jié)省機加；4.內(nèi)部缺陷大大減少，鑄件組織致密；5.可實現(xiàn)大規(guī)模、大批量生產(chǎn)；6.適用于相同鑄件的大批量生產(chǎn)鑄造；7.適用于人工操作與自動化流水線生產(chǎn)運行控制；8.生產(chǎn)線的生產(chǎn)狀態(tài)符合環(huán)保技術(shù)參數(shù)指標要求；9.可以大大改善鑄造生產(chǎn)線的工作環(huán)境與生產(chǎn)條件、降低勞動強度、減少能源消耗。

二、模型的制作與處理

1.泡塑珠粒的選用

消失模鑄造專用的泡沫珠粒有三種：

①可發(fā)性聚苯乙烯樹脂珠粒（簡稱EPS）；②可發(fā)性甲基丙烯酸甲脂與苯乙烯共聚樹脂珠粒（簡稱STMMA）；③可發(fā)性聚甲基丙烯酸甲脂樹脂珠粒（簡稱EPMMA）。

常用可發(fā)性聚苯乙烯樹脂珠粒（EPS），用于鑄造有色金屬、灰鐵及一般鋼鑄。珠粒特點：半透明珠粒，預(yù)發(fā)泡倍數(shù)40～60，粒徑為0.18～0.80亳米（6種尺寸），一般選用的原始珠粒的粒徑小于或等于鑄件的最小壁厚的1/9～1/10。

2.模型制作

有兩種情況：由泡塑珠粒制作：預(yù)發(fā)泡——熟化——發(fā)泡成型——冷卻出模。

①預(yù)發(fā)泡

EPS珠粒在加入模具前，要先進行預(yù)發(fā)泡，以使珠粒膨脹到一定尺寸。

預(yù)發(fā)泡過程決定了模型的密度、尺寸穩(wěn)定性及精度，是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。適用于EPS珠粒予發(fā)泡的方法有三種：熱水預(yù)發(fā)泡、蒸汽預(yù)發(fā)泡和真空預(yù)發(fā)泡。真空預(yù)發(fā)泡的珠粒發(fā)泡率高，珠粒干燥，應(yīng)用較多。

②熟化

經(jīng)預(yù)發(fā)泡的EPS珠粒放置在干燥、通風的料倉中一定時間。以便使珠粒泡孔內(nèi)外界壓力平衡，使珠粒具有彈性和再膨脹能力，除去珠粒表面的水分。熟化時間在8～48小時。

③發(fā)泡成型

將預(yù)發(fā)泡且熟化的EPS珠粒填充到金屬模具的型腔內(nèi)，加熱，使珠粒再次膨脹，填滿珠粒間的空隙，并使珠粒間相互融合，形成平滑表面，即模型。出模前必須進行冷卻，使模型降溫至軟化溫度以下，模型硬化定形后，才能出模。出模后還應(yīng)有模型干燥及尺寸穩(wěn)定的時間。設(shè)備有蒸缸及自動成形的成型機兩種。

由泡塑板材制作：泡塑板材——電阻絲切割——粘結(jié)——模型。 對簡單模型，可利用電阻絲切割裝置，將泡塑板材切割成所需的模型。 對復(fù)雜模型，首先用電阻絲切割裝置，將模型分割成幾個部分，然后進行粘，使之成為整體模型。

3.模型組合成簇

是將自行加工好（或外購）的泡塑模型與澆冒口模型組合粘結(jié)在一起，形成模型簇，這種組合有時在涂料前進行，有時在涂層制備后埋箱造型時進行。是消失模（實型）鑄造不可缺少的一道工序。

目前使用的粘結(jié)材料：橡膠乳液、樹脂溶劑和熱熔膠及膠帶紙。

4.模型涂層

實型鑄造泡塑模型表面必需涂一層一定厚度的涂料，形成鑄型內(nèi)殼。其涂層的作用是為了提高EPS模型的強度和剛度，提高模型表面抗型砂沖刷能力，防止加砂過程中模型表面破損及振動造型及負壓定型時模型的變形，確保鑄件的尺寸精度。

外購的消失模鑄造專用涂料，在涂料攪拌機內(nèi)加水攪拌，使其得到合適的粘度。攪拌后的涂料放入容器內(nèi)，用浸、刷、淋和噴的方法將模型組涂覆。一般涂兩遍，使涂層厚度為0.5～2mm。據(jù)鑄件合金種類、結(jié)構(gòu)形狀及尺寸大小不同選定。涂層在40～50℃下烘干。

5.振動造型

我們介紹常用的一種造型方法（兩種方法之一）。

其工序包括如下工序：砂床制備——放置EPS模型——填砂——密封定型。

①砂床制備

將帶有抽氣室的砂箱放在振動臺上，并卡緊。底部放入一定厚度的底砂（一般砂床厚度在50～100mm以上），振動緊實。

型砂為無粘結(jié)劑、無填加物、不含水的干石英砂。黑色金屬溫度高，可選用較粗的砂，鋁合金采用較細砂子。型砂經(jīng)處理后要反復(fù)使用。

砂箱為單面開口、設(shè)有抽氣室或抽氣管、起吊或行走機構(gòu)的砂箱。

②放置EPS模型

振實后，其上據(jù)工藝要求放置EPS模型組，并培砂固定。

③填砂

加入干砂（幾種加砂方法），同時施以振動（X、Y、Z三個方向），時間一般為30～60秒，使型砂充滿模型的各個部位，且使型砂的堆積密度增加。

④密封定型

砂箱表面用塑料薄膜密封，用真空泵將砂箱內(nèi)抽成一定真空，靠大氣壓力與鑄型內(nèi)壓力之差將砂?！罢辰Y(jié)”在一起，維持鑄型澆注過程不崩散，稱之為“負壓定型。較為常用。

6.澆注置換

EPS模型一般80℃左右軟化，420～480℃時分解。分解產(chǎn)物有氣體、液體及固體三部分。熱分解溫度不同，三者含量不同。

實型鑄造澆注時，在液體金屬的熱作用下，EPS模型發(fā)生熱解氣化，產(chǎn)生大量氣體，不斷通過涂層型砂，向外排放，在鑄型、模型及金屬間隙內(nèi)形成一定氣壓，液體金屬不斷地占據(jù)EPS模型位置，向前推進，發(fā)生液體金屬與EPS模型的置換過程。置換的最終結(jié)果是形成鑄件。

澆注操作過程采用慢——快——慢。并保持連續(xù)澆注，防止?jié)沧⑦^程斷流。澆后鑄型真空維持3～5分鐘后停泵。澆注溫度比砂型鑄造的溫度高30～50℃。

7.冷卻清理

冷卻后，實型鑄造落砂最為簡單，將砂箱傾斜吊出鑄件或直接從砂箱中吊出鑄件均可，鑄件與干砂自然分離。分離出的干砂處理后重復(fù)使用。

①設(shè)計靈活

為鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計提供了充分的自由度?？梢酝ㄟ^泡沫塑料模片組合鑄造出高度復(fù)雜的鑄件。

②降低投資和生產(chǎn)成本

減輕鑄件毛坯的重量，機械加工余量小。

③無傳統(tǒng)鑄造中的砂芯

因此不會出現(xiàn)傳統(tǒng)砂型鑄造中因砂芯尺寸不準或下芯位置不準確造成鑄件壁厚不均。

④鑄件精度高

消失模鑄造是一種近無余量、精確成型的新工藝，該工藝無需取模、無分型面、無砂芯，因而鑄件沒有飛邊、毛刺和拔模斜度，并減少了由于型芯組合而造成的尺寸誤差。鑄件表面粗糙度可達Ra3.2至12.5μm；鑄件尺寸精度可達CT7至9；加工余量最多為1.5至2mm，可大大減少機械加工的費用，和傳統(tǒng)砂型鑄造方法相比，可以減少40%至50%的機械加工間。

⑤清潔生產(chǎn)

型砂中無化學粘結(jié)劑，低溫下泡沫塑料對環(huán)境無害，舊砂回收率95%以上。

三、消失模鑄造的缺點與解決辦法

消失模鑄造設(shè)備工藝與其他鑄造工藝一樣，有它的缺點和局限性，并非所有的鑄件都適合采用消失模工藝來生產(chǎn)，要進行具體分析。

主要根據(jù)以下一些因素來考慮是否采用這種工藝：

1.鑄件材質(zhì)其適用性好與差的順序大致是：灰鑄鐵——非鐵合金——普通碳素鋼——球墨鑄鐵——低碳鋼和合金鋼；通過必要的準備以不致使工藝實驗、調(diào)試周期過長。

2.鑄件的批量批量越大，經(jīng)濟效益越可觀。

3.鑄件結(jié)構(gòu)鑄件結(jié)構(gòu)越復(fù)雜就越能體現(xiàn)消失模鑄造工藝的優(yōu)越性和經(jīng)濟效益，對于結(jié)構(gòu)上有狹窄的內(nèi)腔通道和夾層的情況，采用消失模工藝前需要預(yù)先進行實驗，才能投入生產(chǎn)。

鑄造毛坯變形是消失模鑄造常見的缺陷之一，在機加工時常因為毛坯的尺寸公差及形位公差不符合圖紙要求而報廢，現(xiàn)在就解決毛坯變形的方法做一個分享：

1.成型工序引起白膜變形和解決辦法

白膜在成型后取模時，由于有些幾何形狀比較復(fù)雜，在起模時因氣壓和水壓的作用，以及手工取模時會發(fā)生物理拉延變形。

解決辦法是：（1）模具加工時盡量選用表面涂有特氟隆的模具；（2）模具拔模角度適當；（3）使用適當?shù)臍鈮?；?）對于殼體類白模可用膠帶固定；（5）在粘結(jié)組合時做矯正處理。

2.白模烘干時引起白模變形和解決辦法

白模在烘干時，擺放不合理，碼層過高會引起變形。白模烘干時間不合適，引起白模線性尺寸收縮不夠或者收縮過多，在澆注后毛坯尺寸不符合圖紙要求。

解決辦法是：（1）白模在烘干擺放時使用烘干架子，既不浪費烘房空間，又不使白模變形；（2）白模烘干有兩個作用，一是烘干白模內(nèi)部水分，二是使白模內(nèi)部殘余發(fā)泡劑逸出。白模在烘干過程中會引起線性尺寸收縮，模具廠在設(shè)計時都留有白模收縮余量，但是不同的產(chǎn)品，同樣的烘干溫度和烘干時間，白模的線性收縮并不一樣，所以不同的產(chǎn)品其烘干工藝不同。制作工藝時，既要照顧白模烘干的兩個作用，又要保證澆注毛坯收縮后的尺寸。

3.白模在粘結(jié)組合工序變形的解決辦法

由于白模在成型工序和烘干時會有變形現(xiàn)象的發(fā)生，而且白模形狀各異，如果在粘結(jié)組合工序不進行控制，則毛坯變形的量很大，占變形原因的80%。常用的有以下幾個控制方法：（1）支架木條拉筋控制；（2）泡沫拉筋控制；（3）預(yù)拉（白模尺寸預(yù)拉至毛坯尺寸）；（4）使用矯正粘結(jié)特具；（5）泡沫預(yù)壓粘結(jié)。

近年來消失模鑄造在國內(nèi)的發(fā)展較快，發(fā)展成果也是可喜的。無論是關(guān)鍵設(shè)備的制造水平還是消失模復(fù)雜鑄件生產(chǎn)的工藝水平都有了突破性的進展。