消失模鑄造用膠合機設備的研制

梁守友

(安徽全柴動力股份有限公司，安徽滁州239500)

1 消失模工藝簡介

消失模鑄造工藝是將與鑄件尺寸形狀相似的泡沫模型粘接成模型簇，浸涂耐火材料進行烘干后，泡沫模型放置在無粘結劑的干砂里振動造型，在負壓下澆注，使模型氣化，液態(tài)金屬置換模型位置，凝固冷卻后形成鑄件的新型鑄造方法。其優(yōu)點就是得出的鑄件表面質量高，比傳統鑄造減重10%，能將多個獨立泡沫模樣組合成一個完整的產品進行鑄造。鑄件尺寸基本接近于產品尺寸。所以要想得到一個成功的鑄件，其重點就在于白區(qū)的白模制造。

針對白區(qū)的白模設計，結構簡單的可以直接成型，但對于產品結構復雜的鑄件，在設計過程中，通常是將一個白模分成幾個部分成型，最后通過膠水粘合，變成一個完整的白模。那么膠合工序的優(yōu)化直接影響到后期鑄件的產品質量和白區(qū)白模的生產效率。

膠合工序的傳統工藝是用畫筆蘸冷膠，在結合面上涂膠，不但速度慢，而且不能保證膠水蘸的均勻，易產生斷膠現象。對于膠合線復雜的產品，可能無法蘸到膠合線的某個地方，使操作更加復雜，手工工作效率低，勞動強度大。手工對產品進行膠合可能會產生以下缺陷。

（1）因冷膠凝固時間長，白模組合后，可能因為冷膠未干，造成產品膠合處錯位。

（2）對于膠合線復雜的模片，可能導致員工無法快捷精確蘸在膠合線某點，造成膠合縫不密封的后果。

（3）人工進行膠合產品，膠合線處膠水不均勻，可能造成多膠和漏膠現象，造成涂料進入膠合線，產品質量報廢。

（4）進行膠合過程中，必須力度適中，避免造成模片變形或損壞，每個模片必須按照尺寸要求完全對齊。

（5）擔任此崗位的員工，必須上崗培訓，對產品結構了然于胸，膠合經驗豐富。

2 膠合機結構組成和工作流程

2.1 膠合機的組成

2.1.1 膠合機的主體框架

主體框架包括四周立柱、支架、模具安裝基板（上板、下板、膠板），附件基座等，為了保證模具上下板閉合，產品可以精確膠合、不錯位，膠合機的上板、下板和膠合板都做成固定模具，在安裝過程中，各板的平行度誤差必須小于0.2mm。

2.1.2 油溫加熱系統

油溫加熱系統是由膠槽和模溫機組成，膠槽用于盛裝液態(tài)熱熔膠，是一個空心的長方體結構，其上方裝有印板固定架，可帶動印板上下運動；膠槽的底部和四周采用高溫熱油加熱，常溫下把固態(tài)的熱熔膠加熱到融化狀態(tài)。進、出油口溫度、膠槽溫度、爐膛溫度和膠液溫度均可以進行人工設定，自動測溫系統會對以上溫度進行實時監(jiān)測，并根據測量結果，發(fā)出膠溫過高、過低或超溫報警等。

模溫機（必須具備防結碳功能）單獨放置，模溫機內的導熱油加溫后泵入膠槽油夾層，以熔化膠槽內的固態(tài)膠，并持續(xù)維持一定的溫度狀態(tài)。加熱主電路采用兩級控制，主交流接觸器和固態(tài)繼電器串接控制，雙重保護。一旦超溫報警，將同時切斷加熱和油泵。

2.1.3 液壓系統

本設備的動力供給，包括上板旋轉、上板前后運行、下板升降、膠板升降。

2.1.4 真空系統

運動機構利用真空吸附原理，在安裝上靠模模片時，真空泵開始抽負壓，打開電磁閥A，電磁閥B和電磁閥C，模片能更好的貼合在模具上，便于較薄模片的安裝。膠合后，關閉電磁閥A，電磁閥B和電磁閥C，打開電磁閥D，釋放空氣壓力，模片就能順利拿下來，整個運動過程由PLC控制。

2.1.5 電控系統

通過PLC控制各液壓動作和膠槽加溫可靠有序進行，并保障人員操作及設備運行的安全，降低能耗。

2.2 膠合機的工作流程

（1）模溫機膠槽加熱受PLC控制，使熱熔膠保持溫度均勻的液態(tài)。印模板安裝在膠池內模板上，上靠模安裝在上模架上，下靠模安裝在下模架上。

（2）打開真空負壓，人工將相匹配的模片放到對應的上靠模和下靠模具里，如圖1所示。

圖1 把模片放入膠合機

（3）液壓站提供動力，PLC控制，使上模架旋轉與下模架平行，通過液壓缸，導軌將上模架運轉至膠槽上方，印模板從膠槽池中勻速升起，觸碰到上靠模上的模片，這樣就在上靠模的模片膠合線上蘸了一層均勻的膠水，如圖2所示。由于膠的發(fā)氣量是泡沫的10倍，為了減少膠水的使用，印模版與膠水的接觸方式由面接觸設計成線接觸。

圖2 液壓控制印模板在模片上涂膠水

（4）印模板均勻復位，液壓站給動力，上模架經過導軌伸出設備外，與下?？驅R，然后下?？蛳蛏线\動，直至產品上模片壓到下模片上面，兩個模片壓到一起，真空系統停止工作，保持一段時間，使膠冷卻，以增強膠縫膠水的粘接強度，如圖3所示。

圖3 模片膠合過程

（5）到達保壓時間后，下靠模向下移動，產品留在下靠模，上靠模旋轉90°最后人工將粘接好的產品取下。如果有多片模片需要粘接的，按上述四步周而復始。

粘接后的白模從膠合機取下后，由檢驗人員對白模的膠縫處進行檢查，如果有斷開的膠縫，及時調整模具，并手工補刷斷開處的膠縫。一個完整的膠合循環(huán)大概45秒，按這樣算，一個小時可以完成大約70～80個成品。

3 膠合機的原料選擇

膠是膠合機設備不可缺少也是最重要的部分，膠的種類是否適用消失模工藝直接影響白模的產品質量。目前熱熔膠被選用作為膠合工藝常用膠。熱熔膠常溫凝固，接觸硬化，是100%的熱固性塑料，放在膠合機的膠槽中，通過模溫機進行高溫加熱，變成流動性好的液態(tài)，經過動力系統，上靠模移動使得模片一面粘上膠水，下靠模上升，使一套模片成功膠合，保持10秒左右，使膠冷卻固化。對粘接縫處的膠用量也有嚴格的控制，粘接縫處的膠多，膠在澆注過程中會阻礙金屬液的澆注，致使鑄件的問題率越大，膠如果少，涂料和砂會滲進去，最后被攜帶進鑄件。因此膠的使用量也決定白模的質量。因為熱熔膠的粘接強度高，化學性質穩(wěn)定，流動性好，溶膠時無煙無氣味，在模片粘接后，不會對白模造成燙傷。膠水在融化后，長時間使用后膠質無明顯變化。

熱熔膠的優(yōu)點：

（1）熱熔膠在裂解的時候，發(fā)氣量水平低，避免在澆注過程中產生氣孔缺陷。

（2）熱熔膠的流動性很好，化學性質穩(wěn)定，不會腐蝕白模，更不會對白模造成燙傷損壞。

（3）經過膠合后的模組放入烘箱后，在高溫環(huán)境下，依然可以保持足夠的強度和粘度。

4 膠合機注意要點

（1）膠合機的上靠模可以快速精確的在粘接組裝的位置和印模熱膠的地方快速切換，以減少打開時間，增加工作效率。打開時間就是上靠模從印上熱膠到與另一個模片粘接上之間的時間。打開時間需要根據熱膠的特性進行仔細計算，時間過長，膠的粘接強度效果將變弱。打開時間經過計算后，直接輸入PLC控制。

（2）膠池里溫度要均勻一致，粘接過程溫度變化波動較小。

（3）膠池里的膠水在攪拌器作用下，盡量保持膠的水平面一致。

5 全自動膠合機設備的優(yōu)點

（1）膠線高度不超過1mm，寬度不超過2mm。

（2）生產效率高每小時生產量為70～80只，比人工膠合速度快5倍以上。

（3）用膠量少，無斷膠、缺膠現象，比手工用膠少70%。

（4）不管是平面、曲面還是垂直面，膠線均勻一致。

（5）可以自動校正局部變形。

（6）可以帶角度膠合。

（7）不需要經驗豐富的員工，降低員工成本

（8）膠出的模樣定位精確穩(wěn)定。

（9）操作過程完全自動化，程序化。

模片膠合后，形成一個完整的泡沫模樣，膠合縫隙稱之為膠合線，如圖4所示。

圖4 膠合線

6 驗證結果

通過數年的生產使用驗證，膠合后產品的精度和強度都滿足要求，符合生產工藝，柴油機缸蓋采用的是四片模成型工藝，由于模片的膠合質量高，膠合線密封良好，經過鑄造后的外觀質量和尺寸精度都達到一級鑄件的標準。膠合機的重要參數例如：膠合保溫時間、運動軌跡、印膠時間、真空壓力、固定時間等，均可以在電控系統操作屏上進行操作，在運行中找出最佳的參數組合編為程序，存儲在計算機，確保膠合工藝的完整性、精確性、重復性，保證每一個模組的質量。并且，我們自主開發(fā)的自動膠合機具有國際先進水平，現在已經廣泛用于缸體、缸蓋、箱體、飛輪等各類復雜模片的膠合，因其效率高、質量好，已經獲得多家企業(yè)的認可。

7 展望未來

因為人工成本的日益昂貴，在白區(qū)模片的膠合過程中，提高模簇組裝的自動化程度，我們將自主研制澆注系統膠合機，用于澆道和模型之間的膠合。此設備將直接取代白區(qū)組合工序，工作效率至少提高4倍，產品質量得到有效的控制，大大的減少人工成本。澆注系統膠合機的研制成功將進一步促進消失模在行業(yè)的發(fā)展，為消失模鑄造技術拓展出更大的發(fā)展空間，進一步為企業(yè)創(chuàng)造大的經濟效益。