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(shù)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(rèn)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(yù)發(fā)和成型；預(yù)發(fā)、成型時(shí)對設(shè)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(shù)是采用泡沫塑料模樣代替普通鑄造的鑄模進(jìn)行實(shí)體造型，并造型后模樣不用取出就直接進(jìn)行澆注，在澆注時(shí)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(shí)，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(qiáng)度和表面剛性好。以使模樣在制造、搬 運(yùn)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(diǎn)，使它最早成為常用模樣材料，EPS的開發(fā)與應(yīng)用促進(jìn)了消失模鑄造 的發(fā)展。但是隨著消失模鑄造技術(shù)和設(shè)備的不斷發(fā)展完善，適用范圍逐步拓寬， EPSft技術(shù)要求高的鑄鐵件方面已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足要求，因此從二十世紀(jì)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(yàn)研究工作，美國 DOWS學(xué)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(shí)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(diǎn)，克服兩者不足之處?，F(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(shí)，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(shí)，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(shí)真空負(fù)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(shí)，金屬7的出爐溫度要達(dá)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(shí)真空負(fù)壓度后，鑄件的粘砂現(xiàn)象嚴(yán)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(fù)雜件時(shí)，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(shí)真空負(fù)壓度在-0.07MPa-0.06MPa,鑄件粘砂和碳缺陷非常嚴(yán)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(shí)真空負(fù)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(diǎn)：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(jī)的缸蓋（HT250見圖5）。在生產(chǎn)試驗(yàn) 過程中，用EPS真樣生產(chǎn)時(shí)，鑄件從外觀看：表面的碳缺陷較嚴(yán)重，做壓力試驗(yàn) 時(shí)，滲漏非常嚴(yán)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(jì)效益顯著。二、共聚樹脂（STMMA的預(yù)發(fā)和成型過程中應(yīng)注意的一些問題2.1共聚樹脂（STMMA的預(yù)發(fā)及預(yù)發(fā)過程中應(yīng)注意的一些問題珠粒的預(yù)發(fā)是為了獲得性能良好的預(yù)發(fā)泡珠粒，即密度均勻和球體均勻，使預(yù)發(fā)珠粒在二次成型加熱時(shí)有足夠的膨脹力，及珠粒膨脹時(shí)的均勻一致性，為制得高質(zhì)量的模樣提供最好的基礎(chǔ)。預(yù)發(fā)泡時(shí)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(qiáng)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(yù)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(yù)發(fā)機(jī)在對蒸汽壓力的控制不嚴(yán)、壓力波動大，這樣在實(shí)際生產(chǎn)過程中經(jīng)常會出現(xiàn)預(yù)發(fā)珠粒結(jié)團(tuán)嚴(yán)重，預(yù)發(fā)泡珠粒密度波動范圍大，有的甚至?xí)霈F(xiàn)死料等諸多問題。為了得到良好的預(yù)發(fā)泡珠粒，在實(shí)際預(yù)發(fā)過程中應(yīng)注意以下問題。A、蒸汽壓力的控制。由于STMM跺粒在預(yù)發(fā)過程中對蒸汽壓力最為敏感。在同等溫度和時(shí)間內(nèi)預(yù)發(fā)，如膨脹室內(nèi)的壓力有0.01Mpa的誤差，就會 導(dǎo)致預(yù)發(fā)珠粒密度產(chǎn)生較大偏差，影響二次成型時(shí)模樣質(zhì)量的穩(wěn)定性。所以在預(yù)發(fā)時(shí)膨脹室內(nèi)蒸汽壓力應(yīng)保持穩(wěn)定。首先蒸汽主管壓力應(yīng)保持在0.4Mpa或以上。其次蒸汽在進(jìn)入預(yù)發(fā)設(shè)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(yù)發(fā)時(shí)，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(diǎn)切點(diǎn)壓力表控制），以減少因蒸汽壓力不穩(wěn)定而影響預(yù)發(fā)時(shí)珠粒密度的變化。B、 預(yù)發(fā)時(shí)加熱時(shí)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(yù)發(fā)泡是加熱的時(shí)間。對 STMMA說，加熱時(shí)間一般應(yīng)控制在 30秒一60 秒，加熱時(shí)間不宜過短或過長（時(shí)間過短，珠粒易受熱不均勻，造成珠粒球體大小不一致；時(shí)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(shí)的性能。C、 預(yù)發(fā)珠粒熟化時(shí)間的控制。由于剛預(yù)發(fā)的珠粒內(nèi)部呈負(fù)壓狀態(tài)，此時(shí)的珠粒尚不能使用，須經(jīng)過一段時(shí)間的熟化，讓空

10、氣逐步進(jìn)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(shí)珠粒有足夠的膨脹力。但珠粒熟化的時(shí)間須控制好，熟化時(shí)間一般為8 12 小時(shí) （視環(huán)境氣溫而定，此薦時(shí)間一般以常為基準(zhǔn)）。 熟化時(shí)要注意熟化溫度不能太高（ 25），時(shí)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(shí)間與環(huán)境溫度和濕度有關(guān)，環(huán)境溫度高，濕度低，熟化時(shí)間短；環(huán)境溫度低，濕度高，熟化時(shí)間長。在實(shí)際應(yīng)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(yù)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(shù)要求制定相應(yīng)的預(yù)發(fā)泡珠粒密度。并在

11、預(yù)發(fā)時(shí)做好各種數(shù)據(jù)的記錄。如珠粒原料數(shù)據(jù)，加熱預(yù)發(fā)時(shí)蒸汽壓力數(shù)值，加熱時(shí)間、溫度，預(yù)發(fā)珠粒密度及珠粒預(yù)發(fā)過程中的表象等。2.2 模樣成型及成型過程中應(yīng)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(jī)模成型。其成型工藝如下：模具預(yù)熱-珠粒充填-加熱成型-冷卻-脫模1、模具預(yù)熱。預(yù)熱的目的是為了縮短成型時(shí)間，減少發(fā)泡成型時(shí)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(shí)抬模，雖珠粒預(yù)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(gòu)復(fù)雜程度如何而定。其中壓吸式充填對于薄壁和結(jié)構(gòu)較為復(fù)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(gòu)、壁厚等不同，控制加熱時(shí)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(dá)到珠粒軟化點(diǎn)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(jìn)行控制，并根據(jù)模樣熔結(jié)質(zhì)量和加熱時(shí)模具的溫度來調(diào)整加熱時(shí)模腔內(nèi)蒸汽壓力和加熱時(shí)間。具體的加熱溫度、模腔內(nèi)蒸汽壓力和加熱時(shí)間，是根據(jù)不同模具和不同預(yù)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(qiáng)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(dǎo)體，冷卻時(shí)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(shí)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(shí)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(dāng)，模樣表面就易損傷、變形， 所以對于不同的結(jié)構(gòu)的模樣要采用不同的脫模方式。在整個(gè)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(fù)壓的問題等，在此就不再細(xì)說了。在實(shí)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(shí)解決問題的技術(shù)手段?？傊ｈT造是一持續(xù)改進(jìn)、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(shí)間短或蒸汽壓力低，成型溫度低；(2)預(yù)發(fā)泡珠粒干燥、熟化溫度 高或時(shí)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(shí)間；(2)控制珠粒干燥熟化溫度和時(shí)間；(3)調(diào)整發(fā)泡劑含量。內(nèi)部結(jié)構(gòu)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(shí)間短；(3)珠粒密度過低或發(fā)泡劑含量 低。(1)改進(jìn)充填方法和條件；(2)提高加熱蒸汽的壓力，延長加 熱時(shí)間；(3)控制預(yù)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(gòu)不合理；(3)珠粒的粒度/、合適。(1)改進(jìn)充填方法，調(diào)整壓縮空氣 壓力；(2)改進(jìn)模具結(jié)構(gòu)，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(yīng)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(shí)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(shí)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(shí)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(shí)間或降低成型溫度；(2)調(diào)整冷卻速度和時(shí)間。(3)冷卻時(shí)

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(gòu)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(shí)模具在蒸汽缸中 的位置/、當(dāng)，正對著蒸汽進(jìn)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(jìn)模具結(jié)構(gòu)，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(jìn)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(shí) 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(shí)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(shí)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(yù)發(fā)密度，采用熟化 好的珠粒；(2)延長成型時(shí)間；(3)提司預(yù)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(shí)間太長；(2)模具的冷卻速度太快，冷卻 時(shí)間/、夠。(1)縮短成型時(shí)間；(2)降低模具冷卻速度，延長冷卻 時(shí)間，使模樣充分定型。模樣剛脫模 時(shí)正常，過 后收縮父形(1)預(yù)發(fā)泡珠粒密度過低；(2)預(yù)發(fā)泡珠粒熟化時(shí)間不夠；(1)縮短預(yù)發(fā)泡時(shí)向，提昌預(yù)發(fā)泡 密度；(3)冷卻時(shí)，模樣整體降溫不一 致。(2)適當(dāng)延長預(yù)發(fā)泡珠粒熟化時(shí)間；(3)改進(jìn)冷卻方式，使模具、模樣 降溫均衡