消失模鑄造用聚苯乙烯模塊結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

消失模鑄造用聚苯乙烯模塊結(jié)構(gòu)的優(yōu)化

用于制造消失模件的彎曲模型的形狀尺寸對(duì)消失模件的尺寸起著決定性的作用。在設(shè)計(jì)彎曲模型的腔尺寸時(shí)，不僅要考慮金屬硬化的收縮率和零件材料的收縮率外，還要考慮聚苯乙烯樣本（以下簡(jiǎn)稱(chēng)模型）的收縮率。因?yàn)槟Ｐ驮谧⑸淝皶?huì)經(jīng)歷不同程度的收縮，這會(huì)影響鑄造盤(pán)的尺寸精度。在嚴(yán)重的情況下，板材可能會(huì)被丟棄。因此，對(duì)樣品收縮特性的研究已成為消失模件中的一個(gè)重要課題之一。在影響模樣收縮的眾多工藝因素中,可發(fā)性聚苯乙烯(EPS)珠粒粒徑、預(yù)發(fā)泡時(shí)間、預(yù)發(fā)泡珠粒熟化時(shí)間、成形蒸汽壓力、模樣的貯存溫度及放置時(shí)間的影響較大\*2,3\#,研究這些工藝因素對(duì)模樣收縮的影響,獲得它們與模樣收縮率之間的關(guān)系,對(duì)于消失模鑄造用發(fā)泡模具型腔尺寸的設(shè)計(jì)及最終生產(chǎn)出符合尺寸要求的合格鑄件具有重要的理論和實(shí)用意義。1模具型腔尺寸測(cè)量可發(fā)性聚苯乙烯(EPS)珠粒的預(yù)發(fā)泡采用蒸缸預(yù)發(fā)泡法,將國(guó)產(chǎn)EPS珠粒在一定的預(yù)發(fā)泡時(shí)間下預(yù)發(fā)泡,然后放置一定的時(shí)間,待發(fā)泡成形用。預(yù)發(fā)泡珠粒的發(fā)泡成形是將經(jīng)過(guò)一定熟化時(shí)間的預(yù)發(fā)泡珠粒填入模具(模具型腔尺寸為Φ50mm×100mm),經(jīng)振動(dòng)緊實(shí)后放入預(yù)熱的蒸缸,通入蒸汽在一定的溫度下保持一定的時(shí)間,待預(yù)發(fā)泡珠粒在模具型腔中發(fā)泡成形后取出模具,并用水激冷后取出模樣,立即測(cè)量其高度,然后將模樣放入濕度為40%～60%的烘箱中,在不同的溫度下保持一定的時(shí)間后取出,測(cè)量其高度。利用測(cè)得的模樣高度,按下式計(jì)算模樣收縮率:式中δ——模樣收縮率hˉhˉ——模樣高度的測(cè)量平均值H——模具型腔的高度(100mm)2試驗(yàn)結(jié)果與討論2.1收縮的變化結(jié)果從圖1～圖4可以看出,模樣從模具中取出時(shí)大約有0.2%的收縮,此后,在室溫貯存條件下,隨著放置時(shí)間的延長(zhǎng),模樣收縮逐漸增大,大約在30天后收縮穩(wěn)定在0.65%～0.80%。模樣從模具中取出時(shí)的收縮系由模具激冷造成模樣中珠粒泡孔內(nèi)的發(fā)泡劑和水蒸氣冷凝所致,而在隨后放置過(guò)程中的收縮則是殘留在模樣中的珠粒泡孔內(nèi)發(fā)泡劑和水分的逐漸揮發(fā),以及珠粒泡孔壁內(nèi)應(yīng)力的逐漸釋放所致。由圖可知,在模樣放置的前一段時(shí)間(約20天)內(nèi),模樣收縮速度較快,20天后收縮則較平緩。這是因?yàn)橹榱Ｔ诎l(fā)泡成形后,泡孔內(nèi)應(yīng)力較高,使模樣在放置初期發(fā)泡劑和水分逸出較多,收縮速度較快;放置后期由于模樣泡孔內(nèi)應(yīng)力以及所含發(fā)泡劑和水分已顯著降低,故模樣逸出量較少,收縮比較平緩;當(dāng)珠粒泡孔壁內(nèi)應(yīng)力基本釋放完畢,泡孔內(nèi)發(fā)泡劑和水分與外界平衡時(shí),模樣收縮基本停止,其尺寸趨于穩(wěn)定。2.2預(yù)發(fā)泡時(shí)間對(duì)模具收縮的影響在粒徑為0.8mm、熟化時(shí)間48h、成形蒸汽壓力40kPa、室溫貯存的條件下,相同類(lèi)型的同粒徑EPS珠粒經(jīng)不同的預(yù)發(fā)泡時(shí)間后制得的模樣收縮率測(cè)試結(jié)果(見(jiàn)圖1)表明:隨著預(yù)發(fā)泡時(shí)間的增加,模樣收縮增大。其原因是由于在預(yù)發(fā)泡時(shí),發(fā)生珠粒的膨脹,并且隨著預(yù)發(fā)泡時(shí)間的延長(zhǎng),珠粒膨脹會(huì)加劇,使得珠粒泡孔壁內(nèi)的應(yīng)力也相應(yīng)增大,增大的應(yīng)力在模樣放置時(shí)釋放出來(lái),導(dǎo)致了模樣收縮的增加。由圖1還可以看到,預(yù)發(fā)泡時(shí)間在模樣成形后的冷卻過(guò)程中及放置的前15天對(duì)模樣收縮幾乎沒(méi)有影響,這是因?yàn)槟又袘?yīng)力的釋放是一個(gè)漸進(jìn)的過(guò)程(類(lèi)似于自然時(shí)效),而在15天之后,隨著模樣中應(yīng)力的逐漸釋放,預(yù)發(fā)泡時(shí)間越長(zhǎng)的模樣釋放的應(yīng)力越多,收縮也越大。2.3帶皮內(nèi)固結(jié)充填的模具收縮率在預(yù)發(fā)泡時(shí)間為2min、熟化時(shí)間48h、成形蒸汽壓力40kPa、室溫貯存的條件下,不同粒徑的同種類(lèi)型EPS珠粒制得的模樣收縮率測(cè)試結(jié)果(見(jiàn)圖2)表明:隨著EPS珠粒粒徑增大,模樣收縮減小,這是由于粒徑大的EPS珠粒在預(yù)發(fā)泡后的密度較粒徑小的大,因而在成形發(fā)泡時(shí)膨脹小,珠粒泡孔內(nèi)應(yīng)力減小,使得模樣收縮減小。此外,粒徑大的珠粒表面積大,發(fā)泡劑和水分在珠粒預(yù)發(fā)泡和熟化時(shí)逸出較多也是導(dǎo)致模樣收縮減小的原因之一。2.4預(yù)發(fā)泡珠粒熟化時(shí)間對(duì)試樣收縮的影響在粒徑為0.8mm、預(yù)發(fā)泡時(shí)間2min、成形蒸汽壓力40kPa、室溫貯存條件相同時(shí),隨著預(yù)發(fā)泡珠粒熟化時(shí)間的增加,模樣收縮減小(如圖3所示)。因?yàn)轭A(yù)發(fā)泡珠粒在熟化時(shí),會(huì)伴隨著發(fā)泡劑和水分的逸出,珠粒熟化時(shí)間越長(zhǎng),發(fā)泡劑和水分的損失越多,相應(yīng)地模樣中殘留的發(fā)泡劑和水分含量越少,從而模樣收縮減小。2.5高的貯存溫度如圖4所示,在粒徑為0.8mm、預(yù)發(fā)泡時(shí)間2min、熟化時(shí)間48h條件下,隨著成形蒸汽壓力提高,模樣收縮減小。這是因?yàn)轭A(yù)發(fā)泡珠粒在成形發(fā)泡時(shí),高的成形蒸汽壓力不但有利于發(fā)泡劑從珠粒泡孔內(nèi)逸出,還會(huì)如同退火處理那樣,減小模樣中珠粒泡孔壁內(nèi)的應(yīng)力,從而減小模樣收縮。由圖4還可以看到,模樣貯存溫度對(duì)模樣最后總的收縮并沒(méi)有太大影響,但高的貯存溫度能加劇模樣收縮,在50℃下貯存,大約15天就使模樣的尺寸趨于穩(wěn)定,而在室溫(25℃)下,則需要30天左右,這可能與高的貯存溫度有利于模樣中發(fā)泡劑和水分的較快逸出,以及模樣中應(yīng)力的較快釋放有關(guān)(類(lèi)似于人工時(shí)效)。在以上進(jìn)行的工藝試驗(yàn)中,由于模樣為形貌簡(jiǎn)單的圓柱狀試樣,可以認(rèn)為各部分收縮程度相同,而在實(shí)際生產(chǎn)中,鑄件的形貌比較復(fù)雜,這必然會(huì)對(duì)模樣的尺寸精度造成影響,這是因?yàn)殍T件形貌的復(fù)雜性,相應(yīng)使得模具型腔的形貌也比較復(fù)雜,當(dāng)珠粒在充填型腔時(shí),就會(huì)由于型腔各部分尺寸的差別較大(尤其某些部位的斷面尺寸較小時(shí))而出現(xiàn)充填程度不一致,造成成形后的模樣中存在密度梯度,引起模樣中各部位收縮程度不一樣。由前面分析知:模樣中應(yīng)力釋放是引起模樣收縮的主要原因之一。如果模樣中各部位收縮程度不一致,模樣就會(huì)在應(yīng)力釋放較多的部位產(chǎn)生變形,從而影響模樣的尺寸精度。所以對(duì)于形貌復(fù)雜的鑄件,其模樣的收縮率應(yīng)結(jié)合具體的工藝條件及形貌對(duì)模樣尺寸精度的影響來(lái)確定。3影響因素及對(duì)策(1)模樣在貯存放置時(shí)會(huì)逐漸收縮,并在一定時(shí)間(室溫貯存約30天,50℃貯存約15天)后收縮基本停止,模樣尺寸趨于穩(wěn)定,模樣總的收縮率約為0.65%～0.80%。(2)在EPS珠粒粒徑、預(yù)發(fā)泡時(shí)間、預(yù)發(fā)泡珠粒熟化時(shí)間及成形蒸汽壓力四個(gè)工藝因素中,以成形蒸汽壓力對(duì)模樣收縮的影響最大,其次是預(yù)發(fā)泡珠粒熟化時(shí)間,而EPS珠粒粒徑和預(yù)發(fā)泡時(shí)間的影響則相對(duì)較小。(3)模樣貯存溫度對(duì)模樣最后總的收縮率幾乎沒(méi)有影響,但高的貯存溫度能夠加劇模樣收縮,使模樣在較短的時(shí)間內(nèi)尺寸趨于穩(wěn)定。(4)在實(shí)際生產(chǎn)中為了減少模樣收縮,應(yīng)最大限度地提高成形蒸汽壓力,增加預(yù)發(fā)泡珠粒熟