第四章 消失模鑄造.

1、中國(guó)鑄造行業(yè)可持續(xù)化發(fā)展的思考中國(guó)鑄造行業(yè)可持續(xù)化發(fā)展的思考綠色制造綠色制造許多國(guó)家現(xiàn)在要求進(jìn)口的產(chǎn)品必須進(jìn)行綠色性認(rèn)定許多國(guó)家現(xiàn)在要求進(jìn)口的產(chǎn)品必須進(jìn)行綠色性認(rèn)定,具有具有“綠色標(biāo)志綠色標(biāo)志”。特別是有些發(fā)達(dá)國(guó)家以保護(hù)本國(guó)環(huán)境為由特別是有些發(fā)達(dá)國(guó)家以保護(hù)本國(guó)環(huán)境為由,制定了極為苛刻的產(chǎn)品環(huán)境指標(biāo)制定了極為苛刻的產(chǎn)品環(huán)境指標(biāo)來(lái)限制國(guó)際產(chǎn)品特別是發(fā)展中國(guó)家產(chǎn)品進(jìn)入本國(guó)市場(chǎng)來(lái)限制國(guó)際產(chǎn)品特別是發(fā)展中國(guó)家產(chǎn)品進(jìn)入本國(guó)市場(chǎng), 即設(shè)置即設(shè)置“綠色貿(mào)易壁綠色貿(mào)易壁壘壘”。實(shí)施綠色制造已是大勢(shì)所趨。實(shí)施綠色制造已是大勢(shì)所趨。面對(duì)這種狀況面對(duì)這種狀況, 各國(guó)紛紛提出了不同的措施加以積極應(yīng)對(duì)各國(guó)紛紛提出了不同的

2、措施加以積極應(yīng)對(duì), 如如美國(guó)在展望美國(guó)在展望2010 年的制造業(yè)前景時(shí)提出了年的制造業(yè)前景時(shí)提出了“無(wú)廢棄物加工無(wú)廢棄物加工”的概念的概念; 德國(guó)制定了德國(guó)制定了產(chǎn)品回收法規(guī)產(chǎn)品回收法規(guī); 歐盟也頒布了歐盟也頒布了“汽車材料回收汽車材料回收”法規(guī)法規(guī), 要求從要求從2005 年新生產(chǎn)的汽車材年新生產(chǎn)的汽車材料的料的85 %能再利用。能再利用。中國(guó)香港也成立了中國(guó)香港也成立了“香港綠色制造聯(lián)盟香港綠色制造聯(lián)盟”, 以督促生產(chǎn)的產(chǎn)品達(dá)到綠色以督促生產(chǎn)的產(chǎn)品達(dá)到綠色制造要求制造要求, 保證本地工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力及市場(chǎng)占有率。保證本地工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力及市場(chǎng)占有率。中國(guó)大陸在中國(guó)大陸在1996 年和年和1997

3、年相繼引入了年相繼引入了ISO14001 和和ISO14040 等系等系列標(biāo)準(zhǔn)。至列標(biāo)準(zhǔn)。至2003 年止年止, 逾百家企業(yè)通過(guò)了審核認(rèn)證逾百家企業(yè)通過(guò)了審核認(rèn)證, 行業(yè)覆蓋電子、電氣、行業(yè)覆蓋電子、電氣、家電、機(jī)械、化纖等行業(yè)。家電、機(jī)械、化纖等行業(yè)。中國(guó)鑄造行業(yè)可持續(xù)化發(fā)展的思考中國(guó)鑄造行業(yè)可持續(xù)化發(fā)展的思考(1) 環(huán)保型鑄造設(shè)備和技術(shù)的引進(jìn)與開(kāi)發(fā)環(huán)保型鑄造設(shè)備和技術(shù)的引進(jìn)與開(kāi)發(fā).(2) 鑄件原、輔材料鑄件原、輔材料.(3) 鑄造廢棄物的回收和再生利用鑄造廢棄物的回收和再生利用.(4) 加強(qiáng)環(huán)保意識(shí)加強(qiáng)環(huán)保意識(shí), 形成從上到下的環(huán)保氛圍形成從上到下的環(huán)保氛圍(5) 加強(qiáng)綠色鑄造評(píng)價(jià)方法和指

4、標(biāo)體系的研究和加強(qiáng)綠色鑄造評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)體系的研究和建立建立.5.1 概述概述5.1 概述概述消失模鑄造消失模鑄造(Lost Foan Casting, LFC又稱氣化模鑄造又稱氣化模鑄造(Evaporative Patten Casting, EPC) 以鑄造件尺寸精度高、以鑄造件尺寸精度高、表面光潔、少無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)表面光潔、少無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn), 被譽(yù)為被譽(yù)為“21世紀(jì)綠色鑄造技術(shù)世紀(jì)綠色鑄造技術(shù)”。5.1.1 工藝過(guò)程工藝過(guò)程消失模鑄造是將與鑄件尺寸形狀相似的泡沫模樣黏結(jié)組合消失模鑄造是將與鑄件尺寸形狀相似的泡沫模樣黏結(jié)組合成模樣簇成模樣簇, 刷涂耐火涂料并烘干后刷涂耐火涂料并烘干后, 埋在干

5、砂中振動(dòng)造型埋在干砂中振動(dòng)造型, 在常在常壓或負(fù)壓下澆注壓或負(fù)壓下澆注, 金屬液使模樣受熱分解氣化，并占據(jù)模樣位金屬液使模樣受熱分解氣化，并占據(jù)模樣位置置, 凝固冷卻后形成鑄件的鑄造方法。圖凝固冷卻后形成鑄件的鑄造方法。圖5.1為消失模鑄造工藝為消失模鑄造工藝過(guò)程示意圖。過(guò)程示意圖。5.1.2 工藝特點(diǎn)工藝特點(diǎn)消失模鑄造的工藝特點(diǎn)如下。消失模鑄造的工藝特點(diǎn)如下。1. 鑄件尺寸精度高鑄件尺寸精度高, 表面粗糙度低表面粗糙度低由于由于不用取模、分型不用取模、分型, 無(wú)拔模斜度無(wú)拔模斜度, 不需要型芯不需要型芯, 并避免了并避免了由于型芯組合、合型而造成的尺寸誤差由于型芯組合、合型而造成的尺寸誤差,

6、因而鑄件尺寸精度高。因而鑄件尺寸精度高。消失模鑄件尺寸精度可達(dá)消失模鑄件尺寸精度可達(dá)CT5CT6級(jí)級(jí),表面粗糙度可達(dá)表面粗糙度可達(dá)Ra=6.312.5um。2. 工序簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高工序簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率高由于采用由于采用干砂造型干砂造型, 無(wú)型芯無(wú)型芯, 因此造型和落砂清理工藝都十因此造型和落砂清理工藝都十分簡(jiǎn)單分簡(jiǎn)單, 同時(shí)在砂箱中可將泡沫模樣串聯(lián)起來(lái)進(jìn)行澆注同時(shí)在砂箱中可將泡沫模樣串聯(lián)起來(lái)進(jìn)行澆注, 生產(chǎn)效生產(chǎn)效率高。率高。3. 設(shè)計(jì)自由度大設(shè)計(jì)自由度大為鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了充分的自由度?？梢酝ㄟ^(guò)泡洙塑料為鑄件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了充分的自由度?？梢酝ㄟ^(guò)泡洙塑料模片組合鑄造出模片組合鑄造出高度復(fù)雜的鑄

7、件高度復(fù)雜的鑄件。4. 清潔生產(chǎn)清潔生產(chǎn)v型砂中無(wú)化學(xué)黏結(jié)劑型砂中無(wú)化學(xué)黏結(jié)劑, 低溫下低溫下泡沫塑料泡沫塑料對(duì)環(huán)境無(wú)害對(duì)環(huán)境無(wú)害;v采用干砂造型采用干砂造型, 大大減少鑄件落砂、清理工作量大大減少鑄件落砂、清理工作量, 大大降低大大降低車間的車間的噪聲和粉塵噪聲和粉塵, 有利于工人的身體健康和實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。有利于工人的身體健康和實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)。5. 投資少、成本低投資少、成本低消失模鑄造生產(chǎn)工序少消失模鑄造生產(chǎn)工序少, 落砂處理設(shè)備簡(jiǎn)單落砂處理設(shè)備簡(jiǎn)單, 舊砂的回收率舊砂的回收率高達(dá)高達(dá)95%以上以上; 另外由于沒(méi)有化學(xué)黏結(jié)劑等的開(kāi)銷另外由于沒(méi)有化學(xué)黏結(jié)劑等的開(kāi)銷; 模具壽命長(zhǎng)模具壽命長(zhǎng);鑄件

8、加工余量小鑄件加工余量小, 減輕了鑄件毛坯重量減輕了鑄件毛坯重量, 鑄件綜合生產(chǎn)成本低。鑄件綜合生產(chǎn)成本低。5.1.3 應(yīng)用概況應(yīng)用概況美國(guó)美國(guó)通用通用汽車公司于汽車公司于1985年年建成世界上第一條消失模鑄造建成世界上第一條消失模鑄造生產(chǎn)線生產(chǎn)線, 用于生產(chǎn)汽車柴油機(jī)的鋁缸蓋。用于生產(chǎn)汽車柴油機(jī)的鋁缸蓋。福特福特汽車公司和約翰迪爾公司汽車公司和約翰迪爾公司,以及德國(guó)的以及德國(guó)的寶馬寶馬公司、英公司、英國(guó)的斯坦頓、北愛(ài)爾蘭的國(guó)的斯坦頓、北愛(ài)爾蘭的Montupet公司、意大利的公司、意大利的FrancoTosi CastiSPA公司、法國(guó)雪鐵龍的公司、法國(guó)雪鐵龍的Char-leville公司公司

9、等先后建成消失模鑄造生產(chǎn)線。等先后建成消失模鑄造生產(chǎn)線。消失模鑄造技術(shù)特別適合于生產(chǎn)形狀復(fù)雜、需要砂芯成形消失模鑄造技術(shù)特別適合于生產(chǎn)形狀復(fù)雜、需要砂芯成形的鑄件的鑄件,如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、進(jìn)氣歧管等如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、缸蓋、進(jìn)氣歧管等,此外還廣泛用于曲此外還廣泛用于曲軸、凸輪軸、變速箱殼體、離合器殼、閥體、電機(jī)殼體、輪轂、軸、凸輪軸、變速箱殼體、離合器殼、閥體、電機(jī)殼體、輪轂、剎車盤(pán)、磨球、耐磨襯板以及藝術(shù)品等鑄件的生產(chǎn)。剎車盤(pán)、磨球、耐磨襯板以及藝術(shù)品等鑄件的生產(chǎn)。適用材質(zhì)有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、鋁合金、銅合金、碳鋼、適用材質(zhì)有灰鑄鐵、球墨鑄鐵、鋁合金、銅合金、碳鋼、合金鋼、不銹鋼等。合金鋼、不銹鋼

10、等。圖圖5.2圖圖5.4所示為采用消失模鑄造的鋁合金四缸發(fā)動(dòng)機(jī)所示為采用消失模鑄造的鋁合金四缸發(fā)動(dòng)機(jī)缸體、鑄鐵曲軸及藝術(shù)品缸體、鑄鐵曲軸及藝術(shù)品.圖圖5.2 四缸發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄件。四缸發(fā)動(dòng)機(jī)缸體鑄件。5.2模樣制作模樣制作5.2.1 對(duì)模樣的要求對(duì)模樣的要求模樣質(zhì)量模樣質(zhì)量是消失模鑄造成敗的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。模樣不僅決定是消失模鑄造成敗的關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。模樣不僅決定著鑄件的外部質(zhì)量著鑄件的外部質(zhì)量, 而且還與金屬液直接接觸并參與傳熱、傳而且還與金屬液直接接觸并參與傳熱、傳質(zhì)、動(dòng)量傳遞和復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng)質(zhì)、動(dòng)量傳遞和復(fù)雜的物理、化學(xué)反應(yīng), 對(duì)鑄件的內(nèi)在質(zhì)量也對(duì)鑄件的內(nèi)在質(zhì)量也有著重要影響。因此有著重要影

11、響。因此, 消失模鑄造模樣必須滿足如下要求。消失模鑄造模樣必須滿足如下要求。(1) 氣化溫度和發(fā)氣量氣化溫度和發(fā)氣量低低, 以減少澆注時(shí)的煙霧。以減少澆注時(shí)的煙霧。(2) 氣化迅速氣化迅速、完全、完全, 殘留物殘留物少。少。(3) 密度小、密度小、強(qiáng)度和表面剛性強(qiáng)度和表面剛性好好, 使得模樣在制造、搬運(yùn)和使得模樣在制造、搬運(yùn)和造型過(guò)程中不易損傷造型過(guò)程中不易損傷, 確保模樣尺寸和形狀穩(wěn)定。確保模樣尺寸和形狀穩(wěn)定。(4) 珠粒均勻珠粒均勻, 結(jié)構(gòu)致密結(jié)構(gòu)致密, 加工性能加工性能好。好。5.2.2 模樣材料模樣材料目前用于消失模鑄造的模樣材料主要有可發(fā)性聚苯乙烯目前用于消失模鑄造的模樣材料主要有可

12、發(fā)性聚苯乙烯(簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱EPS)、可發(fā)性聚甲基丙烯酸甲酯、可發(fā)性聚甲基丙烯酸甲酯(EPMMA)、可發(fā)性苯乙、可發(fā)性苯乙烯與甲基丙烯酸甲酯共聚樹(shù)脂烯與甲基丙烯酸甲酯共聚樹(shù)脂(簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱STMMA)。1 可發(fā)性聚苯乙烯可發(fā)性聚苯乙烯(EPS)聚苯乙烯是一種碳?xì)浠衔锞郾揭蚁┦且环N碳?xì)浠衔? 其分子式為其分子式為(C6H5.C2H3)n。EPS具有密度低、氣化迅速，易加工成形等優(yōu)點(diǎn)具有密度低、氣化迅速，易加工成形等優(yōu)點(diǎn), 是最早用于是最早用于消失模鑄造的模樣材料。因其價(jià)格低廉來(lái)源廣泛消失模鑄造的模樣材料。因其價(jià)格低廉來(lái)源廣泛, 應(yīng)用于鋁合應(yīng)用于鋁合金、銅合金、灰鑄鐵及一般鑄鋼件的生產(chǎn)。金、銅合金、灰鑄

13、鐵及一般鑄鋼件的生產(chǎn)。采用采用EPS生產(chǎn)低碳鋼或球墨鑄鐵鑄件容易產(chǎn)生增碳和炭黑缺陷生產(chǎn)低碳鋼或球墨鑄鐵鑄件容易產(chǎn)生增碳和炭黑缺陷2.可發(fā)性聚甲基丙烯酸甲酯可發(fā)性聚甲基丙烯酸甲酯(EPMMA)和共聚樹(shù)脂和共聚樹(shù)脂(STMMA)EPMMA的發(fā)氣量和發(fā)氣速度大的發(fā)氣量和發(fā)氣速度大, 澆注時(shí)容易產(chǎn)生反噴。澆注時(shí)容易產(chǎn)生反噴。因此，又開(kāi)發(fā)出了因此，又開(kāi)發(fā)出了EPS和和MMA以一定比例配合的共聚以一定比例配合的共聚STMMA(ST苯乙烯苯乙烯,MMA甲基丙烯酸甲酯甲基丙烯酸甲酯), 在解決碳缺陷在解決碳缺陷和發(fā)氣量大引起的反噴缺陷兩方面都取得較好的效果和發(fā)氣量大引起的反噴缺陷兩方面都取得較好的效果, 成為

14、目成為目前鑄鋼和球鐵件生產(chǎn)中廣泛采用的新材料。前鑄鋼和球鐵件生產(chǎn)中廣泛采用的新材料。3.泡沫材料的選用泡沫材料的選用首先根據(jù)鑄件材質(zhì)及對(duì)鑄件的質(zhì)量要求來(lái)選擇泡沫材料種類；首先根據(jù)鑄件材質(zhì)及對(duì)鑄件的質(zhì)量要求來(lái)選擇泡沫材料種類；再根據(jù)鑄件的最小壁厚選擇泡沫珠粒尺寸。再根據(jù)鑄件的最小壁厚選擇泡沫珠粒尺寸。一般情況下一般情況下, 厚大鑄件選用較粗粒徑的珠粒厚大鑄件選用較粗粒徑的珠粒, 薄壁鑄件選用較細(xì)粒徑薄壁鑄件選用較細(xì)粒徑, 使鑄件最薄部位保持三個(gè)珠粒以上為宜。使鑄件最薄部位保持三個(gè)珠粒以上為宜。表表5-1與表與表5-2分別為消失模鑄造常用泡沫珠粒規(guī)格和泡沫塑料的性能分別為消失模鑄造常用泡沫珠粒規(guī)格

15、和泡沫塑料的性能, 供選用時(shí)參考。供選用時(shí)參考。5.2.3 泡沫模樣的制作泡沫模樣的制作泡沫塑料模樣制作方法可分為板材加工和模具發(fā)泡成形。泡沫塑料模樣制作方法可分為板材加工和模具發(fā)泡成形。板材加工是將泡沫塑料板材通過(guò)電熱絲切割板材加工是將泡沫塑料板材通過(guò)電熱絲切割, 或銑、鋸、車、或銑、鋸、車、刨、磨削機(jī)械加工刨、磨削機(jī)械加工, 或手工加工或手工加工, 然后膠合裝配成所需的泡沫塑然后膠合裝配成所需的泡沫塑料模樣。料模樣。板材加工法主要用于單件、小批量生產(chǎn)時(shí)的大中型模樣。板材加工法主要用于單件、小批量生產(chǎn)時(shí)的大中型模樣。發(fā)泡成形工藝則用于成批、大量生產(chǎn)時(shí)制作泡沫塑料模樣。發(fā)泡成形工藝則用于成批、

16、大量生產(chǎn)時(shí)制作泡沫塑料模樣。泡沫模樣制作工藝過(guò)程為泡沫模樣制作工藝過(guò)程為: 原始珠粒原始珠粒-預(yù)發(fā)泡預(yù)發(fā)泡-干燥、熟化干燥、熟化 -發(fā)泡成形發(fā)泡成形-模樣。模樣。1. 預(yù)發(fā)泡預(yù)發(fā)泡微小的微小的EPS珠粒經(jīng)過(guò)加熱珠粒經(jīng)過(guò)加熱, 體積膨脹至預(yù)定大小的過(guò)程稱體積膨脹至預(yù)定大小的過(guò)程稱為預(yù)發(fā)泡。為預(yù)發(fā)泡。預(yù)發(fā)泡工藝是泡沫模樣成形的一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。一般預(yù)發(fā)泡工藝是泡沫模樣成形的一個(gè)至關(guān)重要的環(huán)節(jié)。一般而言而言, 泡沫模樣的密度調(diào)整主要是通過(guò)調(diào)整預(yù)發(fā)泡的倍數(shù)來(lái)實(shí)泡沫模樣的密度調(diào)整主要是通過(guò)調(diào)整預(yù)發(fā)泡的倍數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)。消失模鑄造用珠粒的預(yù)發(fā)泡通常都采用間歇式預(yù)發(fā)泡機(jī)。預(yù)發(fā)方式主消失模鑄造用珠粒的預(yù)發(fā)泡通

17、常都采用間歇式預(yù)發(fā)泡機(jī)。預(yù)發(fā)方式主要有真空預(yù)發(fā)和蒸汽預(yù)發(fā)兩種。要有真空預(yù)發(fā)和蒸汽預(yù)發(fā)兩種。1) 真空預(yù)發(fā)真空預(yù)發(fā)圖圖5.5為真空預(yù)發(fā)泡機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖為真空預(yù)發(fā)泡機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖,筒體帶夾層筒體帶夾層,中間通蒸汽或油加熱中間通蒸汽或油加熱,筒筒體內(nèi)加入待預(yù)發(fā)的原始珠粒體內(nèi)加入待預(yù)發(fā)的原始珠粒,加熱攪拌后抽真空加熱攪拌后抽真空,然后噴水霧化冷卻定形。然后噴水霧化冷卻定形。由于真空預(yù)發(fā)泡機(jī)的加熱介質(zhì)由于真空預(yù)發(fā)泡機(jī)的加熱介質(zhì)(蒸汽或油蒸汽或油)不直接接觸珠粒不直接接觸珠粒,珠粒的發(fā)泡珠粒的發(fā)泡是真空和加熱的雙重作用而使發(fā)泡劑加速氣化逸出的結(jié)果。是真空和加熱的雙重作用而使發(fā)泡劑加速氣化逸出的結(jié)果。 預(yù)熱溫度

18、預(yù)熱溫度 預(yù)發(fā)時(shí)間預(yù)發(fā)時(shí)間 真空度的大小真空度的大小 0.060.08MPa 抽真空的時(shí)間抽真空的時(shí)間 2030s預(yù)熱時(shí)間和溫度由夾層蒸汽壓來(lái)控制。真空預(yù)發(fā)的珠粒含水量低、相預(yù)熱時(shí)間和溫度由夾層蒸汽壓來(lái)控制。真空預(yù)發(fā)的珠粒含水量低、相對(duì)干燥對(duì)干燥; 有利于獲得超低密度泡沫模樣有利于獲得超低密度泡沫模樣, 如如EPS模樣密度達(dá)到模樣密度達(dá)到16kg m-3, EPMMA密度達(dá)到密度達(dá)到20 kg m-3。影響預(yù)發(fā)珠粒質(zhì)影響預(yù)發(fā)珠粒質(zhì)量的關(guān)鍵因素量的關(guān)鍵因素2) 蒸汽預(yù)發(fā)蒸汽預(yù)發(fā)圖圖5.6為蒸汽預(yù)發(fā)為蒸汽預(yù)發(fā)原理示意圖。珠粒從原理示意圖。珠粒從上部定量加入攪拌筒上部定量加入攪拌筒體體, 高壓蒸汽從

19、底部高壓蒸汽從底部進(jìn)入加熱預(yù)發(fā)進(jìn)入加熱預(yù)發(fā), 筒體筒體內(nèi)的攪拌器不停轉(zhuǎn)動(dòng)內(nèi)的攪拌器不停轉(zhuǎn)動(dòng), 當(dāng)預(yù)發(fā)珠粒的高度達(dá)當(dāng)預(yù)發(fā)珠粒的高度達(dá)到光電管的控制高度到光電管的控制高度時(shí)時(shí), 自動(dòng)發(fā)出信號(hào)自動(dòng)發(fā)出信號(hào), 停停止進(jìn)氣并卸料。止進(jìn)氣并卸料。蒸汽預(yù)發(fā)泡機(jī)不是通過(guò)時(shí)間而是通過(guò)預(yù)發(fā)泡后的蒸汽預(yù)發(fā)泡機(jī)不是通過(guò)時(shí)間而是通過(guò)預(yù)發(fā)泡后的容積定量容積定量(即珠粒的預(yù)發(fā)密度定量即珠粒的預(yù)發(fā)密度定量)來(lái)控制預(yù)發(fā)倍率來(lái)控制預(yù)發(fā)倍率。不同模樣材料的預(yù)發(fā)溫度參數(shù)見(jiàn)表不同模樣材料的預(yù)發(fā)溫度參數(shù)見(jiàn)表5-3。采用蒸汽預(yù)發(fā)泡時(shí)采用蒸汽預(yù)發(fā)泡時(shí), 由于珠粒直接與水蒸氣接觸由于珠粒直接與水蒸氣接觸,預(yù)發(fā)珠粒水分含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)預(yù)發(fā)珠粒

20、水分含量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)10%左右左右,因此卸料因此卸料后必須經(jīng)過(guò)干燥處理。后必須經(jīng)過(guò)干燥處理。2.熟化熟化剛剛預(yù)發(fā)的珠粒不能立即用來(lái)在模具中進(jìn)行二次發(fā)泡成形剛剛預(yù)發(fā)的珠粒不能立即用來(lái)在模具中進(jìn)行二次發(fā)泡成形,這主要是因?yàn)轭A(yù)發(fā)珠粒從預(yù)發(fā)泡機(jī)卸料到儲(chǔ)料倉(cāng)時(shí)這主要是因?yàn)轭A(yù)發(fā)珠粒從預(yù)發(fā)泡機(jī)卸料到儲(chǔ)料倉(cāng)時(shí), 由于驟冷由于驟冷造成泡孔中發(fā)泡劑和滲入蒸汽的冷凝造成泡孔中發(fā)泡劑和滲入蒸汽的冷凝, 從而使泡孔內(nèi)部處于真從而使泡孔內(nèi)部處于真空狀態(tài)?？諣顟B(tài)。此時(shí)的預(yù)發(fā)珠粒彈性不足此時(shí)的預(yù)發(fā)珠粒彈性不足, 流動(dòng)性較差流動(dòng)性較差, 不利于充填緊實(shí)模不利于充填緊實(shí)模具型腔和獲得較好表面質(zhì)量的泡沫模樣。具型腔和獲得較好表面

21、質(zhì)量的泡沫模樣。預(yù)發(fā)泡后的珠粒預(yù)發(fā)泡后的珠粒, 必須放置一個(gè)時(shí)期必須放置一個(gè)時(shí)期, 讓空氣滲入泡孔中讓空氣滲入泡孔中,保持泡孔內(nèi)外壓力的平衡保持泡孔內(nèi)外壓力的平衡, 使珠粒富有彈性使珠粒富有彈性, 以便最終發(fā)泡成形以便最終發(fā)泡成形,這個(gè)過(guò)程稱為熟化處理。這個(gè)過(guò)程稱為熟化處理。最合適的熟化溫度是最合適的熟化溫度是20-25 。溫度過(guò)高。溫度過(guò)高, 發(fā)泡劑的損失增大；溫度發(fā)泡劑的損失增大；溫度過(guò)低過(guò)低, 減慢了空氣滲入和發(fā)泡劑擴(kuò)散的速度。減慢了空氣滲入和發(fā)泡劑擴(kuò)散的速度。最佳熟化時(shí)間取決于熟化前預(yù)發(fā)珠粒的濕度和密度最佳熟化時(shí)間取決于熟化前預(yù)發(fā)珠粒的濕度和密度, 一般來(lái)說(shuō)預(yù)發(fā)珠一般來(lái)說(shuō)預(yù)發(fā)珠粒的密度

22、越低粒的密度越低, 熟化時(shí)間越長(zhǎng)熟化時(shí)間越長(zhǎng); 預(yù)發(fā)珠粒的濕度越大預(yù)發(fā)珠粒的濕度越大, 熟化的時(shí)間越長(zhǎng)。熟化的時(shí)間越長(zhǎng)。表表5-4列出了含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在列出了含水質(zhì)量分?jǐn)?shù)在2%以下不同密度的預(yù)發(fā)珠粒熟化時(shí)間參以下不同密度的預(yù)發(fā)珠粒熟化時(shí)間參考值?？贾?。3.發(fā)泡成形發(fā)泡成形發(fā)泡成形是指將熟化后的珠粒充填到模具的型腔發(fā)泡成形是指將熟化后的珠粒充填到模具的型腔內(nèi)內(nèi), 再次加熱使珠粒二次發(fā)泡再次加熱使珠粒二次發(fā)泡, 發(fā)泡球粒相互黏結(jié)成一發(fā)泡球粒相互黏結(jié)成一個(gè)整體個(gè)整體, 經(jīng)冷卻定形后脫模經(jīng)冷卻定形后脫模, 形成與模具形狀和尺寸一形成與模具形狀和尺寸一致的整體模樣。致的整體模樣。1）發(fā)泡成形機(jī)）發(fā)泡成形機(jī)

23、發(fā)泡成形機(jī)有發(fā)泡成形機(jī)有立式和臥式之分。立式和臥式之分。立式成形機(jī)立式成形機(jī)圖圖5.7a的開(kāi)摸方式為的開(kāi)摸方式為水平分型水平分型,模具分為模具分為上模和下模。其特點(diǎn)上模和下模。其特點(diǎn)為為:模具拆卸和模具拆卸和安裝方便安裝方便;模具內(nèi)便于模具內(nèi)便于安放嵌件安放嵌件(或活塊或活塊);易于手工取易于手工取模模; 占地面小。占地面小。臥式成形機(jī)臥式成形機(jī)圖圖5.7(b)的開(kāi)模方式為垂直分型的開(kāi)模方式為垂直分型,模模具分為左模和右模。其特具分為左模和右模。其特點(diǎn)為點(diǎn)為:模具前后上下空間模具前后上下空間開(kāi)闊開(kāi)闊,可靈活設(shè)置氣動(dòng)抽芯可靈活設(shè)置氣動(dòng)抽芯機(jī)構(gòu)機(jī)構(gòu),便于制作有多抽芯的便于制作有多抽芯的復(fù)雜泡沫模樣

24、復(fù)雜泡沫模樣;模具中的水和氣排模具中的水和氣排放順暢放順暢,有利于泡沫模樣的有利于泡沫模樣的脫水和干燥脫水和干燥;生產(chǎn)效率高生產(chǎn)效率高,易實(shí)現(xiàn)易實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)全自動(dòng)控制計(jì)算機(jī)全自動(dòng)控制;結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、價(jià)格結(jié)構(gòu)較復(fù)雜、價(jià)格較貴。較貴。圖圖5.8及圖及圖5.9分別為德國(guó)分別為德國(guó)Teubert機(jī)器公司的機(jī)器公司的TDV-100LF間歇式蒸汽預(yù)發(fā)泡機(jī)和間歇式蒸汽預(yù)發(fā)泡機(jī)和Teube-TSACLF型全自動(dòng)消失模模樣成型全自動(dòng)消失模模樣成形機(jī)。形機(jī)。2)發(fā)泡成形工藝發(fā)泡成形工藝發(fā)泡成形工藝流程如圖發(fā)泡成形工藝流程如圖5.10所示。合理的發(fā)泡成形工藝是所示。合理的發(fā)泡成形工藝是獲得高質(zhì)量泡沫模樣的必要條件。獲得

25、高質(zhì)量泡沫模樣的必要條件。(1)合模預(yù)熱。模具合模以后合模預(yù)熱。模具合模以后,要將它預(yù)熱到要將它預(yù)熱到100 ,保證在保證在正式制模之前模具是熱態(tài)的干燥的正式制模之前模具是熱態(tài)的干燥的, 預(yù)熱不足預(yù)熱不足, 將造成發(fā)泡不充將造成發(fā)泡不充分的珠粒狀不良表面分的珠粒狀不良表面, 模具中殘存的水分會(huì)導(dǎo)致模樣中的空隙模具中殘存的水分會(huì)導(dǎo)致模樣中的空隙和孔洞。和孔洞。(2)填料。泡沫珠粒的充填對(duì)于獲得優(yōu)質(zhì)泡沫模樣非常重要。填料。泡沫珠粒的充填對(duì)于獲得優(yōu)質(zhì)泡沫模樣非常重要。泡沫珠粒在模具中填充不均勻或不緊實(shí)會(huì)使模樣出現(xiàn)殘缺不全泡沫珠粒在模具中填充不均勻或不緊實(shí)會(huì)使模樣出現(xiàn)殘缺不全或融合不充分等缺陷或融合不

26、充分等缺陷, 影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量。影響產(chǎn)品的表面質(zhì)量。充填珠粒方法有手工填料、料槍射料和負(fù)壓吸料等充填珠粒方法有手工填料、料槍射料和負(fù)壓吸料等, 其中其中料槍射料用得最普遍。料槍射料用得最普遍。泡沫珠粒能否充滿模具型腔泡沫珠粒能否充滿模具型腔, 主要取決于壓縮空氣和模具主要取決于壓縮空氣和模具上的排氣孔設(shè)置。壓縮空氣的壓力一般為上的排氣孔設(shè)置。壓縮空氣的壓力一般為0.20.3MPa。(3)加熱。預(yù)發(fā)珠粒填滿模具型腔后加熱。預(yù)發(fā)珠粒填滿模具型腔后,通入溫度大約為通入溫度大約為120 、壓力為、壓力為0.10.15MPa的蒸汽的蒸汽, 保壓時(shí)間視模具厚度而保壓時(shí)間視模具厚度而定定, 從幾十秒至幾分

27、鐘。從幾十秒至幾分鐘。此時(shí)珠粒的膨脹僅能填補(bǔ)珠粒間空隙此時(shí)珠粒的膨脹僅能填補(bǔ)珠粒間空隙, 使珠粒表面熔化并使珠粒表面熔化并相互黏結(jié)在一起相互黏結(jié)在一起, 形成的平滑表面形成的平滑表面, 密度基本不變。密度基本不變。(4)冷卻。模樣在出模前必須進(jìn)行冷卻冷卻。模樣在出模前必須進(jìn)行冷卻,以抑制出模后繼續(xù)以抑制出模后繼續(xù)長(zhǎng)大長(zhǎng)大,即抑制第三次膨脹。冷卻時(shí)使模樣降溫至發(fā)泡材料的軟化即抑制第三次膨脹。冷卻時(shí)使模樣降溫至發(fā)泡材料的軟化點(diǎn)以下點(diǎn)以下,模樣進(jìn)入玻璃態(tài)模樣進(jìn)入玻璃態(tài), 硬化定形硬化定形, 這樣才能獲得與模具形狀、這樣才能獲得與模具形狀、尺寸一致的模樣。尺寸一致的模樣。冷卻方法一般采用噴水冷卻冷卻方

28、法一般采用噴水冷卻, 將模具冷卻到將模具冷卻到40-50 ,有的有的機(jī)動(dòng)模噴水霧后接著抽真空機(jī)動(dòng)模噴水霧后接著抽真空, 使水霧蒸發(fā)、蒸汽凝結(jié)使水霧蒸發(fā)、蒸汽凝結(jié), 造成理想造成理想的冷卻的冷卻, 同時(shí)真空使保留的水分、戊烷減少同時(shí)真空使保留的水分、戊烷減少, 使模樣具有較好的使模樣具有較好的尺寸穩(wěn)定性。尺寸穩(wěn)定性。(5)脫模。一般根據(jù)成形機(jī)開(kāi)模方向脫模。一般根據(jù)成形機(jī)開(kāi)模方向, 并結(jié)合模樣的結(jié)構(gòu)特并結(jié)合模樣的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)點(diǎn), 選定起模方式。對(duì)于簡(jiǎn)易立式成形機(jī)選定起模方式。對(duì)于簡(jiǎn)易立式成形機(jī), 常采用水與壓縮空氣常采用水與壓縮空氣疊加壓力推模法疊加壓力推模法; 對(duì)于自動(dòng)成形機(jī)對(duì)于自動(dòng)成形機(jī), 有機(jī)械

29、頂桿取模法和真空吸有機(jī)械頂桿取模法和真空吸盤(pán)取模法。盤(pán)取模法。摸樣從模具中取出時(shí)摸樣從模具中取出時(shí),一般存在一般存在0.2%0.4%的收縮的收縮, 并且含并且含6%8%質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水分和少量發(fā)泡劑。水分和發(fā)泡劑的存在質(zhì)量分?jǐn)?shù)的水分和少量發(fā)泡劑。水分和發(fā)泡劑的存在容易導(dǎo)致反噴和氣孔等缺陷。因此在生產(chǎn)實(shí)際中，常將模樣置容易導(dǎo)致反噴和氣孔等缺陷。因此在生產(chǎn)實(shí)際中，常將模樣置入入5070 的烘干室中強(qiáng)制干燥的烘干室中強(qiáng)制干燥56h, 達(dá)到穩(wěn)定尺寸、去除水達(dá)到穩(wěn)定尺寸、去除水分的目的。分的目的。5.3 發(fā)泡模具的設(shè)計(jì)與制造發(fā)泡模具的設(shè)計(jì)與制造發(fā)泡成形模具是決定模樣質(zhì)量最主要、最直接的因素發(fā)泡成形模具是決定

30、模樣質(zhì)量最主要、最直接的因素, 粗劣的模具絕粗劣的模具絕不可能獲得優(yōu)質(zhì)的模樣。與此同時(shí)不可能獲得優(yōu)質(zhì)的模樣。與此同時(shí), 模具的加工制造成本模具的加工制造成本, 操作的方便程度操作的方便程度,對(duì)模樣制作的效率和鑄件的成本也起著十分重要的作用。對(duì)模樣制作的效率和鑄件的成本也起著十分重要的作用。5.3.1 發(fā)泡成形工藝設(shè)計(jì)發(fā)泡成形工藝設(shè)計(jì)1. 發(fā)泡模具分型面確定發(fā)泡模具分型面確定采用成形機(jī)制模采用成形機(jī)制模, 無(wú)論是水平分型還是垂直分型無(wú)論是水平分型還是垂直分型, 多為兩開(kāi)模分型結(jié)構(gòu)。多為兩開(kāi)模分型結(jié)構(gòu)。兩開(kāi)模分型面的基本形式和普通鑄造的分型形式一樣有直線分型、折兩開(kāi)模分型面的基本形式和普通鑄造的分

31、型形式一樣有直線分型、折線分型、曲線分型三種。線分型、曲線分型三種。此外還有水平垂直雙分型、水平垂直三分型以及多開(kāi)模分型等形式。此外還有水平垂直雙分型、水平垂直三分型以及多開(kāi)模分型等形式。分型面的選擇應(yīng)根據(jù)鑄件的具體結(jié)構(gòu)來(lái)選擇分型面的選擇應(yīng)根據(jù)鑄件的具體結(jié)構(gòu)來(lái)選擇, 應(yīng)盡量減少分型數(shù)量應(yīng)盡量減少分型數(shù)量, 使復(fù)雜使復(fù)雜模樣能一次整體做出。分型面的選擇原則主要有三條模樣能一次整體做出。分型面的選擇原則主要有三條:保證泡沫模樣的精度保證泡沫模樣的精度;便于泡沫模樣從模具中取出便于泡沫模樣從模具中取出;有利于模具加工。有利于模具加工。2.注射料口位置選擇注射料口位置選擇注料口位置的設(shè)計(jì)注料口位置的設(shè)

32、計(jì),直接影響模樣的質(zhì)量。選擇注射料口直接影響模樣的質(zhì)量。選擇注射料口時(shí)應(yīng)遵循的原則是時(shí)應(yīng)遵循的原則是: 進(jìn)料順進(jìn)料順, 排氣暢排氣暢, 受阻小受阻小,使泡沫模樣充緊實(shí)、密度均勻。使泡沫模樣充緊實(shí)、密度均勻。對(duì)于大件或復(fù)雜件對(duì)于大件或復(fù)雜件, 若一個(gè)注料口不夠若一個(gè)注料口不夠, 可設(shè)計(jì)多個(gè)注料口。可設(shè)計(jì)多個(gè)注料口。注料口的位置一般有注料口的位置一般有 中心注料方式、中心注料方式、 切線進(jìn)料方式、切線進(jìn)料方式、 從內(nèi)澆口進(jìn)料方式從內(nèi)澆口進(jìn)料方式 多進(jìn)料口進(jìn)料方式。多進(jìn)料口進(jìn)料方式。3.模樣的分片模樣的分片形狀復(fù)雜的泡沫模樣若不能一次整體發(fā)泡成形形狀復(fù)雜的泡沫模樣若不能一次整體發(fā)泡成形,則需將其則需

33、將其進(jìn)行分片處理進(jìn)行分片處理,即將一個(gè)整體模樣切割成幾個(gè)小的模樣即將一個(gè)整體模樣切割成幾個(gè)小的模樣,各個(gè)小各個(gè)小片模樣單獨(dú)成形片模樣單獨(dú)成形,然后再進(jìn)行黏結(jié)然后再進(jìn)行黏結(jié),將各個(gè)模片組合成一個(gè)整體。將各個(gè)模片組合成一個(gè)整體。圖圖5.11為汽車排氣管泡沫模樣分片圖。該零件的流道曲面復(fù)雜采為汽車排氣管泡沫模樣分片圖。該零件的流道曲面復(fù)雜采用三維用三維CAD軟件軟件,將其分解成三個(gè)模片將其分解成三個(gè)模片,且分割面均為曲面。各模且分割面均為曲面。各模片在黏結(jié)時(shí)片在黏結(jié)時(shí),借用黏結(jié)胎模完成模片的曲面精確黏結(jié)。借用黏結(jié)胎模完成模片的曲面精確黏結(jié)。5.3.2 發(fā)泡模具本體設(shè)計(jì)發(fā)泡模具本體設(shè)計(jì)1.發(fā)泡模具結(jié)構(gòu)

34、特點(diǎn)發(fā)泡模具結(jié)構(gòu)特點(diǎn)圖圖5.12為立式自動(dòng)成形機(jī)用水平分型模具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。為立式自動(dòng)成形機(jī)用水平分型模具的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖。與其他鑄造成形方法的模具結(jié)構(gòu)不同與其他鑄造成形方法的模具結(jié)構(gòu)不同,發(fā)泡模具有它的結(jié)發(fā)泡模具有它的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)構(gòu)特點(diǎn):一是在發(fā)泡模具上設(shè)有一成形蒸汽室的外框架一是在發(fā)泡模具上設(shè)有一成形蒸汽室的外框架, 蒸汽室內(nèi)蒸汽室內(nèi)安裝有冷卻水管。安裝有冷卻水管。二是發(fā)泡模具結(jié)構(gòu)為薄殼隨形結(jié)構(gòu)二是發(fā)泡模具結(jié)構(gòu)為薄殼隨形結(jié)構(gòu), 即模具為等壁厚即模具為等壁厚,以滿以滿足發(fā)泡成形模具快速加熱和快速冷卻的工藝要求。足發(fā)泡成形模具快速加熱和快速冷卻的工藝要求。采用鍛造鋁合金時(shí)采用鍛造鋁合金時(shí),模具型腔壁厚推薦

35、值為模具型腔壁厚推薦值為8-10mm。采用。采用鑄造鋁合金時(shí)鑄造鋁合金時(shí), 模具型腔壁厚推薦值為模具型腔壁厚推薦值為1012mm。三是在模具整個(gè)型腔面上布滿透氣孔、透氣塞或透氣槽。三是在模具整個(gè)型腔面上布滿透氣孔、透氣塞或透氣槽。圖圖5.13所示為德國(guó)所示為德國(guó)Teubert公司采用公司采用3腔獨(dú)立汽室同時(shí)生產(chǎn)腔獨(dú)立汽室同時(shí)生產(chǎn)“變速箱變速箱”的的3個(gè)模片的模具。個(gè)模片的模具。2.發(fā)泡模具尺寸的確定發(fā)泡模具尺寸的確定1）鑄件加工余量）鑄件加工余量根據(jù)我國(guó)鑄件公差等級(jí)根據(jù)我國(guó)鑄件公差等級(jí), 并結(jié)合國(guó)外消失模鑄件的并結(jié)合國(guó)外消失模鑄件的應(yīng)用實(shí)踐應(yīng)用實(shí)踐, 確定消失模鑄件的尺寸公差為確定消失模鑄件的

36、尺寸公差為CT6CT8(高高出機(jī)械造型砂型鑄件尺寸公差出機(jī)械造型砂型鑄件尺寸公差12個(gè)等級(jí)個(gè)等級(jí)), 壁厚公差壁厚公差等級(jí)為等級(jí)為CT5CT7 (與熔模鑄件的尺寸公差相當(dāng)與熔模鑄件的尺寸公差相當(dāng))。消失模鑄件的毛坯加工余量為砂型鑄件加工余量消失模鑄件的毛坯加工余量為砂型鑄件加工余量的的30%50%, 大于熔模鑄件加工余量的大于熔模鑄件加工余量的30%50%。消失模鑄件的機(jī)械加工余量的取值見(jiàn)表消失模鑄件的機(jī)械加工余量的取值見(jiàn)表5-5。2)收縮率收縮率在確定發(fā)泡模具的型腔尺寸時(shí)在確定發(fā)泡模具的型腔尺寸時(shí), 應(yīng)將鑄件的收縮和泡沫模應(yīng)將鑄件的收縮和泡沫模樣的收縮都計(jì)算在內(nèi)。對(duì)于密度為樣的收縮都計(jì)算在內(nèi)

37、。對(duì)于密度為2225kg cm3的泡沫模樣的泡沫模樣, EPS的線收縮率為的線收縮率為0.3%0.4%, 共聚物共聚物(STMMA或或EPMMA)的的線收縮率為線收縮率為0.2%0.3%。用共聚物制造的泡沫模樣的尺寸穩(wěn)定。用共聚物制造的泡沫模樣的尺寸穩(wěn)定性要高于性要高于EPS泡沫模樣。泡沫模樣。3)泡沫模樣的拔模斜度泡沫模樣的拔模斜度泡沫模樣從發(fā)泡模具中取出泡沫模樣從發(fā)泡模具中取出,需要一定的拔模斜度需要一定的拔模斜度,在設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)和制造發(fā)泡模具時(shí)應(yīng)將拔模斜度考慮在內(nèi)。選擇泡沫模樣的拔和制造發(fā)泡模具時(shí)應(yīng)將拔模斜度考慮在內(nèi)。選擇泡沫模樣的拔模斜度有三種方法：模斜度有三種方法： 增大壁厚法、增大壁

38、厚法、 增減壁厚法、增減壁厚法、 減小壁厚法。減小壁厚法。對(duì)拔模斜度的具體取值應(yīng)考慮如下情況。對(duì)拔模斜度的具體取值應(yīng)考慮如下情況。(1)泡沫模樣在模具中泡沫模樣在模具中, 因冷卻和干燥收縮因冷卻和干燥收縮, 造成凹模易起造成凹模易起,凸模難拔的現(xiàn)象凸模難拔的現(xiàn)象,故凸模的拔模斜度應(yīng)大于凹模的拔模斜度。故凸模的拔模斜度應(yīng)大于凹模的拔模斜度。(2)若無(wú)輔助取模措施若無(wú)輔助取模措施,拔模斜度應(yīng)取大值。采用負(fù)壓吸模拔模斜度應(yīng)取大值。采用負(fù)壓吸模或頂桿推模等取模方法或頂桿推模等取模方法,模具的拔模斜度可取小值。模具的拔模斜度可取小值。在模具設(shè)計(jì)時(shí)在模具設(shè)計(jì)時(shí),泡沫模樣的拔模斜度一般在泡沫模樣的拔模斜度一

39、般在0.51.5 選擇選擇,具體視型腔的深度、模樣尺寸大小及鑄件的精度要求而定。具體視型腔的深度、模樣尺寸大小及鑄件的精度要求而定。5. 3 發(fā)泡摸具制造發(fā)泡摸具制造1. 模具材料的選擇模具材料的選擇發(fā)泡模具在制模過(guò)程中發(fā)泡模具在制模過(guò)程中,要經(jīng)受周期性蒸汽加熱和噴水冷卻要經(jīng)受周期性蒸汽加熱和噴水冷卻,因此要求模具材料具有良好的導(dǎo)熱性能和耐蝕性因此要求模具材料具有良好的導(dǎo)熱性能和耐蝕性,能適應(yīng)快速加能適應(yīng)快速加熱和冷卻熱和冷卻,而且不易生銹。而且不易生銹。生產(chǎn)中常選用鍛造鋁合金或鑄造鋁合金來(lái)制造消失模發(fā)泡生產(chǎn)中常選用鍛造鋁合金或鑄造鋁合金來(lái)制造消失模發(fā)泡成形模具。成形模具。2. 模具加工模具加

40、工如前所述如前所述,消失模模具通常采用鋁合金材質(zhì)消失模模具通常采用鋁合金材質(zhì),而且為薄殼隨形而且為薄殼隨形結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu),因此其制造方法主要為鑄造和機(jī)加工兩種方法。因此其制造方法主要為鑄造和機(jī)加工兩種方法。1）鑄造成形方法）鑄造成形方法(1) 傳統(tǒng)的鑄造成形工藝。其工藝流程為傳統(tǒng)的鑄造成形工藝。其工藝流程為: 首先根據(jù)模具的二維設(shè)計(jì)圖制作木模；首先根據(jù)模具的二維設(shè)計(jì)圖制作木模； 然后造型、澆注然后造型、澆注, 獲得模具毛坯獲得模具毛坯 再用普通的機(jī)械加工方法再用普通的機(jī)械加工方法, 制作出最終使用的模具。制作出最終使用的模具。鑄造成形工藝存在精度差、速度慢等問(wèn)題鑄造成形工藝存在精度差、速度慢等問(wèn)題,

41、 尤其是隨形面的制作難以尤其是隨形面的制作難以做到真正意義上的薄殼隨形做到真正意義上的薄殼隨形 (二維設(shè)計(jì)及木模制作所限二維設(shè)計(jì)及木模制作所限)。(2) 基于快速原型制模工藝。其工藝流程為基于快速原型制模工藝。其工藝流程為: 首先完成模具的三維設(shè)計(jì)首先完成模具的三維設(shè)計(jì) 而后借助快速成型設(shè)備在幾個(gè)或幾十小時(shí)內(nèi)快速制作出模具的原型而后借助快速成型設(shè)備在幾個(gè)或幾十小時(shí)內(nèi)快速制作出模具的原型, 然后結(jié)合熔模鑄造、石膏型鑄造、轉(zhuǎn)移涂料等鑄造工藝然后結(jié)合熔模鑄造、石膏型鑄造、轉(zhuǎn)移涂料等鑄造工藝, 快速翻制快速翻制出精確的模具毛坯。出精確的模具毛坯。2) 現(xiàn)代機(jī)械加工方法現(xiàn)代機(jī)械加工方法目前在消失模發(fā)泡模

42、具制造中目前在消失模發(fā)泡模具制造中, 最常見(jiàn)的是電火花加工和數(shù)控加工兩最常見(jiàn)的是電火花加工和數(shù)控加工兩種方法種方法, 它們相對(duì)鑄造成形方法而言它們相對(duì)鑄造成形方法而言, 精度更高精度更高, 但成本也較高。但成本也較高。(1) 電火花加工。此方法主要是制作純銅或石墨電極電火花加工。此方法主要是制作純銅或石墨電極, 利用電化學(xué)腐蝕利用電化學(xué)腐蝕作用作用, 實(shí)現(xiàn)對(duì)模具型腔加工。該工藝獲得的模具表面粗糙度值最低實(shí)現(xiàn)對(duì)模具型腔加工。該工藝獲得的模具表面粗糙度值最低, 但其電但其電極的設(shè)計(jì)和加工比較麻煩極的設(shè)計(jì)和加工比較麻煩, 一般要通過(guò)數(shù)控加工和鉗工修整來(lái)完成一般要通過(guò)數(shù)控加工和鉗工修整來(lái)完成, 因此一

43、因此一般用于凹模和局部清根。般用于凹模和局部清根。(2) 數(shù)控加工。數(shù)控加工是高檔模具制造過(guò)程中最常見(jiàn)的加工方法。數(shù)控加工。數(shù)控加工是高檔模具制造過(guò)程中最常見(jiàn)的加工方法。由于模具是薄殼隨形結(jié)構(gòu)由于模具是薄殼隨形結(jié)構(gòu), 如果采用鍛坯材料如果采用鍛坯材料, 在加工過(guò)程中要十分注意加在加工過(guò)程中要十分注意加工順序工順序, 盡可能降低模具加工過(guò)程中的變形。盡可能降低模具加工過(guò)程中的變形。3.模具型腔的排氣結(jié)構(gòu)模具型腔的排氣結(jié)構(gòu)模具型腔面加工完成后模具型腔面加工完成后, 需在整個(gè)型腔面上開(kāi)設(shè)透氣孔、需在整個(gè)型腔面上開(kāi)設(shè)透氣孔、透氣塞、透氣槽透氣塞、透氣槽, 使發(fā)泡模具有較高的透氣性使發(fā)泡模具有較高的透氣

44、性, 以達(dá)到發(fā)泡工藝以達(dá)到發(fā)泡工藝的如下要求。的如下要求。(1)注料時(shí)注料時(shí), 壓縮空氣能迅速?gòu)男颓慌抛?。壓縮空氣能迅速?gòu)男颓慌抛摺?2)成形時(shí)成形時(shí), 蒸汽穿過(guò)模具進(jìn)入泡沫珠粒間隙使其融合。蒸汽穿過(guò)模具進(jìn)入泡沫珠粒間隙使其融合。(3)冷卻階段冷卻階段, 水能直接對(duì)泡沫模樣進(jìn)行降溫。水能直接對(duì)泡沫模樣進(jìn)行降溫。(4)負(fù)壓干燥階段負(fù)壓干燥階段, 模樣中的水分可通過(guò)模具迅速排出。模樣中的水分可通過(guò)模具迅速排出?？梢?jiàn)可見(jiàn), 模具的透氣結(jié)構(gòu)對(duì)泡沫模樣的質(zhì)量至關(guān)重要模具的透氣結(jié)構(gòu)對(duì)泡沫模樣的質(zhì)量至關(guān)重要, 不能忽不能忽視。視。1)透氣孔的大小和布置透氣孔的大小和布置透氣孔的直徑為透氣孔的直徑為0.40.

45、5mm, 過(guò)小過(guò)小, 易折斷鉆頭易折斷鉆頭; 過(guò)大過(guò)大,影響影響泡沫模樣的表面美觀。有資料介紹泡沫模樣的表面美觀。有資料介紹,透氣孔的通氣面積為模具型透氣孔的通氣面積為模具型腔表面總面積的腔表面總面積的1%2%為宜。據(jù)此估算為宜。據(jù)此估算, 在在100mm100mm的模具型腔面積上的模具型腔面積上, 若鉆若鉆0.5mm的孔的孔, 需均勻布置需均勻布置200400個(gè)個(gè),即孔間距為即孔間距為36mm。透氣孔采用透氣孔采用外大內(nèi)小外大內(nèi)小的形式的形式, 其間距和結(jié)構(gòu)如圖其間距和結(jié)構(gòu)如圖5.14所示。所示。2)透氣塞的形式、大小和布置尺寸透氣塞的形式、大小和布置尺寸透氣塞有鋁質(zhì)和銅質(zhì)兩種透氣塞有鋁質(zhì)和

46、銅質(zhì)兩種, 有孔點(diǎn)式、縫隙式和梅花式等有孔點(diǎn)式、縫隙式和梅花式等形式形式, 主要規(guī)格有主要規(guī)格有 4mm、 6mm、 8mm、 10mm 四種。按透氣塞的通氣面積約為模具型腔的表面總面積的四種。按透氣塞的通氣面積約為模具型腔的表面總面積的1%2%估算估算, 在在100mm 100mm的模具面積上的模具面積上, 若要安裝若要安裝8mm的孔點(diǎn)式透氣塞的孔點(diǎn)式透氣塞(該透氣塞上共有該透氣塞上共有0.5mm的通氣小孔的通氣小孔7個(gè)個(gè)), 需均勻布置需均勻布置68個(gè)個(gè), 各種規(guī)格的透氣塞的安裝距離推薦值各種規(guī)格的透氣塞的安裝距離推薦值見(jiàn)表見(jiàn)表5-6。3) 透氣槽透氣槽對(duì)于難以鉆透氣孔或安裝透氣塞的部位對(duì)

47、于難以鉆透氣孔或安裝透氣塞的部位, 可設(shè)計(jì)透氣槽來(lái)可設(shè)計(jì)透氣槽來(lái)解決模具的透氣問(wèn)題。例如解決模具的透氣問(wèn)題。例如, 電機(jī)殼模具上的散熱片處不易安電機(jī)殼模具上的散熱片處不易安透氣塞透氣塞, 但可在拼裝的每個(gè)模具塊之間開(kāi)數(shù)條寬度為但可在拼裝的每個(gè)模具塊之間開(kāi)數(shù)條寬度為1020mm,深度為深度為0.30.5mm的透氣槽的透氣槽, 如圖。如圖。5.4 涂料涂料消失模涂料在造型、金屬液充填與凝固過(guò)程中消失模涂料在造型、金屬液充填與凝固過(guò)程中, 始始終與高溫金屬液、干砂及模樣接觸、相互作用終與高溫金屬液、干砂及模樣接觸、相互作用, 其性其性能好壞將直接影響消失模鑄件的質(zhì)量。能好壞將直接影響消失模鑄件的質(zhì)量

48、。涂料技術(shù)是消失模鑄造的關(guān)鍵技術(shù)之一。涂料技術(shù)是消失模鑄造的關(guān)鍵技術(shù)之一。5.4.1 涂料的作用與性能要求涂料的作用與性能要求1.涂料的作用涂料的作用(1) 防止鑄件產(chǎn)生黏砂防止鑄件產(chǎn)生黏砂, 降低鑄件表面粗糙度。降低鑄件表面粗糙度。消失模鑄造中金屬液的滲消失模鑄造中金屬液的滲入壓力要大于普通砂型入壓力要大于普通砂型鑄造鑄造, 鑄鑄件表面有較嚴(yán)重的毛刺和黏砂現(xiàn)象。模樣表面一定厚度的涂層件表面有較嚴(yán)重的毛刺和黏砂現(xiàn)象。模樣表面一定厚度的涂層可以起到可以起到阻止金屬液滲入阻止金屬液滲入的作用的作用, 從而防止鑄件產(chǎn)生毛刺和機(jī)從而防止鑄件產(chǎn)生毛刺和機(jī)械黏砂。械黏砂。(2)提高泡洙塑料模樣的剛度提高泡

49、洙塑料模樣的剛度, 防止模樣在搬運(yùn)、填砂、振防止模樣在搬運(yùn)、填砂、振動(dòng)及負(fù)壓定形時(shí)產(chǎn)生變形和破壞動(dòng)及負(fù)壓定形時(shí)產(chǎn)生變形和破壞, 保證鑄件尺寸精度。保證鑄件尺寸精度。(3)有助于泡沫模樣熱解的氣體和液體產(chǎn)物順利地通過(guò)涂層有助于泡沫模樣熱解的氣體和液體產(chǎn)物順利地通過(guò)涂層并經(jīng)鑄型排到型外并經(jīng)鑄型排到型外, 防止鑄件產(chǎn)生氣孔、夾渣及炭黑等缺陷。防止鑄件產(chǎn)生氣孔、夾渣及炭黑等缺陷。2.涂料的性能要求涂料的性能要求(1)有較高的有較高的耐火度耐火度和和化學(xué)穩(wěn)定性化學(xué)穩(wěn)定性，在澆注時(shí)不被高溫金屬，在澆注時(shí)不被高溫金屬熔化或不與金屬氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng)熔化或不與金屬氧化物發(fā)生化學(xué)反應(yīng),形成化學(xué)黏砂。形成化學(xué)黏砂

50、。(2)涂層有較好的涂層有較好的透氣性透氣性。從防止鑄件黏砂的角度來(lái)說(shuō)。從防止鑄件黏砂的角度來(lái)說(shuō),泡泡沫模樣表面的涂層要盡可能致密沫模樣表面的涂層要盡可能致密, 但致密的涂層不利于模樣熱但致密的涂層不利于模樣熱解后形成的氣體排逸。因此要求涂層具有一定的透氣性解后形成的氣體排逸。因此要求涂層具有一定的透氣性, 以便以便熱解形成的氣體及型腔內(nèi)的空氣能順暢排出。熱解形成的氣體及型腔內(nèi)的空氣能順暢排出。 (3)涂層有較好的強(qiáng)度和剛度涂層有較好的強(qiáng)度和剛度, 保護(hù)模樣并形成一個(gè)完好而保護(hù)模樣并形成一個(gè)完好而可靠性高的鑄型。可靠性高的鑄型。(4)有良好的工藝性能有良好的工藝性能, 如較好的潤(rùn)濕性、黏附性和

51、涂掛性、如較好的潤(rùn)濕性、黏附性和涂掛性、較快的低溫干燥速度等。較快的低溫干燥速度等。5. 2 涂料的組成、制備與使用涂料的組成、制備與使用 1.涂料的組成涂料的組成消失模涂料一般由耐火材料、黏結(jié)劑、載體消失模涂料一般由耐火材料、黏結(jié)劑、載體(溶劑溶劑)、表面活性劑、表面活性劑(懸浮劑、懸浮劑、觸變劑以及其他添加劑組成。觸變劑以及其他添加劑組成。 1）耐火材料）耐火材料耐火材料是涂料的主體耐火材料是涂料的主體,它決定涂料的耐火度、化學(xué)穩(wěn)定性和絕熱性。表它決定涂料的耐火度、化學(xué)穩(wěn)定性和絕熱性。表5-7。鋁鑄件鋁鑄件鑄鑄鐵鐵件件鑄鑄鋼鋼件件生產(chǎn)不同合金的消失模鑄件時(shí)生產(chǎn)不同合金的消失模鑄件時(shí),應(yīng)選用

52、不同的耐火材料制應(yīng)選用不同的耐火材料制作涂料作涂料,這是因?yàn)椴煌辖饘?duì)涂料的耐火度、化學(xué)穩(wěn)定性和絕熱這是因?yàn)椴煌辖饘?duì)涂料的耐火度、化學(xué)穩(wěn)定性和絕熱性要求不相同性要求不相同鋁鑄件鋁鑄件鑄鐵件鑄鐵件鑄鋼件鑄鋼件配制消失模涂料除要正確選擇耐火材料種類外配制消失模涂料除要正確選擇耐火材料種類外, 還應(yīng)正確還應(yīng)正確選擇耐火材料的粒度大小和分布選擇耐火材料的粒度大小和分布, 以及顆粒形狀以及顆粒形狀, 以以保證涂料的保證涂料的透氣性透氣性。消失模涂料用耐火材料顆粒以圓形為好。消失模涂料用耐火材料顆粒以圓形為好, 粒度偏粗而粒度偏粗而集中較合適。集中較合適。硅藻土硅藻土滑石粉滑石粉石英粉石英粉鋁礬土鋁礬土

53、高嶺土熟料高嶺土熟料棕剛玉粉棕剛玉粉剛玉粉剛玉粉鋯英粉鋯英粉鎂砂粉鎂砂粉2)黏結(jié)劑黏結(jié)劑黏結(jié)劑的作用是將耐火材料顆粒黏結(jié)在一起黏結(jié)劑的作用是將耐火材料顆粒黏結(jié)在一起,使涂層具有一定強(qiáng)度使涂層具有一定強(qiáng)度,并并使耐火材料顆粒黏附在泡沫塑料模樣上使耐火材料顆粒黏附在泡沫塑料模樣上,防止涂層從泡塑料模表面脫落或開(kāi)防止涂層從泡塑料模表面脫落或開(kāi)裂。裂。涂料在使用過(guò)程中的性質(zhì)及涂層在澆注過(guò)程中的表現(xiàn)都與黏結(jié)劑的性涂料在使用過(guò)程中的性質(zhì)及涂層在澆注過(guò)程中的表現(xiàn)都與黏結(jié)劑的性質(zhì)有關(guān)。為保證消失模涂料既有高強(qiáng)度又有高的透氣性質(zhì)有關(guān)。為保證消失模涂料既有高強(qiáng)度又有高的透氣性,要合理地選擇黏結(jié)要合理地選擇黏結(jié)劑。

54、劑。 無(wú)機(jī)黏結(jié)劑：水玻璃、硅溶膠無(wú)機(jī)黏結(jié)劑：水玻璃、硅溶膠 有機(jī)黏結(jié)劑：干性油、樹(shù)脂、淀粉有機(jī)黏結(jié)劑：干性油、樹(shù)脂、淀粉 無(wú)機(jī)黏結(jié)劑可以保證涂層常溫和高溫強(qiáng)度；無(wú)機(jī)黏結(jié)劑可以保證涂層常溫和高溫強(qiáng)度；有機(jī)黏結(jié)劑在常溫狀態(tài)下可以提高涂層的強(qiáng)度有機(jī)黏結(jié)劑在常溫狀態(tài)下可以提高涂層的強(qiáng)度,在澆注時(shí)被燒失在澆注時(shí)被燒失,又能又能有效地提高涂層的透氣性。有效地提高涂層的透氣性。3)載體載體液體載體的作用是使耐火材料顆粒懸浮起來(lái)液體載體的作用是使耐火材料顆粒懸浮起來(lái), 使涂料成為漿狀使涂料成為漿狀, 以便涂以便涂敷。敷。水和有機(jī)溶劑水和有機(jī)溶劑是兩種最常用的載體是兩種最常用的載體以水為載體的涂料稱為水基涂料。

55、以水為載體的涂料稱為水基涂料。最常用的有機(jī)溶劑為醇類最常用的有機(jī)溶劑為醇類, 以各種醇類為載體的涂料稱為醇基涂料。以各種醇類為載體的涂料稱為醇基涂料。生產(chǎn)中使用較多的為水基涂料生產(chǎn)中使用較多的為水基涂料, 國(guó)內(nèi)外消失模商品涂料多是直接配成水基膏國(guó)內(nèi)外消失模商品涂料多是直接配成水基膏狀涂料狀涂料;或是購(gòu)買(mǎi)時(shí)為粉狀或是購(gòu)買(mǎi)時(shí)為粉狀,使用時(shí)加水配成水基涂料。使用時(shí)加水配成水基涂料。每種黏結(jié)劑又可分為親水型和憎水型。每種黏結(jié)劑又可分為親水型和憎水型。親水型黏結(jié)劑可溶于水親水型黏結(jié)劑可溶于水, 適用于水基涂料。適用于水基涂料。憎水型黏結(jié)劑一般用于醇基涂料憎水型黏結(jié)劑一般用于醇基涂料, 某些憎水型黏結(jié)劑經(jīng)

56、處理某些憎水型黏結(jié)劑經(jīng)處理后也可用于水基涂料。后也可用于水基涂料。水基涂料水基涂料醇基涂料醇基涂料載體載體4) 懸浮劑懸浮劑懸浮性是指涂料抵抗固體耐火材料分層和沉淀的能力。為防止涂料中懸浮性是指涂料抵抗固體耐火材料分層和沉淀的能力。為防止涂料中的固體耐火材料沉淀而加入的物質(zhì)稱懸浮劑。懸浮劑對(duì)調(diào)節(jié)涂料的流變性的固體耐火材料沉淀而加入的物質(zhì)稱懸浮劑。懸浮劑對(duì)調(diào)節(jié)涂料的流變性和改善涂料的工藝性能方面也有重要作用。和改善涂料的工藝性能方面也有重要作用。水基涂料常用的懸浮劑有膨潤(rùn)土、凹凸棒土、羧甲基纖維素水基涂料常用的懸浮劑有膨潤(rùn)土、凹凸棒土、羧甲基纖維素(CMO)、聚丙烯酰胺、海藻酸鈉等。醇基涂料常用

57、的懸浮劑有有機(jī)膨潤(rùn)土、鋰膨潤(rùn)聚丙烯酰胺、海藻酸鈉等。醇基涂料常用的懸浮劑有有機(jī)膨潤(rùn)土、鋰膨潤(rùn)土、凹凸棒土、聚乙烯醇縮丁醛土、凹凸棒土、聚乙烯醇縮丁醛(PVB)等。等。5) 添加劑添加劑添加劑是為了改善涂料的某些性能而添加的少量附加物添加劑是為了改善涂料的某些性能而添加的少量附加物, 常見(jiàn)添加劑常見(jiàn)添加劑如下。如下。(1) 潤(rùn)濕劑。為改善水基消失模涂料的涂掛性潤(rùn)濕劑。為改善水基消失模涂料的涂掛性, 需在涂料中加潤(rùn)濕劑。需在涂料中加潤(rùn)濕劑。(2) 消泡劑。能消除涂料中氣泡的添加劑稱為消泡劑。消泡劑。能消除涂料中氣泡的添加劑稱為消泡劑。(3) 防腐劑。它是防止水基涂料產(chǎn)生發(fā)酵、腐敗、變質(zhì)的添加劑。防

58、腐劑。它是防止水基涂料產(chǎn)生發(fā)酵、腐敗、變質(zhì)的添加劑。涂料的配方對(duì)其性能影響極大涂料的配方對(duì)其性能影響極大,生產(chǎn)廠家可以購(gòu)買(mǎi)已配制好的商用涂生產(chǎn)廠家可以購(gòu)買(mǎi)已配制好的商用涂料或者自行配制。料或者自行配制。2. 涂料的制備及使用涂料的制備及使用1）涂料的制各）涂料的制各涂料的制備工藝對(duì)涂料的性能也有一定影響涂料的制備工藝對(duì)涂料的性能也有一定影響,常見(jiàn)的制備工藝主要有：常見(jiàn)的制備工藝主要有： 球磨球磨 碾壓碾壓 攪拌攪拌一般而言一般而言, 攪拌器的轉(zhuǎn)速越高、攪拌時(shí)間越長(zhǎng)攪拌器的轉(zhuǎn)速越高、攪拌時(shí)間越長(zhǎng), 涂料混合越均勻涂料混合越均勻,越不越不易沉淀易沉淀,涂掛效果越好。球磨機(jī)和碾壓機(jī)配制涂料涂掛效果越

59、好。球磨機(jī)和碾壓機(jī)配制涂料,因耐火涂料顆粒能被破碎因耐火涂料顆粒能被破碎可選用較粗顆?？蛇x用較粗顆粒;而攪拌機(jī)配制涂料則沒(méi)有破碎作用而攪拌機(jī)配制涂料則沒(méi)有破碎作用,因而選擇較細(xì)粒度的耐因而選擇較細(xì)粒度的耐火材料?；鸩牧稀Ｇ蚰C(jī)和碾壓機(jī)配制水基涂料時(shí)耐火材料因破碎形成新生表面而有較球磨機(jī)和碾壓機(jī)配制水基涂料時(shí)耐火材料因破碎形成新生表面而有較大的活性大的活性, 使載體在耐火材料顆粒表面均勻分布使載體在耐火材料顆粒表面均勻分布, 故有較好的穩(wěn)定性、觸變故有較好的穩(wěn)定性、觸變性性,強(qiáng)度較高。強(qiáng)度較高。2)涂料的涂掛及烘干涂料的涂掛及烘干(1)涂料的涂掛。涂料的涂掛方式主要有涂料的涂掛。涂料的涂掛方式主

60、要有 刷涂法刷涂法 浸涂法浸涂法 淋涂法淋涂法 噴涂法噴涂法 流涂法流涂法消失模鑄造涂料大都采用消失模鑄造涂料大都采用浸涂法浸涂法或浸、淋結(jié)合的方法或浸、淋結(jié)合的方法, 刷涂用于涂料刷涂用于涂料的修復(fù)性補(bǔ)刷和體積較大而無(wú)法浸涂的單件生產(chǎn)。的修復(fù)性補(bǔ)刷和體積較大而無(wú)法浸涂的單件生產(chǎn)。浸涂法具有生產(chǎn)效率高、節(jié)省涂料、涂層均勻等優(yōu)點(diǎn)浸涂法具有生產(chǎn)效率高、節(jié)省涂料、涂層均勻等優(yōu)點(diǎn), 但由于泡沫模但由于泡沫模樣密度小樣密度小(與涂料密度相差幾十倍與涂料密度相差幾十倍)且本身強(qiáng)度又不高且本身強(qiáng)度又不高, 浸涂時(shí)浮力大浸涂時(shí)浮力大, 容易容易導(dǎo)致模樣變形或折斷導(dǎo)致模樣變形或折斷, 因而應(yīng)采取適當(dāng)?shù)慕抗に嚒?/p>