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1、 消失模铸造白区存在的问题及解决方法杭 州 凯 斯 特 化 工 有 限 公 司 地址: 浙江省杭州市塘栖镇工业开发区 311106 电话: 0571-86381759CASTCHEM（HANGZHOU） INC http: www.china- E-mail: 杭州凯斯特化工有限公司（311106）我国消失模铸造在最近几年发展较快，但总体技术水平和国外相比还有很大的距离。特别是在白区方面，与国外消失模铸造专家的认识有很大的区别，如在泡沫塑料模样原材料的选择；珠粒预发和成型；预发、成型时对设备的要求等。下面就上述问题作一简单的介绍。一、 泡沫塑料模样原材料的选择消失模铸造技术是采用泡沫塑料模样代
2、替普通铸造的铸模进行实体造型，并造型后模样不用取出就直接进行浇注，在浇注时金属液逐步替换泡沫塑料模样位置的过程。所以泡沫塑料模样和泡沫塑料模样原材料的的质量及性能的好坏直接影响到铸件的质量。在选用消失模铸造模样原材料时，首先要了解消失模铸造对模样原材料的要求：1、气化温度和发气量低；2 、气化完全、迅速、残留物少、毒性低；3、密度低，表面光洁度好，强度和表面刚性好。以使模样在制造、搬运和干砂充填造型过程中不易损伤，确保模样尺寸和形状的稳定。目前消失模铸造用泡沫塑料主要有：可发性聚苯乙烯（EPS）和苯乙烯-甲基丙烯酸甲脂（STMMA ）共聚树脂等。由于可发性聚苯乙烯（ EPS）密度低，易成型加工
3、等特点，使它最早成为常用模样材料，EPS 的开发与应用促进了消失模铸造的发展。但是随着消失模铸造技术和设备的不断发展完善，适用范围逐步拓宽，EPS 在技术要求高的铸铁件方面已远远不能满足要求，因此从二十世纪八十年代开始，美国等开始研究开发新一代模样材料，通过大量的试验研究工作，美国 DOW 化学公司开发成功 EPMMA 作为新一代模样材料。EPMMA 模样材料的开发，成功解决了在 EPC 工艺中用 EPS 模样浇注黑色金 消失模铸造白区存在的问题及解决方法杭 州 凯 斯 特 化 工 有 限 公 司 地址: 浙江省杭州市塘栖镇工业开发区 311106 电话: 0571-86381759CASTC
4、HEM（HANGZHOU） INC http: www.china- E-mail: 属时出现的碳缺陷问题，解决了 EPS 模样材料造成的铸钢件表面“增碳”问题。但使用 EPMMA 模样材料也带来新的问题，制模难度大、模样刚性差，特别是发气量大等。为了克服上述两种模样材料的某些不足之处，我公司研发了苯乙烯（ST）与甲基丙烯酸甲脂（MMA）共聚树脂模样材料，即苯乙烯-甲基丙烯酸甲脂（STMMA）共聚树脂，这种共聚树脂性能兼有 EPS 和 EPMMA 的优点，克服两者不足之处。现在国内有许多厂用 EPS 做模样材料生产铸铁和铸钢，因 EPS 碳含量高，在生产中低碳钢时，增碳量一般在 0.1%0.3
5、%以上，且增碳不规则，这样要保证铸钢牌号就不可能。使用共聚树脂（STMMA ）模样材料生产铸钢，增碳量一般在 0.05%-0.08%范围，这样用 EPC 生产铸钢就不会存在问题了。如辽宁某厂，原来用 EPS 模样生产铸钢件（ ZG35，见图 1） ，增碳问题（增碳量0.15%）一直无法解决，损失较大，后改用 STMMA 原料生产，增碳量可控制在 0.06%之内。用 EPS 做铸铁件时，增碳不是大问题，但会出现碳缺陷。为了要消除碳缺陷，许多厂家用提高浇注温度和浇注时真空负压度的方法，这样铸件的碳缺陷有可能减少，但却带来了许多其他问题：1、 在用 EPS 模样生产铸铁时，金属液的出炉温度要达到 1
6、580-1590。国外的研究说明，金属液的温度在 1550以上，会恶化石墨形态基体粗化，出现 D 型石墨，降低铸铁性能；2、 提高浇注温度和浇注时真空负压度后，铸件的粘砂现象严重，影响了铸件的外观，增加了铸件清理的难度；3、 EPS 模样生产薄壁复杂件时，模样易变形和浇不足。例重庆某厂生产的箱替类铸件（HT200） 。原来使用 EPS 模样，出炉温 消失模铸造白区存在的问题及解决方法杭 州 凯 斯 特 化 工 有 限 公 司 地址: 浙江省杭州市塘栖镇工业开发区 311106 电话: 0571-86381759CASTCHEM（HANGZHOU） INC http: www.china- E-
7、mail: 度 1590-1600，浇注温度 1500 左右，浇注时真空负压度在-0.07MPa- -0.06MPa，铸件粘砂和碳缺陷非常严重（见图 2、3 ） ，铸件废品率高，清理工作难度大。后改用 STMMA 模样，图 1图 2 图 3出炉温度 1550 ，浇注温度 1430-1450，浇注时真空负压度在-0.02MPa- -0.03MPa，铸件无碳缺陷，粘砂的现象明显改观（见图 4） 。 消失模铸造白区存在的问题及解决方法杭 州 凯 斯 特 化 工 有 限 公 司 地址: 浙江省杭州市塘栖镇工业开发区 311106 电话: 0571-86381759CASTCHEM（HANGZHOU）
8、INC http: www.china- E-mail: 图 4 图 5共聚树脂（STMMA）是专门用于 EPC 的模样材料，比 EPS 具有更卓越的铸造性能，与 EPS 相比有以下优点：1、 降低了铸件的碳缺陷；2、 降低了铸钢件增碳缺陷；3、 降低了烟碳；4、 降低了铸铁件金属液出炉温度；5、 提高了铸件表面光洁度。例国内某厂生产的多缸柴油发动机的缸盖（HT250，见图 5） 。在生产试验过程中，用 EPS 模样生产时，铸件从外观看：表面的碳缺陷较严重，做压力试验时，渗漏非常严重，几乎没有合格的铸件。而现在用 STMMA 模样材料生产铸件，每月产量 70009000 只，一次浇注合格率为
9、99%，经济效益显著。二、 共聚树脂（STMMA ）的预发和成型过程中应注意的一些问题2.1 共聚树脂（STMMA ）的预发及预发过程中应注意的一些问题珠粒的预发是为了获得性能良好的预发泡珠粒，即密度均匀和球体均匀， 消失模铸造白区存在的问题及解决方法杭 州 凯 斯 特 化 工 有 限 公 司 地址: 浙江省杭州市塘栖镇工业开发区 311106 电话: 0571-86381759CASTCHEM（HANGZHOU） INC http: www.china- E-mail: 使预发珠粒在二次成型加热时有足够的膨胀力，及珠粒膨胀时的均匀一致性，为制得高质量的模样提供最好的基础。预发泡时珠粒密度的控
10、制是模样制造的重要工艺参数。对于 STMMA 模样，为了保证模样有足够的强度、刚度和表面光洁度，薄壁件一般控制在 2325 克/升，壁厚较大的件采用粒径大些的珠粒，密度可控制在 1922 克 /升。由于 STMMA 珠粒在预发过程中对蒸汽压力要求较高，国内大多数厂家采用的预发机在对蒸汽压力的控制不严、压力波动大，这样在实际生产过程中经常会出现预发珠粒结团严重，预发泡珠粒密度波动范围大，有的甚至会出现死料等诸多问题。为了得到良好的预发泡珠粒，在实际预发过程中应注意以下问题。A、 蒸汽压力的控制。由于 STMMA 珠粒在预发过程中对蒸汽压力最为敏感。在同等温度和时间内预发，如膨胀室内的压力有 0.
11、01Mpa 的误差，就会导致预发珠粒密度产生较大偏差，影响二次成型时模样质量的稳定性。所以在预发时膨胀室内蒸汽压力应保持稳定。首先蒸汽主管压力应保持在 0.4Mpa 或以上。其次蒸汽在进入预发设备之前要经过汽水分离装置，充分排除蒸汽中多余的水份，再经过调压阀降低压力，使蒸汽压力控制在一稳定的压力范围内。最后是预发时，膨胀室内压力要控制在一稳定的范围内（最好使用点切点压力表控制） ，以减少因蒸汽压力不稳定而影响预发时珠粒密度的变化。B、 预发时加热时间的控制。通过调整膨胀室内蒸汽压力或温度，来控制预发泡是加热的时间。对 STMMA 来说，加热时间一般应控制在 30 秒60 秒，加热时间不宜过短或
12、过长（时间过短，珠粒易受热不均匀，造成珠粒球体大小不一致；时间过长，会损耗过多的发泡剂） ，否则会影 消失模铸造白区存在的问题及解决方法杭 州 凯 斯 特 化 工 有 限 公 司 地址: 浙江省杭州市塘栖镇工业开发区 311106 电话: 0571-86381759CASTCHEM（HANGZHOU） INC http: www.china- E-mail: 响珠粒在二次成型时的性能。C、 预发珠粒熟化时间的控制。由于刚预发的珠粒内部呈负压状态，此时的珠粒尚不能使用，须经过一段时间的熟化，让空气逐步进入珠粒内部，使珠粒内外的压力平衡，在二次成型加热时珠粒有足够的膨胀力。但珠粒熟化的时间须控制好
13、，熟化时间一般为 812 小时（视环境气温而定，此荐时间一般以常为基准） 。熟化时要注意熟化温度不能太高（25） ，时间不能太长，否则珠粒中发泡剂会损失过多，使二次成型困难。最佳熟化时间与环境温度和湿度有关，环境温度高，湿度低，熟化时间短；环境温度低，湿度高，熟化时间长。在实际应用过程中，各厂家可根据自身的环境条件制定适合的珠粒熟化工艺。D、 预发工艺的制定及数据的记录。工艺的制定及数据的记录主要是为控制质量提供最有效的数据。在生产过程中，根据不同模样的技术要求制定相应的预发泡珠粒密度。并在预发时做好各种数据的记录。如珠粒原料数据，加热预发时蒸汽压力数值，加热时间、温度，预发珠粒密度及珠粒预发
14、过程中的表象等。2.2 模样成型及成型过程中应注意的一些问题国内通常模样成型有两种工艺，即蒸缸手工模和机模成型。其成型工艺如下：模具预热珠粒充填加热成型冷却脱模1、模具预热。预热的目的是为了缩短成型时间，减少发泡成型时模具型腔中的冷凝水。2、珠粒的充填。充填是模样制造的重要工序。充填不均匀或充填不足不能 消失模铸造白区存在的问题及解决方法杭 州 凯 斯 特 化 工 有 限 公 司 地址: 浙江省杭州市塘栖镇工业开发区 311106 电话: 0571-86381759CASTCHEM（HANGZHOU） INC http: www.china- E-mail: 制得合格的模样。采用充填的方法有吸料充填、压料充填和压吸充填等。目前国内大都采用的是吸料充填，这种加料方式有一定的弊端。如某厂采用吸料充填的方式，加料时抬模，虽珠粒预发密度控制在 23 克/ 升左右，由于抬模加料，模样重量超重，模样表面的珠粒融合不一致（局部过烧或局部融合不好，见图 6） ，模样整体密度不均匀（由于抬模，模样平面部位密度过高） ，这给后续的铸件质量带来了不稳定因素。具体采用何种充填方法和充填气体压力，要看模具型腔结构复杂程度如何而定。其中压吸式充填对于薄壁和结构较为复杂模具的充填有很大效果，有利生产完整和表面光洁的模样（见图7） 。图 6（粒状表面） 图 7（合格模样）3
