1消失模铸造缺陷分析 第一章 模型缺陷 消失模铸造工艺第一步工序是生产模型原始珠粒含有发泡剂，其粒度与食糖相当，首 先通过加热进行“预发泡”得到“预发”后珠粒然后再使预发珠粒冷却，再通过加料枪吹 入模具制作模型之前，一般需要将预发珠粒存放 4—8 小时，使它稳定化预发珠粒吹入 模具之后，模具加热使珠粒进一步膨胀而融合在一起模型生产以后，需要存放大约一 个月使其充分稳定化，然后可运往铸造厂进行浸涂、干燥、填砂紧实和浇注，下面概括 介绍消失模模型可能引起的缺陷 1．1 模型充填不足 模具充填珠粒是模型成型操作的关键工序，充型不足会造成模型局部不完整或密度不够 图 1 表示充型不足的两个实例充型不足是由于吹入模具的珠粒数量不够造成的，珠粒 不能充满整个模腔，这种情况可能是由于充型时间过短、排气孔或加料枪堵塞造成的， 充型不足的表现是模具内珠粒数量不足，模型表面 （B）图 1 充型不足的两个实例不光滑，这样使模型表面比较粗糙，局部密度低，而且模 型尺寸难以控制 充型不足也可能是由于模具上加料枪位置不合理或型号错误所致在设计模具时应充分 考虑珠粒进料的基本方式必须事先确定加料枪的数量和位置。
模型局部厚大部分排气 孔的数量和位置以及每个加料枪所充填的模腔体积如果充填效果不好，可稍使模具开 启或提高充填吹气压力，可以改善珠粒的充填效果 模型未融合与充填不足模型缺陷的外观看上去很类似在未融合的情况下，充入模具型 腔的珠粒是足够的，但是由于模具温度低或加热时间不适当造成珠粒不能充分膨胀和融 合，在模具充填不足时，虽然珠粒可以充分膨胀，但还是不能充满整个模具型腔 1．2 珠粒状模型表面 在模型充填不足或珠粒未融合的情况下，很容易造成珠粒状的模型表面，如图 2 所示， 在浸涂时珠粒状表面容易造成珠粒间（B）图 2 融合不良的珠粒状模型表面导致侵涂期间 涂料渗入珠粒间隙 图示为在 10×放大条件下，注意珠粒之间的间隙及有限的接触 （A） 图 3 聚苯乙烯模型表面光滑、融合良好的珠粒表面 （A）10×（B）20×（B） 图 4 光学显微照片表明聚苯乙烯模型表面（A）融合不良（B）融合良好 25× 渗入涂料，这样在浇注时，珠粒融化热解使涂料层尖峰直接与流动的熔融的金属相接触， 涂料层尖峰被冲刷掉入铸件中产生涂料夹渣，而气孔缺陷则与涂料所吸附的聚合物热解 直接相关 1．3 表面珠粒融合不良 模型表面珠粒融合不良的原因在于模具温度低、蒸汽压力低或融合时间不当。
融合不良 的模型表面容易使涂料向表面珠粒间隙中渗透，在浇注期间容易造成涂料层脱落，在铸 铝及铸铁件中容易形成非金属夹杂物和气孔缺陷模型内部珠粒融合不完全在铸铝件中 减少皱皮缺陷，然而，表面珠粒融合良好对生产高质量铸件是至关重要的 珠粒表面光滑、融合良好的聚苯乙烯模型如图 3 所示珠粒边界融合紧密，耐火涂料不 会向珠粒之间渗透边缘融合不良及融合良好的模型表面如图 4（A）及 4（B）所示 这两张照片是用一般光学显微镜，把模型放在目镜之上进行拍摄的在边缘融合不良的 模型表面珠粒之间具有间隙如图 4（B）所示，珠粒紧密结合，所形成的边界具有最小间隙 （A） （B） 图 5 脱模顶杆下面珠粒融合不良 放大 10× 在脱模顶杆下表面融合不良的珠粒如图 5 所示在顶杆下面的模型部位由于蒸汽不足， 珠粒不能达到良好的融合 浇注系统往往采用聚苯乙烯板材切割而成，其内部有许多孔洞，很容易造成涂料向表面 珠粒深处渗透涂料向横浇道切割表面深处渗透的情况如图 6 所示在有些情况下，涂 料可以渗透到表面珠粒以下深达 2.54mm铸铝及铸铁件珠粒状表面是由于珠粒状模型表 面造成的，这部分内容将在本书第二节“铸铝件缺陷”进行讨论。
图 6 珠粒状表面表明珠 粒融合不良导致横浇道断面涂料渗入 2消失模铸造缺陷分析 1．4 表面珠粒过烧 模型表面过烧缺陷如图 7 所示为清楚地描述珠粒过烧的部位，图中模型表面喷涂渗入 了一层颜料 过烧造成表面珠粒破坏的外观如图 8 所示模具局部温度过高容易造成这种缺陷过烧 通常是蒸汽压力过高、蒸汽通入时间过长或模具局部过热造成的模具局部温度过高容 易使珠粒过热，引起珠粒晶胞过分膨胀、燃烧和破坏珠粒破坏使模型局部表面十分粗 糙，不能满足生产要求图 7 表面过烧缺陷处涂以渗透颜料后放大 1.5×图 8 表面过烧导 致表面珠粒破坏的外观分别放大（A）10×和（B）20× 图 9 模具配合不符引起的模型出现飞边 飞边使模型胶合面积增大并消耗较多的胶合剂 1．5 珠粒飞边或毛刺 为避免在模具分模面处形成飞边，必须减小模具的尺寸公差图 9 列举了模具定位不当 引起飞边的实例模具配合面处的飞边一定要去除，否则在分块模型胶合时由于所需胶 量过多在胶合面之间产生气体，表面光滑的模具会提高模型的质量，由于铸件严格复现模型，如果这些飞边不去除，就会出现在铸件上，关于铸铝件的飞边将在本书第二章 “铸铝件缺陷”进行讨论。
1．6 模型尺寸偏差 模型尺寸偏差及不稳定是由于起模、储运、熟化时间不稳定及成型周期不严格，模型产 生无法预料的膨胀或收缩而造成的使模型尺寸偏差加大的原因包括：模型生产控制不 合理（模型密度不一致，局部排气孔和顶杆设计不当，珠粒中戊烷含量不稳定或蒸汽分 布不均匀）、模型熟化控制不当（熟化周期不稳定、熟化温度控制不稳定、模型熟化时 间及模型密度不同）以及模型操作不合理，尺寸偏差与传统铸造中收缩余量不当十分类 似 熟化是指模型从成型到使用所间隔的时间模型从模具中脱模后，其晶胞温度还较高， 而且可渗透空气、蒸汽及戊烷脱模时晶胞壁还处在柔软阶段，这样脱模后模型尺寸变 化迅速，这是因为蒸汽和戊烷的冷凝、模型吸入空气及水蒸汽所造成的，模型放置几周 后产生的较大收缩是由于戊烷的逸出、聚合物结构中的应力释放所引起的收缩是无法 避免的，但是通过采用恒定的成型周期和使用前固定的存放时间，模型尺寸还是可以控 制的 由密度为 0.021g/cm3 的聚苯乙烯“T”珠粒制作的模型其收缩曲线如图 10 所示该图表明 在成型后的最初几小时模型尺寸变化很快戊烷含量、珠粒密度、端面尺寸、存储环境 和存储时间对模型尺寸变化都有一定的影响，必须控制以获得可重复生产和时间（日） 图 10 密度为 0.021g/cm3 聚苯乙烯制作的“T”模型的收缩曲线 尺寸精确的模型。
一般情况下，高密度模型收缩量小于低密度模型 在研究某些聚苯乙烯模型尺寸时所用的测试锥台如图 11 所示其中对“A”、“B”和“C”处 尺寸的测量是从脱模后大约 10 周后对 0.025g/cm3 的锥台试件测出的A”和“C”的尺寸 变化与原始模具尺寸相比分别如图 12 和 13 所示A”的尺寸非常靠近加料枪脱模时 模型上尺寸“A”比模具尺寸大约大 0.6％，熟化期间尺寸“A”缩小，直到 10 周后比模具尺 寸大约大 0.1％为止，如图 12 所示，大部分模型的尺寸在脱模时都稍小于模具尺寸，而 熟化的收缩到小于模具尺寸大约 0.7％—0.8％ 尺寸“C”随时间变化如图 13 所示，脱模时尺寸“C”大约比模具尺寸小 0.6%，熟化 10 周 后大约小于模具尺寸的 0.7%，尺寸“C”距加料枪最近 这些数据说明模型几何尺寸和加料枪位置对模型收缩和尺寸的影响，虽然“A”和“C”两处 的相对收缩量相同（≈0.5%）最终尺寸还是稍有差别（“A”超过模具尺寸 0.1%，而“C”小 于模具尺寸 1.1%）模型尺寸的这些偏差可能需要翻修模具 模型的其他处理过程也会引起尺寸变化：包括排气孔位置，蒸汽分布、蒸汽温度、脱模 温度及熟化温度，但变化量非常小。
模型尺寸的变化的测量用目测是无法进行的，为确定模型尺寸的准确性，可以使用样板、 坐标测量仪或非接触测量仪进行精确测量 3消失模铸造缺陷分析 存放时间（分） 图 12 和原模具尺寸相比 13 个密度为 0.025g/cm3EPS 锥台测试模型“A”尺寸 存放时间（分） 图 13 和原模具尺寸相比 13 个密度为 0.025g/cm3 的聚苯乙烯 锥台测试模型尺寸“C”的变化 1．7 模型污染 模型污染是一个不太严格的用语，表示模型中含有的任何类型的杂质杂质可能是来自 加料枪的灰尘或锈癍、来自压缩空气管道的粉尘、来自压缩空气系统进入空气管道的油 污，或在某些情况下来自生产过程的聚合物残渣 图 14 中所描述的污染情况是相当明显的，其他类型的污染如聚合物残渣，可能是非常 难以清除的在光线较暗处检测时往往可以看到聚合物残渣，因为它具有荧光性质 薄壁模型也可以用强背光进行检查，因为它可使聚合物残渣在模型薄壁处产生可见的阴 影图 14 这种类型的模型污染（1×）是很明显的，实际上其他类型的污染是很难清除 的 1．8 脱模缺陷 从模具模腔中脱模时必须十分仔细，因为在脱模时模型温度仍然较高而且十分柔软，但 容易损坏。
用于脱模的压缩空气所造成的珠粒压陷如图 15 和 16 所示，由于压缩空气破坏珠粒表面 而造成压陷 （A） (B)图 15 从温度较高的模具中用压缩空气使模型 脱模时造成的珠粒压陷，A（10×），B（20×） （A） （B）图 16 从温度较高的模型中用压缩空气使模型脱模时 造成的珠粒凹陷 A（10×），B（40×） 用顶杆脱模也会损坏柔软的模型表面，由机械脱模顶杆引起的模型损坏如图 17 所示 如果只顶模型的某些部位或顶在成型机某个角上或集中顶在托架某个部位，都有可能造 成模型损坏 图 17 机械脱模顶杆对柔软的 图 18 储运不当造成模具凹 模型表面造成的损坏 痕的一个实例 图 19 图示为管理不当造成模型损坏的实例中的两幅照片（10×） 1．9 储存、管理和运输造成的损坏 为避免模型损坏和变形，在储存和运输中必须谨慎操作，包装箱可采用木材或其他硬质 材料，但模型应该用聚苯乙烯薄片或板条支撑和间隔起来在装运过程中不小心造成的 压痕会如实地复现在铸件上管理不当造成模型损坏的几个实例如图 18—20 所示 图 20 图示为泡沫模型管理不当造成损坏的照片 。