转发：消失模高品质铸件决定因素，从泡沫珠粒选择等五个方面一一解析

保证消失模铸造产品的质量好，选择优质的消失模铸造专用泡沫珠粒是关键的一个环节。用包装用泡沫来制造产品的泡塑模型，会因为其发气量，增碳量等不定因素大大影响了铸件产品质量。现在随着消失模铸造业在国内的迅速蓬勃发展，随之而来原辅材料也要求越来越专业化。

一、消失模铸造用专用泡沫珠粒的常规专用名称：

    （1）消失模铸造专用的可发性聚苯乙烯树脂珠粒（简称EPS）；

    （2）可发性甲基丙烯酸甲脂与苯乙烯共聚树脂珠粒（简称STMMA）；

   （3）可发性聚甲基丙烯酸甲脂树脂珠粒（简称EPMMA）。

    用户根据铸件的特点和要求选用需要的品种和规格，以确保获得优质的泡沫塑料模型和消失模铸件。

原始珠粒的选择：首先根据铸件材质及对铸件的质量要求选择珠粒的品种，再根据铸件的壁厚选择珠粒的规格。在预发泡时，40～50倍的发泡倍率，珠粒直径将是原始珠粒的3倍左右。为了得到良好的模样表面状态，在成型时，模样最小壁厚部位要在最小壁厚方向排列3颗珠粒。这样，所选择的最大原始珠粒直径(mm )=铸件最小壁厚(mm)×l/3×1/3。例如，要得到5mm最小壁厚的铸件，就需要直径为0.55mm以下的原始珠粒作模样材料。但有时对薄壁件，尤其是灰铸铁件，其珠粒直径要更小一点。而对厚壁件，珠粒的充填不成问题，模样也有一定的强度，适当选用大的珠粒，也能得到理想的铸件表面。原始珠粒的预发泡：消失模铸造用的预发泡机一般采用间歇式预发泡机。间歇式预发泡机有间歇式蒸汽预发泡机和真空预发泡机两种。间歇式蒸汽预发泡机预发泡工艺参数：EPS预发温度100～105℃；STMMA预发温度105～115℃；EPMMA预发温度120～130℃。预发泡时，蒸汽进入不宜过于集中，压力和流量不能过大，以免造成结块，发泡不均匀，甚至部分珠粒过度预发泡而破裂。发泡时珠粒与水蒸气接触，预发泡珠粒含水量的质量分数高达10％左右，因此卸料后必须经过干燥处理。

真空预发泡机的加热介质（蒸汽或油）不直接接触珠粒，珠粒的发泡是真空和加热的双重作用而使发泡剂加速气化溢出的结果。因此，预热温度和时间、真空度的大小和抽真空的时间是影响预发泡珠粒质量优劣的关键因素。一般真空度设定为0.06～0.08MPa，抽真空20～30s，预热时间1～3min，最好2Min以内，预热温度由夹层蒸汽压控制。

二、泡塑模样外部和内在质量要求：

（1）模样表面粗糙度低，珠粒间融合良好，没有明显的突起与凹陷，无过融、无伤损、无油污，其形状和尺寸符合模样图要求。

（2）模样在确保强度前提下密度要低而且各部位密度均匀，以使热解产物尽量少，保证金属液顺利充填，且不产生铸造缺陷；模样内不允许有夹杂物。

（3）模样在涂敷涂料前，必须进行干燥处理，减少水分并使尺寸稳定。

（4）模样在满足上述要求的同时，还要具有一定的强度和刚度，以保证在粘结、涂敷涂料、干燥、搬运、填砂装箱等操作过程中不被损坏或变形。

     预发珠粒的干燥、熟化处理：一般真空预发泡机不仅珠粒预发倍数高，珠粒粒径均匀而且预发的珠粒是干燥的。若采用加压式蒸汽预发泡机，预发泡后的珠粒含水率高，需用进行干燥处理，干燥风温为25℃～35℃，使珠粒含水率降到2%以下。经预发泡后的珠粒内部呈减压状态，通常要存放一定时间使其干燥熟化，让其稳定。EPS的熟化时间如表2所示。

EPMMA和STMMA预发泡珠粒的熟化时间比上述EPS的熟化时间要短些，最佳的熟化温度为20～25℃。

三、模样的制作工艺：无论采用哪一种珠粒制模，其制模工艺流程都是相同的。其工艺过程如下：原始珠粒的选择 → 预发泡 → 珠粒的干燥、熟化处理 → 发泡成型 → 模样的熟化→模样组合。

根据试验可知,用EPS模样主要缺点是容易引起铸铁件表面产生光亮碳缺陷和使铸钢件表面增碳，而采用EPMMA模样对解决增碳、皱皮、黑渣等缺陷非常有效。但是，EPMMA的发气量大，约是EPS的1.5倍。STMMA是苯乙烯和甲基丙烯酸甲醋的共聚物，其共聚物兼有前两者的优点。还可调节共聚物的组成，生产不同性能的泡沫塑料，以满足不同铸造场合的需要。根据原料的性能和铸件的不同，选择模样原料的原则如下：

①对于增碳没有要求的铝、铜、灰铸铁件和中碳钢以上的铸钢件，可采用EPS珠粒；而表面增碳要求较高的低碳钢铸件最好采用STMMA，对表面要求特高的少数合金钢铸件可选用EPMMA。

②性能要求较高的球铁件对卷入的碳黑夹渣比较敏感，可能会引起铸件产生裂纹，所以模样的原料也选用STMMA。此外，对于表面要求光洁的薄壁铸件，必须采用最细的珠粒，最优的发泡率，采用STMMA。

③根据模样的壁厚选择珠粒的大小。壁厚越薄，要求珠粒径越小。一般来说原始珠粒不应大于铸件最小壁厚的1/10。

发泡成型：发泡成型的目的就是在于将一次预发的松散珠粒填入到一定形状和尺寸的模具中，再次加热进行二次发泡，形成与模具形状和尺寸一致的整体模样。批量生产的模样，通常都采用成型机成型。其发泡成型工艺过程：

①预热。模具安装好后，将它预热到100℃，保证模具是热态和干燥的。

②填料。一般使用料枪进行射料，填充足够的泡沫珠粒。

③通蒸汽。一般通入0.1～0.15MPa的水蒸汽。为了保证成型质量，正向通气后，再逆向通气一次，然后正逆同时通气，使型腔内蒸汽不流动。这样可以获得发泡均匀、表面光洁、密度轻的发泡模样。通蒸汽的时间由试验测定。

④冷却。一般采用喷水冷却的方法将模具冷却到40～50℃。

⑤顶出。对于自动或半自动成形机，有机械顶杆取模法和真空吸盘取模法两种常用方法。

四、模样的熟化与稳定化干燥

对发泡成型后的模样要进行干燥和存放一段时间使其稳定化，叫做模样的干燥、熟化，简称模样熟化处理。熟化分自然熟化和烘房(烘房温度一般控制在45～60℃)中熟化(强制熟化)。模型在干燥和熟化过程中要收缩，一般EPS模样的收缩率为0.4%～0.7%；EPMMA模样和STMMA模样的收缩率为0.2%～0.4%。熟化时间与模样材料、模样壁厚、熟化条件(温度、湿度、通风)等因素有关。由于模样在成型过程要与水蒸气和水接触，刚脱模的模样含有很多水分。造成模样含水量的因素很多，主要是发泡成型、加热给蒸汽压力、通蒸汽时间及冷却时给水时间等，一般情况下刚刚脱模的模样含水量在6%-8%左右，这样的模样是绝对不能直接拿去上涂料的。很直观低说模样熟化就是消除水分和稳定线收缩率，这就是进行熟化处理的目的。等模样经过熟化干燥以后，其线收缩基本稳定了，才允许进行下道工序作业。为了保证消失模铸件质量，模样在黏结和组装前以模样壁厚不同和干燥条件不同而异，一定要依据情况进行时间不定的干燥，才能使模样中的水分含量降到1%以下，才能使其线收缩稳定在0.45%左右。要根据实际的具体情况而定。一般EPS模样强制熟化4～6天，EPMMA和STMMA模样熟化5～7天。笔者到过许多地方，听到说“自然干燥2、3天”这样极端不科学的工艺概念，我们并不反对在条件允许时进行自然干燥，但其效果取决于环境温度和湿度，一年四季的温度和湿度差别很大，而且我们这么大的地域差别同样很大，在长三角那里的梅雨季节湿度很大，如果只控制温度，根本干燥不到、熟化不好。所以，对所谓“自然熟化”不能一概而论，要遵循科学规律具体问题具体分析，具体对待，用科学的工艺原则去处理可变的因素。为了提高生产效率，缩短模样熟化干燥处理周期，根据自身生产条件可以制定合理的强制干燥时间，这样才能达到节能和提高生产效率以及烘房利用率的目的。如果控制手段好把模样放置在（600±50）℃的烘房中强制干燥6-12h。厚大件取上限，薄小件取下限，烘房湿度应＜40%。可以用对比模样烘干前后含水分量来确定，生产单位普遍采用“试片”来测定模样干燥程度方法，只能是个参考。有条件单位应健全检测手段。

模样的组合与粘结：较复杂的泡沫模样如不能在一副模具内成型，需要进行分片处理，各片单独用模具成型，人们习惯把它叫模样片；然后用粘结的方法，将多个泡沫模样片组合成整体泡沫模样。对于简单泡沫模样的小批量的生产，采用手工方式粘结；而对于复杂模片的大批量生产，采用自动粘合机生产，用粘合模具来保证粘合精度。

复杂的模型通常是用分片泡沫模样组合起来的。两片泡沫模片对接时，粘结面上的黏胶总有一定的厚度，一般取0.1～0.3mm。对于壁厚较薄的泡沫模片可适当增加对接处的厚度。要求模样组装用黏结剂气化迅速、无残留物。在粘合模样及浇注系统时黏结剂的用量必须薄而均匀，过多的黏结剂可能导致模样气化不完全，因其未气化彻底留的残渣同样影响铸件质量。消失模铸造浇注系统的材料泡沫塑料要选对用对，我们的主张是浇注系统用料最好和成型的模样白件用料一致。就笔者所知许多消失模铸造企业没有压制浇注系统用泡沫塑料板材的专用成型机，而是到建材市场上购买泡沫塑料成型板，然后拉回去再按浇注系统尺寸的要求切割。不但说强度和珠粒不符合要求，殊不知建筑用和铸造用的材质要求就不同。其中有一个企业他们把浇注系统用泡沫塑料用料改变后夹渣减少了40%左右，那就是原先用的建材上的泡沫塑料板由于珠粒粒度大而且压制不好，珠粒间隙刷涂时料钻进去了，浇注时这些耐火涂料就随金属液进入了铸件。除此之外，严格要求粘结的操作工要把浇注系统各个部分组合时粘接牢固，这样才能预防浸刷涂料时、操作工搬动时、浇注系统产生裂纹导致钻进涂料，才有可能减少夹渣缺陷和最大限度地从进渣源头杜绝夹渣或夹砂缺陷

所以，在能粘牢固的基础上涂刷的黏结剂是愈少愈好。这是获得完美的消失模铸造生产的铸件的基础工作之一。

五、模样涂敷涂料后的烘干与固化

涂料涂挂以后需要进行烘干与固化，以确保涂层获得足够的强度与透气性。涂料的固化和干燥根据使用的设备不同，可分为自然干燥和加热干燥两种。加热干燥依据采用的加热燃料分为电热鼓风干燥、热蒸气加热干燥、燃煤直接加热干燥等多种干燥室加热干燥方式。

通常，消失模铸造用涂料均可任其自然干燥。它的干燥速度主要取决于涂料的溶剂和气候条件。醇溶性耐火涂料可在30～60min内自然干燥，水溶性耐火涂料一般需8～12h才能干燥固化。

为了加快用于大型模样的水溶性涂料的干燥速度，生产上的简便方法是将刷有涂料的模样放在阳光下或60℃以下的烘房内加速干燥。对于成批生产的小模样，较多的是应用烘箱与烘干室，在50～60℃鼓风加热4～12h以加快涂层的干燥固化。

常用干燥设备与设施：

①电加热干燥，电加热干燥采用电热鼓风烘箱进行，温度控制利用浮点式温度继电器控制，烘干室大小根据要烘干模样的尺寸、结构进行设计。

②燃煤加热干燥，燃煤加热干燥是目前成本最低的加热干燥方法，干燥时采用热管技术，使煤燃烧形成的高温气体通过热管排出，不进入烘干室，热管将热量幅射进烘干室，并通过传导、对流的方式将热量散发至整个烘干室，温度采用控制煤的燃烧速度对方法控制，温度测量可采用数显温度计测量。

③蒸气加热干燥，对于有条件的单位，可采用蒸气加热的方式进行加热。

涂料烘干应注意的细节：

①烘干过程应注意模样的合理放置和支撑，防止模样变形。

②模样涂料必须烘干透。

③干燥后的模样应放置在湿度较小的地方，防止吸潮和潮解。

   为了缩短烘干时间，烘炉应装有空气除湿系统。烘烤时空气湿度及流动状态与烘干时间和温度同等重要。模样达到干燥状态重量稳定，但是烘干时间必须通过实验确定。熟化处理与干燥：熟化定形与干燥包括自然熟化和烘房（一般为40℃～60℃）中熟化（强制熟化）。模型经过熟化干燥要收缩，EPS模样收缩率为0.4％～0.8％。影响熟化的主要因素：熟化温度、熟化时间及熟化方式。最合适的自然熟化温度为20～25℃，最佳自然熟化时间为4天左右。生产中为了缩短模样熟化处理的时间，通常将模样放置入50～60℃的烘干室中强制干燥12～18 h。

干砂负压（EPC法）铸造黑色金属的充型过程就是金属液的充填与泡塑模样的气化消失的过程。实际上这些气态产物，在金属液流动的前沿与未熔化或气化的泡塑模样之间形成空隙，在金属液体压头作用下，热解产物透过涂料层从金属液前沿间隙中排出，降低间隙的反压力，从而使金属液进一步充填型腔。泡塑模样热解气态产物在铸型材料中的凝聚改变了铸型的热物性参数和旧砂的使用性能，从而影响到铸件的成型过程；向铸型材料中传输的热解产物的多少，决定了聚集在型腔内的热解产物的数量。

黑色金属消失模铸造中，耐火涂料涂层的透气性成为很主要的性能指标。当涂层的透气性低时，由于泡塑模样存在着中心低边缘高的密度梯度，金属液在气态分解物的反作用下，流动前沿呈现前凸的形状，从而将气化分解产物推向两侧面的涂层，在负压作用中及时排出型腔。相反，采用过高透气性的涂料充型金属液的前沿容易出现紊流。尤其对于低密度模样，有时候出现凹陷形状，沿着涂层型壁快速流动的金属液先于分解产物全部排出型腔之前而覆盖涂层，就有可能封闭逸出通道，这个时候浇注的铸件易产生皱皮、炭黑或气孔等缺陷。所以，研究泡塑模样热解产物在铸型中传质与凝聚的过程是非常重要的。

浇注系统设计与浇注工艺同样对消除消失模铸件缺陷有影响。采用底注式浇注系统时，铸件的上表面很容易产生增碳缺陷；采用顶注式浇注系统，铁水流容易紊乱，将热解产物易夹入金属液中造成内部增碳或气孔。所以，对于高度不大的小件宜采用顶注；对于高度较大的中大件适宜采用阶梯或底注方式，最后在金属液最后到达部位设置排渣冒口。为了减少铸件增碳，除了设计好浇注系统之外，还得控制好浇注工艺，依据铸件确定合适浇注温度，浇注速度不宜太快，过快了会增加增碳量，尽可能使其与模样气体热解产物排出速度同步，高温金属液与模样热解产物接触的时间是越短越好，使模样尽快气化，并将气化产物排出型外或尽可能把残留渣排至冒口和集渣口里。浇注结束后，根据铸件壁厚及表面积大小规定合适的负压及冷却时间，避免铸件长时间在高温下继续增碳的倾向。

总而言之，消失模铸造的气化模样热解产物与铸件缺陷有非常密切的关系；消失模铸造泡塑模样气化的程度直接关系到铸件质量。要想防止消失模铸件缺陷的产生，就得学习并弄懂消失模铸造成形原理，从这一原理出发合理选择各个工序的工艺参数及所使用的材料，才能提高铸造的成品率和铸件质量。

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