朱文文，楊爭(zhēng)光，原曉雷（.寧夏共享裝備有限公司，寧夏銀川 7500 .寧夏共享集團(tuán)有限責(zé)任公司，寧夏銀川 7500）

消失模模樣板材生產(chǎn)工藝研究

朱文文1，楊爭(zhēng)光1，原曉雷2
（1.寧夏共享裝備有限公司，寧夏銀川 750021 2.寧夏共享集團(tuán)有限責(zé)任公司，寧夏銀川 750021）

從消失模板材生產(chǎn)過(guò)程入手，進(jìn)行全程參數(shù)跟蹤，后續(xù)分析匯總，得出與消失模板材質(zhì)量相關(guān)的過(guò)程控制點(diǎn)，進(jìn)行工藝試驗(yàn)得出規(guī)律，制定相應(yīng)的解決措施，形成工藝規(guī)范，指導(dǎo)消失模板材的生產(chǎn)，使消失模模樣的質(zhì)量趨于穩(wěn)定。

消失模；板材；融合度；珠粒；蒸汽壓力；發(fā)泡劑

0　概述

可發(fā)性消失模原材料珠粒（EPS、EPMMA、STMMA）含液體發(fā)泡劑（一般是液態(tài)戊烷）經(jīng)過(guò)預(yù)發(fā)泡、熟化、板材成型（二次發(fā)泡）可形成泡沫板材；板材經(jīng)過(guò)烘干去除水分、機(jī)床加工、粘接、流涂后形成消失模鑄造的模樣。消失模模樣的成分、密度、表面質(zhì)量、強(qiáng)度、水分含量都會(huì)影響到后續(xù)鑄件的質(zhì)量，消失模模樣的質(zhì)量直接決定消失模鑄造是否成功。消失模模樣的各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)決定于板材的融合度、密度、強(qiáng)度等參數(shù)是否滿(mǎn)足要求。本文從消失模板材生產(chǎn)過(guò)程控制入手，探究如何生產(chǎn)出高質(zhì)量的消失模板材，供消失模模樣所用，盡最大程度的解決消失模模樣質(zhì)量問(wèn)題，為工業(yè)生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1　消失模板材的生產(chǎn)工藝

板材的生產(chǎn)工藝流程為：材料檢驗(yàn)→預(yù)發(fā)泡→珠粒熟化→板材成型。

1.1預(yù)發(fā)泡

通過(guò)蒸汽加熱使珠粒膨脹，體積增加使珠粒的堆積密度發(fā)生相應(yīng)的變化，達(dá)到生產(chǎn)要求的密度。蒸汽使珠粒內(nèi)部的發(fā)泡劑汽化膨脹撐大珠粒（圖1），一般情況下珠粒體積的長(zhǎng)大倍數(shù)取決于蒸汽的壓力、加熱時(shí)間。

對(duì)于定量式發(fā)泡機(jī)，每次發(fā)泡的體積一定（出料口的高度及預(yù)發(fā)泡桶的尺寸固定），根據(jù)發(fā)泡密度要求定量稱(chēng)取珠粒。珠粒通過(guò)原料輸送管道輸送至稱(chēng)重裝置，稱(chēng)重后進(jìn)入預(yù)發(fā)泡桶，往發(fā)泡桶中通以一定壓力的干燥飽和蒸汽，體積脹大至規(guī)定體積后停止，經(jīng)流化床干燥后由輸送管道送至熟化料倉(cāng)進(jìn)行熟化。圖2以定量式發(fā)泡機(jī)為例簡(jiǎn)單介紹預(yù)發(fā)泡過(guò)程。

圖1　珠粒膨脹原理

1.2熟化

圖2　定量式發(fā)泡機(jī)

經(jīng)過(guò)預(yù)發(fā)泡后的珠粒，蒸汽和未揮發(fā)的發(fā)泡劑冷凝液化，使珠粒內(nèi)部呈負(fù)壓狀態(tài)并含有一定的水分。熟化過(guò)程是將預(yù)發(fā)后的珠粒放置在通風(fēng)、干燥的環(huán)境中（工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中一般為熟化料倉(cāng)）放置一段時(shí)間，使珠粒內(nèi)外壓力相等、珠粒內(nèi)部干燥。熟化過(guò)程對(duì)環(huán)境的溫濕度都有一定的要求，不同密度的珠粒熟化時(shí)間要求也不相同。

1.3板材成型

此處板材一般為長(zhǎng)方體，有上下兩個(gè)大表面和前后左右四個(gè)小表面。

經(jīng)過(guò)熟化干燥后的珠粒通過(guò)真空泵抽至板材成型機(jī)型腔里面，通過(guò)蒸汽加熱、冷卻后形成消失模板材，消失模板材的重要質(zhì)量指標(biāo)有融合度、強(qiáng)度、密度、水分、變形情況、發(fā)氣量、燃燒殘留量等。其中融合度決定機(jī)床加工后模樣的表面質(zhì)量情況及流涂涂料厚度，密度及強(qiáng)度很大程度上決定模樣在鑄造造型過(guò)程中是否會(huì)變形，水分、發(fā)氣量、燃燒殘留量決定后序鑄件是否有夾渣及氣孔等缺陷。

板材成型的過(guò)程一般包括模具預(yù)熱、加料、加熱、冷卻、脫模等幾個(gè)主要步驟。加熱過(guò)程有多種工藝。常見(jiàn)的為一次加熱蒸汽，由兩個(gè)板材大表面加入，四個(gè)小表面排水；二次加熱蒸汽由板材四個(gè)小表面加入，兩個(gè)大平面排水。兩種方法分別見(jiàn)圖3、圖4，圖中向內(nèi)的箭頭為蒸汽加熱，向外的箭頭為冷凝水。

圖3　加熱1

冷卻過(guò)程可分為真空冷卻和水冷冷卻兩種。水冷冷卻時(shí)，進(jìn)水閥始終打開(kāi)，模具冷卻孔進(jìn)水，靠水流帶走熱量，直接達(dá)到板材模具所需的脫模溫度；真空冷卻是通過(guò)真空泵抽真空的形式帶走模具型腔內(nèi)的殘余蒸汽、發(fā)泡劑，從而帶走熱量。

圖4　加熱2

2　板材生產(chǎn)工藝研究

2.1研究方案

對(duì)消失模板材生產(chǎn)進(jìn)行全程跟蹤記錄，記錄過(guò)程控制參數(shù)；分析生產(chǎn)異常并提出改進(jìn)措施。找出與板材質(zhì)量相關(guān)的問(wèn)題點(diǎn)，提出改進(jìn)措施。

本實(shí)驗(yàn)采用可發(fā)性聚苯乙烯（EPS）珠粒，相應(yīng)的參數(shù)指標(biāo)如表1。

表1　EPS珠粒參數(shù)指標(biāo)

本次研究過(guò)程發(fā)泡20 g/cm3的板材。以板材重要的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)融合度來(lái)說(shuō)明生產(chǎn)工藝控制要點(diǎn)。

2.2結(jié)果及討論

2.2.1預(yù)發(fā)過(guò)程

預(yù)發(fā)珠粒質(zhì)量與后序板材成型質(zhì)量息息相關(guān)。通過(guò)預(yù)發(fā)過(guò)程的異常統(tǒng)計(jì)與分析，制定相關(guān)問(wèn)題解決措施，為后續(xù)板材成形提供合格的珠粒。異常問(wèn)題及解決措施見(jiàn)表2。

圖5　板材融合度與珠粒熟化時(shí)間的關(guān)系

2.2.2熟化過(guò)程

熟化過(guò)程參數(shù)與板材質(zhì)量的對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖5所示。

表2　預(yù)發(fā)泡過(guò)程異常及解決措施

由圖可知，隨著熟化時(shí)間的增長(zhǎng)，板材融合度先上升后下降；相同熟化時(shí)間不同環(huán)境下熟化，板材的融合度不同。長(zhǎng)時(shí)間熟化導(dǎo)致預(yù)發(fā)珠粒內(nèi)的發(fā)泡劑揮發(fā)嚴(yán)重，后續(xù)板材成形不能充分熔接。溫度偏低時(shí)要達(dá)到理想熟化程度需增長(zhǎng)熟化時(shí)間。要獲得優(yōu)良的熟化珠粒，需制定嚴(yán)格的熟化時(shí)間、溫度、濕度標(biāo)準(zhǔn)。不同密度的珠粒熟化時(shí)間也不相同，一般大密度的熟化時(shí)間應(yīng)當(dāng)長(zhǎng)于小密度的預(yù)發(fā)珠粒。詳細(xì)的預(yù)發(fā)過(guò)程問(wèn)題點(diǎn)及解決措施見(jiàn)表3。

表3　熟化過(guò)程問(wèn)題分析及解決措施

2.2.3板材成型

板材融合度與一次加熱蒸汽壓力（二次加熱壓力0.8 MPa，加熱時(shí)間5 s）關(guān)系如圖6所示。由圖6可以看出，隨著蒸汽壓力的上升，板材融合度先上升后下降；加熱時(shí)間對(duì)融合度的影響不大，低壓加熱時(shí)間可對(duì)融合度起到輕度的修復(fù)作用，高壓時(shí)幾乎沒(méi)有影響。

圖6　板材融合度與一次加熱蒸汽壓力的關(guān)系

板材成形應(yīng)遵循“低壓大流量原理”，實(shí)現(xiàn)瞬間穿透。壓力大溫度高，板材表面迅速融結(jié)，進(jìn)入板材內(nèi)部的蒸汽過(guò)少導(dǎo)致無(wú)法融結(jié)，融合度降低且會(huì)引起板材過(guò)燒（表面燒焦）、粘模。壓力適中，如果流量不夠，“文火慢攻”同樣無(wú)法實(shí)現(xiàn)瞬間穿透，導(dǎo)致板材融合度過(guò)低?？梢?jiàn)要生產(chǎn)出高質(zhì)量的板材，需要嚴(yán)格控制加熱蒸汽壓力、流量。

板材融合度與二次加熱蒸汽壓力（一次加熱壓力0.12 MPa，時(shí)間10 s）的關(guān)系如圖7所示。

圖7　板材融合度與二次加熱蒸汽壓力的關(guān)系

由圖7可以看出，二次加熱蒸汽壓力及加熱時(shí)間對(duì)板材融合度影響不是很大，隨著蒸汽壓力的上升板材融合度有輕微的上升趨勢(shì)。一次加熱使板材表面已基本封閉，二次加熱只有少量的蒸汽能夠進(jìn)入板材內(nèi)部，二次加熱對(duì)板材四個(gè)小平面附近的融合度起修復(fù)作用。二次加熱蒸汽壓力過(guò)大、時(shí)間過(guò)長(zhǎng)會(huì)引起板材表面過(guò)燒、粘模。蒸汽壓力與時(shí)間需要嚴(yán)格控制。

具體的板材成型問(wèn)題點(diǎn)及解決措施見(jiàn)表4。

表4　板材成型過(guò)程問(wèn)題點(diǎn)分析及解決措施

3　結(jié)語(yǔ)

消失模鑄造成功與否的關(guān)鍵取決于模樣的質(zhì)量，對(duì)于消失模模樣原材料板材生產(chǎn)工藝的研究，提高消失模模樣質(zhì)量具有重要的意義。在發(fā)泡珠粒確定的情況下，通過(guò)改進(jìn)工藝最大可能地提升消失模板材的質(zhì)量，從預(yù)發(fā)、熟化、板材成型幾方面入手，主要控制蒸汽壓力等重要參數(shù)，為消失模板材的生產(chǎn)提供工藝指導(dǎo)，為消失模鑄造提供有力的保障。

［1］ 裴丹丹.EPS消失模模樣發(fā)泡工藝與密度的控制［J］.鑄造設(shè)備與工藝，2012（6）.

［2］ 黃天佑，黃乃瑜，等.消失模鑄造技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.5.

［3］ 厲三于，章舟.消失模白模發(fā)泡成型設(shè)備及模具［J］.鑄造設(shè)備研究，2007（6）.

［4］ Brian V Smith .scott Biederman.Examining lost foam's “white side”［J］.Modern casting ，2000，90（8：）30-34.

［5］ 杜文強(qiáng)，徐建平，原曉雷. 消失模加工效率及質(zhì)量提升方法研究及應(yīng)用［J］.中國(guó)鑄造裝備與技術(shù)，2014（6）.

Mold Plate Production Technology Research

ZHU WenWen1， Yang ZhengGuang1， YUAN XiaoLei2
（1. Ningxia Kocel Equipment Manufacturing Co.Ltd.， Yinchuan 750021， Ningxia， China；2. Ningxia Kocel Group Co.Ltd.， Yinchuan 750021， Ningxia， China）

After long time analysing of lost foam material production and empirical data， we concluded the regular and quality controlling point of the producting preriod ，then we formed the process specifi cation to ensure the quality and output .All the information were writen in this passage which can be a reference of the industry .

LFC；Board；The degree of merge；Steam pressure；Vesicant

TG249.6;

A；

1006－9658（2015）02-0072-04

10.3969/j.issn.1006—9658.2015.02.020

2014-12-01

稿件編號(hào)：1412-724

朱文文（1987—），男，工程師，現(xiàn)從事消失模鑄造工藝及原輔材料研究工作.