消失模模样板材生产工艺研究

朱文文，杨争光，原晓雷（.宁夏共享装备有限公司，宁夏银川 7500 .宁夏共享集团有限责任公司，宁夏银川 7500）

消失模模样板材生产工艺研究

朱文文1，杨争光1，原晓雷2
（1.宁夏共享装备有限公司，宁夏银川 750021 2.宁夏共享集团有限责任公司，宁夏银川 750021）

从消失模板材生产过程入手，进行全程参数跟踪，后续分析汇总，得出与消失模板材质量相关的过程控制点，进行工艺试验得出规律，制定相应的解决措施，形成工艺规范，指导消失模板材的生产，使消失模模样的质量趋于稳定。

消失模；板材；融合度；珠粒；蒸汽压力；发泡剂

0　概述

可发性消失模原材料珠粒（EPS、EPMMA、STMMA）含液体发泡剂（一般是液态戊烷）经过预发泡、熟化、板材成型（二次发泡）可形成泡沫板材；板材经过烘干去除水分、机床加工、粘接、流涂后形成消失模铸造的模样。消失模模样的成分、密度、表面质量、强度、水分含量都会影响到后续铸件的质量，消失模模样的质量直接决定消失模铸造是否成功。消失模模样的各项质量指标决定于板材的融合度、密度、强度等参数是否满足要求。本文从消失模板材生产过程控制入手，探究如何生产出高质量的消失模板材，供消失模模样所用，尽最大程度的解决消失模模样质量问题，为工业生产提供理论依据。

1　消失模板材的生产工艺

板材的生产工艺流程为：材料检验→预发泡→珠粒熟化→板材成型。

1.1预发泡

通过蒸汽加热使珠粒膨胀，体积增加使珠粒的堆积密度发生相应的变化，达到生产要求的密度。蒸汽使珠粒内部的发泡剂汽化膨胀撑大珠粒（图1），一般情况下珠粒体积的长大倍数取决于蒸汽的压力、加热时间。

对于定量式发泡机，每次发泡的体积一定（出料口的高度及预发泡桶的尺寸固定），根据发泡密度要求定量称取珠粒。珠粒通过原料输送管道输送至称重装置，称重后进入预发泡桶，往发泡桶中通以一定压力的干燥饱和蒸汽，体积胀大至规定体积后停止，经流化床干燥后由输送管道送至熟化料仓进行熟化。图2以定量式发泡机为例简单介绍预发泡过程。

图1　珠粒膨胀原理

1.2熟化

图2　定量式发泡机

经过预发泡后的珠粒，蒸汽和未挥发的发泡剂冷凝液化，使珠粒内部呈负压状态并含有一定的水分。熟化过程是将预发后的珠粒放置在通风、干燥的环境中（工业生产过程中一般为熟化料仓）放置一段时间，使珠粒内外压力相等、珠粒内部干燥。熟化过程对环境的温湿度都有一定的要求，不同密度的珠粒熟化时间要求也不相同。

1.3板材成型

此处板材一般为长方体，有上下两个大表面和前后左右四个小表面。

经过熟化干燥后的珠粒通过真空泵抽至板材成型机型腔里面，通过蒸汽加热、冷却后形成消失模板材，消失模板材的重要质量指标有融合度、强度、密度、水分、变形情况、发气量、燃烧残留量等。其中融合度决定机床加工后模样的表面质量情况及流涂涂料厚度，密度及强度很大程度上决定模样在铸造造型过程中是否会变形，水分、发气量、燃烧残留量决定后序铸件是否有夹渣及气孔等缺陷。

板材成型的过程一般包括模具预热、加料、加热、冷却、脱模等几个主要步骤。加热过程有多种工艺。常见的为一次加热蒸汽，由两个板材大表面加入，四个小表面排水；二次加热蒸汽由板材四个小表面加入，两个大平面排水。两种方法分别见图3、图4，图中向内的箭头为蒸汽加热，向外的箭头为冷凝水。

图3　加热1

冷却过程可分为真空冷却和水冷冷却两种。水冷冷却时，进水阀始终打开，模具冷却孔进水，靠水流带走热量，直接达到板材模具所需的脱模温度；真空冷却是通过真空泵抽真空的形式带走模具型腔内的残余蒸汽、发泡剂，从而带走热量。

图4　加热2

2　板材生产工艺研究

2.1研究方案

对消失模板材生产进行全程跟踪记录，记录过程控制参数；分析生产异常并提出改进措施。找出与板材质量相关的问题点，提出改进措施。

本实验采用可发性聚苯乙烯（EPS）珠粒，相应的参数指标如表1。

表1　EPS珠粒参数指标

本次研究过程发泡20 g/cm³的板材。以板材重要的质量标准融合度来说明生产工艺控制要点。

2.2结果及讨论

2.2.1预发过程

预发珠粒质量与后序板材成型质量息息相关。通过预发过程的异常统计与分析，制定相关问题解决措施，为后续板材成形提供合格的珠粒。异常问题及解决措施见表2。

图5　板材融合度与珠粒熟化时间的关系

2.2.2熟化过程

熟化过程参数与板材质量的对应关系如图5所示。

表2　预发泡过程异常及解决措施

由图可知，随着熟化时间的增长，板材融合度先上升后下降；相同熟化时间不同环境下熟化，板材的融合度不同。长时间熟化导致预发珠粒内的发泡剂挥发严重，后续板材成形不能充分熔接。温度偏低时要达到理想熟化程度需增长熟化时间。要获得优良的熟化珠粒，需制定严格的熟化时间、温度、湿度标准。不同密度的珠粒熟化时间也不相同，一般大密度的熟化时间应当长于小密度的预发珠粒。详细的预发过程问题点及解决措施见表3。

表3　熟化过程问题分析及解决措施

2.2.3板材成型

板材融合度与一次加热蒸汽压力（二次加热压力0.8 MPa，加热时间5 s）关系如图6所示。由图6可以看出，随着蒸汽压力的上升，板材融合度先上升后下降；加热时间对融合度的影响不大，低压加热时间可对融合度起到轻度的修复作用，高压时几乎没有影响。

图6　板材融合度与一次加热蒸汽压力的关系

板材成形应遵循“低压大流量原理”，实现瞬间穿透。压力大温度高，板材表面迅速融结，进入板材内部的蒸汽过少导致无法融结，融合度降低且会引起板材过烧（表面烧焦）、粘模。压力适中，如果流量不够，“文火慢攻”同样无法实现瞬间穿透，导致板材融合度过低。可见要生产出高质量的板材，需要严格控制加热蒸汽压力、流量。

板材融合度与二次加热蒸汽压力（一次加热压力0.12 MPa，时间10 s）的关系如图7所示。

图7　板材融合度与二次加热蒸汽压力的关系

由图7可以看出，二次加热蒸汽压力及加热时间对板材融合度影响不是很大，随着蒸汽压力的上升板材融合度有轻微的上升趋势。一次加热使板材表面已基本封闭，二次加热只有少量的蒸汽能够进入板材内部，二次加热对板材四个小平面附近的融合度起修复作用。二次加热蒸汽压力过大、时间过长会引起板材表面过烧、粘模。蒸汽压力与时间需要严格控制。

具体的板材成型问题点及解决措施见表4。

表4　板材成型过程问题点分析及解决措施

3　结语

消失模铸造成功与否的关键取决于模样的质量，对于消失模模样原材料板材生产工艺的研究，提高消失模模样质量具有重要的意义。在发泡珠粒确定的情况下，通过改进工艺最大可能地提升消失模板材的质量，从预发、熟化、板材成型几方面入手，主要控制蒸汽压力等重要参数，为消失模板材的生产提供工艺指导，为消失模铸造提供有力的保障。

［1］ 裴丹丹.EPS消失模模样发泡工艺与密度的控制［J］.铸造设备与工艺，2012（6）.

［2］ 黄天佑，黄乃瑜，等.消失模铸造技术［M］.北京：机械工业出版社，2006.5.

［3］ 厉三于，章舟.消失模白模发泡成型设备及模具［J］.铸造设备研究，2007（6）.

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

［5］ 杜文强，徐建平，原晓雷. 消失模加工效率及质量提升方法研究及应用［J］.中国铸造装备与技术，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

稿件编号：1412-724

朱文文（1987—），男，工程师，现从事消失模铸造工艺及原辅材料研究工作.