知识篇——防止消失模模样变形的措施

1 珠粒选用、预发和熟化

首先根据铸件材质及对铸件质量要求来选择哪个珠粒，再根据铸件的最小壁厚来选用珠粒规格。一般为小于铸件最薄壁厚的1/10来选择珠粒粒径，如果铸件表面要求高，可以考虑选用更细规格的珠粒。如果薄壁铸件选用的珠粒过粗，模样表面将出现凸凹不平状态，同时产生容易弯曲折转变形。

我公司生产的灰铸铁件采用龙王H-S型号的EPS珠粒，铝合金件采用龙王GH-4S型号的EPS珠粒，球铁件采用的凯斯特2#型号的STMMA珠粒。

为了获得密度低、表面光洁、质量优良的泡沫模样，必须将原始珠粒在模样成型前进行预发泡。预发泡一般用间歇式发泡机进行，不同的预发机操作参数不同，其工艺过程如下：预热-加料-加热发泡-出料-干燥-清理料仓。

在预发泡操作时要注意几点：加热均匀，蒸汽压力可调稳定，蒸汽压力和流量合适，出料干净，残料吹净；安全操作，珠粒预发倍率调节准确。特别是要控制好预发蒸汽压力、温度和预发时间的相互配合协调。通过不断的摸索，所生产的不同产品的预发密度见表1。

模样成型前，预发珠粒必须进行熟化处理，使预发珠粒性能稳定。最佳熟化时间取决于预发珠粒的湿度和密度以及环境温度与空气流动。我公司采用接地金属框架料仓作为熟化料仓，并外接鼓风机保证料仓内珠粒循环通风。EPS珠粒熟化时间控制在4~16 h，STMMA珠粒熟化时间控制在5~10天。珠粒熟化后将其充填到模具中成型，通过蒸汽加热进行二次发泡，形成与模具内腔形状尺寸完全一致的整体模样。

2 模样成型控制

模样成型控制参数见表2。以18686-C变速器箱体为例（见图1），产品壁厚在8 mm，在模样成型过程中，最易出现也最难控制的是模样变形问题。

图1 18686-C变速器箱体

表2 富阳FM-CX-1210半自动消失模成型机成型过程中工艺参数

泡沫发泡成型过程主要包括充料、加热成型、冷却定型、脱模等流程，模具一般都要求具有均匀快速加热和快速冷却的能力。为防止模样变形，主要在以下几个方面进行了改进和提高。

（1）进料位置选择 珠粒射料时，进料口的位置应放置在进料阻力最小，气体不产生涡流的地方。对于复杂薄壁件来说，进料口的数量要适当增加，进料口断面大于模样壁厚时，可将该处模样的断口面积局部增大。

（2）气塞布置 射料枪射出的珠粒和空气一起从射料口运动到模具型腔边缘，珠粒遇到阻碍停下来，空气则继续在紧密堆积的珠粒中向前流动，直至由模具边缘或由气塞排出。经过长时间的摸索发现，薄壁大平面处的气塞并非设置越密充料越实。壁厚处在最边缘处设置气塞，有利于珠粒的逐次堆积，若没有打气塞的位置，也可以设置一些气孔。

（3）充料管道的改进 由于结构的复杂性，薄壁件往往还有局部区域疏松的情况。试验发现通过大量进气、少量进料的方法，可以防止珠粒在进料口处大量堆积而造成模具各个死角补料不及时问题，同时大量进气也有助于增加珠粒的运动能力以弥补个别充料低压区域珠粒的动力不足，为此特别设计了入料缓冲器，在克服复杂件死角疏松问题上，使用效果明显。

（4）加热成型的防变形 模样制作要求模具型壁受热均匀，蒸汽必须从气室的不同部位导入，不允许直接冲击腔壁。气塞排布的原则是在薄壁处稀疏排布，在厚壁处密集排布；目的是避免受热过度产生收缩或加热不足造成珠粒粘结不良。由于珠粒对蒸汽压力比较敏感，因此加热工艺调节中最好以蒸汽压力方式为主，时间方式为辅。蒸汽压力一般对于同一种珠粒来说，都为固定值，所以只需根据模样的大小、形状调节好时间即可。另外在加热过程中，最好先由一个气室进气另一个气室排气，然后再交换一次，最后两个气室同时进蒸汽，这样有助于珠粒发泡均匀、表面光洁。

（5）冷却定型的防变形 模样在出模前必须进行冷却，以抑制出模后继续长大。对于复杂薄壁件，均匀冷却尤为重要，一般借助于喷淋管冷却，为防止变形，首先是加强冷却时间，让模样充分定型后再取出；其次对喷淋管进行改进，因立式成型机固模喷淋管流淌冷却能力不强，因此适当增加固模喷淋管分支，有利于上下模冷却的同时性而消除变形。抽真空可以使模样留存的水分、戊烷减少，使模样有较好的尺寸稳定性。

（6）模样脱模的防变形 模样脱模有水气叠加压力推模法、机械顶杆取模法、真空吸盘取模法。常采用的是机械顶杆取模，顶杆出模时要做到连同模具漏板托盘和活块同步顶出，效果较好。

（7）模样校正工装 在实际生产中，模具受到复杂程度的限制，往往难以保证模样完全不变形。模样从模具中取出时任含有6%~8%的水分，由于前期的水分和发泡剂的蒸发，从模样中逸出和后期的应力松弛，模样在出模后到烘干前如果没有外加的约束，也会有形状和尺寸的变化。为此我车间针对不同的产品特点，采取了很多措施。例如对于大平面，特地采用了底面校平工装（见图2），对于大开口面，加设了防变形拉筋（见图3），在装箱前加拉筋割掉，可以重复使用。

图2 底面校正工装

图3 防变形拉筋

3 模样烘干

模样在组装和上涂料前一定要进行烘干，使水分降到1%以下。另外，模样在干燥过程中残留的发泡剂也要从泡孔内向外扩散。通过总结，发现烘干时一般的EPS模样收缩率为0.4%~0.8%，STMMA模样收缩率为0.2%~0.4%，模样在30天后尺寸基本趋于稳定。模样烘干分为自然烘干和烘干室内烘干。

烘干工艺为：成型后的模样先在分层的模样烘干架（见图4）放置4~6 h，让模样全方位的进行散热，之后放入温度为(50±5) ℃、湿度≤30%的烘干室内烘干8~16 h，最好放置到模样存放区进行常温烘干，夏秋季（存放区平均温度30 ℃以上），模型烘干时间控制在5~15天；春冬季（存放区平均温度30 ℃以下），模型烘干时间控制在7～30天。

图4 模样烘干架