消失模模樣板材生產工藝研究

朱文文，楊爭光，原曉雷（.寧夏共享裝備有限公司，寧夏銀川 7500 .寧夏共享集團有限責任公司，寧夏銀川 7500）

消失模模樣板材生產工藝研究

朱文文1，楊爭光1，原曉雷2
（1.寧夏共享裝備有限公司，寧夏銀川 750021 2.寧夏共享集團有限責任公司，寧夏銀川 750021）

從消失模板材生產過程入手，進行全程參數跟蹤，后續分析匯總，得出與消失模板材質量相關的過程控制點，進行工藝試驗得出規律，制定相應的解決措施，形成工藝規范，指導消失模板材的生產，使消失模模樣的質量趨于穩定。

消失模；板材；融合度；珠粒；蒸汽壓力；發泡劑

0　概述

可發性消失模原材料珠粒（EPS、EPMMA、STMMA）含液體發泡劑（一般是液態戊烷）經過預發泡、熟化、板材成型（二次發泡）可形成泡沫板材；板材經過烘干去除水分、機床加工、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、表面質量、強度、水分含量都會影響到后續鑄件的質量，消失模模樣的質量直接決定消失模鑄造是否成功。消失模模樣的各項質量指標決定于板材的融合度、密度、強度等參數是否滿足要求。本文從消失模板材生產過程控制入手，探究如何生產出高質量的消失模板材，供消失模模樣所用，盡最大程度的解決消失模模樣質量問題，為工業生產提供理論依據。

1　消失模板材的生產工藝

板材的生產工藝流程為：材料檢驗→預發泡→珠粒熟化→板材成型。

1.1預發泡

通過蒸汽加熱使珠粒膨脹，體積增加使珠粒的堆積密度發生相應的變化，達到生產要求的密度。蒸汽使珠粒內部的發泡劑汽化膨脹撐大珠粒（圖1），一般情況下珠粒體積的長大倍數取決于蒸汽的壓力、加熱時間。

對于定量式發泡機，每次發泡的體積一定（出料口的高度及預發泡桶的尺寸固定），根據發泡密度要求定量稱取珠粒。珠粒通過原料輸送管道輸送至稱重裝置，稱重后進入預發泡桶，往發泡桶中通以一定壓力的干燥飽和蒸汽，體積脹大至規定體積后停止，經流化床干燥后由輸送管道送至熟化料倉進行熟化。圖2以定量式發泡機為例簡單介紹預發泡過程。

圖1　珠粒膨脹原理

1.2熟化

圖2　定量式發泡機

經過預發泡后的珠粒，蒸汽和未揮發的發泡劑冷凝液化，使珠粒內部呈負壓狀態并含有一定的水分。熟化過程是將預發后的珠粒放置在通風、干燥的環境中（工業生產過程中一般為熟化料倉）放置一段時間，使珠粒內外壓力相等、珠粒內部干燥。熟化過程對環境的溫濕度都有一定的要求，不同密度的珠粒熟化時間要求也不相同。

1.3板材成型

此處板材一般為長方體，有上下兩個大表面和前后左右四個小表面。

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

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

圖3　加熱1

冷卻過程可分為真空冷卻和水冷冷卻兩種。水冷冷卻時，進水閥始終打開，模具冷卻孔進水，靠水流帶走熱量，直接達到板材模具所需的脫模溫度；真空冷卻是通過真空泵抽真空的形式帶走模具型腔內的殘余蒸汽、發泡劑，從而帶走熱量。

圖4　加熱2

2　板材生產工藝研究

2.1研究方案

對消失模板材生產進行全程跟蹤記錄，記錄過程控制參數；分析生產異常并提出改進措施。找出與板材質量相關的問題點，提出改進措施。

本實驗采用可發性聚苯乙烯（EPS）珠粒，相應的參數指標如表1。

表1　EPS珠粒參數指標

本次研究過程發泡20 g/cm3的板材。以板材重要的質量標準融合度來說明生產工藝控制要點。

2.2結果及討論

2.2.1預發過程

預發珠粒質量與后序板材成型質量息息相關。通過預發過程的異常統計與分析，制定相關問題解決措施，為后續板材成形提供合格的珠粒。異常問題及解決措施見表2。

圖5　板材融合度與珠粒熟化時間的關系

2.2.2熟化過程

熟化過程參數與板材質量的對應關系如圖5所示。

表2　預發泡過程異常及解決措施

由圖可知，隨著熟化時間的增長，板材融合度先上升后下降；相同熟化時間不同環境下熟化，板材的融合度不同。長時間熟化導致預發珠粒內的發泡劑揮發嚴重，后續板材成形不能充分熔接。溫度偏低時要達到理想熟化程度需增長熟化時間。要獲得優良的熟化珠粒，需制定嚴格的熟化時間、溫度、濕度標準。不同密度的珠粒熟化時間也不相同，一般大密度的熟化時間應當長于小密度的預發珠粒。詳細的預發過程問題點及解決措施見表3。

表3　熟化過程問題分析及解決措施

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，加熱時間5 s）關系如圖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；加熱時間對融合度的影響不大，低壓加熱時間可對融合度起到輕度的修復作用，高壓時幾乎沒有影響。

圖6　板材融合度與一次加熱蒸汽壓力的關系

板材成形應遵循“低壓大流量原理”，實現瞬間穿透。壓力大溫度高，板材表面迅速融結，進入板材內部的蒸汽過少導致無法融結，融合度降低且會引起板材過燒（表面燒焦）、粘模。壓力適中，如果流量不夠，“文火慢攻”同樣無法實現瞬間穿透，導致板材融合度過低。可見要生產出高質量的板材，需要嚴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，時間10 s）的關系如圖7所示。

圖7　板材融合度與二次加熱蒸汽壓力的關系

由圖7可以看出，二次加熱蒸汽壓力及加熱時間對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。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入板材內部，二次加熱對板材四個小平面附近的融合度起修復作用。二次加熱蒸汽壓力過大、時間過長會引起板材表面過燒、粘模。蒸汽壓力與時間需要嚴格控制。

具體的板材成型問題點及解決措施見表4。

表4　板材成型過程問題點分析及解決措施

3　結語

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

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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：1412-724

朱文文（1987—），男，工程師，現從事消失模鑄造工藝及原輔材料研究工作.