祁交九

（山西華恩機(jī)械制造有限公司，山西 臨猗 044100）

我公司生產(chǎn)的殼體類(lèi)零件，外部質(zhì)量缺陷：主要存在尺寸不穩(wěn)定，導(dǎo)致加工面有黑皮、孔偏等缺陷；內(nèi)部缺陷主要有：變形、倒?jié)q、碳缺陷；這些缺陷的發(fā)生，我們分析主要因素白區(qū)所占的比例較大。所以，模樣質(zhì)量是否合格就需要通過(guò)質(zhì)量特性數(shù)據(jù)來(lái)量化分析和驗(yàn)證。

公司專(zhuān)門(mén)成立了質(zhì)量項(xiàng)目小組，針對(duì)薄壁殼體類(lèi)鑄件存在的一些問(wèn)題，對(duì)白區(qū)的一些關(guān)鍵過(guò)程進(jìn)行了測(cè)量分析。項(xiàng)目小組研究了模樣的質(zhì)量特性參數(shù)與鑄件缺陷之間的關(guān)系，尋找最佳參數(shù)組合，達(dá)到降低基于模樣質(zhì)量導(dǎo)致鑄件缺陷的絕對(duì)數(shù)量，提高了產(chǎn)品的合格率。

1 原材料

原材料的穩(wěn)定是保證尺寸一致性的前提，小組采用了3個(gè)廠家的同級(jí)別的EPS原料，預(yù)發(fā)密度相同，用同一幅模具制出的模樣通過(guò)熟化后，模樣的收縮值卻相差較大，見(jiàn)表1。

表1 原材料性能

經(jīng)分析主要是由于珠粒的分子量不同，模樣的強(qiáng)度、剛度和線收縮不一致。由于目前我們不具備檢測(cè)能力，所以固定原材料廠家，保證模樣的性能、尺寸一致性就顯得尤為重要。

2 珠粒的預(yù)發(fā)密度

珠粒預(yù)發(fā)是消失模鑄造的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，因?yàn)槊芏鹊牟▌?dòng)會(huì)影響到模樣的收縮、強(qiáng)度及澆注產(chǎn)生缺陷等問(wèn)題。我們對(duì)預(yù)發(fā)設(shè)備的能力進(jìn)行了數(shù)據(jù)收集，發(fā)現(xiàn)預(yù)發(fā)過(guò)程密度波動(dòng)較大，如圖1所示。

我們細(xì)化了珠粒的投入量，優(yōu)化了設(shè)備的參數(shù)，最終縮小了密度范圍。如圖2所示。

圖1 珠粒的預(yù)發(fā)密度

圖2 優(yōu)化后密度范圍

預(yù)發(fā)過(guò)程的參數(shù)調(diào)整和優(yōu)化必須結(jié)合自身設(shè)備的特點(diǎn)以及原料、蒸汽等條件，必須認(rèn)真分析密度波動(dòng)的相關(guān)因素，逐一調(diào)整驗(yàn)證，并將最佳的參數(shù)持續(xù)固化。不能照搬別人給你提供的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 制模

泡沫模型是消失模鑄造生產(chǎn)的根據(jù)，沒(méi)有好的泡沫型，無(wú)法生產(chǎn)出好的鑄件。好的泡沫模樣外觀填充均勻、泡沫珠粒融合致密，沒(méi)有過(guò)生或過(guò)熟現(xiàn)象，說(shuō)得容易，真正做到融合好，不是一件容易的事，首先模具表面光潔、氣塞分布合理（該密的部位要密，該稀疏的部位要稀疏）暢通，充料位置合理是前提。制模過(guò)程參數(shù)也很關(guān)鍵，從2007年對(duì)成型機(jī)制模過(guò)程由手動(dòng)改為自動(dòng)后，通過(guò)完善過(guò)程參數(shù)，基本上杜絕了人為因素的發(fā)生。

另外模具的結(jié)構(gòu)合理，使泡沫珠粒受熱均勻，冷卻均勻，脫模順暢，變形傾向就小。需要注意的是，模樣在脫模時(shí)由于剛脫離熱環(huán)境，抗變形能力很差，而一個(gè)因變形而報(bào)廢的鑄件通常要到加工過(guò)程才能發(fā)現(xiàn)，所造成的損失要比其他缺陷大得多。因此，模樣在取模和熱態(tài)搬運(yùn)過(guò)程中，需要注意模樣的熱蠕變變形。復(fù)雜的模樣需要設(shè)計(jì)校正工裝來(lái)滿(mǎn)足零件的尺寸要求。要保證尺寸精確，二次收縮量和三次收縮量要合理。每一個(gè)零件由于結(jié)構(gòu)不同收縮值也不同。如圖3所示。另一種產(chǎn)品在不同時(shí)間段的收縮趨勢(shì)如圖4所示。

圖3 正常情況下模型收縮趨勢(shì)

另一種產(chǎn)品在不同時(shí)間段的收縮趨勢(shì)如圖4。

圖4 殼體收縮趨勢(shì)

泡沫型自身的尺寸穩(wěn)定時(shí)間約在20d～50d；不同的使用時(shí)間會(huì)造成尺寸的不同。同一套模具發(fā)泡的密度不同，收縮量不同，也會(huì)有尺寸的差異。模樣的組合方式不同，也會(huì)造成收縮量的不同，一個(gè)零件水平放置的線收縮，與垂直擺放的線收縮，差的很多。澆注溫度不同，也會(huì)造成尺寸的變化，所以，模具設(shè)計(jì)的縮量，要與鑄造工藝相配合，要在此基礎(chǔ)上調(diào)整各部位的縮量，每一個(gè)殼體類(lèi)零件，不同部位的縮量是不同的。所以前期策劃和合理的安排生產(chǎn)很重要。

近幾年國(guó)內(nèi)大部分消失模模具都增加了預(yù)開(kāi)模裝置，它的優(yōu)點(diǎn)是明顯的有利于模樣成型，并且在模樣的平面光潔度得到了提升，但模樣局部密度卻幾乎增加了50%。就拿7mm～8mm的殼體零件來(lái)說(shuō)，模具的預(yù)開(kāi)?？p隙一直在2mm～4mm波動(dòng)，制出的模樣重量偏差較多，多用原料不說(shuō)，導(dǎo)致模樣收縮不一致，進(jìn)而在黑區(qū)澆注帶來(lái)缺陷上升傾向。所以，在模具驗(yàn)收和使用過(guò)程最好不要使用預(yù)開(kāi)模，如果必須使用，就必須控制預(yù)開(kāi)?？p隙的一致性，一般1mm～2mm就可以了。

4 模樣熟化過(guò)程

模樣熟化主要的目的是穩(wěn)定模樣的尺寸；讓模樣內(nèi)部的水分和發(fā)泡劑盡可能多的揮發(fā)掉，避免在黑區(qū)澆注過(guò)程中出現(xiàn)發(fā)氣量大導(dǎo)致金屬液反噴現(xiàn)象發(fā)生，以及碳缺陷傾向增加。由于水分和發(fā)泡劑遇到高溫都會(huì)產(chǎn)生爆炸性氣體，為了檢測(cè)模樣內(nèi)部的水分和戊烷（我們簡(jiǎn)稱(chēng)綜合揮發(fā)分）含量。將熟化間擺放的6層模樣，從上到下依次抽取模樣厚大部位的珠粒3g，稱(chēng)量后在烘箱內(nèi)用150℃烘干1 h后測(cè)量出它的差值。趨勢(shì)如圖5所示。

圖5 綜合發(fā)揮發(fā)份與存放位置的單值圖

從分析結(jié)果看出，由于模樣在熟化間擺放的位置不同，綜合揮發(fā)分的含量差異較大。合理的綜合揮發(fā)分含量應(yīng)該是多少，業(yè)內(nèi)同行說(shuō)法不一致。對(duì)不同綜合揮發(fā)分含量的模樣多次進(jìn)行了澆注對(duì)比，含量高的模樣發(fā)氣量大，產(chǎn)生缺陷的傾向大。所以，要盡量均衡熟化干燥間上部和下部的溫差，縮小綜合揮發(fā)分含量之間的差異。

熟化時(shí)間和模樣重量如表2。

在以往生產(chǎn)過(guò)程中，熟化時(shí)間由經(jīng)驗(yàn)得到，沒(méi)有具體的數(shù)據(jù)支撐，在本次試驗(yàn)中對(duì)熟化時(shí)間的不同進(jìn)行模片重量的測(cè)量，可以看出熟化48 h與72 h后平均差值為2.6g，理論模片重量為300g±15g，模片重量均值在上限。小組認(rèn)為，模樣的重量只要有變化，就要延長(zhǎng)模樣的熟化時(shí)間。所以要根據(jù)不同零件確定最佳的熟化時(shí)間。

5 掛涂過(guò)程

質(zhì)量小組利用了半年時(shí)間對(duì)涂料的密度進(jìn)行了優(yōu)化。涂料的密度決定了涂層的厚度，在骨料和其他材料不變的情況下，厚度就決定了涂層的透氣性，透氣性直接控制著泡沫熔化和分解的產(chǎn)物逸出的速度，從而決定了液態(tài)金屬流動(dòng)速度，進(jìn)而決定了是否可以消除氣孔、冷隔、澆不足、積碳等缺陷的發(fā)生。由于大部分企業(yè)不具備對(duì)涂料透氣性的測(cè)量，所以對(duì)涂料密度的控制尤為重要。

表2 模樣熟化時(shí)間及重量

稱(chēng)量浸涂干燥后的模樣重量來(lái)對(duì)應(yīng)掛涂前測(cè)量的密度值，最終達(dá)到涂層的厚度滿(mǎn)足澆注過(guò)程要求。模樣的重量一致性穩(wěn)定為目的。

以前涂料的密度控制在1.5g/m3～1.7g/m3。其中一個(gè)殼體涂料干燥后重量一直在3.5 kg～4.5 kg之間波動(dòng)。我們發(fā)現(xiàn)密度每上升0.01g/m3模樣的重量就增加0.12 kg。針對(duì)此問(wèn)題，我們將重量上限和下限的模樣進(jìn)行了澆注對(duì)比試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)3.8 kg～4.5 kg的模樣，缺陷傾向增加。最終確定了涂料的密度控制在 1.52g/m3～1.6g/m3。模樣的重量保持在 3.2kg～3.5kg之間。需要注意的是，單因子驗(yàn)證過(guò)程中要避免一些其他因素的影響。比如涂料有很強(qiáng)的吸潮性，烘干以后如果不保存在干燥的烘房?jī)?nèi)，會(huì)吸濕，降低強(qiáng)度，涂層吸濕以后，會(huì)導(dǎo)致變形、冷隔、澆不足、積碳等缺陷的發(fā)生。影響最終驗(yàn)證效果。

6 結(jié)論

1）每一個(gè)零件都有它的特點(diǎn)，項(xiàng)目前期策劃必須做好，否則要走彎路、做無(wú)用功。

2）不能照搬別人給你提供的經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。必須深入現(xiàn)場(chǎng)掌握第一手資料；養(yǎng)成“以數(shù)據(jù)說(shuō)話(huà)”的習(xí)慣；

3）定型的工藝參數(shù)必須確定并堅(jiān)持，以保證消失模工藝過(guò)程的成功。