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消失模的“白区”

新闻来源:www.jinshencn.com  发布时间:2015-10-20 17:00:12  点击量:  次

    消失模的“白区”
    自从1958年H.F.Shroyer取得了第一个专利以来,消失模铸造技术得到了越来越广泛的应用。许多作坊小店和大型铸造厂已经把这种工艺当作一种可行的办法去满足客户对形状复杂铸件低成本、高质量的要求。尽管这种消失模铸造技术得到了认可,但与其它成熟的浇铸方法相比,它仍被理解成一种新兴的工艺。
    消失模铸造技术被分解成三个步骤:白区、浇铸和最后清整工序。消失模铸造工人根据聚苯乙烯的发泡成型制造了“白区”这个词,并且,测得最终铸件质量 80~90%取决于白区工序。白区工序过程是珠粒发泡、泡沫成型、组合成串、刷涂料、烘干。而整个技术的其它工序也很重要(事实上,浇铸一个消失模模样跟一个空腔铸型没有半点相似之处)。这篇文章重点在于介绍消失模白区工艺以及白区在制作高质量的大批量铸件中的作用。
    为了清楚的说明消失模铸造中的泡沫成型部分,关于消失模铸造模具是如何制得的讨论是必须的。
    一.模具设计
    为了保证铸件既满足产品功能要求又能达到可铸和方便加工的要求,在零件设计人员,消失模铸造工作者和机械加工人员中实施并行工程是必须的。消失模铸造技术的真正价值是零件的设计可以比典型的用在型砂和金属模中的型芯更复杂。机器加工步骤可以免去,并且整个零件可以被粘合以消除垫圈和/或联接紧固密封圈。如果产品客户和加工客户真正懂得消失模铸造配件给产品设计带来的价值,消失模铸件将得到更广泛的应用。
    零件设计人员和模具设计人员进行同步设计时,三维电脑工作平台的使用是必须的,模具设计者可以把草图、拔模斜度、倒圆和缩放因素放入到零件设计中。当零件设计者改进图纸时,模具设计者可以开始设置分模线、融合线和必须的抽芯机构来制泡沫模型,模具壁厚和模具嵌块正确使用的重要性,透气塞和射料枪的合理布置是三个属性,不仅用于产品设计,也可用于模具设计。使用电脑“壁厚探测器”探测薄壁问题。图1~2展示出了许多在这里被讨论的典型消失模模具的特征。
    一个消失模模具的设计制造中心包含“普通模具库”的使用、这个“三维电子CAD库”存有消失模模具用到的所有普通硬件,消失模铸造模具设计者利用电子三维馆中储存的样品并使之适用于设计中的特殊零件。这“普通模具库”包含特定工程配件,一般商品(紧固件、定位器、汽缸、活块等),并且有超出模具设计的射料枪,射料枪安装夹板,汽室和绝缘装置,型芯抽出装置,限制开关等等。这个库中还包含所有的重要配合尺寸和被并入到泡沫模型店中的制模和粘合机器的工作参数。普通几何尺寸合公差也被收藏到这个库中,假如希望的话,快速变化模具可以被设计,包括蒸汽、水、电流、压缩空气、真空源等等。
    如果真正的并行工程尝试被零件设计、模具设计者、模具操作者采用以及在铸造厂中浇铸成型,这个普通模具库就变得真的有价值,从过去的工作中可学得经验并存档到这个电子CAD库中,所以新的零件设计可以建立在这些取得的经验上。举个例子,当检测一个模具的故障,模具机器操作者发现不管他如何调整机器参数,总是不能把料填到模具中的特定区域中。这个模具的设计者被咨询后,作出了在问题区域添加一把射料枪或者添加透气孔的决定。于是,射料问题解决了。当这个模具设计者研究了问题区域的几何结构,他制出了射料枪和透气孔的分布规则用于将来的模具设计。一份标准的设计清单、材料清单和过程清单可从这发展出来,这库引领着将来的零件设计。
    二.制造模具
    当消失模铸造模具设计完成以后,就可以制造了。现在有许多有能力的消失模模具工厂,他们可以画出三维CAD模型并将它直接转化成数控机床程序来进行加工。我们现在生存的电子时代充满网络,可在各种群体间进行CAD文件的快速传输,这为我们制造模具缩短了时间。即是有这种电子交流方式,为了确保有个良好的开端,模具设计者参观模具制造工厂和模具使用部门到现场了解情况是必须的。理想的模具设计者要有模型制作和模制机器经验并知道消失模模具的真正要求才能生产出一个高质量的泡沫模型。
    模具制完后,所有的模具在运送到泡沫成型厂前进行空循环。模具的质量在制造高质量的泡沫模样、模样组合以及组合成串时起很大的作用。
    三.发泡成型
    消失模模具是由铝合金制成的以便在成型周期中进行快速的热传递,当模具加热和冷却得越快,成型周期就越短。大部分的模具壁厚是6~10mm,背面是薄壳随形以得到一个恒定的壁厚。当铸件比较大时,模具就需要肋板来支撑,为了保持壁厚,需要安装许多嵌入块(分别加工出来的有空腔形状的固定在模具板上的物体)。除此之外,射料枪放置位置和增加抗弯强度的肋板也必须在模具上得到体现。最后,必须要有成千上万的透气塞。这样,就能使射料时型腔中的气体溢出并使珠粒在成型周期中的不同阶段置于蒸汽、真空和压缩空气之下。
    因为成型周期包含有许多步骤,从细节上检查一下最重要的一些步骤就可以对整个周期有个基本的了解,所要经过的步骤(见图三)是:预热、射料、熔接、冷却、取出模型。
    成型周期的第一个主要步骤是预热。在预热过程中模具被蒸汽加热并把模板上的水分排走。模板表面或里面剩下的水分会阻碍珠粒的流动导致模型缺陷。在预热中,模具温度上升到200F(93°C).
    预热后模具闭合,通过文托里管(一种普通料枪)往模腔中射入聚苯乙烯(EPS)颗粒。在射料过程中,所有的管道(包括所有的透气阀)都打开,好让空气从模板中的透气孔溢到模腔外,射料后将是两次融合过程。
    融合的第一步是清洗过程。在清洗中,所有的排气阀打开,蒸汽阀被调节到一个特定的压力点。这个过程在低压下使模样产生初始融合,此过程中,蒸缸中的压力是 1.3~1.5bar(18.9~21.8psia),清洗完成后,融合的第二步骤是高压阶段。这时所有的排气阀关闭,蒸汽阀被调到一个很高的压力点,它的压力和温度比清洗过程高很多,使模型的表面达到了铸件要求的光滑程度。高压阶段所得到的压力很大程度上取决于模型的尺寸。典型的高压范围从 2.2~2.5bar(31.9~36.3psia)。这时模具温度范围为245~260F(118~126°C)。
    在清洗过程中,也可以选择用两股交叉的蒸汽流。这些步骤包括打开模具一边的蒸汽阀和另一边的排气阀。例如:可以在一个设定的时间段和压力下打开动模的蒸汽阀和定模的排气阀(根据下文,此处应为“打开定模的蒸汽阀和动模的排气阀”),这个步骤使得蒸汽从模具的定模部分通过模腔流到动模部分。接下去的蒸汽流是一个相反的过程,它使气流从动模流入,定模流出。紧跟着交叉蒸汽的是高压步骤。
    一旦模样熔合成型时它必须冷却下来以便从模具中脱出。冷却阶段的第一步是向下吹气。在这一步中,机床的管道(和透气阀)开着以释放高压阶段时在蒸缸中形成的压力。当向下吹气完成以后,把蒸缸抽成真空来冷却泡沫模样和模板。同时,把冷水[55F(12°C)]喷在模板的后面。这样,降低的压力和模板上的热量使水相变成气体,这种从水到气体的相变所需的高能量是由模板提供的。结果,这个过程使模板和泡沫模样冷却下来。根据泡沫模样的大小,模具可被冷却至 80~140F(26~60°C)。使用冷水而不用真空加水也可同时冷却模具和模样。这种工序在水平开合、垂直分模的机床上工作可以使水流到管道中,可很好的进行。而在垂直开合、水平分模的机床上,水不能方便的从上模流下,这时需要选用真空冷却方法。
    当模样冷却后,在动模部分抽真空以使模样贴在动模部分。接着机床运行到开模位置,一个带真空的取模装置被用来和机床的空气部分联接将模样从模具中取下来。这个取模装置接着收回并将模样送给操作员检查,操作员再把模样放到熟化架上。
    当模样刚从模具上取下时,它比一般尺寸小,几个小时后留在泡沫中的水分挥发掉后会变大。几小时后,模样保持尺寸稳定,但接着随着时间过去它开始收缩。若用自然熟化的方法,泡沫模样从模具中取出后放置三天才可浇铸,一条模样的熟化曲线由图四给出。若强行熟化(在炉中熟化3~5个小时),模样可几星期后才浇铸。
    四.成型缺陷
    在模具循环工作中,若在各个步骤中都采用合适的操作参数将恒定的得到高质量的泡沫模样。但是,在各种方法中,错误的操作将引起过烧得到有缺陷的模样。在模具操作中,为了保持稳定性,为了恰当的使泡沫成型,必须使熟化好的颗粒属性符合设定的规格。熟化好后颗粒的戊烷(发泡剂)含量和密度将从外观上、尺寸上对泡沫模样质量以及铸件缺陷分布有重要影响。
    除了颗粒属性外,必须合理的操作成型机。最普通的一种缺陷是射料不足。当模样的任一地方没有得到足够的珠粒时,这种缺陷就出现了。引起这种缺陷的原因可能有好几种,包括:
    l 没有充分的除去模具中的水分。
    l 没有正确的操作射料枪。
    l 珠粒罐或者珠粒输送管被塞住了。
    l 射料枪放置位置不对。
    l 模具上的透气塞数量不够。
    这种缺陷还可以表现为过烧。因为有限的珠粒没办法抵抗现有的蒸汽流。过烧和欠烧(图五)也是常见的缺陷。顾名思义,它们是由于模样的特定区域经受太多或者太少的热量引起的。这种缺陷在制模循环中的高压阶段可通过控制压力来修正。此外,没有充分的预热可导致欠烧,不充分的冷却导致过烧。欠烧将使模样不牢固,珠粒会很容易的从缺口面掉下来。当模样欠烧,在压紧时它们容易受其它缺陷的影响。欠烧可导致粗糙的表面,这将导致铸件清理后更多的涂料残余在颗粒之间的夹缝处;过烧使模样极富伸缩性,得到一个不规则的容易起皱的表面。就像其它大部分缺陷,这种表面将直接传到铸件表面。
    模样得不到充分冷却时将产生后膨胀。在EPS珠粒仍然柔软易受影响时,冷却不足使残留在珠粒中的发泡剂继续膨胀,当模具分开时,泡沫模样不再受模具的约束,这时后膨胀发生了。它也发生在模样完全从模具上取下来之后。当一个正常的平面凸起膨胀时就可以观察到“后膨胀现象”。后膨胀不仅影响到泡沫模样的尺寸精度,而且也在装配时影响粘胶的运用。这种缺陷可通过加长冷却时间或在出现问题的模具区域上加个水喷头来克服.