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河 北 机 电 职 业 技 术 学 院 毕 业 论 文河北机电职业技术学院毕业论文题目：消失模铸造工艺过程及分析班 级：材料0901姓 名： 林学彬专 业： 材料成型与控制技术指导教师： 张元华答辩日期：摘 要本文介绍了消失模铸造的工艺及分析以及浇冒口的计算选择，浇注系统的选择。本文针对消失模铸造又称为干砂实型负压铸造，国外称之为EPC(Expendable casting proces 简称EPC)，是目前国际上最先进的铸造工艺之一，被誉为铸造史上的一次“革命”，国内外称之为21世纪绿色铸造。消失模铸造是将与铸件尺寸形状相似的石蜡或泡沫模型粘结组合成模型簇，刷涂耐火涂料并烘干后，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注，使模型气化，液体金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的新型铸造方法。消失模铸造是泡沫塑料模采用无黏结剂干砂结合，抽真空技术的实型铸造(简称FM)由于这种铸造方法投资少，成本少，铸造尺寸精度高和表面光洁，大大降低劳动强度和改进作业环境实现铸造车间清洁生产，近年来发展很快成为今日铸造的热点。关键词：消失模，铸造，构型连杆 前言随着改革开放和经济建设的发展，以及竞争激烈的国际市场的需求，就要对铸件生产实现科学化控制，确保铸件质量，缩短试制周期，降低铸件成本，增强竞争能力，提高经济效益。例如本课题铸件复杂系数高，试制周期长，生产难度大，所花费的人力、物力较大，所以采用消失模技术可以大大降低试制周期，生产难度。仅仅依靠当前采用的传统的、依赖传统的铸造生产方法是远远满足不了企业发展需求的。只有消失模铸造技术的发展应用才是改造传统铸造产业的必由之路。选定此课题的意义就在于全面提升铸造工艺水平、缩短产品开发周期、提高工艺出品率、提高铸件质量、降低生产费用、提升企业竞争力。 近年来，随着市场竟争的日趋激烈，对产品从设计到正式投产的开发周期的要求越来越短， CAD/CAE/CAM技术、并行技术、快速成型技术等高新技术在铸造生产中不断地被采用和集成。就上述原因，本次设计选择了消失模铸造工艺及分析作为设计课题。由于本人水平有限，疏漏与错误之处在所难免，敬请各位读者不吝赐教。目 录前言1第一章 绪论21.1 选题背景21.2.1消失模铸造特点31.2.2消失模优点与工艺技术简介41.3 华铸CAE/InteCAST系统41.4 研究内容51.5 研究方法6第二章 铸造工艺方案设计82.1 铸造工艺设计的介绍82.1.1 铸造工艺设计的概念82.1.2 设计依据82.1.3 铸造工艺设计的内容82.1.4 铸造工艺设计的一般步骤92.2 消失模铸造工艺的介绍102.2.1 原理102.2.2 优点102.3 模型材料泡沫聚苯乙烯塑料112.4 模型的制造122.4.1 发泡成型132.4.2 加工成型132.4.3 手工加工152.5 模型的结构与装配152.5.1 各种粘结剂性能介绍152.5.2 粘合方法162.5.3 塑木结构162.5.4 空心结构172.6 铸件浇注位置的选择172.7 铸造工艺参数182.7.1 铸件尺寸公差182.7.2 铸件重量公差192.7.3 铸造收缩率192.7.4 机械加工余量202.7.5 最小铸出孔及槽202.7.6 其它铸造工艺参数202.8 浇冒口系统设计222.8.1 浇注系统222.8.2 冒口及冷铁242.9 设计中的相关数据计算252.10 小结27总结与体会53谢 辞54参考文献55附 录56第一章 绪论1.1 选题背景目前，随着产品需求的多样性、多变性、技术更新周期不断缩短等特点。1958年,美国的H.F.shroyer发明了用可发性泡沫塑料模样制造金属铸件的专利技术并取得了专利(专利号USP2830343)。最初所用的模样是采用聚苯乙烯(EPS)板材加工制成的.采用粘土砂造型,用来生产艺术品铸件。采用这种方法,造型后泡沫塑料模样不必起出,而是在浇入液态金属后聚苯乙烯在高温下分子裂解而让出空间充满金属液,凝固后形成铸件。1961年德国的Grunzweig和Harrtmann公司购买了这一专利技术加以开发,并在1962年在工业上得到应用。采用无粘结剂干砂生产铸件的技术由德国的H.Nellen和美国的T.R.Smith于1964年申请了专利。由于无粘结剂的干砂在浇注过程中经常发生坍塌的现象,所以1967年德国的A.Wittemoser采用了可以被磁化的铁丸来代替硅砂作为造型材料,用磁力场作为粘结剂。这就是所谓磁型铸造。1971年,日本的Nagano发明了V法(真空铸造法),受此启发,今天的消失模铸造在很多地方也采用抽真空的办法来固定型砂。在1980年以前使用无粘结剂的干砂工艺必须得到美国实型铸造工艺公司(Full Mold Process,Inc)的批准。在此以后,该专利就无效了。因此,近20年来消失模技术在全世界范围内得到了迅速的发展。1.2 消失模铸造特点1.2.1铸件精度高消失模铸造是一种近无余量、精确成型的新工艺,该工艺无需取模、无分型面、无砂芯,因而铸件没有飞边、毛刺和拔模斜度,并减少了由于型芯组合而造成的尺寸误差。铸件表面粗糙度可达Ra3.2至12.5m；铸件尺寸精度可达CT7至9；加工余量最多为1.5至2mm，可大大减少机械加工的费用，和传统砂型铸造方法相比，可以减少40%至50%的机械加工间。 1.22设计灵活为铸件结构设计提供了充分的自由度。可以通过泡沫塑料模片组合铸造出高度复杂的铸件。 1.23无传统铸造中的砂芯因此不会出现传统砂型铸造中因砂芯尺寸不准或下芯位置不准确造成铸件壁厚不均。 1.24清洁生产型砂中无化学粘结剂,低温下泡沫塑料对环境无害,旧砂回收率95%以上。 1.25降低投资和生产成本减轻铸件毛坯的重量,机械加工余量小。 消失模铸造工艺与其他铸造工艺一样，有它的缺点和局限性，并非所有的铸件都适合采用消失模工艺来生产，要进行具体分析。主要根据以下一些因素来考虑是否采用这种工艺。1.铸件的批量 批量越大,经济效益越可观。2.铸件材质 其适用性好与差的顺序大致是:灰铸铁-非铁合金-普通碳素钢-球墨铸铁-低碳钢和合金钢;通过必要的准备以不致使工艺实验、调试周期过长。3.铸件大小 主要考虑相应设备的使用范围（如振实台，砂箱）。4.铸件结构 铸件结构越复杂就越能体现消失模铸造工艺的优越性和经济效益,对于结构上有狭窄的内腔通道和夹层的情况,采用消失模工艺前需要预先进行实验,才能投入生产。1.3 消失模优点与工艺技术简介。一、 设备的用途1、结构形状不受铸造工艺限制，为产品的设计制造提供了广泛的自由度，生产周期短，生产效率高，不用混砂、下芯、起模、合箱、分型、易于一箱多铸、群铸，实现最优化的设计，避免了因下芯、起模、合箱等因素引起的铸造缺陷和废品 2、铸造尺寸精度高，形状尺寸准确，内外质量好，具有精密铸件的特点，可部分取代熔模精密铸造，减少机械加工余量最高可达60%，工艺出品率可达95%。 3、投资少、上马快、用人少、成本低、设备紧凑、占地面积小、工艺技术易于掌握，便于实现机械自动化生产。 二、生产原理与工艺流程按EPC工艺先制成泡塑模型，涂挂特制涂料，干燥后置于特制砂箱中，填入干砂，三维振动紧实，抽真空状态下浇铸，模型气化消失，金属置换模型，复制出与泡塑模一样的铸件，冷凝后释放真空，从松散的砂中取出铸件，进行下一个循环。 1、制作泡塑气化摸具（手工、机械）； 2、泡塑气化.模具主合后烘干： 3、泡塑气化模具表面刷、喷耐火涂料后再次烘干（一定干透）： 4、将特制砂箱置于三维振实台上： 5、填入低砂（干砂）振实、刮平： 6、将烘干的泡塑气化模具放于底砂上，按工艺要求分成填砂，自动振实一定时间后刮平箱口： 7、用塑料薄膜覆盖砂箱口，放上浇口杯，接负压系统。紧实后进行钢液浇铸，泡塑气化模具消失，金属液取代其位置； 8、铸件冷凝后释放真空并翻箱，取出铸件，进行下一个循环。1.2.2 铸件充型过程数值模拟研究现状 充型过程对铸件的最终质量起着重要作用，许多铸造缺陷，如卷气、夹渣、缩孔、缩松、冷隔等都于充型过程有关。充型过程数值模拟的目的有两方面:一是预测充型不合理而引起的铸造缺陷，以优化浇注系统；二是为随后进行的凝固过程数值模拟提供较准确的温度场，进一步提高凝固模拟的精度。随着计算流体力学和计算机技术的进步，20世纪80年代开始了充型过程数值模拟的研究。1983年，W.S.Huang在美国匹兹堡大学和 R.A.Stoehr教授首先将计算流体力学的研究成果用于解决铸造充型问题，模拟了平板铸件的充型过程。1984年，美国学者P.V.Desai首先将充型过程的流动与传热结合起来，研究了强制对流情况下内浇道中的温度分布。随后，世界各国纷纷开展了这方面的研究，经过短短十几年时间，充型过程数值模拟不仅实现了二维到三维的进展，而且在数学模型的选择、数值计算方法的改进及实际应用中都取得了很大进展，并出现了许多商品化软件，这些软件的功能也向低压铸造、压力铸造、熔模铸造、消失模铸造等特种铸造工艺扩展。国内在铸件充型过程数值模拟的研究基本上可以跟踪世界先进水平，但在软件开发和生产应用方面与发达国家相比还有较大差距，在某些方面，例如有限元计算三维充型凝固过程及物性参数、收缩缺陷判据、传热边界条件等方面，还缺乏相关的研究。1.3 华铸CAE/InteCAST系统华铸CAE是一款对铸件充型过程进行计算机数值模拟仿真的软件。其包括前置处理模块、计算分析模块以及后置处理模块。前置处理模块包括对铸件、砂芯、铸型等的三维造型和网格剖分;计算分析模块是对铸件/铸型的各物理场进行求解;后置处理模块是把计算结果以曲线、图形、图像以及动画等表达方式直观有效地表达出来。最后根据模拟分析的结果判断工艺的优劣,如果工艺不可行,则改进工艺重新进行模拟分析直至获得一个比较满意的结果,这样就实现了在计算机虚拟环境下优化工艺的目的。图11是华铸CAE/InteCAST的基本模块和功能。 前处理 三维造型，网格剖分 计算分析 充型过程分析，耦合分析， 凝固过程分析，铸件凝固 与缩孔形成过程分析 后处理 图形，曲线，数值鼠标 帧动画，实时动画 五大专用模块 STL处理，切片显示， MAT旋转，温度曲线， 缺陷判断数据库辅料库合金库（碳钢，低合金钢，高合金钢）图11 华铸CAE/InteCAST的基本模块和功能华铸CAE软件系统采用了有限差分法,其流动场数值分析是基于SOLA-VOF方法,该CAE软件系统是用体积函数来跟踪自由边表面的位置,另外该系统采用惯性原理和连续性原理相结合的方法比较合理地处理了自由表面的速度边界条件。1.4 Pro/Engineer4.0三维建模软件Pro/Engineer是美国参数技术公司（Parametric Technology Corporation，简称PTC）的重要产品，是一款集CAD/CAM/CAE功能一体化的综合性三维软件，在目前的三维造型软件领域中占有着重要地位，并作为当今世界机械CAD/CAE/CAM领域的新标准而得到业界的认可和推广，是现今最成功的CAD/CAM软件之一。Pro/Engineer是3D产品设计的行业标准，作为业界领先的生产效率工具，它促进用户采用最佳设计做法，同时确保遵守业界和公司的标准。集成的参数化3D CAD/CAM/CAE解决方案可让您的设计速度比以前都要快，同时最大限度地增强创新力度并提高质量，最终创造出不同凡响的产品。经过10余年的发展，Pro/Engineer已经成为三维建模软件的领头羊。PTC的系列软件包括了在工业设计和机械设计等方面的多项功能，还包括对大型装配体的管理、功能仿真、制造、产品数据管理等等。Pro/Engineer还提供了全面、集成紧密的产品开发环境，是一套由设计至生产的机械自动化软件，是新一代的产品造型系统，是一个参数化、基于特征的实体造型系统，并且具有单一数据库功能的综合性MCAD软件。基于Pro/Engineer具有以上强大的功能，我在本次设计当中选择了Pro/Engineer 4.0作为三维建模工具。1.5 研究内容在三维建模的过程当中，本论文研究解决以下问题：1) 研究Pro/Engineer4.0的建模方法；2) 根据铸造工艺手册，确定模型铸件的各项工艺参数，其中包括消失模的原理，模型材料的制备，模型的制造，设计等等；3) 确定方案，画出铸件模型（其中包括浇注系统的位置选定，冒口的安放位置）。在铸造CAE技术的应用过程中，本论文研究解决以下问题：1） 研究华铸CAE的使用方法；2） 确定计算机仿真模拟计算的各项技术指标，把铸件模型导入华铸CAE系统进行计算模拟仿真；3） 通过对铸件充型过程、凝固过程的数值模拟、仿真和缺陷预测，优化工艺设计方案。1.6 研究方法1） 根据铸造工艺要求(包括加工余量、工艺补正量、反变形量、收缩率、圆角、浇冒系统等工艺参数)进行三维铸件造型、浇冒口造型、生成铸造工艺数值模拟分析的实体造型；2） 把三维铸件造型利用STL文件格式导入华铸CAE系统进行数值模拟仿真计算；3） 根据仿真计算结果，分析形成缺陷的原因，进一步改进工艺方案，优化设计方案。其主要流程如图12所示：第二章 铸造工艺方案设计2.1 铸造工艺设计的介绍2.1.1 铸造工艺设计的概念 铸件的生产过程，从零件图开始，一直到铸件成品检验合格入库为止，要经过很多道工序。涉及到合金熔炼，造型、制芯材料的配置，工艺装配的准备，铸型的制造、合箱、浇注、落沙、和清理等许多方面。人们把一个铸件的生产过程称为铸造生产工艺工程。工艺设计就是根据零件的结构特点、技术要求、生产批量和本身的生产条件等，确定零件较合理而经济的成型工艺方案，绘制铸造工艺图以及编制有关的技术文件。其中，最主要的工作是确定铸造工艺方案和和绘制铸造工艺图。这些技术文件必须结合工厂的具体条件，是在总结先进经验的基础上，以图形、文字和表格的形式对铸件的生产工艺过程加以科学的规定。它是生产的直接指导性文件，也是技术准备和生产管理、制定进度计划的依据。2.1.2 设计依据设计人员在动手设计前，必须做周密的调查研究，掌握工厂和车间的生产条件，了解生产任务和要求等详细情况。这些都是设计的原始条件，也是设计的依据。此外，设计人员应对国内外铸造工艺的先进科学技术有比较透明的了解，方能带到更高设计水平。2.1.3 铸造工艺设计的内容（1）铸件结构的工艺性a铸造工艺对铸件结构的要求；b铸造合金对铸件结构的要求；c铸造方法对铸件结构的要求；（2）铸造工艺方案的确定a件浇注位置的选择；b模型的制造c模型的结构与装配（3）铸造工艺参数的确定a铸件尺寸公差；b造收缩率；c机械加工余量；d小铸出孔及槽；（4）浇冒口系统设计a注系统类型的选择；b注系统各浇道（浇口杯、直浇道、横浇道、内浇道）的尺寸设计；c冒口及冷铁的选择；2.1.4 铸造工艺设计的一般步骤（1）对零件图纸进行审查和进行铸造工艺性分析。（2）选择铸造方法。（3）确定铸造工艺方案。（4）绘制铸造工艺图。（5）绘制铸件图。在这阶段中，对铸造工艺方案、各种工艺参数以及浇冒系统设计等，用木模、木芯盒进行反复调试和修改，直到符合要求为止。在此基础上绘出正式铸造工艺图和铸件图，铸件图经设计、机加工和铸工等部门共同会签之后方为有效。2.2 消失模铸造工艺的介绍2.2.1 原理消失模铸造，又称实型铸造，是用聚苯乙烯泡沫塑料模代替金属模和木模等来进行造型、浇注的（无空腔）铸造方法。在这种铸造法中，模型及浇冒口用聚苯乙烯泡沫塑料制成。模型是整体的或部分的（即塑-木结构）。如图1所示，将模型放在砂箱内用型砂充填舂实后，模型不取出，当金属液注入铸型时，模型气化而失去，金属液取代原来的泡沫塑料模型的位置，凝固而成铸件。这种方法又可称为“气化模铸造法”或“全模铸造法”。消失模铸造与一般铸造法最大的不同点是铸造中没有型腔，没有分型面，可以不用型芯，省略了拔模、修型、烘型和合箱等工序。2.2.2 优点消失模铸造与一般铸造法比较有下列独特的优点：1. 节约木材。该法的应用可以节约大量的木材，这对落实伟大领袖毛主席关于“备战、备荒、为人民”的伟大战略方针有积极意义。2. 减轻劳动强度。由于实型法制模材料聚苯乙烯泡沫塑料比重很轻（约为0.0150.03克/厘米3），使制模操作轻巧灵活，而且造型时不需拔模、修型、合箱、烘型等工序，这都大大减轻了造型工的劳动强度。3. 简化工序，缩短铸造周期。由于消失模铸造模型是整体的，基本上不用型芯，省略了型芯和芯骨的制备工序，又是采用了冷固性型砂，不需要烘型、烘芯以及一些铸型的准备工作，操作中又省略了拔模、修型、配箱等工序，因此大大地缩短了铸造周期，提高了劳动生产率。4. 提高铸件的尺寸精度和质量。鉴于实型法的特点是在铸型中没有型腔、没有分型面和不需要拔模斜度，因而铸出的零件没有披缝和错箱，尺寸更接近于零件的最终尺寸，这样便提高了铸件的精度，甚至在某种程度上可以和精密铸造媲美。例如，1967年某厂生产一批中猛钢履带板，数量300余件，毛坯接触面尺寸精度要求高，用一般铸造法不能达到要求，我们就采用消失模铸造，模型发泡成型，结果生产出符合图纸技术要求的铸件，其模型见后面图4。再有，铸件在浇注过程中，由于泡沫塑料在高温金属液作用下气化而产生一般反压力，消除了金属液的飞溅现象同时使铸件凝固时受到一定的压力，借以得到致密的金相组织。5. 零件的设计制造自由度大。由于模型无须从铸型中取出，没有起模、修模等工序，因而零件设计不受铸造工艺限制，能制造一般铸造法无法制造或制造困难的任何形状铸件。6. 便于简化造型操作过程。局部使用泡沫塑料模型的铸造方法，即塑料与木模、塑料与金属模结合的方法，可达到简化造型操作过程，实现最佳工艺方案的目的。例如：活络快、法兰、托架凸起部、圆角出气口、浇口和冒口等，均可用泡沫塑料制造，造型时附装在木模或金属模型上，起模后泡沫塑料模部分留在砂型内，这样便不用担心它们是否拔得出来，还可减少砂泥芯和工艺设施，简化工艺方法。同时，这种方法亦可用于工艺效果显著的球形冒口 牛角式浇注等系统。7. 减少车间设备的投资费用。由于模型的材料质地很轻，造型时又不必翻箱，制造特大重型铸件可减少起重等设备。8. 便于实现铸造机械化和自动化。消失模铸造法若与流态自硬砂结合使用，可进一步省去舂砂等繁重体力劳动，有利于实现铸造生产机械化和自动化。9铸件的表面光洁度高； 10取消了砂芯和制芯工部，根除了由于制芯、下芯造成的铸造缺陷和废品； 11不合箱、不取模，大大简化了造型工艺，消除了因取模、合箱引起的铸造缺陷和废品； 12采用无粘结剂、无水分、无任何添加物的干砂造型，根除了由于水分、添加物和粘结剂引起的各种铸造缺陷和废品； 13大大简化了砂处理系统，型砂可全部重复使用，取消了型砂制备工部和废砂处理工部； 14铸件无飞边毛刺，使清理打磨工作量减少50%以上； 15可在理想位置设置合理形状的浇冒口，不受分型、取模等传统因素的制约，减少了铸件的内部缺陷； 16负压浇注，更有利于液体金属的充型和补缩，提高了铸件的组织致密度； 17组合浇注，一箱多件，大大提高了铸件的工艺出品率和生产效率； 18减少了加工裕量，降低了机加工成19可以取消拔模斜度； 20使用的金属模具寿命可达10万次以上，降低了模具的维护费用； 21减少了粉尘、烟尘和噪音污染，大大改善了铸造工人的劳动环境，降低了劳 动强度，以男工为主的行业可以变成以女工为主的行业； 22零件的形状不受传统的铸造工艺的限制，解放了机械设计工作者，使其根据零件的使用性能，可以自由地设计最理想的铸件形状； 23可减轻铸件重量； 24降低了生产成本； 25简化了工厂设计，固定资产投资可减少3040%，占地面积和建筑面积可 减少3050%，动力消耗可减少1020%； 26消失模铸造工艺不仅适用于几何形状简单的铸件，更适合于普通铸造难以下手的多开边、多芯子、几何形状复杂的铸件； 27消失模铸造工艺可以实现微震状态下浇注，促进特殊要求的金相组织的 形成，有利于提高铸件的内在质量； 28在干砂中组合浇注，脱砂容易，温度同步，因此可以利用余热进行热处 理。特别是高锰钢铸件的水刃处理和耐热铸钢件的固溶处理，效果非常理想，能够节约大量能源，缩短了加工周期； 29利用消失模铸造工艺，可以根据熔化能力，完成任意大小的铸件2.3 模型材料泡沫聚苯乙烯塑料在消失模铸造中，常用热塑料性聚苯乙烯泡沫塑料作模型材料。聚苯乙烯是一种碳氢化合物，按重量来说含92%的碳，8%的氢。聚苯乙烯由单体的苯乙烯聚合而成，其分子量在200000800000之间。目前国内生产的泡沫塑料用粘度法测定的分子量一般在60000左右，比国外的泡沫塑料分子量低很多。这主要是因为现在用的这种泡沫塑料不是为用于铸造而生产的，而是用在包装、建筑材料、冷冻绝热等方面。因此迅速生产出适合铸造用的泡沫塑料是摆在化工、塑料工作者面前的一项迫切任务。对于消失模铸造来讲，需要模型全部气化消失而被金属所代替，如果用密实聚苯乙烯塑料，则在气化时产生的气体量太多，来不及从铸型中全部逸出，而且，密实的聚苯乙烯不能充分气化，如在1000。C下完全燃烧，则1克分子（约104克）的聚苯乙烯所生成的气体超过1000升。因此，用泡沫聚苯乙烯塑料是较理想的。它内部结构式蜂窝状的，有许多封闭的空泡，其净体积仅为致密固态聚苯乙烯的2%左右，我们用的材料主要是在上海塑料七厂的可发性聚苯乙烯泡沫塑料。最初试验时曾少量用过上海塑料研究所的泡沫塑料。关于聚苯乙烯泡沫塑料的制备，其生产工艺流程如下：1. 苯乙烯的制造。工业上，在无水三氯化铝存在下，乙烯与苯发生烃化反应而合成乙苯，乙苯经催化脱氢而得苯乙烯。2. 苯乙烯的制得。聚苯乙烯由苯乙烯聚合而得。生产上一般采用99.5%以上的苯乙烯单体，在密闭的带有搅拌的不锈钢反应釜中，加23倍于苯乙烯单体的软水，另将适量的HPO引发剂（过氧化苯甲酰溶解在苯乙烯内）和分散剂PVA（聚乙烯醇）等一起加入釜中，加热至8090。C反应810小时，在聚苯乙烯珠粒形成并硬化后，继续升温至100。C以上熟化3小时左右，即可得到直径为0.53毫米的稍透明的聚苯乙烯珠粒，作为泡沫聚苯乙烯的原料。3. 泡沫聚苯乙烯的制得。一般有加温加压法和低温浸渍法两种方法，后者由于不适宜实际生产，故很少应用。加温加压法的基本原理是：使用低沸点发泡剂，在稍加热的条件下，依靠其本身对聚苯乙烯的溶胀和压力作用，渗入高聚物分子链之间而溶解在聚苯乙烯珠粒内。当进行预发泡加热（80110。C）时，聚苯乙烯达到软化状态，而发泡剂达到气态化，产生膨胀力，形成微孔泡沫。生产上用加温加压法的一把步骤如下（以1020目可发性聚苯乙烯珠粒为例）：（1） 浸发泡剂：我们所用的发泡剂是低沸点的戊烷石油醚，一般在40。C以下均可使用。另外辛烷、偶氮化合物及无机发泡剂也可采用，但效果及价格上均不及石油醚，故不大采用。其配方（重量百分比）为：聚苯乙烯珠粒 100水 160200戊 烷 610肥 皂 粉 35充 氮 0.5公斤/厘米2（压力）聚苯乙烯珠粒在100120。C反应釜内连续搅拌05小时，然后冷却至3538。C左右出料，经洗涤、冷冻、吹干等工序即可得到可发性聚苯乙烯。（2） 加热预发泡：一般生产是采用蒸气预发泡。据上塑七厂的经验，一般将预发温度控制在80105。C（视可发性聚苯乙烯珠粒存放时间而定），时间约1025分钟（视发泡剂含量、分子量及制品的比重而定）。为了使聚苯乙烯泡沫珠球具有弹性以及获得致密的泡沫塑料，一般预发好的聚苯乙烯颗粒需经一定时间的熟化过程。4. 成型。将已熟化好的预发聚苯乙烯珠球加入一定形状的模型内，注入蒸气或热空气，加热520分钟，使泡沫颗粒进一步膨胀，在型内压力作用下填满了颗粒与颗粒之间空隙，并使聚苯乙烯熔融而粘结在一起，获得表面光洁良好的泡沫塑料。如图2所示，左面的泡沫塑料减速箱盖模型是用右而预发好的聚苯乙烯珠球成型的。以下是泡沫聚苯乙烯塑料（比重为20公斤/米3）的物理（化学）性能指标：密度 0.0150.030克/厘米3（约为木材的5%），每立方米重约20公斤。疏松度 98%（每立方厘米含500010000孔，壁厚约1微米）。抗压强度 1.221.81公斤/厘米2。抗弯强度 3.023.8公斤/厘米2。冲击强度 0.460.49公斤/厘米2。热稳定性 75。C。吸水性23%（8个月后）。透气性 0.38克/米2小时。（其中抗压、抗弯、冲击、热稳定性数据来自上塑七厂可发性聚苯乙烯泡沫塑料性能表。）泡沫聚苯乙烯具有良好的绝缘性，它溶于酯、酮、苯、氯化烃（如二氯甲烷、四氯化碳、三氯甲烷），稍溶于乙醚和丙酮，不溶于酒精和水，低温时耐无机酸和碱。2.4 模型的制造 对于大量生产的成批铸造，其模型的制造经常是使用发泡装置进行发泡成型。对于单件或小批生产的模型，均可由不同规格的泡沫塑料板材加工成型；用机械加工（铣削、车削、电热丝切割以及手工加工等）制成模样的各个部分，然后按零件尺寸的要求，用不损害聚苯乙烯的专门粘结剂将其粘合起来而成所需的模型。2.4.1 发泡成型 大量生产或成批生产的模型往往是采用手工、机械或自动化的发泡装置。其生产方法是把经过预发泡并熟化好的聚苯乙烯珠球填充到密封的金属型内（一般是采用以铝合金为材料的金属型），注入蒸气或热空气，加热520分钟（依模型壁厚的不可而有所差异，一般模型愈大、愈厚，其时间就较长；反之，就较短）。泡沫珠球在金属型内膨胀，形成内压力，使半熔融中的泡沫球株相互粘合在一起，并填满了颗粒与颗粒之间的空隙，得到表面光洁良好的泡沫塑料。这种泡沫塑料内部呈蜂窝状的封闭结构。2.4.2 加工成型 加工泡沫塑料的机械设备主要有档、车床、外圆砂皮磨床、升降式内圆砂皮磨床、无齿铜盆机、平齿绕锯机、手推平刨车及电热切割等。圆锯机、手推平刨车、电热切割等是属粗加工成型，而铣削、车削、磨削、无齿铜盆机和平齿绕锯机切割等均属精加工。 1. 铣削加工 铣削加工是泡沫塑料模型最常用的机械加工方法，主要用来铣平面。国外用22000转/分的高速铣床来加工。我们打破洋框框，改进了刀具，在原有的转速为3500转/分的木工铣床上进行加工。 铣刀的形状对模型加工质量有很大的影响。因为泡沫塑料内部结构是一颗一颗的蜂窝状组织，在加工过程中若刀具选择不当，很容易发生泡沫珠球削落现象，使模型表面质量受损。我们用的是圆形薄片铣刀，用这种刀具来加工泡沫塑料的特点是塑料被一片一片地削下来，而不象用梅花形铣刀那样是把泡沫塑料刮下来。故用圆形薄片铣刀加工的模型质量好，平而光洁平整，且不会发生珠球剥落、表面粗糙和被刀具所损伤的现象。图6是铣刀结构图。 刀具的材料可用工具钢或高速钢。我们在刀具上面开了三条或多条散热槽，因为泡沫塑料是一种良好的绝热材料，热量不易散失，而如果在切削过程中发生的热量散不出去，就很容易造成泡沫塑料的软化、熔融，使加工的表面粘结硬化，不利切削。开了三条槽之后，热量散失容易得多，加工表面的温度不致达到使模型熔吉块的地步，模型表面就光洁平整了。 每次铣削的深度一般不宜超过1毫米。切志量过深会发生模型拾起的现象，不但铣不光洁，而且也铣不平整。铣削时，模型不需要用任何光具夹窄，因为切削力很小，只要用手扶住塑料即可铣削。 另外，还有一个问题要注意的，在我们试验过程中发生铣好后的泡沫塑料平板有弯曲变形的现象，尤其是薄的平板更显著。发生这种现象的原因可能是：比重轻，内部颗粒不均匀，强度不一致，颗粒大的松的地方空气多，强度低，颗粒小的致密的地方强度高，这种内部组织的不均匀就容易造成变形；聚苯乙烯泡沫塑料在发泡成板材后，没有停放一个足够的时间，使板材里面的空气跑完，加工以后才逐步消失，因而发生变形。对于这种现象的处理，我们是将加工完了的平板，四面腾空放平，让它透空气，就不会有弯曲现象。另外，我们们希望塑料内部组织要均匀及多停放一些时间，使内部空气充分排除，可减少这种现象的发生。 2. 车削加工 泡沫塑料的车削是加工过程中的一个难关，国外认为可发性聚苯乙烯泡沫塑料要车削加工是不现实的。这主要是因为材质软，加工的刀具和夹具都有问题。但我们没有被困难吓倒，试验成功了车削加工。试验的材料同样是上塑七厂比重为0.03克/厘米3的可发性泡沫塑料，设备是切削木模的车床，车头轴的转速为150750转/分。泡沫塑料车削的特点也必须是一片一片车削下来，才车得光洁。操作方法是先把泡沫塑料模型用粘结剂粘在木盘上，将夹是夹牢木盘。若较长的模型须二端顶住加工的话，则顶针座不宜顶得过紧，否则模型会拱起变形，使车削发生困难。车刀应是平薄锋利的，不宜使用切削金属的车刀，车刀的材料也要用工具钢和高速钢。车削时，试样和车刀应以一个点接触，切削角约15度，后角约45度，车速控制在500-750转/分左右。我们认为车速不宜过高，一般在1000转/分以下较适宜，因车速愈高，工件的离心力愈大，发生晃动的现象愈严重，且在切削过程中，车下来的塑料片色不在工件上，易将工件刮毛。切削量以1-2毫米较好。切刀量过大，有切不进的现象；切刀量太少，反而刀子把工件刮毛。另外，用手握车刀切削不好，一方面切削量不能控制，另一方面切削速度也不能控制，走刀时快时慢，最好有自动进刀装置。目前，我们正在进一步改进刀具，在能车外圆的基础上，做到能车内圆、孔、键槽等。图7所示，为车削成型1500毫米直径、1500毫米高的圆柱段件模型。 3. 磨削加工 外圆砂皮磨床主要用来磨工件的平面、斜面和外圆孤。升降式内圆砂皮磨床用来磨工件的凹圆形和内圆弧。磨削操作的特点是加工简单，速度快。用来磨泡沫塑料模型的砂纸应是细号砂纸。操作时，用力不能过大，速度要慢一点，否则会产生严重的胶结现象。但经磨削加工后，在模型表面上的一层外壳是不可避免的，这是因为塑料被压实的缘故。 4. 无齿铜盆锯锯割 无齿铜盆锯锯割能代替一部分平面铣削，节省时间；另外，能用来锯割端面及切边等工序。经无齿铜锯锯割后的模型也很光洁，不用再铣削。用来切割泡沫塑料的铜盆锯锯片必须是无齿的或很薄很锋利的，这样才能达到光洁平直的要求。 5. 绕锯机加工 平齿绕锯凡能用来加工模型（板材）端面，切边以及外圆弧等。加工塑料用的绕锯机就是一般的木工绕锯机，但齿条应是平直或薄门无齿的。这种齿条加工的塑料表面很光洁，但由于切割时齿条嵌在塑料中，齿条和材料摩擦产生的热量一时不易散去，致使塑料表面有粘结现象，所以绕锯机的热量一时不易散去，致使塑料表面有粘结现象，所以绕锯机的转速不宜过快，我们一般控制在1450转/分，这样表面基本无粘结现象，较为光洁。 电热丝切割用于粗加工取料，用直流低压操作，电压控制在512伏之间，电热丝直径在0.51.0毫米。其他如圆锯机、手推平刨机等都是用来切料和刨平面的，其表面都比较粗糙，所以都是粗加工用的。2.4.3 手工加工 从木模行业当前的生产水平来看，手工操作仍占有一定的重要的地位。对于做泡沫塑料模型来说，手工操作更占有重要的地位，一些形状复杂的模型都全靠手工加工。所以模型做得好坏，主要取决于模型工的操作技术和熟练程度，模型工常用的手工工具是锋利的刀子、薄凿、圆凿等，其他木工工具均可省去不用。现将手工操作中的划线取料和手工工具作此简单介绍： 1. 划线取料 划线取料是模型加工的第一道工序 泡沫塑料因内部组织疏松，用圆规直接钉在泡沫塑料上划线取料是很困难的，主要是圆心会移动而划不正确，我们用了一片小的1毫米厚的有机玻璃，在玻璃片上划好垂直中心线，划线取料时将有机玻璃片垫在泡沫塑料块上，圆规的一只脚钉在有机玻璃的中心线上，这样圆心就不会再移动了，解决了划线的困难。圆规的铅心应用软铅心，否则划线印子太深太粗，也会影响模型尺寸的正确。 手坯取料可采用前面叙述的儿种机械设备进行，一般可用绕锯机和电热丝切割等。2. 手工工具 加工泡沫塑料的手工工具一般和加工木模的一样，有模凿、圆凿等，但刀刃要求更加锋利些，加工方法和机械加工的铣削原理一样，以技削为主，切削量要少，才能得到光滑的模型表面。2.5 模型的结构与装配 因为消失模铸造法具有不从铸型内取出模型的特点，故模型上的任何筋条、凹槽孔、活络块以及类似结构，在制模时都可以不必细加考虑，也不需要任何拔模斜度。只要考虑如何生产起来经济、合理，保证铸件质量，同时又能达到良好的表面光洁以及使造型时春砂方便。为了保证模型加工的方便，可将模型分做各种不同几何开关的元件，然后用快干的粘结剂将元件粘合起来。为了避免浇注时产生过多的气体以及过多的燃尽后的残留物，影响铸造件质量，故粘结剂应昼少用。2.5.1 各种粘结剂性能介绍 聚苯乙稀泡沫塑料溶解丁酯、酮、苯、氯化烃（如二氯甲烷、四氯化碳、三氯甲烷）以及乙醚和丙酮中，不溶于酒精和水。因此适用于粘合聚苯乙稀的粘结剂比较少。能满足快干（在1小野心 催即干燥），粘强度好，挥发容易，残留物少，又损害聚苯乙烯泡沫塑料的粘结剂更感到不足。最理想的粘结剂应该是聚苯乙烯本身做的胶水。据资料介绍，能做聚苯乙烯泡沫塑料粘结剂的有环氧树脂、酚醛树脂、聚醋酸乙烯脂、脲-甲醛树脂聚乙烯醇缩丁醛等。这些树脂中有的因市场供应不足，有的因价格不贵，都未一一使用。我们曾有的粘结剂有C、A、O粘结剂（其主要成分系二氰二胺+甲醛缩合成的树脂）和上海振华造漆厂生产的聚醋酸乙乳液。O、A、O粘结剂的配方是100%O、A、O树脂+6%草酸-100%填料，其中草酸的浓度是5%，填料是石膏粉和水泥混合料。这种粘结剂干燥快，粘结强度高；其缺点是要随用随配，使用不方便，而且要当天用完，不能存放。在这种粘结剂中要加石膏水泥填料来固化，这对浇注带来不。鉴于聚醋酸乙稀乳液粘结剂货源广，使用简便，以及粘结强度、快干性基本符合使用要求，所以为我们目前普遍应用，但就它的快干性，我们认为还不够理想。为此，今后还有待继续符合上述要求的粘结剂。聚醋酸乙烯乳液是由乙炔与醋酸合成醋酸乙稀酯，再经过乳化聚合而得到的一种乳白色均匀的稠厚液体，属于聚醋酸乙稀树脂水分散系的一种高分子乳化聚合物。它应满足下列技术条件： 外观乳白色稠厚液体 干燥剩余物502% PEI值46 颗粒0.55 粘度用涂料4号粘度计在250.5下测定为50100秒。 稳定性乳液100+蒸馏水15，静置1小时后无分层现象。2.5.2 粘合方法 模型的粘合就是把模型元件按设计图纸的尺寸粘合起来。粘结剂要求涂得薄而均匀。对于一些壁薄而高大的模型， 在粘合时应用角尽板填在后而保证其垂直度，图8所示泵用支座的胶合，其轮廓尺寸为1060880795毫米，比较高大，壁薄仅60毫米，而且是空心的，由于泡沫塑料模的强度较差，而且模型的垂直度要求很高，所以我们在胶合时用角尺板填在后面，以保证模型的垂直度。 若粘合后的部件需进行车、铣等加工，必须待粘结剂干燥，粘合部分粘牢之后方可加工，否则会影响模型的尺寸精度。2.5.3 塑木结构 为了节约木材，减少型芯和造型方便，对于一些生产数量较多，形状较复杂的铸件，诸如多活络块、搭子、法兰、拉筋、齿轮的齿，以及易钩砂、无法起模或起模后修型困难的部分，均可用泡沫塑料来代替。如图9所示的缓冲器前后座，铸件的三个圆筒上下有二条筋联结，原来要做大型芯两只方能取模，现在下部的筋条用泡沫塑料做成，可省去二只型芯。上部木模在造型完了，浇注前从铸型中取出，表面可以修饰，下部塑料就留在砂型内。又如图10所示的箱体，铸体轮廓尺寸27003300850毫米，铸件毛重12.5吨。若按原木模工艺，必须打6付泥芯壳。改用塑木结构后，可以省去外圈六付泥芯壳，这样，不仅节约了大量的木材，还节省了不少制模和造型的准备工时，同时还减轻了劳动强度，提高了生产效率。这种结构对于某些大型铸件，关键性的的或批量较大以及难以起模需打泥芯或造型困难的铸件是一种很好的结构形式，同时也是一种具有普遍推广应用价值的较佳造型工艺。2.5.4 空心结构 对于一些形状简单但又很大的厚实铸件，如闷头、联轴节钻子等，采用空心结构是很好的方法。如图11所示的闷头，零件尺寸厚大宜采用这种空心结构。一般上、下面用厚度30毫米左右的板覆盖即够了，四周板层厚度应根据春砂强度而定，圆周用数层厚4060毫米的塑料块迭起来，强度也足够了。象这种闷头及后面图18之类的铸件，若泡沫塑料模型成实心的话，不仅浪费材料，而且浇注时会产生大量的气体，对铸件产生不利的影响。因此对一些形状简单的铸件用空心结构是很好的结构形式。2.6 铸件浇注位置的选择铸件的浇注位置是指在浇注时铸件的主要表面在型内所处的状态和位置。铸件的浇注位置对铸件的质量、尺寸精度和造型工艺过程的难易有很大的影响，因而是铸造工艺设计中的重要内容，通常按下面的基本原则进行选择。（1）铸件上质量要求高的部分及重要加工面、加工基准面应尽量朝下或处于侧面。因为下部及侧面出现缺陷的可能性小，组织较致密。当有多个重要加工面时，应将较大的重要加工面朝下，而对朝上的加工面则采取加大加工余量的办法，以保证朝上的表面在加工后无气孔、夹砂、砂眼等缺陷。（2）铸件的大平面应朝下或倾斜浇注。铸件的大平面朝上时，最易产生气孔、夹砂结疤类缺陷，因而应尽量使大平面朝下或倾斜浇注。（3）铸件的薄壁部分应朝下、侧立或倾斜。铸型的下部有较大的金属液静压头，有利于薄壁部分的充填，减少冷隔和浇不足缺陷。（4）铸件的厚大部分应放在顶部或在分型面的侧面。收缩大的合金，铸件厚大处易产生缩孔、缩松缺陷。将这些部分放在顶部或分型面附近，便于安放冒口对其进行补缩。（5）便于砂芯的安放、固定和排气。许多铸件都有砂芯，在考虑其浇注位置时，尽量不采用吊芯、悬臂砂芯，否则下芯和检查不方便，固定不稳固，浇注时易偏移。此外，浇注时砂芯所产生的气体要经芯头排出，因此，除砂芯的芯头有适当的尺寸外，还应有适当的位置，通常向上排气比向下排气通畅些。 本设计中铸件浇注位置的选择：2.7 铸造工艺参数2.7.1 铸件尺寸公差 铸件的尺寸公差与铸件的基本尺寸、生产规模、合金种类和铸造方法等有关。我国铸件尺寸公差标准参见GB641486。其数值见下表1。 表1 铸件尺寸公差数值（GB641486） （mm）铸件基本尺寸公 差 等 级 CT大于至123456789101112131415161010160.180.200.260.280.360.380.520.540.740.781.01.11.51.62.02.22.83.04.24.41625402540630.220.240.260.300.320.360.420.460.500.580.640.700.820.901.01.21.31.41.71.82.02.42.62.83.23.64.04.65.05.66788