潘鳳英，扈廣麒，楊爭(zhēng)光，朱文文，彭利民，張志江

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1 序言

消失模鑄造是采用泡沫塑料（EPS）模樣加無粘結(jié)劑干砂結(jié)合抽真空技術(shù)的實(shí)型鑄造，也是目前國際上最先進(jìn)的鑄造工藝之一。

鑄造泡塑模樣表面必須涂一層一定厚度的涂料，形成鑄型內(nèi)殼。其涂層的作用是為了提高EPS模樣的強(qiáng)度和剛度，提高模樣表面抗型砂沖刷能力，防止加砂過程中模樣表面破損以及振動(dòng)造型和負(fù)壓定型時(shí)模樣的變形，確保鑄件的尺寸精度。

涂層若厚度或強(qiáng)度不足，易出現(xiàn)以下質(zhì)量問題：

1）在澆注過程隨著內(nèi)部消失模模樣的燃燒破損、開裂，外部包裹干砂沖入型腔造成夾砂缺陷。

2）澆注過程鐵液滲出涂層與外部干砂而形成大面積化學(xué)粘砂，難以清理。

3）涂層強(qiáng)度不足，在振實(shí)、澆注過程中模樣變形，鑄件尺寸不合格。

2 消失模鑄造過程涂層的重要性

本文主要針對(duì)單重500～2000kg、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且?guī)в休^多內(nèi)腔、深孔、槽的鑄鐵件，如圖1所示。

由于鑄型中存在泡沫塑料模樣，與傳統(tǒng)的空腔鑄造相比，消失模鑄造不僅充填速度慢，而且充填形態(tài)也有明顯的不同。在消失模鑄造中，由于泡沫塑料的絕熱作用，充型過程中只有流動(dòng)前沿附近的泡沫塑料發(fā)生熔化、氣化，流動(dòng)前沿的流形總是從內(nèi)澆道開始以放射弧依次向前推行，如圖2所示。因此，消失模鑄造方法的澆注溫度較傳統(tǒng)砂型鑄造高出100℃以上。

圖1 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)示意

圖2 消失模鑄造方法充型過程示意

基于產(chǎn)品結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和較高的澆注溫度，消失模模樣涂層的重要性不言而喻：不僅要有足夠的強(qiáng)度，還要有足夠的透氣性。涂層強(qiáng)度和透氣性取決于涂層厚度和含水率。

涂層厚度指的是涂層干厚度。許多學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)，涂層厚度影響涂層排除裂解產(chǎn)物的快慢；涂層厚度還對(duì)增碳的影響最為敏感，涂層厚度增加，增碳量和滲入深度都增加，當(dāng)涂層厚度到一定值時(shí)，表面增碳會(huì)大大緩和。此外，涂層厚度對(duì)增加模樣剛度和防止鑄件粘砂也有影響。由此可見，消失模涂料的涂層厚度對(duì)鑄件質(zhì)量有較大影響。消失模涂料的厚度沒有固定值，而要根據(jù)不同的鑄件和工藝條件來確定。

涂層含水率指的是涂層充分烘干后殘余水分占比。消失模涂層強(qiáng)度一方面受涂層厚度影響，另一方面取決于涂層含水率。涂層含水率高則強(qiáng)度低，同時(shí)其對(duì)澆注過程有較大影響。當(dāng)涂層含水率較高時(shí)，易出現(xiàn)澆注嗆火、金屬液紊流、涂層破損等問題。

3 消失模模樣施涂工藝和烘干工藝

某工廠選用石墨基消失模涂料，試驗(yàn)確定施涂工藝和烘干工藝。

3.1 施涂工藝

首先確定涂層厚度標(biāo)準(zhǔn)，然后根據(jù)涂層厚度標(biāo)準(zhǔn)制定施涂工藝，包括涂料波美度、施涂方案及間隔時(shí)間。

（1）涂層厚度標(biāo)準(zhǔn) 將消失模模樣分為上、中、下三個(gè)部分，根據(jù)鑄件質(zhì)量要求來確定。

1）底部：通常是澆注系統(tǒng)所在部位涂層達(dá)到1.5～2.0mm，鑄件無粘砂、澆注系統(tǒng)破損、沖砂等缺陷。

2）中部：金屬液溫度低于底部，涂層1.0～1.5mm，不易粘砂，充型、消失模裂解殘留物吸附性較高，鑄件外觀較好。

3）頂部：最后充型部位，金屬液溫度最低，無粘砂問題，但是消失模殘余與氣體最后排除通道，涂層0.5～1.0mm，排氣通暢，殘余物吸附能力強(qiáng)，不易嗆火，鑄件頂面光潔，無碳渣缺陷，具體如圖3所示。

圖3 消失模模樣涂層厚度標(biāo)準(zhǔn)

（2）涂料波美度 涂料波美度影響涂層表面質(zhì)量及每次施涂涂層流掛厚度。波美度過高，涂層外觀差，流掛厚度過高不易烘干，且在涂層烘干后易出現(xiàn)裂紋缺陷；波美度過低無法涂掛，單層涂掛厚度過低，導(dǎo)致多次施涂，影響模樣質(zhì)量和生產(chǎn)周期。因此，需要通過試驗(yàn)確定涂料波美度。

我公司選用涂料經(jīng)過首輪試驗(yàn)后，確定波美度＜60°Bé時(shí)，涂料單層流掛厚度僅為0.3～0.5mm，不滿足生產(chǎn)需求，故再次試驗(yàn)將波美度控制在60～70°Bé，即通過外觀和單層流掛厚度確定適合的波美度。

不同波美度形成的外觀如圖4所示，波美度在60～62°Bé時(shí)，涂層外觀流平性最佳。同時(shí)涂層厚度要求頂面0.5～1.0mm，在首次消失模模樣整體流時(shí)控制在這個(gè)范圍內(nèi)才能滿足標(biāo)準(zhǔn)，不同波美度施涂單次頂面涂層厚度如圖5所示，波美度在60～62°Bé時(shí)頂面涂層厚度滿足要求。

綜上所述，確定波美度操作標(biāo)準(zhǔn)為60～62°Bé。

圖4 波美度與涂層外觀

圖5 波美度與頂面單次涂層厚度的關(guān)系

（3）施涂方案 確定波美度后，制定施涂方案。模樣上、中、下三部位的涂層厚度標(biāo)準(zhǔn)不一致，其施涂工藝也有差異：首次施涂要求整體施涂，以便對(duì)模樣建立整體強(qiáng)度，保證尺寸及外觀完好性，隨后的多次施涂則對(duì)要求部位進(jìn)行補(bǔ)涂。

通過波美度確定得知，首次整體施涂時(shí)消失模模樣頂面涂層厚度可達(dá)到0.6～0.9mm，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，隨后不需要補(bǔ)涂。對(duì)于需要補(bǔ)涂的部位應(yīng)再次施涂，但在已有涂層的消失模表面施涂與直接在消失模表面施涂時(shí)，涂層的厚度是不相同的，如圖6所示。2次施涂涂層厚度與波美度的關(guān)系為：涂層厚度為首次施涂涂層厚度的40%～60%。通過計(jì)算模樣中部需要施涂2遍，模樣底部需要施涂3遍。

圖6 波美度與二次涂層厚度關(guān)系

3.2 烘干工藝

消失模模樣施涂后采取集中烘干工藝，快速去除水分，建立涂層強(qiáng)度，避免模樣變形。我公司采用通過式天然氣烘干窯，以窯內(nèi)溫度和濕度控制涂層烘干速率。烘干速率過快時(shí)表干過快，易出現(xiàn)裂紋，凹槽等復(fù)雜結(jié)構(gòu)易堆灰部位烘不干；烘干速率過慢，易出現(xiàn)模樣變形，且生產(chǎn)效率低下。根據(jù)行業(yè)生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，烘干窯設(shè)計(jì)通常是溫度55～60℃，濕度≤10%，以烘干時(shí)間來控制涂層含水率。以重量損失法計(jì)算涂層內(nèi)含水率。涂層含水率與烘干時(shí)間的關(guān)系如圖7所示。另外，可根據(jù)企業(yè)自身生產(chǎn)條件和環(huán)境選用合理的烘干時(shí)間。我公司涂層含水率標(biāo)準(zhǔn)≤1.0%，烘干時(shí)間約為10h。

圖7 烘干時(shí)間與涂層含水率對(duì)照

4 結(jié)束語

消失模模樣施涂是消失模鑄造過程中一個(gè)重要工序，通過消失模表面施涂，一方面保護(hù)消失模表面質(zhì)量，另一方面在消失模外部建立有一定強(qiáng)度的涂層，使其可以鑄造成形。本文通過針對(duì)單重500～2000kg、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，且?guī)в休^多內(nèi)腔、深孔、槽的鑄鐵件消失模模樣施涂過程，進(jìn)行試驗(yàn)、測(cè)試與設(shè)備改造，形成如下工藝與檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)。

1）涂層厚度不同高度位置處差異控制，底部及澆注系統(tǒng)周圍200mm以內(nèi)≥2.0mm，中部1.0～1.5mm，頂面≤1.0mm，不僅能減少粘砂、變形等缺陷，也能有效控制頂面碳渣、皺皮的出現(xiàn)。

2）石墨基消失模涂料波美度控制在（60±2）°Bé，流平性和涂掛性能均能按照工藝要求。

3）消失模施涂烘干窯溫度控制55～60℃，濕度≤10%，烘干10h可滿足涂層強(qiáng)度和含水率要求。

4）消失模涂層含水率≤1%時(shí)，可滿足質(zhì)量要求，嗆火問題基本也可杜絕。