鞋底模具精密铸造技术探讨

　　在底样设计越趋复杂的现今市场状况，使传统底模开发制作更感吃力，只有寄望精密铸造的取代。在少量多样以及市场生命周期缩短的趋势下，底模开发能力的高低关系着自创品牌或自有品牌或ODM厂商的竞争力。由于传统底模制作方法是以整块铜板(或铝板)直接进行加工，对高复杂度的底样而言，可说成本高且耗时。所以本编乃以精密铸造技术为探讨重点并将铜模铸造试验结果提出供参考。
　　陶壳模铸造
　　对现今底样铸造业者而言，大部份分为萧氏铸造法及石膏模铸造法，前者用在铜模，后者用在铝模，这些是比较普遍的做法。以下分别加以阐述：
　　萧氏铸造法
　　简介
　　此法乃精密铸造(Investment casting)方法之一，其应用甚为广泛，历史也很悠久。但在国内较早普遍化的方法是脱腊铸造法(lost wax casting)，此法难以适用大型工件的铸造，因此对脱腊铸造厂而言，每遇到大型工作就束手无策，而两者皆可适用于非铸金属，铸金属以及超合金等之铸造。在精密度、表面粗糙度等质量而言：两者都相同。所不同者是萧氏铸造法(shows proces casting)可适用于大型铸件或中型铸件(如鞋模等)。萧氏铸造法所用的陶壳模是以耐火砂及硅酸乙脂40水解液调制而成，并经点火燃烧后，表面生成微小均匀的裂痕，这些裂痕并不会影响铸件表面，反而有助防止铸模尺寸收缩变形。这些均匀而且微小的裂痕的生成是靠耐火砂粒度分布、水解液、硬化剂以及烘烧技术的控制。
　　萧氏陶模制作流程如下：
　　制程介绍
　　原型的准备
　　依据蓝图或样品制作，并考虑缩水率、预留加工等因素而完成的原型，并依此原型制作软模，以供陶模使用。
　　水解液的调配
　　水解液是将水、盐酸、酒精和硅酸乙脂40，依序加入，经充分搅拌而得一澄清且透明而含硅酸胶体的溶液，称之为水解液。一般调配完成的水解液必须静置一天以后使用，使之增加其成熟度者较佳，最好在一周之内使用完毕，避免产生老化而严重影响后续陶模制作质量。水解液调配比例如下表：
　　制程说明
　　A．石膏的混合程序将水倒入石膏粉中浸泡约三十秒，运用混合盘搅拌提升到使空气混入泥浆中，而产生气泡，并将混合盘提升到表面使气泡消失或大气泡变小气泡，完成此一混合作业，随即倒入模中，大约在30分钟即可脱模。
　　B．石膏混合时注意事项
　　使用搅拌盘的目的是要达到表面光滑及良好的气室结构，而且是更气室而且更整齐的气室结构。如果在多孔性、低膨胀、石膏、水、空气等得到均匀的分配，将可达到良好的强度，为了使其得到较佳的效果，使用温水是一个较佳的方法。
　　干燥作业
　　石膏模法是用水使粉状石膏形成溶液状，而水份在铸造过程中会有不良影响，所以干燥作业是必要的，也就是在浇铸作业之前水份必需去除，当然去除水份的方法非常多，在此我们用烤箱在300度之下缓慢烘烤，而达到干燥效果。
　　金属浇铸作业
　　浇铸温度大约在600℃～700℃之间为宜(对铝合金而言)，当然在不同场合会有所变化是必然的，在浇铸完成后，要等待凝固后，方可移动较佳，一般鞋模铸造厂都采用固定位置方式，所以应没有此项顾虑。
　　熔炼作业
　　熔炼大略流程如下：
　　试验方法及结果
　　实验摘要
　　鞋底模具是具备精密不足、复杂有余的产品特色，此一特色甚适合于精密铸造领域生产，尤其要达到表面粗糙度的要求及原形纹路的再现性，使得精密铸造技术的应用更增加其必要性。精密铸造技术由来已久，所应用的产品技术不计其数，唯应用在鞋底模具领域，才从最近数年兴盛起来，由于少量多样的市场竞争越趋激烈，底样设计由之越趋复杂，交货期更趋缩短等因素，使得运用传统方法制作鞋底模具时，倍感压力，因此精密铸造成型方法将会演变成必要趋势。
　　二、实验目的
　　虽然精密铸造方法具备许多优势，但实际应用在鞋底模具时，将会产生原来未曾发生或意想不到的问题点，这些常见的问题点，归纳如下四项：
　　变形量的控制；缩水率的控制；花纹的再现度；合模面制作。
　　以下乃针对此四项常见问题点实验之，并提出参考对策。
　　三、实验之参数设定
　　模具尺寸
　　长宽厚
　　A40035060
　　B40035030
　　C40035020
　　模具型态
　　A．单片——目前国内底模铸造所用的方法。
　　B．双片——包括分模面的铸造。
　　C．参片——包括分模面的铸造。
　　模具材料——SS41(低碳铜)或WCB
　　浇铸温度——1640℃
　　壳模的烧结
　　编号烧结温度(℃)持温时间(分钟)
　　125040
　　250040
　　375040
　　490040
　　表一壳模试样抗折强度试验记录表
　　试样
　　编号
　　断面
　　长宽高
　　(CM)(CM)(CM)
　　最大荷重(kg)最大抗折强度(kgf/cm)破折率%备注
　　A56270．583．5不可用
　　B5627．50．633．7-
　　C56280．674尚可
　　D56290．754．5不稳定
　　E5628．50．714．2可靠性佳
　　F5628．30．694．1可靠性佳
　　G5628．40．74．2可靠性佳
　　H5628．20．84．3可靠性佳
　　I562914．2可靠性佳
　　J5621214．5优
　　表二浇铸后的变形量
　　试样位置铸成品真直度 (变形与原型之误差值)
　　底花1mm；范本1．3mm
　　底花1mm；实范本1．3mm；中空范本1．2mm
　　底花1．0mm；模仁1．1mm；实范本1．4mm；中空范本1．3mm
　　表三浇铸后的缩水率
　　试样原型尺寸铸成品尺寸尺寸误差%
　　A．2842820．7；5049．60．8；150148．50．99
　　B．284281．50．8；5049．70．6；1501490．7；
　　C．2842820．7；5049．70．6；1501490．7
　　四、实际测试及结果
　　〈壳模的抗折强度(表一)
　　（浇铸后的变形量(表二)
　　〈浇铸后的缩水率(表三)
　　〈浇铸后的花纹再现度(表四)
　　表四浇铸后的花纹再现度
　　试样铸成品状况检讨
　　A-1铜珠颗粒
　　B-2清砂困难
　　C-1黑皮清除困难
　　D-1锐角不全
　　E-2蚀孔
　　F-3落砂
　　G-1表面清晰
　　H-2表面清楚、无黑皮
　　I-1表面清晰、无黑皮、无蚀孔、清砂容易、无颗粒
　　J-3无黑皮、无蚀孔、无颗粒、沙砂容易、表面清晰、深沟锐角清晰
　　※试样之选完较具代表性的编号
　　．浇铸后的分模面与合模检讨(表五)
　　表五浇铸后的分模面检讨
　　试样分模面与合模面检讨
　　A“分模面及模仁部份运用加工组合
　　．分模面采用平直化
　　．使用较厚之模板，传热较慢，作业性较差，大底生产效率较低
　　B&C“分模面一次完成
　　．模仁一次完成
　　．机件一次完成
　　．分模面随模具需求而变化
　　．恢复传统模具之大底生产效率
　　五、状况简析
　　本报告所提出的四大问题点是比较常见的情形，事实上还有许多突发状况；例如氧化、缩孔……等等。这些突发状况牵涉到铸造技术的专业领域，在此不予详述。首先对变形量的控制上加以探讨，当铁水温度由1600℃降到室温时，其变形是在所难免，但依据经验显示；这些变形量将不致影响到鞋模的可用性，重要的问题在陶模的配方与烘烧以及软模的应用。其次缩水率的控制就关系到原材料的应用以及全程的质量管理技巧。第三就是花纹的再现度，要达到良好再现度对浇铸技术就必需特别要求，其它当然有一些需注意的要点，诸如壳模、成份……等等。
　　结论
　　以目前业界形态分析，鞋底模具制程可以专业分工，亦即铸造工程可以由铸造厂独立运作，但是将来如果把合模面列入鞋底模具制程的重要角色时，专业分工的特色将会被取代。综观数十年来，国内企业往往在热烈高点时突然滑落，这也是恶性竞争的后果，个人预测在五年之内鞋底模具必将面临「滤网」的过滤考验，届时技术及体质不佳者将面临被淘汰的命运。