在底樣設計越趨複雜的現今市場狀況，使傳統底模開發製作更感吃力，只有寄望精密鑄造的取代。在少量多樣以及市場生命週期縮短的趨勢下，底模開發能力的高低關係著自創品牌或自有品牌或ODM廠商的競爭力。由於傳統底模製作方法是以整塊銅板(或鋁板)直接進行加工，對高複雜度的底樣而言，可說成本高且耗時。所以本編乃以精密鑄造技術為探討重點並將銅模鑄造試驗結果提出供參考。

陶殼模鑄造

對現今底樣鑄造業者而言，大部份分為蕭氏鑄造法及石膏模鑄造法，前者用在銅模，後者用在鋁模，這些是比較普遍的做法。以下分別加以闡述：

一、蕭氏鑄造法

簡介

此法乃精密鑄造(Investment casting)方法之一，其應用甚為廣泛，歷史也很悠久。但在國內較早普遍化的方法是脫臘鑄造法(lost wax casting)，此法難以適用大型工件的鑄造，因此對脫臘鑄造廠而言，每遇到大型工作就束手無策，而兩者皆可適用於非鑄金屬，鑄金屬以及超合金等之鑄造。在精密度、表面粗糙度等品質而言：兩者都相同。所不同者是蕭氏鑄造法(shows proces casting)可適用於大型鑄件或中型鑄件(如鞋模等)。蕭氏鑄造法所用的陶殼模是以耐火砂及矽酸乙脂40水解液調製而成，並經點火燃燒後，表面生成微小均勻的裂痕，這些裂痕並不會影響鑄件表面，反而有助防止鑄模尺寸收縮變形。這些均勻而且微小的裂痕的生成是靠耐火砂粒度分佈、水解液、硬化劑以及烘燒技術的控制。

蕭氏陶模製作流程如下：
製程介紹
A．原型的準備
依據藍圖或樣品製作，並考慮縮水率、預留加工等因素而完成的原型，並依此原型製作軟模，以供陶模使用。
B．水解液的調配
水解液是將水、鹽酸、酒精和矽酸乙脂40，依序加入，經充分攪拌而得一澄清且透明而含矽酸膠體的溶液，稱之為水解液。一般調配完成的水解液必須靜置一天以後使用，使之增加其成熟度者較佳，最好在一週之內使用完畢，避免產生老化而嚴重影響後續陶模製作品質。水解液調配比例如下表：
材料水(H2O)鹽酸(Hcl)酒精矽酸乙脂40
體積百分比(%)6～120．1～0．330～4050～60
C．膠化時間
如果水解液直接與耐火材料混合，往往膠化時間會拉長幾天乃至幾個月，所以欲縮短膠化時間，增強工作效率，就必需加入膠化劑(一般都使用改良型炭酸銨之類)。水解液的膠化速度，首要受到於酸鹼濃度，其次是溫度、耐火材粒度、SiO2含量等等。如圖1所示為膠化時間與PH值的關係：
圖1膠化時間和PH值的關係
由圖中顯示最穩定現象應在PH=2附述，最不穩定時在PH=5．5附近區域(即穩定性高者等於可用時間長)
D．耐火材料的選配
陶模的組成是靠耐火材料各種不同粒度組合所構成，細粒度目的在使鑄件表面達到所需的光度，粗粒度目的在防止陶模產生大裂紋以及增進其透氣性，並可以減少水解液的使用量。如果粒度的構成沒有依據所需性能的配置，則陶模的
變形是難免的，因此適當的選擇各種耐火材料是必要的。在粒度的選擇上，其粒度的分佈構成3個尖峰值，此尖峰值的配置嚴重影響粒度的組成，如圖2所示。圖上是以鋁砂、鋁砂、馬來粉、馬來砂以及熔融石英等做為調配試驗。
E．脫模及噴燒
如上所述，把水解液、耐火材料、硬化劑等經過比例的分配，攪拌或陶漿灌入模內，即可成為陶模；在灌入陶漿於模內並經一段時間後，其流動性逐漸消失，並逐漸變成橡膠狀的彈性體，且隨時間的增長，其彈性也逐漸減少，但強度卻逐漸增加，因之脫模時間的選擇是不可忽略的，所以太早脫模，強度將降低，且陶模容易變形及容易產生收縮。太晚脫模時，又有較難脫模的感覺。
當脫模後，必需在其表面噴燒，使其內含酒精提早揮發掉，形成均勻密佈的氣道，有益透氣性，使其冷卻後具有均勻密佈的顯微裂縫。在經過噴燒時所形成的顯微裂縫，具有在加熱冷卻的過程中自由脹縮的功能，使其收縮、變形及大裂縫等現象消失於無形，所以使其在具有一定的透氣性、表面光滑性、輪廓清晰、減少變形等等優勢展現出來。
F．澆鑄作業
在澆鑄的作業上有許多要注意的要點，對鞋模鑄造廠而言應該都很熟悉，在此不加贅述，在鑄造方案上，充分利用蕭氏鑄造法的特色是必要的，在鞋模鑄造上，產品特色容易有肉厚變化甚大的現象，往往會有二次的縮孔現象，使表面缺陷、晶粒粗化乃至氧化等現象發生。因此在縮孔不良現象，有必要加壓冒口的設計，主要在熔液凝固收縮的補給效果，至於冷藏、肋、方向性凝固等注意要點，常需在鑄造方案的擬定時加以考慮進來。

二、石膏模鑄造法

介紹
石膏模法也可以達到良好的表面光度，也是用灌漿方式成形，所以複雜的外形也適用，由於耐溫可達800℃，故而適用於非鐵合金的鑄造，最常用的是鋁合金，而鋅合金、銅合金等之適用性也很優秀。其製造流程如下：

製程說明
A．石膏的混合程序
將水倒入石膏粉中浸泡約三十秒，運用混合盤攪拌提昇到使空氣混入泥漿中，而產生氣泡，並將混合盤提昇到表面使氣泡消失或大氣泡變小氣泡，完成此一混合作業，隨即倒入模中，大約在30分鐘即可脫模。
B．石膏混合時注意事項
使用攪拌盤的目的是要達到表面光滑及良好的氣室結構，而且是更氣室而且更整齊的氣室結構。如果在多孔性、低膨脹、石膏、水、空氣等得到均勻的分配，將可達到良好的強度，為了使其得到較佳的效果，使用溫水是一個較佳的方法。
C．乾燥作業
石膏模法是用水使粉狀石膏形成溶液狀，而水份在鑄造過程中會有不良影響，所以乾燥作業是必要的，也就是在澆鑄作業之前水份必需去除，當然去除水份的方法非常多，在此我們用烤箱在300度之下緩慢烘烤，而達到乾燥效果。
D．金屬澆鑄作業
澆鑄溫度大約在600℃～700℃之間為宜(對鋁合金而言)，當然在不同場合會有所變化是必然的，在澆鑄完成後，要等待凝固後，方可移動較佳，一般鞋模鑄造廠都採用固定位置方式，所以應沒有此項顧慮。
E．熔煉作業
熔煉大略流程如下：
試驗方法及結果

一、實驗摘要

鞋底模具是具備精密不足、複雜有餘的產品特色，此一特色甚適合於精密鑄造領域生產，尤其要達到表面粗糙度的要求及原形紋路的再現性，使得精密鑄造技術的應用更增加其必要性。精密鑄造技術由來已久，所應用的產品技術不計其數，唯應用在鞋底模具領域，才從最近數年興盛起來，由於少量多樣的市場競爭越趨激烈，底樣設計由之越趨複雜，交貨期更趨縮短等因素，使得運用傳統方法製作鞋底模具時，倍感壓力，因此精密鑄造成型方法將會演變成必要趨勢。

/> 二、實驗目的

雖然精密鑄造方法具備許多優勢，但實際應用在鞋底模具時，將會產生原來未曾發生或意想不到的問題點，這些常見的問題點，歸納如下四項：
變形量的控制
縮水率的控制
花紋的再現度
合模面製作
以下乃針對此四項常見問題點實驗之，並提出參考對策。

三、實驗之參數設定

模具尺寸
長寬厚
A40035060
B40035030
C40035020

模具型態
　　
A．單片——目前國內底模鑄造所用的方法。
B．雙片——包括分模面的鑄造。
C．參片——包括分模面的鑄造。
模具材料——SS41(低碳銅)或WCB
澆鑄溫度——1640℃
殼模的燒結
編號燒結溫度(℃)持溫時間(分鐘)
125040
250040
375040
490040
表一殼模試樣抗折強度試驗記錄表
試樣
編號
斷面
長寬高
(CM)(CM)(CM)
最大荷重(kg)最大抗折強度(kgf/cm)破折率%備註
A56270．583．5不可用
B5627．50．633．7-
C56280．674尚可
D56290．754．5不穩定
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優
表二澆鑄後的變形量
試樣位置鑄成品真直度 (變形與原型之誤差值)
A.底花1mm
模板1．3mm
B.底花1mm
實模板1．3mm
中空模板1．2mm
C.底花1．0mm
模仁1．1mm
實模板1．4mm
中空模板1．3mm
表三澆鑄後的縮水率
試樣原型尺寸鑄成品尺寸尺寸誤差%
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、實際測試及結果

〈殼模的抗折強度(表一)
（澆鑄後的變形量(表二)
〈澆鑄後的縮水率(表三)
〈澆鑄後的花紋再現度(表四)
表四澆鑄後的花紋再現度
試樣鑄成品狀況檢討
A-1銅珠顆粒
B-2清砂困難
C-1黑皮清除困難
D-1銳角不全
E-2蝕孔
F-3落砂
G-1表面清晰
H-2表面清楚、無黑皮
I-1表面清晰、無黑皮、無蝕孔、清砂容易、無顆粒
J-3無黑皮、無蝕孔、無顆粒、沙砂容易、表面清晰、深溝銳角清晰
※試樣之選完較具代表性的編號
．澆鑄後的分模面與合模檢討(表五)
表五澆鑄後的分模面檢討
試樣分模面與合模面檢討
A“分模面及模仁部份運用加工組合
．分模面採用平直化
．使用較厚之模板，傳熱較慢，作業性較差，大底生產效率較低
B&C“分模面一次完成
．模仁一次完成
．機件一次完成
．分模面隨模具需求而變化
．恢復傳統模具之大底生產效率

五、狀況簡析

本報告所提出的四大問題點是比較常見的情形，事實上還有許多突發狀況；例如氧化、縮孔……等等。這些突發狀況牽涉到鑄造技術的專業領域，在此不予詳述。首先對變形量的控制上加以探討，當鐵水溫度由1600℃降到室溫時，其變形是在所難免，但依據經驗顯示；這些變形量將不致影響到鞋模的可用性，重要的問題在陶模的配方與烘燒以及軟模的應用。其次縮水率的控制就關係到原材料的應用以及全程的品質管制技巧。第三就是花紋的再現度，要達到良好再現度對澆鑄技術就必需特別要求，其他當然有一些需注意的要點，諸如殼模、成份……等等。

結論

以目前業界形態分析，鞋底模具製程可以專業分工，亦即鑄造工程可以由鑄造廠獨立運作，但是將來如果把合模面列入鞋底模具製程的重要角色時，專業分工的特色將會被取代。綜觀數十年來，國內企業往往在熱烈高點時突然滑落，這也是惡性競爭的後果，個人預測在五年之內鞋底模具必將面臨「濾網」的過濾考驗，屆時技術及體質不佳者將面臨被淘汰的命運。