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熔模鑄造水玻璃型殼制殼工藝質量控制

作者:泰州水冶新材料科技有限公司

水玻璃粘結劑價格低廉,制殼周期短,因而水玻璃型殼精密鑄造工藝在我國使用較廣,但是水玻璃型殼熔模鑄造與傳統砂型鑄造相比還是存在材料貴,工藝過程繁雜,出產周期較長的問題。而型殼作為影響鑄件質量最為關鍵的因素之一,如何對其質量進行有效控制,具有很大意義。

  本文將從制殼原材料的控制,制殼環境及制殼工藝過程控制與管理等方面,同時結合生產實踐進行論述,以實現提高型殼質量,并最終在到提高鑄件的質量及成品率的目的。

1、原材料的選擇與控制

1.1水玻璃粘結劑的質量控制

  熔模鑄造使用的為鈉水玻璃。水玻璃的主要性能參數有模數(M)、密度(ρ)和粘度,其中M是水玻璃的一個重要參數,可用如下公式表示。M=ω(SiO2)/ω(Na2O)×1.032,式中ω(SiO2)、ω(Na2O)分別為SiO2、Na2O的質量分數,以%表示,1.032為Na2O與SiO2相對分子質量之比。

  水玻璃密度ρ間接表示其中的Na2O.mSiO2的濃度。M取決于SiO2和Na2O的相對含量,而ρ的高低又決定著SiO2的含量。M和ρ直接影響型殼的表面強度、常溫強度、高溫強度及殘留強度。在生產中,水玻璃的M一般控制在3.0~3.4,面層涂料ρ控制在1.25~1.28g/cm3。加固層ρ控制在1.30~1.34g/cm3。當M和ρ不符合要求時,用酸或堿來調整M,用水或高密度的水玻璃調整ρ。粘度也是水玻璃的一項較重要的性能參數,它直接影響涂料和型殼的性能,影響水玻璃粘度的因素有模數、密度、溫度等,水玻璃粘度隨著M增大、密度增高、溫度降低而上升。

  由于水玻璃中有游離的SiO2存在,儲存一定時間后,SiO2沉積在容器的底部,導致水玻璃模數下降。所以,在使用過程中,除了在水玻璃卸車時化驗一次外,在存放24小時后應再化驗一次,以保證水玻璃滿足要求。

1.2粉料對型殼質量的影響與控制

涂料中的粉料粒度應合適,涂料中的粉料較粗時,涂料沉淀快,工藝穩定性差,導致鑄件表面粗糙。而過細的粉料對面層涂料的影響較大,涂料不易控制,導致蠟模上涂層過厚,拐角、溝槽處堆積嚴重,硬化不透,型殼經焙燒后,內表面粉化脫落,沖砂和夾砂等缺陷明顯增加。在實際生產中,選擇合適的粉料為平均粒徑在35~50μm。這種粉料配制的涂料,既提高了粉液比,又提高了工藝穩定性。

1.3表面活性劑對型殼質量的影響與控制

  表面活性劑的主要作用是降低涂料的表面張力,增加涂料對熔模的潤濕作用,改善涂掛性。表面活性劑應滿足易溶于水;降低表面張力;具有良好的潤濕性和滲透性;產生泡沫少且泡沫穩定性低;不與涂料組份發生化學反應等條件。

  在實際生產中,為改善涂料對蠟模的潤濕能力,蠟模在制殼前先用洗衣粉液對其表面進行清洗,除去其表面的蠟屑及油性物質。在面層涂料中加入聚氧乙烯烷基醇醚,降低涂料的表面張力,改善涂料的涂掛性和對蠟模的潤濕能力,降低涂料粘度,使膠團分布均勻,凝膠均勻析出,有助于提高型殼強度。通常其加入量為0.1%~0.3%,視粗細粉含量不同而適當加入。

2、制殼環境的控制

制殼環境這里主要是指生產環境的溫度控制。由于水玻璃—石英粉涂料對氣溫的敏感性較大,一方面隨著涂料溫度升高,其密度、流杯粘度降低,另一方面隨著溫度的升高,膠凝速度加快,易發生涂料很快結皮而撒不上砂子,從而導致型殼強度降低。為此應控制涂料溫度以穩定粉液比,增加涂料的可涂性及硬化劑的滲透性。為此高溫天氣時,水玻璃模數控制在下限,空氣濕度可控制在60%~80%。冬季生產車間的溫度應保持16℃以上,面層涂料控制在20~25℃,既可穩定粉液比,又克服了膠凝過快的問題。

3、制殼有關工藝操作的控制

3.1涂料配制過程的控制

  涂料的配制是將涂料組分通過攪拌、回性形成成分均勻的涂料的過程。在涂料配制時應先按比稱取水玻璃、耐火材料與潤濕劑等,然后在攪拌的狀態下將粉料及潤濕劑等加入到水玻璃中,加完后繼續攪拌1小時以上。攪拌好的涂料,要進行充分的回性處理?;匦蕴幚淼哪康氖鞘拐辰Y劑與粉料充分潤濕,排出粉粒表面吸附的和攪拌時卷入的氣體?;匦院蟮耐苛厦芏葘⑸?、粘度會下降并趨于穩定,涂掛性和流動性均好,硬化時膠凝收縮小,型殼強度較好。一般要求面層涂料配制后必須經過8小時以上的回性處理,并在使用前再次攪拌20min左右靜置5min后使用效果較好。目前涂料的攪拌大多采用L型涂料攪拌機。

3.2浸涂料及撒砂過程的控制

  涂料在使用前須先攪拌均勻,復測流杯粘度和涂片重,并調整到合格范圍。然后將模組浸入涂料中上下移動和轉動,提起后滴去多余涂料,使涂料均勻地覆蓋在模組表面。不能存在涂料局部堆積或缺涂涂料,對于模組的深孔、溝槽和凹角等部位,應用壓縮空氣進行噴吹涂料,必要時可用毛筆涂刷以去除氣泡。

  制殼中撒砂的粒度是從面層到背層逐漸變粗的,對于面層砂來講,如粒度過粗會擊穿涂層打壞熔模,最終造成鑄件表面不平整,但撒砂粒度過細會造成背面過平,不利于上、下兩層牢固結合,容易造成型殼分層。因此生產中一般面層砂為40/70目,過渡層為20/40目砂,背層砂為10/20目。每種撒砂都不宜過于集中,同時要注意撤砂后,清除表面的浮砂。

3.3硬化過程的影響與控制

  硬化劑的選擇與硬化過程控制。NH4Cl作為硬化劑存在污染環境、腐蝕設備、型殼強度不穩問題。結晶AlCl3硬化的型殼強度較高,膠凝收縮大,鑄件表面質量較差,清砂困難。為了克服兩種硬化劑的缺點,采用了NH4Cl和結晶AlCl3復合硬化,即1~3層用NH4Cl硬化,4~6層用AlCl3硬化。

  NH4Cl作為硬化劑濃度一般控制在22%~25%(質量分數),在生產中,為了縮短硬化時間,提高生產效率,我們采用了飽和溶液。硬化時間一般控制在3~10分鐘,之后進行15~45分鐘的空氣干燥(根據層數不同進行選擇)。

由于NH4Cl在水中的溶解度隨溫度的升高面增大,為此在生產中必須對車間及溶液的溫度進行控制,尤其對于我們北方地區的生產車間,一方面要對生產車間采取必要的采暖措施,另一方面在每次生產前應對NH4Cl溶液采取必要加熱升溫措施,以提高其溶解度,并進行取樣化驗,合格后方可生產。

4、結論

通過對上述影響型殼質量因素的綜合控制, 穩定了型殼生產質量,精鑄件表面缺陷明顯降低,使我們的鑄件質量有了一定的提高。

總之,在生產中為穩定水玻璃型殼的質量應做到:

(1)必須嚴格控制水玻璃和粉料的質量;

(2)要合理使用表面活性劑,提高涂掛性;

(3)要嚴格控制制殼車間溫度;

(4)配制涂料應進行充分回性處理;

(5)要規范浸涂料及撒砂操作環節。


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