水玻璃型殼熔模鑄造制殼工藝過程控制
2012-12-31 00:00:00梁宏亮
【摘 要】本文論述了熔模鑄造水玻璃型殼的質(zhì)量控制要求及生產(chǎn)管理的要點。實踐證明，通過加強型殼工藝中關鍵過程控制和質(zhì)量影響因素的綜合控制，使產(chǎn)品質(zhì)量及成品率有了明顯的提高。
【關鍵詞】水玻璃；熔模鑄造；制殼；工藝；控制
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(tǒng)砂型鑄造相比還是存在材料貴，工藝過程繁雜，出產(chǎn)周期較長的問題。而型殼作為影響鑄件質(zhì)量最為關鍵的因素之一，如何對其質(zhì)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(huán)境及制殼工藝過程控制與管理等方面，同時結合生產(chǎn)實踐進行論述，以實現(xiàn)提高型殼質(zhì)量，并最終在到提高鑄件的質(zhì)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(zhì)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(shù)有模數(shù)（M）、密度（ρ）和粘度，其中M是水玻璃的一個重要參數(shù)，可用如下公式表示。M=w（SiO2）/w（Na2O）×1.032，式中w（SiO2）、w（Na2O）分別為SiO2、Na2O的質(zhì)量分數(shù)，以%表示，1.032為Na2O與SiO2相對分子質(zhì)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(chǎn)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(diào)整M ，用水或高密度的水玻璃調(diào)整ρ。粘度也是水玻璃的一項較重要的性能參數(shù)，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(shù)、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(shù)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，以保證到貨水玻璃滿足要求。
1.2粉料對型殼質(zhì)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(wěn)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(jīng)焙燒后，內(nèi)表面粉化脫落，沖砂和夾砂等缺陷明顯增加。在實際生產(chǎn)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(wěn)定性。
1.3表面活性劑對型殼質(zhì)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(chǎn)生泡沫少且泡沫穩(wěn)定性低；不與涂料組份發(fā)生化學反應等條件。
在實際生產(chǎn)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(zhì)。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(huán)境的控制
制殼環(huán)境這里主要是指生產(chǎn)環(huán)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(fā)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(wěn)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(shù)控制在下限，空氣濕度可控制在60%～80%。冬季生產(chǎn)車間的溫度應保持16℃以上，面層涂料控制在20～25℃，既可穩(wěn)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(tài)下將粉料及潤濕劑等加入到水玻璃中，加完后繼續(xù)攪拌1小時以上。攪拌好的涂料，要進行充分的回性處理。回性處理的目的是使粘結劑與粉料充分潤濕，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(wěn)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(jīng)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。
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(diào)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(chǎn)中一般面層砂為50/70目，過渡層為20/40目砂，背層砂為12/20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(huán)境、腐蝕設備、型殼強度不穩(wěn)問題。結晶AlCl3硬化的型殼強度較高，膠凝收縮大，鑄件表面質(zhì)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(zhì)量分數(shù)），在生產(chǎn)中，為了縮短硬化時間，提高生產(chǎn)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(jù)層數(shù)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(chǎn)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(qū)的生產(chǎn)車間，一方面要對生產(chǎn)車間采取必要的采暖措施，另一方面在每次生產(chǎn)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(chǎn)。
4.結論
通過對上述影響型殼質(zhì)量因素的綜合控制， 穩(wěn)定了型殼生產(chǎn)質(zhì)量，精鑄件表面缺陷明顯降低，使我們的鑄件質(zhì)量有了一定的提高。
總之，在生產(chǎn)中為穩(wěn)定水玻璃型殼的質(zhì)量我們應做到：（1）必須嚴格控制水玻璃和粉料的質(zhì)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；（5）要規(guī)范浸涂料及撒砂操作環(huán)節(jié)。
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