熔模铸造硅溶胶模壳制造工艺.pdf

1、收 稿 日 期 :2005210228 ; 修 订 日 期 :2005212207作 者 简 介 :陈 玉 平 (19632 ) ,江 苏 无 锡 人 ,工 学 学 士 . 研 究 方 向 :合 金熔 炼 .铸 造 技 术FOUNDR Y TECHNOLO GYVol. 27 No. 2Feb. 2006熔 模 铸 造 硅 溶 胶 模 壳 制 造 工 艺陈 玉 平(无 锡 职 业 技 术 学 院 ,江 苏 无 锡 214121)摘 要 :介 绍 用 石 蜡 2硬 脂 酸 低 温 模 料 制 作 熔 模 ,用 硅 溶 胶 作 粘 结 剂 制 造 模 壳 的 工 艺 。 包 括 熔 模 制 造 工

2、 艺 、 硅 溶 胶 模 壳 工 艺 和 焙烧 工 艺 。 生 产 实 践 证 明 ,铸 造 硅 溶 胶 模 壳 制 造 工 艺 是 成 熟 的 ,为 生 产 合 格 模 壳 和 精 密 铸 件 提 供 了 技 术 保 障 。关 键 词 :熔 模 铸 造 ;粘 结 剂 ;硅 溶 胶 模 壳中 图 分 类 号 : T G249. 5 文 献 标 识 码 :A 文 章 编 号 :100028365 (2006) 0220170203In v e s ti g a ti o n of Te c h ni c s Ma nuf a c t uri n g Coll oi dalSilic a S he

3、ll Mo ul d i n In v e s t m e nt Ca s ti n gCHEN Yu2ping( Wuxi Institute of Technology , Wuxi 214121 , China)Abs t rac t : The technical requirements for the lost pattern made from the paraffin2stearin and the shellmould made from colloidal silica in the precision casting were introduced. The proce

4、ss of lo stpattern , colloidal silica and baking wa s studied emphatically. The practice over the past five yearsshows that the proce ss of shell mould made from colloidal silica in inve stment casting is mature ,which provide s the technical support for producing the qualified ceramic shell mould a

5、nd precisecasting.Ke y w ords :Inve stment casting ;Binders ;Ceramic shell mould用 石 蜡 2硬 脂 酸 低 温 模 料 制 造 熔 模 (蜡 模 ) ,用 硅 溶胶 作 制 壳 粘 结 剂 制 造 模 壳 ,生 产 涡 轮 叶 轮 、 喷 嘴 环 等 盘类 精 密 铸 件 ,能 满 足 优 质 铸 件 生 产 要 求 。 本 文 主 要 介绍 熔 模 制 造 工 艺 、 硅 溶 胶 模 壳 工 艺 和 焙 烧 工 艺 ,为 生 产合 格 模 壳 和 精 密 铸 件 提 供 技 术 保 障 。1 熔 模 制 造 工

6、 艺1. 1 蜡 料 熔 制熔 化 蜡 料 ,各 种 化 蜡 工 具 均 需 做 好 清 洁 工 作 ,化 蜡器 械 每 月 至 少 清 理 一 次 ,不 允 许 水 、 污 物 进 入 蜡 液 ,严禁 蜡 液 过 热 。 糊 状 蜡 制 备 时 将 刨 好 的 蜡 花 慢 慢 加 入 不断 搅 拌 的 蜡 液 中 ,加 入 量 视 具 体 的 模 具 而 定 。 糊 状 蜡的 温 度 为 45 48 。 糊 状 蜡 搅 拌 充 分 均 匀 ,防 止 搅 拌过 程 中 吸 入 空 气 造 成 蜡 模 气 泡 缺 陷 ,避 免 因 糊 状 蜡 过稠 造 成 压 不 足 、 皱 皮 ,或 因 太

7、稀 而 冷 却 时 间 过 长 造 成 开裂 变 形 。1. 2 工 艺 参 数模 料 配 比 :石 蜡 50 % ,硬 脂 酸 50 %(重 量 比 ) ;模 料熔 化 后 保 温 温 度 :70 75 ;蜡 液 温 度 不 超 过 90 。1. 3 压 制 蜡 模1. 3. 1 工 艺 参 数制 蜡 间 温 度 :18 27 ;蜡 料 温 度 :45 48 ;压型 温 度 :20 25 ;压 注 压 力 :0. 1 0. 3 MPa ;压 蜡 枪预 热 温 度 :35 45 ;蜡 模 冷 却 水 温 度 :15 25 ;开型 时 间 :1 min 左 右 。1. 3. 2 操 作 要 求压

8、 蜡 前 先 检 验 模 具 型 号 是 否 符 合 要 求 。 压 蜡 前 必须 清 理 压 型 表 面 残 余 蜡 、 水 滴 及 其 他 附 着 物 ,清 理 时 尽量 不 使 用 钢 刀 ,以 免 损 坏 模 具 ,压 型 及 活 块 保 持 干 净 ,压 蜡 完 毕 后 模 具 应 擦 净 上 油 ,按 规 定 存 放 。 压 蜡 过 程中 压 型 及 活 块 表 面 应 及 时 涂 上 脱 模 剂 ,以 便 脱 模 快 速方 便 。 脱 模 剂 用 变 压 器 油 ,用 干 纱 头 或 纱 布 沾 上 脱 模剂 后 ,在 模 具 活 块 上 擦 拭 ,力 求 稀 薄 均 匀 ,决

9、不 允 许 肉眼 能 看 见 油 迹 。 蜡 模 取 出 后 ,放 置 于 冷 却 水 中 的 时 间不 超 过 20 min。1. 4 蜡 模 修 整除 去 蜡 模 上 多 余 的 飞 边 毛 刺 ,注 蜡 口 修 平 ,其 他 部071 铸 造 技 术 02/ 2006陈 玉 平 :熔 模 铸 造 硅 溶 胶 模 壳 制 造 工 艺位 不 允 许 修 整 ,修 整 时 不 允 许 碰 坏 铸 件 工 作 表 面 。 机加 工 基 准 面 不 允 许 焊 补 及 修 整 。1. 5 蜡 模 焊 接蜡 模 经 自 检 和 专 检 合 格 后 方 可 进 行 焊 接 。 按 模 组要 求 进 行

10、 焊 接 ,蜡 模 间 距 大 于 5 mm。 蜡 模 及 浇 道 焊接 温 度 80 左 右 ,焊 接 必 须 光 滑 ,保 证 蜡 模 及 浇 道 间的 光 滑 过 渡 ,不 允 许 有 蜡 痘 、 凹 缝 存 在 ,浇 道 必 须 用 烫刀 烫 平 ,不 允 许 刮 平 ,无 凹 凸 缺 陷 。 不 允 许 有 虚 焊 存在 ,保 证 焊 接 强 度 。1. 6 蜡 模 清 洗配 制 浓 度 为 0. 2 % 0. 3 %的 中 性 皂 液 ,皂 液 温 度20 25 ,模 组 先 在 皂 液 中 清 洗 ,用 软 毛 刷 去 处 表 面油 污 ,然 后 在 20 25 的 水 中 清

11、洗 干 净 ,除 去 过 剩 皂液 ,保 证 蜡 模 表 面 涂 挂 性 能 。1. 7 蜡 模 检 验以 自 检 为 主 ,专 检 为 辅 ,不 合 格 的 蜡 模 不 允 许 焊 接成 模 组 。 检 验 员 对 蜡 模 模 组 进 行 检 验 ,包 括 外 观 质 量检 验 (蜡 模 100 %进 行 外 观 检 验 ,表 面 不 允 许 存 在 缩陷 、 裂 纹 、 皱 皮 、 鼓 包 ) 和 尺 寸 检 验 (抽 检 蜡 模 尺 寸 、 形状 ) ,并 对 制 蜡 工 艺 进 行 工 艺 监 督 。2 硅 溶 胶 熔 模 铸 造2. 1 熔 模 铸 造 用 硅 溶 胶 的 技 术 要

12、 求熔 模 铸 造 用 硅 溶 胶 无 国 家 标 准 。 采 用 航 空 工 业 标准 HB534621986。 其 技 术 要 求 见 表 1。 硅 溶 胶 是 一 种优 质 熔 模 铸 造 用 水 基 粘 结 剂 ,用 于 所 有 壳 层 (面 层 和 背层 ) 。 硅 溶 胶 易 配 制 成 高 粉 液 比 的 优 质 涂 料 ,涂 料 稳 定性 好 。 用 硅 溶 胶 制 成 的 型 壳 不 需 要 化 学 硬 化 ,型 壳 制造 过 程 无 空 气 污 染 。表 1 熔 模 铸 造 用 硅 溶 胶 技 术 要 求Tab. 1 Technical requirements of co

13、lloidal silica in investment casting牌 号 化 学 成 分 w ( %) 物 理 性 能 其 它SiO2 Na2 O 密 度 / (g/ cm3 ) p H 值 运 动 粘 度 / (mm2 / s) SiO2 胶 粒 直 径 / mm 外 观 稳 定 期GRJ226 24 28 0. 3 1. 15 1. 19 9 9. 5 6 7 15GRJ230 29 31 0. 5 1. 20 1. 22 9 10 8 9 20乳 白 或 淡 青色 无 夹 杂 1 年2. 2 硅 溶 胶 涂 料 的 配 比控 制 涂 料 粘 度 及 密 度 ,是 涂 料 质 量 控

14、 制 的 关 键 ,配制 时 按 当 时 的 实 际 情 况 ,当 零 件 壁 薄 、 复 杂 或 带 有 深 陷时 ,涂 料 粘 度 取 下 限 ,反 之 取 上 限 。 具 体 配 方 见 表 2。表 2 硅 溶 胶 涂 料 液 配 方Tab. 2 Formula of colloidal silica coating种 类 面 层 (1) 2 3 层 4 5 层 最 外 层硅 溶 胶 / kg 10 10 10 10锆 英 粉 / kg 38 - - 0. 3煤 矸 粉 / kg - 30 20 1. 2湿 润 剂 / g 20 - - -消 泡 剂 / g 20 - - -粘 度 /

15、s 30 35 30 10 15 15 202. 2. 1 配 比 原 则硅 溶 胶 涂 料 中 ,除 了 硅 溶 胶 和 耐 火 粉 以 外 ,还 应 有一 定 量 的 表 面 活 性 剂 (J FC)及 消 泡 剂 (正 辛 醇 ) 。2. 2. 2 配 制 工 艺按 涂 料 的 配 方 取 一 定 量 的 耐 火 粉 料 、 湿 润 剂 、 消 泡剂 ,先 将 湿 润 剂 及 消 泡 剂 加 入 涂 料 桶 中 ,然 后 加 入 硅 溶胶 ,开 始 搅 拌 ,在 不 断 搅 拌 中 加 入 耐 火 粉 料 ,待 全 部 加入 完 后 ,继 续 搅 拌 6 12 h ,稳 定 后 测 其

16、粘 度 ,过 高 加硅 溶 胶 稀 释 ,过 小 则 加 入 一 定 量 的 耐 火 粉 料 补 充 ,直 至粘 度 合 格 为 止 。2. 3 硅 溶 胶 涂 料 液 的 制 壳 工 艺2. 3. 1 制 壳 场 地 工 艺 参 数涂 料 间 温 度 :22 25 ;相 对 湿 度 :45 % 65 % ;通 风 条 件 良 好 。2. 3. 2 涂 料 工 艺 过 程将 清 洗 好 的 蜡 模 (要 求 干 燥 后 ) 慢 慢 浸 入 L 型 涂料 搅 拌 桶 中 ,并 转 动 和 上 下 移 动 ,让 涂 料 充 分 并 均 匀 湿润 模 组 后 ,取 出 慢 慢 转 动 至 无 涂 料

17、 堆 积 、 滴 落 现 象 时 再挂 砂 ,使 砂 粒 均 匀 附 于 涂 料 之 上 ,每 层 涂 料 的 粘 度 ,撒砂 粒 度 的 要 求 见 表 3。 面 层 涂 料 使 用 时 要 用 专 用 筛 网过 滤 涂 料 中 的 砂 粒 等 杂 质 ,以 防 止 模 壳 中 产 生 砂 粒 等脱 落 而 造 成 铸 件 夹 灰 、 夹 砂 。表 3 硅 溶 胶 涂 料 的 性 能 要 求Tab. 3 Property requirements of colloidal silica coatings型 壳 层 数 涂 料 粘 度 / s 密 度 / (g/ cm3 ) 撒 砂 粒 度 /

18、 目1 (面 ) 30 35 1. 87 2. 03 80/ 100 (锆 英 砂 )2 30 1. 84 1. 85 30/ 60 (煤 矸 砂 )3 30 1. 83 1. 84 30/ 60 (煤 矸 砂 )4 15 20 1. 81 1. 82 16/ 30 (煤 矸 砂 )5 15 20 1. 80 1. 81 16/ 30 (煤 矸 砂 )6 (最 外 层 ) 15 20 1. 79 1. 802. 3. 3 硅 溶 胶 每 层 型 壳 的 干 燥 过 程硅 溶 胶 在 干 燥 过 程 中 必 须 严 格 控 制 温 度 、 相 对 湿度 及 空 气 流 速 等 ,具 体 工 艺

19、参 数 见 表 4。当 环 境 温 度 和 相 对 湿 度 不 易 调 整 时 ,可 控 制 为 一定 相 对 稳 定 额 数 值 ;温 度 为 22 25 ,湿 度 45 %171FOUNDR Y TECHNOLO GYVol. 27 No. 2Feb. 200665 %。表 4 硅 溶 胶 型 壳 干 燥 工 艺 参 数Tab. 4 Processing parameters of dry ceramic shell mould时 间 层 数 干 燥 温 度 / 相 对 湿 度 ( %) 风 速 4 h 1 2 20 25 50 60 不 宜 吹 风 6 h 3 5 8 h 6 30 30

20、 50 3 m/ s2. 4 模 壳 脱 蜡 工 艺采 用 水 浴 脱 蜡 ,水 温 90 95 , 脱 蜡 时 间 应 20 min ,以 防 止 水 沸 腾 造 成 砂 粒 或 涂 料 进 入 模 壳 中 。2. 5 模 壳 的 自 检模 壳 的 自 检 由 操 作 工 完 成 ,当 有 分 层 、 起 泡 、 开 裂 、烂 头 者 为 不 合 格 ,浇 道 中 有 多 余 的 涂 料 ,不 均 匀 附 着 者必 须 除 去 ,否 则 为 不 合 格 。2. 6 脱 蜡 槽 清 理每 次 脱 蜡 结 束 后 要 将 蜡 水 放 出 浇 成 蜡 锭 ,浇 蜡 锭时 要 用 160 200 目

21、 的 筛 网 过 滤 去 除 蜡 液 中 的 渣 滓 ,并将 槽 中 的 水 全 部 放 掉 ,将 脱 蜡 槽 打 扫 干 净 ,下 次 脱 蜡 时重 新 加 入 清 洁 的 水 。3 焙 烧 工 艺3. 1 单 壳 焙 烧模 壳 口 朝 下 ,放 置 于 炉 膛 内 ,焙 烧 温 度 900 1 050 ,到 温 后 保 温 1 2 h 后 取 出 浇 注 ,当 需 要 装 箱时 待 模 壳 温 度 小 于 450 时 出 炉 ,装 箱 。3. 2 装 箱 焙 烧认 真 仔 细 检 查 模 壳 质 量 ,凡 有 型 腔 开 裂 、 剥 落 、 起皮 等 现 象 的 模 壳 不 予 装 箱 。

22、 清 除 浇 道 翻 边 及 浮 砂 ,模壳 口 朝 下 ,四 周 均 匀 拍 摇 模 壳 ,清 除 夹 灰 、 夹 砂 及 型 腔表 面 的 浮 尘 。 用 压 缩 空 气 吹 净 型 腔 内 夹 灰 及 其 表 面 浮尘 后 ,100 %进 行 清 水 清 洗 模 壳 型 腔 ,去 除 内 部 渣 滓 。再 次 轻 轻 拍 摇 模 壳 后 装 箱 ,填 砂 至 封 住 横 浇 道 为 止 ,填砂 后 用 石 棉 板 盖 住 浇 口 并 用 两 半 缺 口 的 石 棉 板 盖 住 砂箱 上 口 (石 棉 板 大 小 保 证 盖 满 整 个 砂 箱 上 口 并 伸 出 挡砂 箱 爆 皮 的 边

23、 沿 ) ,以 防 止 焙 烧 至 浇 注 过 程 中 砂 箱 爆 皮落 入 模 壳 中 而 造 成 铸 件 夹 灰 。 如 有 浇 口 损 坏 ,杯 口 有砂 粒 外 露 者 ,则 停 止 使 用 ,经 修 补 并 经 检 验 合 格 后 方 可再 次 使 用 。 小 于 450 装 炉 , 箱 式 电 阻 炉 焙 烧 至900 ,保 温 2 h 后 方 可 浇 注 。4 结 语本 工 艺 于 2000 年 2 月 在 浙 江 余 姚 某 精 铸 工 厂 试验 ,经 过 3 个 月 生 产 表 明 : (熔 模 )精 密 铸 造 硅 溶 胶 模 壳制 造 工 艺 能 满 足 优 质 铸 件

24、生 产 要 求 。 2002 年 9 月 以后 在 无 锡 与 张 家 港 等 地 精 铸 工 厂 反 复 试 验 ,也 能 满 足优 质 铸 件 生 产 要 求 。 5 年 多 来 的 生 产 实 践 充 分 证 明 熔模 精 密 铸 造 硅 溶 胶 模 壳 制 造 工 艺 是 成 熟 的 ,为 生 产 合格 模 壳 和 精 密 铸 件 提 供 了 技 术 保 障 。快 讯陕 西 华 兴 铸 造 有 限 责 任 公 司自 动 造 型 生 产 线 投 产陕 西 华 兴 铸 造 有 限 责 任 公 司 自 动 化 铸 铁 件 生 产 线 于 2005 年 12 月 8 日 投 产 运 行 。 西

25、 安 航 空 制 动 科技 有 限 公 司 铸 铁 件 生 产 有 近 50 年 的 历 史 ,在 新 的 市 场 条 件 下 ,其 运 营 模 式 及 生 产 规 模 已 不 具 备 参 与 市 场竞 争 的 优 势 。 2005 年 与 来 自 陕 甘 两 地 的 民 营 企 业 家 王 志 成 、 王 兴 科 达 成 意 向 ,合 资 成 立 了 陕 西 华 兴 铸 造有 限 责 任 公 司 。 由 西 安 航 空 制 动 科 技 有 限 公 司 控 股 ,民 营 企 业 家 王 志 成 任 董 事 长 。自 动 化 铸 铁 件 造 型 线 由 天 津 市 亨 特 尔 机 电 发 展 有 限 公 司 提 供 ,砂 处 理 设 备 由 常 州 卓 信 机 电 设 备 制 造有 限 公 司 制 造 。 新 建 生 产 车 间 ,采 用 自 动 化 生 产 方 式 ,从 事 汽 车 产 品 和 制 冷 设 备 的 中 、 小 型 灰 铁 、 球 墨 铸铁 件 生 产 及 机 械 加 工 ,年 生 产 能 力 30 000 t 。 目 前 已 与 一 汽 奇 瑞 、 一 汽 大 众 、 上 海 大 众 、 西 安 大 金 等 知 名 企业 建 立 了 良 好 的 供 需 关 系 。(陕 西 兴 平 48 # 信 箱 刘 建 军 供 稿 )271