水玻璃型殼熔模鑄造制殼工藝過程控制

【摘 要】本文論述了熔模鑄造水玻璃型殼的質量控制要求及生產管理的要點。實踐證明，通過加強型殼工藝中關鍵過程控制和質量影響因素的綜合控制，使產品質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=w（SiO2）/w（Na2O）×1.032，式中w（SiO2）、w（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，以保證到貨水玻璃滿足要求。

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。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。回性后的涂料密度將升高、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。

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我們應做到：（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；（5）要規范浸涂料及撒砂操作環節。

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