熔模鑄造型殼缺陷產(chǎn)生原因與防止

■潘玉洪

熔模鑄造型殼缺陷產(chǎn)生原因與防止

■潘玉洪

水玻璃型殼常見的缺陷中，還有結(jié)疤、型腔殘留物、飛翅、黑殼和搭棚等缺陷，現(xiàn)分析如下。

一、結(jié)疤

1. 特征

型殼的內(nèi)表面出現(xiàn)像結(jié)疤狀的凸凹不平的、圓形的坑，如圖1所示。有的又俗稱為“蛤蟆皮”“桔子皮”。

2. 產(chǎn)生原因

（1）面層涂料黏度過大，涂掛時操作不當(dāng)，局部涂料堆積，且自然風(fēng)干時間短；硬化時，涂料表面層凝膠急劇收縮，而內(nèi)層涂料未充分硬化，使型殼的內(nèi)表面出現(xiàn)凸凹不平、結(jié)疤狀的坑。

（2）面層涂料與蠟?zāi)Ｖg常有油類、鹽類和水分集聚，導(dǎo)致硬化不充分；脫蠟時型殼的內(nèi)表面松散，導(dǎo)致出現(xiàn)凸凹不平的、結(jié)疤狀的坑。

3. 防止措施

（1）適當(dāng)降低面層涂料黏度。當(dāng)水玻璃模數(shù)M=3.0～3.4，密度ρ=1.25～1.28g/cm3，耐火粉料粒度為0.053mm（270目）時，粉液比應(yīng)該是1:1.1～1.3，加入表面活性劑，農(nóng)乳130或JFC，加入量0.1%～0.3%；同時加入消泡劑，加入量0.05%～0.1%，以提高涂料的流動性和潤濕性。

涂掛操作時，避免涂料堆積；當(dāng)面層涂料均勻地覆蓋在模組的表面上時，應(yīng)立即撒砂。

控制型殼硬化前的自然風(fēng)干時間，一般選用15～40min；生產(chǎn)中常以型殼“不濕不白”為選擇時間的依據(jù)，“白”就是太干，“濕”就是沒有干好。

選用合理的面層硬化工藝參數(shù)，如硬化前的自然風(fēng)干時間；硬化中的氯化銨濃度22%～25%，溫度20～25℃，硬化時間3～10min，硬化后的晾干時間30 ～45min，使型殼充分硬化。

（2）模組浸涂前應(yīng)進行脫脂處理。組裝后的模組表面常附有分型劑或脫模劑、蠟屑等，為此模組浸涂前要用脫脂液（濃度為質(zhì)量分?jǐn)?shù)的0.3%表面活性劑或中性軟肥皂水溶液）予以處理，以便改善蠟?zāi)１砻鎸ν苛系臐櫇衲芰Γ纳仆苛系母采w性、涂掛性。

面層涂料中應(yīng)加入表面活性劑。水玻璃的表面張力較大，常用的蠟基模料為憎水性物質(zhì)，在壓制蠟?zāi)r使用分型劑也是憎水性的物質(zhì)，為此在涂料中加入表面活性劑——JFC，或農(nóng)乳130，（加入量為粘結(jié)劑質(zhì)量的0.1%～0.3%），增加涂料對蠟?zāi)５臐櫇褡饔茫纳仆繏煨裕⒏纳仆苛系臐B透性，加速硬化劑向涂料層內(nèi)部滲透和硬化。

選用合理的面層硬化工藝參數(shù)，如硬化前的自然風(fēng)干時間、硬化劑濃度、溫度和硬化時間，以及硬化后的晾干時間。

圖1

選用合理的脫蠟工藝參數(shù)，如在脫蠟液中加入3%～5%的硬化劑或1%的鹽酸（更好），使型殼在脫蠟過程中得到補充硬化；脫蠟液的溫度控制在95～98℃，脫蠟時間為15～20min，不要超過30min。

二、型腔殘留皂化物和殘留鹽類

1. 特征

焙燒后，型腔內(nèi)呈現(xiàn)黑色部位是皂化物，白色晶體是殘留的鹽類，如圖2所示。

2. 產(chǎn)生原因

（1）硬脂酸在使用過程中，易與比氫活潑的金屬發(fā)生置換反應(yīng)，也會與堿或堿性氧化物發(fā)生中和反應(yīng)，生成不溶于水的皂化物（硬脂酸鹽），使蠟料變質(zhì)，這些黏性的皂化物在脫蠟后，易殘留在型腔內(nèi)。

（2）型殼硬化后晾干時間短，使型殼殘留過多的鹽類。

（3）由于焙燒工藝不良，沒有在焙燒的過程中徹底清除型腔中含有的水分、殘留皂化物、蠟料和鹽分等揮發(fā)物，還有硬化過程中殘留的氯化銨及其鹽類，以及耐火材料中的有機物等。

3. 防止措施

（1）型殼脫蠟后，型腔可能殘留蠟料及黏附的皂化物，宜用熱水（加入0.5%的鹽酸）沖洗，并倒置存放。皂化反應(yīng)消耗了蠟料中的硬脂酸，在回收蠟料時，應(yīng)補加適量的硬脂酸，以穩(wěn)定蠟料的性能。

（2）型殼硬化后，應(yīng)充分晾干。晾干的時間取決于溫度、濕度、硬化劑種類、硬化工藝，以及蠟?zāi)＝Y(jié)構(gòu)等因素。氯化銨硬化劑的型殼晾干時間標(biāo)準(zhǔn)以型殼“不濕不白”為宜。

（3）選擇合理的焙燒工藝，水玻璃型殼的焙燒溫度850 ～950℃，氯化銨硬化的型殼焙燒溫度850～900℃，保溫時間均為0.5～2h。

檢測焙燒爐，使其確保工藝使用要求。

焙燒良好的型殼呈白色、粉白色或粉紅色；焙燒不良的型殼呈深色或深灰色，表示型殼殘留較多的碳分。型殼焙燒不能超過兩次。

三、型腔殘留型殼材料和型砂

1. 特征

型腔中殘留多余的型殼材料如圖3A處所示。型腔中殘留多余的型砂如圖4所示。

2. 產(chǎn)生原因

（1）脫蠟前，沒有清理干凈澆口棒頂部多余的浮砂和型殼材料，使其在脫蠟過程中落入型腔。

（2）在型殼脫蠟的過程中，脫蠟液沸騰，將槽底的型殼材料和型砂翻起進入型腔。

（3）更換脫蠟液時，沒有清理干凈槽底的型殼材料、型砂和其他臟物。

（4）型殼脫蠟后的存放場地不潔凈，且型殼沒有倒置存放，使型殼材料、型砂落入型腔。

（5）由于操作不當(dāng)，將型殼材料和型砂等撒入沒有澆注的型腔中。

圖2①—皂化物　②—殘留鹽類

圖3　殘留多余的型殼材料

圖4　型腔中殘留多余的型砂

3. 防止措施

（1）脫蠟前，徹底清理干凈澆口棒頂部的浮砂和多余的型殼材料；避免在脫蠟過程中，型殼材料落入型腔。

（2）控制脫蠟液的溫度在95～98℃，避免沸騰；脫蠟時間為15～20min，不要超過30min。

（3）更換脫蠟液時，徹底清除槽底的型殼材料、型砂和其他臟物。

（4）做好型殼存放場地的5S管理，且型殼應(yīng)倒置存放，避免型殼材料和型砂落入型腔。

（5）加強責(zé)任心，注意覆蓋澆口杯操作，避免將型殼材料和型砂撒入沒有澆注的型腔中；

澆注前，用吸塵器吸凈型腔中落入的型砂等雜物。

（6）必要時，型殼的最外層可以只浸涂涂料而不撒砂，以保護型殼最外層的砂粒在脫蠟、焙燒或澆注過程中砂粒不剝落。

四、飛翅

1. 特征

型腔內(nèi)有多余的飛翅，如圖5A處所示。

2. 產(chǎn)生原因

采用低壓電熱刀焊接模組時：

（1）焊接操作不當(dāng)，蠟?zāi)Ｅc澆注系統(tǒng)熔模之間留有縫隙。

（2）焊接時，焊接工具如電熱刀溫度過高，使蠟?zāi)Ｅc澆注系統(tǒng)熔模之間留有縫隙。

3. 防止措施

（1）焊接時應(yīng)仔細(xì)操作，并認(rèn)真檢查焊縫，如有縫隙必須立即補好。

（2）焊接前應(yīng)檢查、控制電熱刀等焊接工具的溫度；焊接后，應(yīng)認(rèn)真檢查焊縫，如有縫隙必須立即補好。

五、黑殼

1. 特征

型腔表面黏附大量的蠟料和皂化物等，如圖6、圖7所示。

2. 產(chǎn)生原因

（1）脫蠟液溫度低，或脫蠟時間短，脫蠟不干凈，使型腔中殘留大量的蠟料、皂化物等。

（2）型殼脫蠟后，型腔中含有水分、殘留皂化物、蠟料和鹽分等揮發(fā)物，還有硬化過程中殘留的氯化銨及鹽類等，為此型殼應(yīng)予以焙燒。如果焙燒工藝不當(dāng)，或執(zhí)行焙燒工藝不當(dāng)，或焙燒爐不能滿足工藝要求，使型殼中殘留的蠟料、皂化物等燃燒不充分，且這些物質(zhì)在澆注前沒有被清除。

3. 防止措施

（1）選用合理的脫蠟工藝參數(shù)，在脫蠟液中加入3%～5%的硬化劑，或1%的鹽酸（更好），使型殼在脫蠟過程中得到補充硬化；脫蠟液的溫度控制在95～98℃，脫蠟時間為15～20min，不要超過30min。

型殼脫蠟后，型腔可能殘留蠟料及黏附的皂化物，宜用熱水（加入0.5%的鹽酸）沖洗，盡量減少型腔中殘留的蠟料和皂化物等，并倒置存放，以利于型腔內(nèi)的水分流出。

（2）選用合理的焙燒工藝，氯化銨硬化的型殼焙燒溫度850～900℃，時間0.5～2h；同時應(yīng)規(guī)定裝爐量和型殼的擺放等，使入爐的型殼全部均勻受熱，充分焙燒。

焙燒良好的型殼呈白色、粉白色或粉紅色；焙燒不良的型殼呈深色或深灰色，表示型殼殘留較多的碳分。型殼焙燒不能超過兩次。

（3）嚴(yán)格執(zhí)行制殼焙燒工藝，且焙燒爐應(yīng)加強定期檢測和日常維護保養(yǎng)，使其保證生產(chǎn)工藝需要。

六、搭棚

1. 特征

型殼過早出現(xiàn)搭棚現(xiàn)象，如圖8所示。

圖5　型腔中的飛翅

圖6　焙燒不充分，型腔黏附的蠟料和皂化物等

圖7　充分焙燒后，型腔的蠟料和皂化物等

圖8　型殼搭棚

2. 產(chǎn)生原因

（1）組焊工藝規(guī)定的蠟?zāi)ｉg距小，或組焊時操作不當(dāng)，使蠟?zāi)Ｖg的間距太小，不利于涂掛操作。

（2）加固層涂料黏度過大，流動性差。

（3）涂掛操作不當(dāng)，加固

層涂料尚未充分覆蓋在前一涂層上就撒砂。

（4）蠟?zāi)５慕Y(jié)構(gòu)不合理，深孔、不通孔、凹槽等處不利于涂掛操作。

3. 防止措施

（1）選擇合理的組焊工藝，蠟?zāi)Ｖg的間距應(yīng)≥10mm，并嚴(yán)格操作，確保蠟?zāi)５木鶆蛲繏臁?/p>

（2）適當(dāng)降低加固層涂料黏度，必要時可加入適量表面活性劑，提高涂料的流動性。

（3）注意涂掛操作，待涂料均勻、完整地覆蓋前一層涂層后再撒砂。

（4）必要時修改蠟?zāi)５慕Y(jié)構(gòu)，使其滿足熔模鑄造生產(chǎn)要求。對于蠟?zāi)５纳羁住⒉煌住疾鄣忍帲妹P刷涂，或用壓縮空氣噴吹。

20150326

作者簡介：潘玉洪，深圳市盈迅精密機械有限責(zé)任公司，高級工程師。