金屬型模具澆口冒口涂料配制及涂敷工藝研究

( 、、、.安順學院電子與信息工程學院，航空電子電氣與信息網絡工程技術研究中心，貴州 安順56000)

金屬型鑄造具有可以多次使用且不影響生產的特點，不僅符合綠色環保生產的觀點，而且能夠節約生產成本且對技術要求不高，便于生產。但不足之處是，該鑄造方式的氣體封閉性與無退讓性，容易對鑄件帶來冷隔、澆不足等鑄造缺陷。為了提高補縮能力，避免出現澆不足、冷隔等缺陷，通常在金屬型模具澆冒系統工作表面噴涂刷涂料，從而調節模具的冷卻速度，以達到提高鑄件質量的目的。隨著工業生產效率和對產品質量的要求不斷提高，工藝技術人員需要對噴涂刷涂料過程參數進行解。但是，現有的涂料價格昂貴、配方保密、無噴涂技術標準[1-5]。論文通過噴涂工藝的獨特設計，實現調節鑄件各部位在金屬型中的冷卻速度，控制鑄件的凝固補縮順序，保證獲得薄壁的鑄件。涂料按照涂敷工藝涂敷不易剝落，使用時間長，可連續生產上百件鑄件，涂料配制操作方便，價格便宜的需求進行設計。對涂敷工藝進行了量化實驗，工人不需要靠經驗操作，使工序操作制度化、規范化、程序化，質量控制更可靠。該涂料是一種新的環境友好型金屬型模具噴涂涂料，使用壽命長。

1 涂料配置原材料

論文研究的金屬型模具涂料主要包括氧化鋅、水玻璃和去離子水等材料。其中氧化鋅是白色粉末狀，可溶于酸和強堿，難溶于水，其熔點是1975℃，在金屬模具鑄造溫度下化學性能穩定，含有氧化鋅的涂料具有熔點較高、阻燃性好和粘合性好的特點。在一般的金屬鑄造時，其鑄造溫度都達不到氧化鋅的熔點，澆注時可減少高溫液體金屬對金屬型的熱損耗，隔開液體金屬對型腔的沖擊腐蝕，避免粘結。在取出鑄件時能夠延緩鑄件對型腔和型芯的破壞，同時能夠保溫、儲氣、排氣。

水玻璃是硅酸鈉的水溶液。本文選用鉀水玻璃作為原材料，其分子式是K2O.nSiO2，熔點為1300℃～1400℃，普遍應用于陶瓷、精密制造、黏土和涂料等領域中。鉀水玻璃的優點是粘結力高、耐酸性強、強度大、耐熱性好等。

去離子水是指消除水中的陰離子和陽離子的水，用其作為溶劑，可以防止氧化鋅和水玻璃與水中的離子反應，部分變質失去其物理特性，去離子水保證了涂料在高溫噴涂、預熱固定和鑄件鑄造過程中物理性能穩定不變。

無水石棉白色至灰白色纖維狀物質，化學性質穩定、絕熱性好，耐堿性強、耐酸性好。在該澆冒口涂料中作為填充劑起骨架的作用，增加涂抹的厚度。

配置涂料所用原材料有：粒度直徑小于0.6mm的無水氧化鋅，粒度直徑小于0.6mm的無水石棉粉，模數為2.5～3.0、密度為1.50 g/cm3～1.60g/cm3的水玻璃和65℃～75℃去離子水。

2 涂料配置及涂刷方法

金屬型澆冒口涂料要想得到最好的利用效果，涂料自身不僅要具備良好的性能，而且合理的配制涂料，正確使用涂敷方法以及涂敷設備的選擇也具有非常重要的意義。為了克服涂料配制和涂敷方法等技術問題，論文設計了一種新的金屬型模具澆冒系統涂料的配制和涂敷方法。運用這種配制的涂料與涂敷方法能高效解決鑄造過程中出現的冷隔、澆不足、模具型腔散熱快和粘模等問題。

圖1 涂料配置及涂刷方法

實驗采用的涂料配置方法如下：首先把無水氧化鋅放到準備好的裝置中，然后把水玻璃和無水石棉粉依次加到裝置里面混合在一起，然后再不停地攪拌，將制成的混合物置入盛有溫度為65℃～75℃的去離子水裝置中，此時注意，為了讓混合物達到完全均勻狀態，需要一邊倒入一邊攪拌。實驗所采用無水氧化鋅所占比重為9%～11%、水玻璃的比重為8%～10%、無石水棉粉所占比重為8%～11%，其他成分均用去離子水。為達到更好的效果，本方法采用粒度直徑不大于0.6mm的氧化鋅和石棉粉，采用的水玻璃模數為2.5～3.0、密度為1.50 g/cm3～1.60g/cm3。

上述方法涂料配置及涂刷方法如上圖1：

涂料配置及涂刷步驟如下：

1)將成功配置好的涂料取出；

2)預先處理好的金屬型模具加熱到280℃～350℃，此溫度為涂刷的最適宜溫度；

3)在模具澆冒系統用涂料筆進行涂刷，澆道涂料厚度一定要控制在0.3mm～0.5mm之間；而冒口涂料厚度為1mm～3mm；

4)等加熱到所需溫度后，把步驟3噴涂完的鑄件模具放入保溫爐里烘烤，從而使模具工作的溫度達到380℃左右，但不得高于420℃低于350℃，然后維持1h～2h。

下面通過具體實施作進一步說明，為尋求金屬型模具涂料的最優配置，采用托盤天平稱取氧化鋅和水玻璃的質量，稱取氧化鋅質量分別為80g(A1)、90g(A2)、100g (A3)；水玻璃質量分別為70g(B1)、80g(B2)、90g(B3)；無水石棉質量分別為80g(C1)、90g(C2)、100(C3),其余為去離子水。經過正交實驗，發現27種方案在實際生產中都基本能夠滿足生產要求，方案A2B2C2，稍微更優一些，使用時間長，不易脫落，連續使用效果最好，有效解決金屬型鑄造生產過程中澆不足、冷隔等問題。

表1 涂料組成含量(%)

3 實驗結論

通過對無水氧化鋅、水玻璃、無水石棉粉和去離子水進行多次配比實驗，將所配置的涂料運用控制變量法進行多次涂敷實驗，分析并優化數據參數，得到如下結論：

1)耐火材料氧化鋅和石棉粉的粒度直徑小于0.6mm，其耐火性能最好；采用模數為2.5～3.0、密度為1.50g/cm3～1.60g/cm3的水玻璃，其粘結性好；去離子水溫度應控制在65℃～75℃。

2)涂料的最佳配比：無水氧化鋅所占比重為9%～11%、水玻璃的比重為8%～10%、無石水棉粉所占比重為8%～11%。

3)操作前準備，把模具噴砂后烘烤達到適宜溫度，能使涂料的粘附性更好，涂料盡快烘干去除濕度，整個涂料噴刷均勻不留空隙。操作前所加溫度保持280℃～350℃，噴涂效果最佳。如果開始溫度小于280℃，涂料干燥過程就太長；而如果開始溫度高于350℃，就會導致表層起泡甚至會掉落。

4)澆道涂料厚度控制在0.3mm～0.5mm，冒口涂料厚度控制在1mm～3mm，如果噴涂太薄，起不到調節模具的冷卻速度的作用；如果噴涂太厚，涂料層容易脫落，則會影響到澆注系統尺寸。

參考文獻：

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