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精密铸造-熔模铸造型壳缺陷分析(一)转载

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 精密铸造水玻璃型壳常见的缺陷有裂纹、变形、鼓胀,蚁孔、蠕孔及气孔等,现分析如下: 
一、型壳裂纹

  型壳裂纹有两种情况,一是浇口杯产生裂纹,如图1所示;二是型壳表面产生裂纹。浇口杯裂纹特征:型壳的浇口杯有裂纹,严重时浇口杯开裂。型壳表面裂纹:在型壳的表面上有弯曲的、深浅不等的裂纹。
1.产生原因
  (1)涂料中水玻璃的模数、密度过高或过低;涂料中的粉液比过低;或硬化剂的浓度、温度和硬化时间不当,硬化不充分;或型壳在硬化前的自然风干时间不够,不利于硬化剂的继续渗透硬化,影响了硅凝胶的连续性和致密性;或型壳的层数不够等原因,导致型壳的强度低,出现了裂纹。
  (2)涂料层涂挂的不均匀,或撒砂层厚薄不均;尤其是浸涂料后没有撒上砂的部位,硅凝胶在收缩时受力不均匀,导致型壳产生裂纹。
  (3)脱蜡液的温度低,脱蜡时间太长。由于蜡料的热膨胀系数大于型壳的热膨胀系数,脱蜡缓慢将导致型壳在脱蜡的过程中受到各种应力的作用;如果超过此时型壳的强度极限,就会产生裂纹,甚至开裂。
  (4)焙烧时,型壳入炉温度高,升温过快,或高温出炉急冷;或型壳多次焙烧,产生微裂纹,甚至裂纹,降低了强度;或型壳的高温强度低,使型壳在焙烧时产生裂纹。
  (5)清理浇口杯时,机械损伤浇口杯。

2.防止措施

  (1)采用下列措施,型壳的高温强度就高。
    ①水玻璃的模数M=3.0~3.4,密度ρ=1.30~1.33 g/cm3配制的加固层涂料。
    ②采用合理的涂料配制工艺,并执行涂料的“配比-温度-粘度”曲线。
    ③采用合理的硬化工艺,控制硬化剂的“浓度-温度-硬化时间”;或选用氯化铝代替氯化铵硬化型壳。
    ④合理的制壳工艺,如涂料粘度与撒砂粒度的合理配合,硬化工艺参数要确保型壳充分硬化。
    ⑤采取措施增加型壳强度,如常用的增加型壳层数,或采用复合型壳等;必要时大件型壳可用铁丝加固等。

  (2)蜡模浸入检验合格的涂料中,上下移动和不断地转动,提起后滴去多余的涂料,使涂料均匀地覆盖在模组的表面上;不能出现涂料的局部堆积或缺少涂料(漏涂);并及时、均匀撒砂。
  (3)适当提高脱蜡液的温度,控制在95~98℃;缩短脱蜡时间,以15~20min,不超过30min为宜;水玻璃型壳脱蜡的要点:高温快速。必要时,改进脱蜡方法。
  (4)选用合理的焙烧工艺,氯化铵硬化的型壳焙烧温度T=850~900℃,时间0.5~2h;并严格执行;必要时,采用阶段升温,或冷却;型壳焙烧不能超过两次。
  焙烧良好的型壳呈白色、粉白色或粉红色;焙烧不良的型壳呈深色或深灰色,表示型壳残留较多的碳分。
  (5)清理浇口杯时应仔细,避免机械损伤;必要时,改进浇口杯的结构。

二、型壳变形

  特征:型腔的尺寸不符合图样要求。
1.产生原因
  (1)型壳高温强度低,其抗高温变形能力也低。型壳变形大部分是在脱蜡、焙烧或浇注过程中产生的。浇注时,靠近浇口的高温有可能使型壳发生变形。
  (2)涂料的粘度大,涂层过厚,涂料堆积;或硬化液浓度低,温度低,硬化时间短,硬化不足等原因,导致型壳的强度低。
  (3)脱蜡液的温度低,脱蜡时间太长。由于蜡料的热膨胀系数大于型壳的热膨胀系数,脱蜡缓慢将导致型壳在脱蜡的过程中受到各种应力的作用,是型壳在脱蜡过程中变形。
  (4)中小件型壳的焙烧温度过高、焙烧时间过长;或冷却过快;或焙烧时摆放不当(堆压、挤压),使得支撑受力不平衡等原因,引起局部变形。
  (5)焙烧炉不能满足工艺要求。
  (6)焙烧与浇注配合不当,型壳在焙烧后的热态时,强度较高;温度下降时,强度随之下降。如型壳在冷态下浇注,型壳急剧升温热膨胀系数大,导致型壳变形。

2.防止措施
  (1)下列因素的合理匹配与控制,就可以适当的提高型壳的高温变形能力:
    ①水玻璃的模数M=3.0~3.4,密度ρ=1.30~1.33 g/cm3配制的加固层涂料。
    ②选用硬化剂;氯化铝硬化的型壳比氯化铵硬化的型壳。
    ③铝硅系粉、砂,代替硅石粉、砂。
    ④制壳工艺。如涂料粘度与撒砂粒度的合理配合,硬化工艺参数要确保型壳充分硬化。
    ⑤ 焙烧和浇注的合理配合,防止型壳在冷态下浇注。
    ⑥采用复合型壳,如水玻璃与硅溶胶型壳,水玻璃与硅酸乙酯型壳等。

  (2)掌握、运用、控制涂料的“配比-粘度-温度”关系曲线;注意涂挂操作,使涂层均匀地覆盖;控制硬化液的浓度、温度和硬化时间,使型壳充分硬化。
  (3)型壳停放12~24h再脱蜡;选择合理的脱蜡工艺,脱蜡液的温度控制在95~98℃,脱蜡时间为15~20min,不超过30min;以及型壳在脱蜡过程中的摆放等。
  (4)选择合理的焙烧工艺,氯化铵硬化的型壳焙烧温度T=850~900℃,时间0.5~2h;注意型壳在焙烧过程中的摆放,避免型壳彼此挤压;控制焙烧出炉的冷却速度等。
焙烧良好的型壳呈白色、粉白色或粉红色。
  (5)加强焙烧炉的定期检测和日常维护保养,使其满足焙烧工艺要求。

三、型壳鼓胀

  特征:型壳整体鼓胀,或局部涂层鼓胀。型芯鼓胀,如图4所示;型壳内表面鼓胀。
1.产生原因

  (1)型壳分层的各种原因:
    ①水玻璃模数高,或涂料的粘度大;操作不当,或撒砂时间控制不当,使涂料或型砂局部堆积;以及硬化不良等原因。
    ②面层硬化前的自然风干时间太长,与第二层涂料润湿和结合不好。
    ③涂料撒砂后,表面有浮砂;或面层砂的粒度过细,砂中粉尘过多或砂粒受潮含水分过多;导致第二层涂料与面层砂结合不牢。④面层硬化后晾干的时间短,型壳局部表面残留过多的硬化液等原因。

  (2)型壳抗高温变形能力低的原因:
    ①型壳高温强度低,其抗高温变形能力也低。型壳鼓胀大部分是在脱蜡、焙烧或浇注过程中产生的。
    ②涂料的粘度大,涂层过厚,涂料堆积,或硬化液浓度低,温度低,硬化时间短,硬化不足等原因,导致型壳的强度低,抗高温变形能力也低。
  (3)脱蜡液的温度低,脱蜡时间太长。
  (4)中小件型壳的焙烧温度过高、焙烧时间过长;或冷却过快;或焙烧时摆放不当(堆压、挤压)等原因。
  (5)焙烧与浇注配合不当,如型壳在冷态下浇注,型壳急剧升温热膨胀系数大,导致型壳鼓胀。

2.防止措施

  (1)防止型壳分层的各种措施:
    ①控制制壳场地的温度保持在22~26℃为宜;适当的降低涂料粘度,增加其流动性;必要时,在涂料中适当的添加表面活性剂,改善涂料的涂挂性、覆盖性;注意操作方法,即型壳浸入涂料中,要上下移动和不断地转动,提起后滴去多余的涂料,使涂料均匀地涂挂和覆盖在型壳的表面上,立即撒砂,不能出现涂料或型砂的局部堆积,并充分硬化。
    ②型壳硬化前应自然风干一定的时间,一般选用15~40min,以型壳“不湿不白”为宜;硬化后要进行晾干,使型壳继续进行渗透硬化,硬化的更加充分。
    ③检验型砂的粒度和粉尘(粉尘含量≤0.3%),控制型砂在使用中的湿度应≤0.3%;并及时清除型壳上多余的浮砂;面层撒砂的粒度不要过细,以40/70目为宜。
  
    (2)防止型壳变形的各种措施:
    ①选择合适的水玻璃模数和密度,选用涂料合理的“粉液比、粘度和温度”;铝硅系粉、砂,代替硅石粉、砂;选用合适的硬化剂及选用合理的硬化工艺参数,控制硬化液的浓度、温度和硬化时间,使型壳充分硬化。
    ②注意涂挂操作,使涂层间均匀地覆盖。
    ③型壳停放12~24h再脱蜡;脱蜡液的温度控制在95~98℃,脱蜡时间为15~20min,不超过30min。④氯化铵硬化的型壳焙烧温度T=850~900℃,时间0.5~2h;控制焙烧出炉的冷却速度等。
  总之,选用合理的涂料工艺、制壳工艺、焙烧与浇注工艺,或采用符合型壳等,提高型壳抗高温变形能力


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