1、硅溶膠型殼精鑄件生產經驗點滴(一)(2015-05-28 13:46:15) 轉載標簽： 硅溶膠金晟遠科技精密鑄造硅溶膠鑄造化工    自上世紀九十年代初引進硅溶膠型殼生產精鑄件后，我國熔模精密鑄造生產獲得了飛速發展和長足進步。至今采用中、低溫蠟硅溶膠型殼工藝的工廠已近600多家，許多先進的工藝，高效的設備和優質的材料在精鑄件生產中得到了應用和推廣，鑄件質量和生產率有了很大的提高。近年來由于市場競爭，精鑄行業的技術交流受到一定影響，許多工廠的技術革新和寶貴的生產實踐經驗未能及時推廣和交流。為此，作者收集了近年來國內部分硅溶膠型殼工藝精鑄廠的生產經驗、技術創造和小改

2、小革，簡要地向精鑄同行介紹和推薦，希望有助于我國精鑄件質量生產效率和工藝水平的提高。限于篇幅和閱歷，僅將在生產中已投入應用并取得實效的點滴經驗摘要列出，期望能“拋磚引玉”，起到促進國內精鑄業的經驗交流廣泛開展的作用。以下內容按精鑄件生產工序逐項進行介紹。  制蠟模(組)工序一防止澆口杯“落砂”的措施1“翻邊”澆口杯的制作。為減少鑄件“砂孔”缺陷，無論中、低溫蠟硅溶膠型殼均應采用“翻邊”澆口(圖一)，在澆口(杯)模具上安放兩個半圓鑲圈，壓蠟后澆口杯端面會形成凹槽(圖二)。制殼后澆口會形成光滑的“翻邊”，能有效防止澆口杯邊緣的砂殼落入型腔內造成鑄件“落砂”。2“防砂蓋”的合理結構。大部分

3、工廠應用碳鋼平板(厚2毫米的沖壓件)作澆口杯上的“防砂蓋”。在制殼后脫蠟前取下，經拋丸處理去除粘砂后再回用。平板形蓋易在拋丸后翹曲、變形。若按圖三形式采用凹凸的“帽式”蓋，剛性大大提高，與澆口杯上平面接觸面減少，制殼時不易出現縫隙防落砂效果更好，使用壽命可提高一倍以上。3低溫蠟模組的澆口吊具。由于硅溶膠型殼大多采用蒸汽脫蠟，故低溫蠟組不宜沿用水玻璃型殼的木制澆口棒。為能按放“防砂蓋”及在脫蠟釜中便于安放模組，應與中溫蠟一樣采用可卸式手柄作澆口吊具。低溫蠟強度比中溫蠟低，應根據澆口棒形式(直棒或丁字形、多叉型等)在制蠟棒時使用耐酸不銹鋼制芯骨進行加固(圖四、五、六)，在使用長型芯骨時應在澆口棒模

4、具上兩端定位，防止芯骨移位。生產小件(200克)低溫蠟模組也可采用工藝出品率較高的多叉型澆口形式。為防止蠟棒斷裂，其截面積要比中溫蠟大些。中心部分要加長芯骨(圖五、六)。二低溫蠟回收處理的改進低溫蠟(指石蠟、硬脂酸各50%，下同)由于硬脂酸有較高的酸值(210)，與型殼粘結劑中的Na2O會產生“皂化”反應，其皂化物在焙殼澆注高溫下也不能消除，它是造成鑄件夾雜的主要根源之一。硅溶膠中Na2O含量很低(0.25-0.5%)，僅為水玻璃(7-9%)的1/30，但在蒸汽脫蠟高壓、高溫條件下(0.2Mpa，110-140)皂化反應比熱水脫蠟要強烈得多。其中硬脂酸還會與設備上的鐵質零件反應生成硬脂酸鐵(呈

5、棕紅色)，導致蠟料由白變紅，收縮率增大脆性增加，使蠟模表面質量下降。嚴重時還會在攪蠟后糊狀蠟中出現紅色點狀硬塊(硬脂酸鐵)，常會堵塞蠟槍口，惡化蠟料流動性，甚至無法進行壓蠟。正確地處理回收蠟料減少皂化物及硬脂酸鐵等雜質是保證蠟模和鑄件質量的關鍵。1回收蠟處理時鹽酸(HCl)加入量的確定。 蒸汽脫蠟時皂化反應雖激烈，但畢竟硅溶膠中Na2O含量很低，若仍按水玻璃型殼工藝加入HCl處理，則蠟料中殘酸量過高，蠟料會變脆且對脫蠟設備的腐蝕會加劇。經測定，常年批量生產的三種型殼在長期未補加硬脂酸狀況下其回收蠟中的酸值范圍，如表一。不同酸值時回收蠟處理時鹽酸加入量可按公式計算得出(計算過程從略)1 

6、;由表二可知，硅溶膠型殼低溫蠟處理時合理的鹽酸加入量為1-3%，回收蠟酸值宜每月測定一次(方法按GB/T14235.6-93)，同時有兩種或三種型殼工藝的工廠，低溫蠟回收時若均用熱水脫蠟，則應據實際測定的蠟料酸值按表二確定鹽酸加入量。硅溶膠型殼用低溫蠟回收處理后應每次補加3%(占回收蠟質量)新硬脂酸，以穩定蠟料酸值。2低溫蠟中鐵質的去除方法。硅溶膠型殼多數采用蒸汽脫蠟。若使用低溫蠟則在長期生產中，蠟料會因硬脂酸鐵的積累逐漸由白色轉變為棕紅色，蠟質也會惡化。一般除鐵方法有電解法或加入活性白土法處理回收蠟1。前者須有專用設備生產效率低，后者易使蠟料夾灰增多，故至今較少在工廠中應用。最簡易有效的除鐵

7、方法是：在回收蠟處理加入HCl的同時另加0.30.5%(蠟料質量百分數)的工業氟化鈉(NaF，粉狀)，氟(F)元素活性強，加熱時能與硬脂酸鐵生成氟化鐵，其密度較大，易在水中沉降。同時，生成硬脂酸鈉，在與HCl反應后可還原成硬脂酸。生產中連續加入NaF三個月后，蠟料會由棕紅色漸變為潔白色，其性能也能復原。低溫蠟除鐵試驗方法：取20克棕紅色回收蠟料，置于400(或500)毫升燒杯中加入約300毫升水，同時加10克工業氟化鈉(NaF)，將水煮沸510分鐘后棕紅色氟化鐵(粘稠狀)會沉降于水面下，蠟液倒于白紙上呈白色。 三表面活性劑在蠟模工序中的應用非離子型表面活性劑JFC已廣泛應用于表面層涂

8、料中，用以改善涂料對蠟模的濕潤性、涂掛性，同樣它可在壓制蠟模及清洗蠟組中使用。1用作中、低溫蠟澆注系統壓制時的脫模劑。配方：將JFC加入至蒸餾水(或純凈水)中，質量比為水:JFC=4:1充分攪勻，使用前倒入裝有泡沫塑料塊的方形(或圓形)容器中(塑料或不銹鋼制)，用小漆刷蘸后涂刷在澆口模具型腔中作脫模劑，與常用的甲基硅油(中溫蠟用)或變壓器油(低溫蠟用)對比，JFC脫模劑有以下優點：JFC為非油性液體，附于蠟模(棒)表面能改善對硅溶膠或水玻璃涂料的潤濕能力，故可大大減少在表面層涂料JFC的加入量(由原0.3%降為0.1%以下)，涂料中直接加入JFC會與硅溶膠有微弱的凝聚反應生成絮狀反應物，易在鑄

9、件上生成條狀“鐵豆”缺陷，JFC加入量過多會影響鑄件表面質量。JFC成本低，甲基硅油市價約45元/kg，變壓器油25元/kg，而JFC水溶液僅3元/kg。2用作蠟模(組)的清洗劑。油劑脫模劑常具有一定的粘滯性，蠟模修飾后蠟屑常會粘附于表面，難以刷、吹去除干凈，這是鑄件產生點狀毛刺的原因之一。故無論中、低溫蠟模或焊裝后的模組均應經過清洗工序(多數廠忽視了蠟模清洗工序)，采用JFC水溶液作清洗液能滿足中、低溫蠟的質量要求，價廉而實用。清洗劑配方：在自來水中加入0.20.3%(質量分數)的JFC(高純產品，未加水者)，同時加入0.05%消泡劑(正辛醇)攪拌均勻，為避免長條形或薄壁件蠟模在清洗時損傷，

10、也可在蠟模冷卻水中加入0.20.3%JFC，代替水洗，蠟模水冷后表面有JFC薄膜粘附之蠟屑，極易用壓縮空氣或毛刷除凈。3若采用乳化劑使水與JFC能混合均勻(乳化)，不易分離，沉淀更理想，JFC水溶液還可作中低溫蠟模壓制的脫模劑。配方：蒸餾水:JFC:Na2CO34:1:0.5(質量分數)，外加0.05%正辛醇(消泡劑)2。脫模劑中不宜加入NaNO3(亞硝酸鈉)，雖可使鋼壓型不易銹蝕但實踐證明它與硅溶膠有凝聚反應，對鑄件表面質量有不良影響。壓型可另采用及時除水、上油等方法防止銹蝕。必須指出，JFC脫模劑對于復雜零件其脫模效果不如油類脫模劑，生產效率也稍低，可有選擇地使用。  制殼工序一

11、型殼耐火材料的合理選用。硅溶膠型殼的材料成本約占鑄件生產過程成本的25%，其中耐火材料成本又為型殼材料成本的80%。為降本增利應針對不同材質和質量等級要求的精鑄件選用性價比高的耐火料。(一)表面層型殼砂、粉料的代用。生產附加值較低、表面粗糙度及尺寸精度要求不高的商業鑄件(Ra=12.5-25，CT7-CT10)，尤其是原為焊接件、鍛件、砂型或殼型鑄造件及水玻璃型殼生產的鋼、鐵、銅、鋁有色金屬鑄件，其型殼的表面層不必采用價昂、稀缺的鋯英石，可改用優質高嶺石熟料或石英、剛玉等耐火料，這在國內外工業、藝術品精鑄生產中已成功應用34567。1高嶺石(莫來石)砂、粉。優質莫來石砂、粉料因其雜質含量較低(

12、表三)，可以用來生產熔點較低的碳鋼、低合金鋼、鑄鐵及銅、鋁鑄件，但不能用于生產高熔點的不銹鋼、耐熱鋼或高合金鋼件的型殼表面層，因鑄件表面易產生粘砂、毛刺等缺陷。用作型殼表面層的砂粉料其質量應符合表四規定。其生產工藝要點是：<1>粉料粒度宜用270目-320目，涂料粉液比要高(n1.8，6=40-45秒)。<2>砂料應用60/80目。因其密度比鋯英砂小、硬度低(表三)、顯氣孔率高，砂中灰分難以去凈，故不宜沿用鋯英砂100/120目的細粒度，否則易造成型殼分層。2精制石英砂粉。石英熔點雖僅1713，由于其雜質含量很低(表三)故其耐火度接近熔點(1700)。高純度的精制石英用

13、作型殼表面層砂、粉料可以生產不銹鋼、耐熱鋼等各類精鑄件，在藝術鑄造中澆注銅、鋁精鑄件時也有不少工廠成功應用。由于石英熱膨脹系數過大(=123×10-71/)，故目前只限于平面不大(200)或重量較小(5kg)的中小件，其工藝要點如下：<1>石英粉、硅溶膠涂料對蠟模的涂掛性還比鋯英粉、莫來石粉涂料要差，因而要求石英粉有較好的“雙峰型”粒度級配，其粉料緊實密度1.5g/cm3，才能保證涂料有高粉液比(n2.0)，否則涂料覆蓋性過低，易產生鑄件表面毛刺。<2>撒砂粒度宜為70/100目，要求粒度較集中(表四)。過粗易產生毛刺，過細面層殼易分層。<3>要充

14、分注意調整好各層型殼砂粉熱膨脹系數值的匹配，才能保證不出現型殼開裂。A若面層砂、粉均為精制石英(硅溶膠型殼)，配制背層水玻璃涂料時(復合型殼)則應采用50%鋁硅系耐火粉料(莫來石粉或高鋁土、耐火粘土)和50%石英粉，而不能使用100%鋁硅系粉料(均撒鋁硅系耐火砂料)，否則高溫焙燒時型殼會開裂。若采用100%鋁硅系粉料的涂料，撒石英砂則也可避免型殼開裂3。背層涂料用100%石英粉，撒鋁硅系砂料則強度過低。同理，全硅溶膠型殼也符合上述規律，但由于其高溫強度遠高于水玻璃或復合型殼，故可用100%精制石英粉作背層漿的粉料，但背層必須撒100%的莫來石砂。B若面層為鋯英粉硅溶膠涂料，撒砂不能用100%精

15、制石英(或100%熔融石英)，否則脫蠟時及焙殼時會出現表層網狀裂紋(不匹配)。為防止裂紋產生可以采用精制石英砂與熔融石英砂各50%的混合砂(粒度均為70/100目)，這一工藝已成功用于批量生產5。3熔融石英砂、粉。熔融石英其熱膨脹系數極小(=5×10-71/)，配制成硅溶膠涂料其涂掛性甚至比精制石英粉涂料更差。盡管采用“雙峰”級配粉料或加多量潤濕劑等措施其面層涂料的覆蓋性、涂掛性也難以滿足生產要求，故極少應用于面層型殼。實踐證明：在面層鋯英粉涂料中為改善脫殼性和降低成本，加入熔融石英粉也限于10%以內(占鋯英粉質量)，加入量超過10%涂料涂掛性覆蓋性會急劇下降，國外生產中加入量多為5

16、10%10。國內一些工廠在表面層應用鋯英粉涂料時，撒熔融石英及精制石英砂各50%的混合砂來取代鋯英砂已取得了成功，但在使用范圍上仍有一定局限性5。若采用鋯砂20%+精制石英砂40%+熔融石英砂40%（質量分數）效果更佳，其混合砂密度可達到=1.84g/cm3。4電熔剛玉砂粉。電熔剛玉耐火度很高(2000)，雜質含量低(表三)，高純度的白剛玉其涂料的涂掛性也不如鋯英粉涂料。目前市場價格接近于鋯英石，故常用于生產高合金鋼的硅酸乙脂涂料(面層)，一般商業鑄件生產中應用較少。棕剛玉價廉，雜質含量較高，脫殼性較差，大部分用于硅溶膠型殼的面層撒砂料。但對于有復雜型腔的精鑄件控制不當會造成清砂困難。選用優質

17、的雜質含量低的棕剛玉作面層撒砂料是保證鑄件質量改善脫殼性的關鍵47。綜上所述，各種耐火材料均有其自身的特點，但實踐證明，對于硅溶膠型殼面層而言，鋯英石(砂、粉)至今仍然是綜合性能最好，鑄件(型殼)質量最穩定，適應性最廣、質量安全性最可靠的首選耐火料，難以完全取代。正像“汽油”對于飛機、汽車動力燃料難以被全面取代一樣。應針對不同材質，質量等級的鑄件合理選用性價比最高的耐火料，掌握其特點，揚長避短才能在保證鑄件質量前提下進行“代用”，否則往往事倍功半，得不償失。注：1電熔剛玉砂指棕剛玉。粉指白剛玉。2粉液比n指硅溶膠涂料中粉與硅溶膠的質量比。(粘度在使用范圍內)(二)背層型殼用高嶺石熟料的正確選用

18、。硅溶膠型殼的背層耐火料對型殼整體的高溫強度、抗蠕變能力及殘留強度有決定性影響，同時在一定程度上也影響到鑄件的尺寸精度、表面質量、型殼透氣性等。應用原則是：型殼的高溫強度、殘留強度必須兼顧。1應采用煤系高嶺土中“致密狀”粘土或“炭質粘土”(均屬煤矸石生料)。“致密狀”粘土呈白色，系純高嶺土，其礦物組成中高嶺石含量高(95%)(安徽淮北金巖高嶺土公司生產的煤系硬質高嶺土是典型代表)。“炭質粘土”含有少量煤質(河北唐山、遼寧南票等生產的是典型的煤矸石)。這兩種高嶺石經充分煅燒(1250-1400)后的熟料加工成的砂、粉料(俗稱莫來石砂粉)用于硅溶膠型殼具有較高的高溫強度和較低的殘留強度，已廣泛應用

19、于國內精鑄行業。典型工藝下硅溶膠型殼的高溫強度比水玻璃型殼高6.8倍，殘留強度高2.7倍11，故不宜再選用鋁礬土類耐火料作背層型殼。鋁礬土類的“高嶺石”實質是低品位的鋁礬土，其Al2O3含量等成份雖接近于高嶺石，但礦物組成中高嶺石含量低。如三等鋁礬土Al2O342-52%，高嶺石含量低(65-88%)，水鋁石含量高(8-31%)，作背層料時型殼高溫強度和殘留強度均比使用上述高嶺石高，脫殼性能差。綜上可知，為了兼顧型殼的高溫強度和殘留強度，應按表五要求選用硅溶膠型殼背層(包括過渡層)的砂粉料，僅僅根據成份、物相組成來選用是不全面的。二改善硅溶膠型殼脫殼性的有效方法。1精鑄生產中為改善脫殼性能，常

20、采取以下幾種方法：降低硅溶膠SiO2%含量：加水稀釋硅溶膠使面層涂料SiO2由30%降為25%20%，降低型殼強度同時也使殘面強度相應降低。此法適用于鑄鋼小件(200克)或有色金屬(如鋁合金)精鑄件。選用煤系高嶺土作背層殼砂粉料，以兼顧型殼高溫強度和殘留強度，改善脫殼性。在面層鋯英粉涂料中加5-10%熔融石英粉，或采用混合石英砂撒砂517。在面層涂料中加入高分子聚合物(聚乙稀醇)12。采用“快干”硅溶膠作粘結劑制殼。在背層涂料中加入一定量的石英粉及熔融石英粉58。2利用熔融石英高溫“析晶”、低溫“相變”特點改善型殼脫殼性13。它相對上述幾種方法質量風險小，效果好，性價比高，工藝方案如下：型殼過

21、渡層(第2或第2、3層)涂料由100%高嶺土改為混合粉料配比(質量分數%)如下：熔融石英粉50%(300目)精制石英粉30%(300目)莫來石粉20%(200或270目)。撒砂仍用莫來石砂或混合石英砂(30/50目或40/70目)(混合石英砂：熔融石英砂與精制石英砂各50%)。對于結構復雜、有深孔、窄槽、盲孔、彎孔等脫殼非常困難的精鑄小件(5公斤)也可在過渡層和背層中部分或全部采用上述混合石英涂料。型殼高溫強度足夠但脫殼性可大大改善(殘留強度低)。采用高效率(沖擊能量大、震動頻率高)的7655型等鑿巖機改裝后代替常用的G10風鎬的震動機，可提高脫殼效率(表八)。可以結合上述面層涂料中加水、高聚

22、物或熔融石英粉等綜合方法進一步改善型殼脫殼性。生產中可增加涂料攪拌機或撒砂桶(機)，按各種零件對脫殼性要求高低采取不同的涂料及撒砂工藝，采取一種制殼工藝難以滿足各類鑄件對型殼性能的不同要求。三防止鑄件產生“鐵豆缺陷”的有效方法。精鑄件表面常有復雜的細紋、溝槽、齒形、字模、銳角極易在蠟模浸涂料后在該處會有氣泡產生，導致鑄件出現“鐵豆”。除采用真空沾漿機外下述簡易方法也很有效和方便：1噴涂稀涂料法。加硅溶膠稀釋硅溶膠涂料至粘度48-10秒(已加入0.3%JFC<潤濕劑>及0.05%甲基硅油<消泡劑>)。裝入噴漆槍內，蠟模組浸涂前先在其易生氣泡處利用壓縮空氣進行噴涂(料)，再

23、浸入涂料中，取出輕吹再撒砂。此法可徹底消除“鐵豆”缺陷。缺點是涂料消耗大、工作條件差(宜在通風罩中進行)。2噴涂硅溶膠法。在盛硅溶膠液桶內加入0.3%JFC及0.05%消泡劑，將噴漆槍料桶除去，接上塑料管插入桶內，利用壓縮空氣在蠟模易生氣泡處噴硅溶膠，再浸涂蠟模組。缺點是除泡效果稍比噴涂料差些，但操作方便，成本低，工作條件好是其優點。 四型殼干燥室的增濕方法。表面層及過渡層干燥時工藝要求室內相對濕度為RH=60-70%，但在冬季濕度很低常會降至RH30-50%以下，致使型殼干燥時出現裂紋甚至剝落或鼓脹隆起，嚴重影響型殼質量。大部分工廠采用地坪澆水方法來增濕效果往往不理想，因氣溫低時(

24、24±2)水分蒸發很漫，可采用以下增濕措施：1在室內頂部安裝“負離子增濕機”與濕度表控制器聯動實現RH值自動調整在RH低于60%時會自動噴出水霧增濕達到70%則自動停工作，適用于產量大，室內空間大的干燥室應用，還可運用小型“加濕機”（具有自動控濕功能）在較小的型殼干燥室內使用。2利用小型噴漆槍，卸下料桶，接上塑料管，直接插入硅溶膠容料桶內(內裝自來水)，通壓縮空氣向室頂方向噴水霧增濕效果良好，可迅速使RH提高20-30%。也可利用脫蠟釜中蒸汽通入干燥室噴蒸汽增濕(向上噴，注意安全)。3將表層或過渡層型殼與背層模殼組在同一干燥室內分區或間隔存放，利用背層型殼水分揮發來增濕(注意第一二層

25、型殼不允許吹風，背層則應風干)。 五廢棄型殼的回收利用。生產1噸鑄件約產生1.5噸左右廢殼。按年產300噸精鑄件計算廢棄型殼回收，全年可節約10-15萬元。型殼回用既可降低成本，又可減少環境污染，其經濟、社會效益均很高，已得到全球精鑄業的重視和認同。廢殼回收工藝要點如下：1廢殼回收僅指全硅溶膠殼中經高溫焙燒或澆注的廢殼。復合、水玻璃型殼或脫蠟后及澆注有色金屬硅溶膠廢殼不準混入回用，要嚴格控制回收殼的來源。定點回收和供應可保證回用料質量且能減少往返運輸費用。2月產量在80噸以下的精鑄廠，不宜自行處理廢殼，型殼回收效率高產量大(日產約6-10噸砂粉)在精鑄廠較集中的100-150公里范圍以內設專業生產廠回