消失模铸造工艺生产过程中,涂料作用发挥

2021-05-31


一、消失模涂料的作用、基本组成、性能
(一)涂料的主要作用
1、涂料层能提高泡沫模样的强度和刚度,防止模样在搬运、涂挂、填砂、振实时破坏或变形。
2、浇注时,涂料层是液态金属与干砂之间的隔离介质。涂料层将金属液与填充砂分开,防止金属液渗入砂中,从而保证得到表面光洁、无粘砂的铸件。同时,防止干砂流入金属液与泡沫型的间隙中,造成铸型塌箱。
3、涂料层让泡沫型热解的产物(大量的气体或液体等)顺利地排逸到填充砂中被瞬时吸出,防止铸件产生气孔、皱皮、增碳、残留等缺陷。
(由于浇注不同合金时浇注温度不同,所以,泡沫型的分解产物区别很大,浇注铸铁、铸钢等黑色金属时,由于温度较高1350—1600℃以上,热解产物主要以气态为主,要求涂层具有良好的透气性。而浇注铝合金时,由于温度较低760—780℃左右,热解产物主要以液态为主。则要求液态分解产物能够与涂层润湿,顺利地渗入涂层,被涂层吸收,排出型腔。)
4、涂层具备绝热保温性,能避免、降低金属液在充型过程中热量损失,提高薄壁件充型完整率。


 

(二)涂料的基本组成
消失模涂料一般由耐火材料、粘结剂、载体(水、乙醇)、表面活性剂、悬浮剂、触变剂以及其他附加物组成。各种成分均匀的混合在一起,在涂挂和浇注过程中综合发挥作用。
1、耐火材料(骨料)。顾名思义,是涂料中的骨干材料,决定了涂料的耐火度、化学稳定性、吸附性和绝热保温性能。粒度粗细配置和颗粒形状对涂料透气性影响较大。粒度不宜过细,形状以柱状、圆形为好,片状次之。
2、粘结剂。是确保消失模涂料既有较高的强度又有较高的透气性不可缺少的添加剂。主要有有机和无机两种。其中,有机粘结剂(糖浆、淀粉、糊精、羧甲基纤维素CMC)能够在常温状态下提高涂层的强度,在浇注过程中被烧失,有效提高涂层透气性。无机粘结剂(纳基膨润土、水玻璃、硅溶胶)能够保证涂层常温和高温强度。通常需要正确搭配使用多种粘结剂,来保证和提升涂料的性能。
3、载体。水基和醇基(酒精)。
4、表面活性剂(润湿剂)。主要用于改善水基消失模涂料的涂挂性。分子是既能亲水又能亲油的双亲分子。加入涂料中,亲水端与水基涂料中的水结合,亲油端被泡沫塑料模吸引,使其定向的排列在泡沫模型表面,好像一座桥将塑料模和涂料连在一起。
5、悬浮剂。为防止涂料中的固体耐火材料沉淀而加入的物质。同时,在调节涂料的流变性和改善涂料的工艺性能方面发挥重要作用。主要根据耐火材料的类型和载体种类,进行对应的选用。(水基涂料常用的悬浮剂有:膨润土、凹凸棒土、羧甲基纤维素钠等。有机溶剂涂料常用的悬浮剂有:有机膨润土、锂基膨润土、凹凸棒土、聚乙烯醇缩丁醛PVB等)。
6、触变剂。凹凸棒土。触变性,涂料在固定的剪切速率作用下,粘度随着剪切时间的延长而逐渐降低(变稀),停止剪切后粘度又随着时间的延长而逐渐恢复(变稠)的性能。
7、其他附加物。消泡剂,能消除涂料中气泡的添加剂(常用的消泡剂有:正丁醇、正戊醇、正辛醇),加入量0.02%。防腐剂,是防止水基涂料产生发酵、腐败、变质的添加剂(苯甲酸钠是食品工业用防腐剂,安全性好),加入量0.02%--0.04%。
表面活性剂、消泡剂、防腐剂均应在涂料配制过程中,按比例同步加入。
(三)涂料的性能
消失模涂料应具备以下性能:强度、透气性、耐火度、绝热性、耐急冷急热性、吸湿性、吸附性、易清理性、涂挂性、滴淌性(流平性)、悬浮性等。可以概括分为两类:工作性能和工艺性能。
1、工作性能。包括:强度、透气性、耐火度、绝热性、耐急冷急热性、吸湿性、吸附性、易清理性。其中,最主要性能是强度、透气性、耐火度。
2、工艺性能。包括:涂挂性、滴淌性(流平性)、悬浮性。其中,最主要性能是涂挂性、滴淌性(流平性)。因为泡沫模型本身具有不润湿性,所以,要求涂料具备良好的涂挂性。较低的滴淌性(流平性)是确保涂层均匀厚度一致,减少浪费和环境污染的主要手段。
涂料应具备“稠而不粘”、“滑而不淌”的工艺效果。
3、提高涂料性能的方法。
二、消失模涂料的选择
(一)化学属性(酸碱度)
1、酸性 铸铁、铸钢(碳钢、低合金钢)应对应选用蓝晶石、鳞片石墨、硅砂等酸性、中性耐火材料。
2、中性 高合金钢应对应选用锆蓝晶石、刚玉、锆砂、鳞片石墨等弱酸性、中性耐火材料。
3、碱性 高锰钢应对应选用镁砂、镁橄榄石等碱性耐火材料。
4、铝合金 应对应选用 等耐火材料
(二)物理属性(浇注温度)
主要依据浇注系统设置、工艺参数设定、埋箱组型方式、操作习惯和熟练程度、现场环境等因素提出不同的需求。
三、涂料的制备、存储
涂料制备的设备主要有胶磨、球磨、低速搅拌机、高速搅拌机等。其中,胶磨、球磨的优点是骨料和粘结剂等成分能够充分相互润湿,卷入的气泡少。缺点是操作不方便,涂料配制时间长,噪音大。高速搅拌机逐渐成为目前涂料配制的主流设备。如果没有高速搅拌机,用低速搅拌机通过延长搅拌时间,也能获得理想的配制效果。
(一)涂料的配制工艺
1、高速搅拌的目的、作用。将粉料和水充分混合,制成均匀的浆液。通过高速搅拌,对粘结剂中的纤维和粉状物质,进行剪切离散处理,便于充分混合。高速搅拌时间不低于2小时
2、低速搅拌的目的、作用。去除因高速搅拌而卷入涂料中的气体。确保涂层强度,有助于提升铸件表面质量。低速搅拌时间2小时或持续不断。
(二)涂料的质量控制
1、密度。反映涂料的稀稠状态,在凃敷过程中也反映出涂层厚度。是涂料的一项重要质量指标,生产现场一般用密度来控制。测定工具:比重计(婆美度计)
2、涂料的PH值(酸、碱度)。涂料中需加入多种有机粘结剂和水,为了确保这些有机物和水的稳定性,以及涂料的化学属性与金属液的适应性,应加以控制。可用PH试纸和PH计进行测定。
3、涂层重量。通过分别对两次涂挂后模型重量进行称量,测得涂层的重量,可估算出涂层厚度。
(三)涂料的存储
涂料最好随时配制及时使用。使用剩余的涂料易存放于阴凉处,不宜长时间存放。视天气及存放地点环境情况,一般夏季存放时间为:2—5天,冬季存放时间:5—10天。同时,应避免发酵或结冰。
四、涂料的涂敷及注意事项
(一)涂敷方法(刷、浸、淋、喷)及使用范围
刷:适用于单件小批量生产的中、大型模样。
浸、淋:适用于批量较大和形状比较复杂的小型模样。
喷:一般适用于薄壁或易变形、易损坏模样。
(二)涂层厚度的合理选择
涂层厚度应根据金属液的种类、铸件的结构、形状复杂程度、重量、壁厚、浇注系统设置和选择等因素的需要来综合设定。
模样本体,在保证涂层强度、耐冲刷性的前提下,涂层应尽量降低厚度,以利于提高透气性。可在0.3—3.5mm之间选择。
浇注系统,应尽量提高涂层的强度,适当提高涂层厚度,可在3.5—6mm之间选择。
(三)注意事项
1、充分发挥和利用水基涂料的触变性(搅拌过程中涂料粘度下降,搅拌停止后粘度上升)。在连续搅拌,并控制温度的状态下,进行涂挂,以便于获得均匀的涂层,降低模型变形。
2、选用适合的搅拌速度。可控制在10—20转/min,转速过低,涂料有可能产生沉淀,转速过高,涂料会卷入气体,产生气泡。
3、应注意合理控制模样浸入涂料的位置、角度、方向、速度、力度等,防止出现模样变形、损坏、气泡等缺陷和问题。
4、涂挂要保证涂层均匀,完全覆盖模样的各个部位。
5、防变形、防破损要贯穿涂挂全过程,涂挂后的模型在放置时,应充分考虑烘干的效果和防止变形、破损。
(四)涂挂操作中的典型不良习惯
1、抖。涂挂好的模型应放置在静置架上,待涂料自然滴淌,以便获得均匀和平滑的涂层。人为的抖动,虽然能够提高涂挂速度,但,同时,也会破坏涂层的均匀性和流平性,造成涂层局部变薄或堆积。(插入视频)
2、露。也就是俗话说的“露白”。涂层局部或大面积的没有涂料覆盖,而不采取任何措施进行补救,任其转入下道工序。造成涂层局部变薄强度等性能降低,影响铸件质量。(插入照片)
五、涂料的烘干
(一)烘干方法和设备
自然环保法:采用露天晾晒或阳光房、大棚采暖烘干,达到脱水、除湿、干燥的效果。
加热除湿法:采用专用烘房,燃煤、燃气、电能、地热、蒸汽等方式提升和维持烘房温度,并采用专用设备将湿气排出,达到脱水、除湿、干燥的效果。
(二)烘干过程质量控制
1、烘干温度。35—50℃。在除湿效果和效率有保障的前提下可采用低温烘干。同时,烘干温度温度不宜设置过高。当温度超过50℃后,模型易出现胶体软化脱落等问题。
2、升温速度。升温速度不宜过快,控制在5-10℃/小时,升温速度过快,涂层易出现裂纹、分层甚至剥落的情况。
3、烘干时间。视具体烘干设备和环境和模型的复杂程度、尺寸而定,一般,第一遍涂料的烘干时间应控制8—12小时或更长。第二遍涂料的烘干时间应控制在16—24小时或更长,第三遍涂料的烘干时间应控制在20—24小时或更长。原则上每遍之间都应该进行称重检查,确认彻底干燥后,再涂挂下一遍涂料。
4、涂层的涂补、修复。

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