目前国内精铸生产中主要制壳工艺的优缺点如下:
1、目前国内精铸件生产中广泛采用的制壳工艺有以下3种:A、水玻璃型壳;B、复合型壳;C、硅溶胶型壳;D水玻璃型壳这一工艺在国内已有近50年的生产历史,其厂点数至今仍在我国精铸厂家中占有相当比重。多年来由背层型壳耐火材料的改进和新型硬化剂的推广应用,水玻璃型壳强度有了成倍增长,铸件表面质量、尺寸精度及成品率有了很大提高。低廉的成本、最短的生产周期、优良的脱壳性能及高透气性至今仍是其他任何型壳工艺所不及的。
1.1存在的主要问题
(1)水玻璃粘结剂固有的缺点是Na2O含量高,型壳高温强度、抗蠕变能力远不及硅溶剂型壳。加之面层耐火料采用价低质次、粒度级配不良的石英砂(粉),因而必须不能获得高质量的精铸件。
(2)型壳生产条件差,缺乏严格的生产过程及参数的控制。由于硬化剂的强腐蚀性,除尘设备简陋,很少车间有恒温、恒湿、除尘的生产环境。影响型壳和铸件质量的涂料配制、硬化、风干、脱蜡等工序,极少按行业规定的操作规范严格控制。型壳风干处的温度、湿度、风速等更是不加控制,故常在高、低温或梅雨季节发生批量报废的质量事故。总之,大部分工厂停留在手工作坊阶段,靠技艺而不是靠科学的质量管理进行生产。这是水玻璃型壳数十年来铸件质量不稳定、废品率、返修率高的重要原因之一。
2、复合型壳目前不少工厂将第一、二层改用锆英粉及莫来石粉,硅溶胶型壳。背层仍要用原有水玻璃型壳工艺。它是结合硅溶胶型壳的优良表面质量和水玻璃低成本、短周期的优点的一种改进方案。与水玻璃型壳相比,其铸件表面质量有了很大提高,表面粗糙度降低、表面缺陷减少、返修率下降。生产周期与水玻璃型壳相近。
2.1存在的主要问题
(1)由于背层保留了水玻璃粘结剂,故其型壳整体高温强度、抗蠕变能力比硅溶胶型壳低,浇注的铸件尺寸精度及形位公差均比不上硅溶胶型壳。
(2)透气性不如水玻璃型壳也不如硅溶胶型壳,型壳高温强度不及硅溶胶型壳,易造成废品。
(3)复合型壳铸件质量稳定性比水玻璃好,但远不如硅溶胶型壳。
(4)复合型壳由于采用价高的锆英粉作面层,其型壳成本是水玻璃型壳的4.5倍,若背层采用莫来石砂粉,其型壳成本与硅溶胶型壳成本相差无几,其成本低的优势并不明显。
(5)复合型壳不能使用中温蜡料。中温蜡不能使用热水脱蜡。在高压釜中脱蜡时,由于高温、高压,中温蜡液会与背层中的水玻璃及残留硬化剂产生剧烈的皂化反应,不经回收处理无法回用。
3、硅溶胶型壳20世纪60年代,硅溶胶作为陶瓷壳型粘结剂应用于铸造领域,立即以其无可比拟的优势逐步取代了曾经广泛使用的制备工艺繁杂、有污染、成本高的水玻璃和硅酸乙脂水解液。实践证明,用硅溶胶液作为陶瓷壳型粘剂具有下列优点:配制工艺简便,涂料便于贮存,浸涂用过的料浆调整成分后可继续使用,减少材料消耗,浸涂工艺性能稳定,容易操作,取消了用硅酸乙脂水解液时的氨干,工作环境得到改善,采用可控湿度的热风干燥,壳型强度高,采用水基硅溶胶,安全性好。据称,从硅酸乙酯改用硅溶胶后,能源消耗减少20~30%,壳型合格率提高15~20%,工作环境大大改善。
3.1硅溶胶(低温蜡)型壳低温蜡成型容易、设备简单,蜡模表面粗糙度相差不大,工艺比复合型壳质量稳定,尤其是铸件尺寸精度高,因它没有水玻璃存在,型壳高温性能好,焙烧后型壳透气性高,抗蠕变能力强,既可适用于薄壁件,复杂结构的中小件,又可生产重达50~100kg的特大件。
3.1.1存在问题
(1)由于采用低温蜡,大部分型壳在水中脱蜡,难免有皂化物残留进入型壳中易产生铸件表面夹杂,返修率稍高。
(2)制壳生产周期长是它的最大缺点和不足,尤其在生产大件,有深孔、深槽件时,每层干燥常用24~48h。
(3)硅溶胶型壳(低温蜡)型壳成本较水玻璃型壳高5倍,比复合型壳高17%。铸件成本相应较高。
3.2硅溶胶(中温蜡)型壳国际上通用的精铸件生产工艺,它具有最高的铸件质量、最低的返修率,特别适合于表面粗糙度要求高,尺寸精度高的中小件、特小件。
3.2.1存在问题
(1)成本高,其型壳生产成本是水玻璃型壳的8倍。比低温蜡硅溶胶型壳也高也25%。
(2)生产周期与低温蜡硅胶溶胶型壳相同,比水玻璃及复合型壳长得多。
(3)生产中大件往往要采用中温液态蜡及高压注蜡,厚壁蜡模易缩凹,铸件尺寸精度并不太高。中大件对尺寸精度、表面粗糙度要求也没有小件那么高,故中大件较少采用硅溶胶(中温蜡)型壳。
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