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改善硅溶胶型壳脱壳性能的有效途径

2015-08-09 18:01阅读：

http://blog.sina.cn/dpool/blog/u/1840920151

摘 要 硅溶胶型壳脱壳性能差, 直接影响复杂结构精铸件的生产效率和铸件表面品质。 型壳过渡层采用“ 混合涂料” 的 方法可改善型壳脱壳性, 显著提高脱壳效率。 利用“混合涂料” 中的熔融石英高温“析晶” , 低温“ 相变” 的特点使型壳在高温 时的强度不受明显影响, 而在冷却后由于熔融石英由α方石英转变成β 方石英时的体积收缩, 使型壳残留强度大大降低, 提高了脱壳性能。
由于硅溶胶型壳脱壳性能差 。在精铸件生产中 ,相当一部分的结构复杂、有深孔、盲孔、弯孔或窄槽等复杂 内腔的零件, 其后处理相当困难 。
一般情况下, 硅溶胶型壳的常温强度与水玻璃型壳 相近,而高温强度及残留强度则是后者的 6 .7 倍及 2 .8 倍[ 1] 。
型壳高温强度过高时 , 其残留强度相应偏高, 不 仅使脱壳性变差, 还会因型壳退让性差而导致铸件产生 裂纹[ 2] 。脱壳性差不仅降低了铸件后处理的生产效率, 提高了工时成本, 往往会因滚抛(丸)、浸酸时间过长损 伤铸件表面, 降低铸件品质 。改善型壳的脱壳性能是亟 待解决的难题之一 。
在吸收国外精铸同行经验的基础上, 经过近一年的 反复试验和批量生产验证 ,在改善硅溶胶型壳脱壳性方 面取得了一定的成效 ,使铸件脱壳效率显著提高 ,缓解 了我厂长期以来铸件后处理工序长 、成本高 、质量差的 状况。
1 脱壳性能的定义及测定
精铸型壳的脱壳性能是指:型壳在浇注金属液、冷 却至室温时 ,经除壳工序处理后脱离铸件表面的能力。
目前国内应用最广泛、效率最高 、最经济的首道除 壳工序是使用“震动脱壳机”震动去壳, 又常以浸酸、抛 丸 、喷砂 、碱爆(煮)等辅助后处理工序彻底清除铸件表 面(主要是内腔)的残壳 、余砂。
铸件的脱壳性能, 不仅取决于型壳本身脱壳性能好 坏 ,还与铸件自身结构复杂程度和后处理除壳工序的设 备效率有关(如震壳机冲击能量 、抛丸机效率等)。
至今,国际精铸业尚无统一的评价铸件或型壳脱壳 性能的标准方法。其中型壳脱壳性常以试样经高温保 温后,冷却至室温的残留抗弯强度(σ残)来反映。σ残 值 越低则型壳脱壳性越好 ,反之亦然。
以我厂常年产品中脱壳最困难的两种铸件为例(见 图 1 和图 2), 在生产条件基本相同前提下来对比不同 制壳工艺时对脱壳型能的影响。
改善硅溶胶型壳脱壳性能的有效途径
通过多批次生产验证, 基本上能真实反映型壳的脱 壳性能 。必须指出 ,不少结构复杂的铸件仅靠“震动去 壳”并不能完全除净残壳、余砂。故在对比脱壳性时不 应只看“震壳”效率 ,还要包括其他辅助除壳方法(抛丸、 喷砂等)的总工效来合理评价型壳的脱壳性 。
2 影响型壳脱壳性能的主要因素
硅溶胶型壳由粘结剂和耐火材料组成。硅溶胶中 SiO2 含量及型壳耐火材料的特性及组合决定了型壳高温 强度和残留强度,它们是影响型壳脱壳性的主要因素。
2 .1 硅溶胶中 SiO2 含量的影响
精铸生产中常用 SiO2 含量在 24 %～ 31 %之间(H B5346 -1986), 应用最广泛的是 w(SiO2 )=(30 ± 1)%的普通硅溶胶。SiO2 含量越高 , 型壳的 σ高 越高, σ残 也越高 , 故脱壳性越差。反之 ,降低 SiO2 含量可以 使 σ残 下降 ,脱壳性能将会提高 。
2 .2 耐火材料(砂、粉)的影响
2 .2.1 型壳工艺组合
目前,硅溶胶型壳典型的组合是 :表面层(第一层) 采用锆英石(ZrO2 ·SiO2);过渡层(第二层)及背层(第 三层后各层)均使用高岭石硬质粘土熟料 。这种壳组合 具有型壳高温强度高 、抗蠕变能力强、涂料工艺性能优 良 、铸件(型壳)表面质量好、性价比高的优点 。但其不 足之处是,优质锆英石矿源稀缺 , 价格高 。高岭石虽矿 源多, 成本低 ,综合性能好, 但由于其杂质含量高(见表 1),因而大多数只限于在型壳过渡层 、背层中应用。又 因高温时有多种低熔点氧化物产生 ,在型壳高温焙烧及 浇注后有液相及固相烧结和二次莫来石化等原因, 导致 σ残 高,脱壳性变差 。虽然因其 Al2 O3 含量较低 ,又含有一定量(10 %～ 30 %)方石英, 尽管其 σ残 比高 Al2 O3 含 量的刚玉质的铝矾要低得多(见表 2), 但对于有复杂内 腔的精铸件而言 ,脱壳性能仍较差。
目前,国内大多数精铸厂不论生产结构简单或复杂 铸件、质量在 2 ～ 100 g 的特小件或 50 ～ 150 kg 的特大件 ,几乎都采用同一种制壳工艺(只是在型壳层数上不 同而已),这显然是不合理的 。往往结构复杂的中小件 由于型壳高温强度过高,σ残 相应提高 ,致使脱壳性能变 差 。片面追求高强度 、安全系数过大、制壳工艺“一刀 切”的现象是导致硅溶胶型壳(铸件)脱壳性不良的主要 原因。
改善硅溶胶型壳脱壳性能的有效途径
改善硅溶胶型壳脱壳性能的有效途径

2 .2.2 高岭石耐火料种类的影响 生产实践表明 ,即使化学成分、杂质含量、主晶相数量相近的高岭石熟料, 因矿物组成和含量不同, 其制成的型壳高温强度及脱壳性差异也很大。高岭石类硬质粘土可分为煤系和非煤系两大类。煤系高岭石主要是与烟煤、无烟煤伴生的耐火粘土层,即“煤矸石” 。其生料可分为“致密状粘土”(高岭石含量)≥95 %,系纯高岭石土 ,色白)和“炭质粘土、砂质粘土'等炭质粘土是典型的煤矸石, 含有残煤 , 粉料呈黑灰色,配制涂料时有黑色煤(炭)质漂浮 , 砂料中也常有 “黑色”煤质存在。上述两种煤系高岭石熟料,高温强度 比非煤质高岭石略低, 但残留强度更低, 仅为后者的1/2 。非煤系高岭土制壳后型壳强度高, 脱壳性差, 这可 能与其高岭石含量低 、水铝石(α-Al2 O3 及 γ-A l2 O3 )含量高有关。其矿物组成接近于三级铝矾土(高岭石含量 为 65 %～ 88 %,水铝石为 8 %～ 31 %)。 综上分析 ,采用“煤系”高岭石熟料作型壳过渡层或 背层耐火料, 具有较高的脱壳性和适当的 σ高 、σ残 。曾批 量生产过 30 ～ 160 kg 的大件(8 ～ 13 层), 型壳强度正 常 ,脱壳性良好。
2 .2.3 高岭石砂 、粉料煅烧的影响。
高岭石须经 1 250 ～ 1 400 ℃高温充分煅烧, 才能 保证型壳在高温焙烧和浇注时有足够的高温强度、抗蠕 变能力和良好的脱壳性能。较低温度锻烧的砂粉,在

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