精密鑄造3種制殼工藝特點分析及其改進技巧

       對目前國內精密鑄造行業中廣泛應用的3種制殼工藝的特點進行了分析對比。硅溶膠精密鑄造從精鑄件質量比較，水玻璃型殼較差，復合型殼、硅溶膠-低溫蠟型殼次之，硅溶膠一中溫蠟型殼。而從制殼成本比較，水玻璃型殼，硅溶膠一中溫蠟型殼。對這3種制殼工藝分別提出了改進措施。

        一、水玻璃型殼

       這一工藝在國內已有近50年的生產歷史，其廠點數至今仍占我國精鑄廠家的75%以上。經過精鑄界同仁個半世紀的不懈努力，水玻璃型殼工藝的應用和研究已達到了很高水平。多年來由于背層型殼耐火材料的改進和新型硬化劑的推廣應用，水玻璃型殼強度有了成倍增長。鑄件表面質量、尺寸精度及成品率有了很大提高，目前仍占很大的市場份額，并替代國外砂鑄件成批出口。低廉的成本、短的生產周期、優良的脫殼性能及高透氣性至今仍是其他任何型殼工藝所不及的優點。但鑄件的質量，包括表面粗糙度、缺陷數量、尺寸精度、成品率、返修率等均比其他3種工藝要差(見表1)。

       存在的主要問題

       (1)水玻璃粘結劑固有的缺點是Na2O含量高，型殼高溫強度、抗蠕變能力遠不及硅溶劑型殼(只有它的1/30-1/50)。加之面層耐火料采用了價低質次、粒度級配不良的石英砂(粉)，硬化劑至今仍限于使用氯化氨，因而必然不能獲得高質量的精鑄件。(2)型殼生產條件差，缺乏嚴格的生產過程及參數的控制。由于硬化劑的強腐蝕性，除塵設備的簡陋，很少車間有恒溫、恒濕、除塵的生產環境。影響型殼和鑄件質量的涂料配制、硬化、風干、脫蠟等工序，極少按行業規定的操作規范嚴格控制。如定期檢測涂料粘度、涂片重、硬化劑濃度、pH值等。型殼風干處的溫度、濕度、風速等更是不加控制，故常在高、低溫或梅雨季節發生批量報廢的質量事故?？傊?，大部分工廠停留在手工作坊階段，靠技藝而不是靠科學的質量管理進行生產。這是水玻璃型殼數十年來鑄件質量不穩定、廢品率、返修率高的重要原因之一。

        改進方向

       (1)采用高純度的硅微粉(脈石英)代替常用的低品位的石英砂粉作面層耐火材料，并應用“雙峰”型粒度級配的圓形石英粉配制面層涂料。不僅可提高面層型殼的熱化學穩定性，而且可以獲得高粉液比涂料。(2)加強制殼工序的現場質量管理，按行業標準操作。同時應將涂料、撒砂、硬化場地與型殼干燥間隔離。后者控制溫度、濕度，前者加強除塵、防腐，從而有利于型殼質量的穩定及改善操作環境。

       二、復合型殼

       克服上述水玻璃型殼的缺點，目前不少工廠將第一、二層改用鋯英石及莫來石-硅溶膠型殼。背層仍采用原有水玻璃型殼工藝。它是結合硅膠型殼的優良的表面質量和水玻璃低成本、短周期的優點的一種改進方案。與水玻璃型殼相比，其鑄件表面質量有了很大提高，表面粗糙度降低、表面缺陷減少、返修率下降。

      三、硅溶膠（低溫蠟）型殼

      這一工藝符合國情，在鑄造1kg以上，特別是5kg以上中大件鑄件時，具有更大的適應性和優越性(與中溫蠟相比)。

       一般來說，中大鑄件的質量要求，特別是表面粗糙度、尺寸精度以及形位公差的要求不會太高，采用高熔點中溫蠟并無必要。中溫蠟需要高壓(大于6-7MPa)或液態蠟壓注蠟模，設備投資大。中溫蠟厚大蠟模易縮陷、變形、成本高。低溫蠟成型容易、設備簡單，而蠟模表面粗糙度相差不大。

        1存在問題

       (1)由于采用低溫蠟，大部分型殼在水中脫蠟，難免有皂化物殘留進入型殼中(尤其是復合型殼及水玻璃型殼同時脫蠟時)易產生鑄件表面夾雜，返修率稍高，這是其缺點之一。

       (2)制殼生產周期長是它的缺點和不足(見表1)，尤其在生產大件，有深孔、深槽件時，每層干燥常要24-48h。以50kg雙流道葉輪為例，常須10-15d

         2改進方向

       (1)為防止因低溫蠟回收處理不徹底及用水脫蠟時與復合型殼或水玻璃型殼共用同一熱水槽，易產生鑄件皂化物夾雜缺陷應采取以下措施。①采用蒸氣脫蠟(蒸氣壓力0.2-0.4MPa，溫度120-130℃)代替水脫蠟，不僅可以防止皂化物夾雜而且型殼不易產生裂紋，對鑄件的質量穩定更有保障。②若采用熱水脫蠟，應在水中加人體積分數為1%-3%的工業鹽酸，脫蠟后再用含鹽酸的熱水沖洗每組型殼以減少皂化物殘留。盡可能不要與水玻璃型殼、復合型殼共用同一槽水脫蠟，也可更換水液，單獨集中脫蠟，以減少皂化物入殼。③回收蠟處理可用鹽酸的體積分數為3%-5%的酸化水，沸騰及沉淀時間要足夠長。冬季硬化水溫度低，水玻璃及復合型殼中Na2O的殘留量高，蠟料皂化也較嚴重，應多加鹽酸處理回收蠟，減少皂化物。蠟料處理后，及時補加硬脂酸也很重要。