淺析精密硅溶膠制殼生產(chǎn)

趙麗君

[河北石油職業(yè)技術(shù)大學(xué)（承德石油高等專科學(xué)校）,河北承德 067000]

熔模鑄造在生產(chǎn)方面已經(jīng)被人們應(yīng)用了將近100年。熔模鑄造是高熔點(diǎn)、高化學(xué)活性金屬形成的關(guān)鍵，它的重要作用體現(xiàn)在對(duì)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精度高、表面要求高的精密鑄件方面。目前，在生產(chǎn)不同類型的精密鑄件時(shí)，熔模鑄造工藝都會(huì)被應(yīng)用到。熔模鑄造工藝通常分為兩類：一類是一種新型的熔模鑄造工藝——硅溶膠殼法，它利用制殼后蒸汽脫灰，高溫焙燒后澆注，其主要作為粘結(jié)劑使用，在不銹鋼、耐熱鋼、超合金等材料的生產(chǎn)上也被廣泛應(yīng)用；另一類是水玻璃碗法，以玻璃為粘合劑。氯化鋁或氯化銨用于外殼生產(chǎn)中的化學(xué)硬化。制殼后，用熱水對(duì)殼進(jìn)行脫氣、焙燒、高溫澆注。在熔模鑄造行業(yè)，硅僅用作鑄造植物鑄件膜殼的粘合劑。硅溶膠膜殼的生產(chǎn)工藝比較簡(jiǎn)單，澆鑄通道的質(zhì)量也高于傳統(tǒng)澆鑄工藝。本文討論了硅溶膠殼的生產(chǎn)工藝和改進(jìn)方法。

一、硅溶膠熔模鑄造工藝的要求

用于熔模鑄造的硅溶膠采用航空工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)hb5346-1986，技術(shù)要求見表1。硅溶膠是工廠鑄造用的優(yōu)質(zhì)水性粘合劑，適用于所有機(jī)箱（正面和背面）。硅溶膠易于生產(chǎn)高粉液比的高質(zhì)量涂料，涂層具有良好的穩(wěn)定性。由硅溶膠制成的外殼不需要化學(xué)硬度，外殼生產(chǎn)不會(huì)造成空氣污染。

表1 熔模鑄造用硅溶膠技術(shù)要求

目前，在精鑄行業(yè)內(nèi)硅溶膠快速制殼技術(shù)中，主要是在涂料中添加快干、強(qiáng)化等有機(jī)高分子聚合物水溶液，通過(guò)增加膠凝核心來(lái)使膠凝過(guò)程中的速度加快，通過(guò)物理綁縛作用和增強(qiáng)作用實(shí)現(xiàn)快干。目前市場(chǎng)上有熔模鑄造專用快干硅溶膠和NP快干添加劑[1]。

二、硅溶膠熔模鑄造工藝流程

圖1 硅溶膠熔模鑄造工藝流程

（一）模具制造

為了更好地壓制工件的形狀，形狀應(yīng)具有較高的尺寸精度和較低的表面粗糙度。當(dāng)鑄造精度較低或生產(chǎn)批量較小時(shí)，可將熔融合金、環(huán)氧樹脂和石膏直接澆注在鑄件上。如需精密鑄造或批量生產(chǎn)，可采用切削鋼、鋁合金、銅合金，滿足大多數(shù)企業(yè)的應(yīng)用需求[2]。

在模具型腔中，加工好的蠟膏會(huì)被冰水機(jī)的冰水加壓冷凝，冷凝后將蠟膏取出并放入水池中。通過(guò)這種方式，可以得到單一的蠟形式，稱為鑄件。

（二）模組焊接、清洗

為了更好地焊接模塊，模具型腔的內(nèi)部溫度要控制在24℃。焊接后，蠟?zāi)１砻媾c軀干外殼上邊緣之間的最小距離應(yīng)為60mm或60mm以上，蠟?zāi)Ｅc蠟?zāi)Ｖg的距離應(yīng)為6～8mm，最小距離應(yīng)為4mm，孔與皺紋之間的距離應(yīng)為10～12mm，閘門長(zhǎng)度宜為8～12mm。

工作人員要對(duì)每一個(gè)蠟樣重新進(jìn)行外觀檢查，確認(rèn)蠟樣處于合格狀態(tài)。流道型式的選擇應(yīng)根據(jù)鑄造工藝的要求和規(guī)定進(jìn)行，檢查打印頭是否合格，并在合格的生長(zhǎng)槽的鑄造池頂部安裝干凈的蓋板，確保平整無(wú)縫，如果有空隙，工作人員要用電熨斗熨一下。為避免出現(xiàn)污泥流動(dòng)的問(wèn)題，工作人員也可使用粘合劑或電熨斗進(jìn)行模塊化焊接。蠟罐可放置在干凈的地方以保證土焊縫的強(qiáng)度，焊縫生長(zhǎng)試樣組的橫刻度必須按工藝規(guī)定的金屬材料要求和用壓縮空氣吹走的打蠟方案進(jìn)行標(biāo)注。

蠟?zāi)：突赖暮附颖仨毐ＷC焊接工作的強(qiáng)度，不得有縫隙。同一組蠟?zāi)?yīng)采用相同的材料焊接，如果蠟?zāi)Ｉ嫌邢灥位蛞后w蠟，工作人員應(yīng)關(guān)閉電源并在安全區(qū)域內(nèi)做好工作。

蠟?zāi)で逑幢仨毎床襟E進(jìn)行。工作人員從載體上取下蠟?zāi)K后，要將蠟?zāi)K浸泡在清洗液中，重復(fù)三次，每次需要5秒。然后提起模組，滴下液體，取出蠟樣組后，用壓縮空氣干燥或風(fēng)干，以懸浮液的形式運(yùn)輸?shù)竭\(yùn)輸車上。為了更好地保證蠟?zāi)そM的清洗效果，必要時(shí)進(jìn)行抽檢，在同一組清洗模塊中，可選擇兩組浸泡在硅溶膠中的模塊，用壓縮空氣除去其中的水分，然后懸掛在運(yùn)輸車上，如果所有模塊都是濕的，必須再次清潔整個(gè)模塊。

蠟?zāi)け仨毲逑匆源_保其質(zhì)量。當(dāng)液位下降時(shí)，應(yīng)第一次加入新的液體，如有白片污染的問(wèn)題，應(yīng)等待24小時(shí)排出三分之二的清潔溶液，將剩余的污液排干后再注入新溶液。正常情況下，任何清洗液都可以使用40天左右，可清洗6 000～8 000組以上的模板。使用清洗液時(shí)，工作人員應(yīng)先清除掉落的模板和其他物體，以免污染清洗液。清洗結(jié)束后，工作人員必須清除所有的異物，如果通風(fēng)系統(tǒng)能正常運(yùn)行，在密封的倉(cāng)庫(kù)中，工作人員也必須保證空氣能正常流通。

（三）型殼制造

由于產(chǎn)品的不同，所選涂料的粘度也不同，如果產(chǎn)品的形狀和結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，應(yīng)選擇粘度值較低的涂料，如果產(chǎn)品的形狀比較簡(jiǎn)單，則應(yīng)選擇粘度值較高的涂料。為了使殼體更好，殼體加工室的溫度要控制在25℃左右。如果產(chǎn)品的表面層不是新材料，過(guò)渡層的濕度應(yīng)控制在50%到65%之間，背層的濕度應(yīng)控制在40%到60%之間，攪拌時(shí)間不得少于24h；如果產(chǎn)品的表面層有一部分是新材料，攪拌時(shí)間不應(yīng)少于12h；如果產(chǎn)品的過(guò)渡層和背層都是新材料，攪拌過(guò)程中的攪拌時(shí)間不應(yīng)少于12h[3]。

清潔后的模板必須緩慢浸入涂層中，潛水時(shí)應(yīng)保持一定角度，同時(shí)旋轉(zhuǎn)，多余的涂層必須以較快的速度去除。工作人員在使用壓縮空氣吹除表面氣泡時(shí)，應(yīng)連續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)組件并將其粘在淋砂器中，均勻覆蓋組件表面的沙子，然后用叉車進(jìn)行干燥。所有干燥操作完成后，工作人員要用同樣的方法切割過(guò)渡層和背層，并在封閉環(huán)境內(nèi)進(jìn)行干燥。

（四）脫蠟

工作人員可以將殼體倒入蒸汽脫蠟釜的容器中，使蠟熔化并從下部流出。用油水分離器收集蠟液，用排水桶分離蠟水，去除蠟中存在的雜質(zhì)。12小時(shí)后，將蠟液放入靜態(tài)桶內(nèi)，用濾網(wǎng)過(guò)濾6-8小時(shí)，將蠟液放入保溫箱保溫。蠟從殼體加工室到生長(zhǎng)軸的時(shí)間不應(yīng)超過(guò)1.5分鐘，最合適的時(shí)間應(yīng)小于1分鐘。進(jìn)入露水軸后，最小壓力必須在13.6MPa。桶的混合溫度應(yīng)在110℃到120℃，靜態(tài)桶的溫度應(yīng)為90℃。如果溫度過(guò)高，蠟容易老化。培養(yǎng)箱的溫度應(yīng)在54℃至62℃之間[4]。

（五）型殼焙燒、澆注、落砂和清理

工作人員在鑄造殼體時(shí)應(yīng)做好焙燒工作，焙燒工藝是精密鑄造硅溶膠膜蓋生產(chǎn)的最后一個(gè)環(huán)節(jié)。為了保證鑄件的質(zhì)量，工作人員有必要在這種情況下進(jìn)行質(zhì)量控制。在1 100℃的油爐或電爐中焙燒50分鐘后可以除去殘余蠟，提高殼體的強(qiáng)度和透氣性，避免殼體變形或斷裂，減少工件收縮，降低鑄鋼液與殼體的溫差。一般情況下，不銹鋼鑄件的表面位置應(yīng)進(jìn)行咬口和鈍化處理。

三、水玻璃工藝與硅溶膠熔模鑄造工藝對(duì)比

在脫蠟法中，工作人員可以將需要鑄造的物體用蠟復(fù)制，然后浸入砂和粉末池中干燥。用這種方法使蠟復(fù)制品上覆蓋一層砂紙。工作人員要不斷重復(fù)這些步驟，直到外層薄膜足夠厚。為了支持鑄造過(guò)程，蠟要在模具中熔化并從模具中去除。模具必須加熱幾次以增加硬度，然后才能澆鑄。這種方法具有很好的精度，但由于砂/粉的價(jià)格很高，幾個(gè)加熱器和復(fù)雜的生產(chǎn)會(huì)增加生產(chǎn)成本。

硅溶膠工藝鑄造的產(chǎn)品表面粗糙度能達(dá)到Ra3.2-6.3。由于鑄坯幾乎成形，達(dá)到了無(wú)需加工或只需少量加工的要求，這在一定程度上降低了成本，縮短了制造時(shí)間。另一種常見的失蠟法鑄造方法采用水玻璃工藝。與硅溶膠法生產(chǎn)的鑄件相比，水玻璃有價(jià)格更加便宜的優(yōu)勢(shì)。這里簡(jiǎn)單分析一下兩種工藝在生產(chǎn)過(guò)程上存在的區(qū)別。

表2 水玻璃工藝與硅溶膠工藝對(duì)比

圖2 水玻璃、硅溶膠鑄造產(chǎn)品實(shí)物圖

生產(chǎn)工藝的不同導(dǎo)致最后的產(chǎn)品也會(huì)有很大的差異。硅溶膠精密鑄造是一種少切削或無(wú)切削的鑄造工藝，它具有良好的表面質(zhì)量、高溫強(qiáng)度、良好的熱震穩(wěn)定性和耐高溫變形性。硅溶膠工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品比水玻璃工藝生產(chǎn)的產(chǎn)品的尺寸精度更高，表面粗糙度更好。

四、結(jié)束語(yǔ)

硅溶膠制殼的生產(chǎn)需要工作人員制訂科學(xué)的工藝參數(shù)，精心控制生產(chǎn)過(guò)程中的溫度，并根據(jù)具體情況做好不同產(chǎn)品的數(shù)據(jù)適配工作。不同產(chǎn)品的尺寸和復(fù)雜度不同。為了提高硅石鑄造過(guò)程控制的科學(xué)性、合理性和效率，工作人員必須對(duì)硅石鑄造工藝進(jìn)行技術(shù)選擇。研究熔模鑄造硅溶膠制殼的制造工藝，找出具體工藝中的缺陷并采取相應(yīng)的措施加以解決，可以進(jìn)一步保證膜殼和鑄件的質(zhì)量，進(jìn)一步促進(jìn)熔鑄業(yè)的快速發(fā)展。