精密铸造制壳工艺特点及改进方向探讨.docx

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1、精密铸造制壳工艺特点及改进方向探讨对目前国内精铸行业中广泛应用的4种制壳工艺的特点进行了分析对比。从精铸件质量比较，水玻璃型壳较差，复合型壳、硅溶胶-低温蜡型壳次之，硅溶胶一中温蜡型壳最好。而从制壳成本比较，水玻璃型壳最低，硅溶胶一中温蜡型壳最高。对这4种制壳工艺分别提出了改进措施。目前国内精铸件生产中广泛采用的制壳工艺有以下4种：A.水玻璃型壳；B.复合型壳；C.硅溶胶型壳（低温蜡）；D.硅溶胶型壳（中温蜡）。前3种方案均使用低温蜡（模）。我公司4种工艺兼有，以充分满足市场对精铸件质量、价位的不同需求、增加市场竞争力和适应力。1、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

2、占我国精铸厂家的75%以上。经过精铸界同仁个半世纪的不懈努力，水玻璃型壳工艺的应用和研究已达到了很高水平。多年来由于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，目前仍占很大的市场份额，并替代国外砂铸件成批出口。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优点。但铸件的质量，包括表面粗糙度、缺陷数量、尺寸精度、成品率、返修率等均比其他3种工艺要差（见表1）。1.1 存在的主要问题（1）水玻璃粘结剂固有的缺点是NaQ含量高，型壳高温强度、抗蠕变能力远不及硅溶剂型壳（只有它的1/30-1

3、/50）o加之面层耐火料采用了价低质次、粒度级配不良的石英砂（粉），硬化剂至今仍限于使用氯化氨，因而必然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，除尘设备的简陋，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。如定期检测涂料粘度、涂片重、硬化剂浓度、PH值等。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、

4、废品率、返修率高的重要原因之一。聂I40制完工W的精!件质量的造冏范.因对比序号树先工艺才窿JI合支先依名熔.吐*皎父先中渥*d*岐5!光1432!2义面板植”RamI1S6.3-12.53.2-6.30.8-3.23尺寸情品CTKT8CTS-CT7CT4-CT6CT3-CTS4(云KgI)1.04.56.085创先屑Mb1425*3”36野仲文堂副d34S7757修传材成钥.低合金6各约。各f8Kg1.0-200Igo57000.02-1.09除伶实例备臭嗔例网体、金江、低合金怜件不除钥、A,低令加值、-6的中小件.幺埠方孔槽的安仲、五金件、叶独、果先5tt集中大势,表面及Ma尺寸靖要求身的

5、铮件.带有尖角.K边的小件.转小件加仪表出轮、针愎也、Xtt19K.1.2改进方向（1）采用高纯度的硅微粉（脉石英）代替常用的低品位的石英砂粉作面层耐火材料，并应用“双峰”型粒度级配的圆形石英粉配制面层涂料。不仅可提高面层型壳的热化学稳定性，而且可以获得高粉液比涂料。我厂用模数为3.4、密度为128gc?的水玻璃配料，粉液比可达到14。硅微粉的技术要求见表2o表2硅嫩粉的技术要求(SiO2)/3(Fe2O3)/%8（J）IPH烧失粒反黑耀N所白度核形JO99.50.030.0870.590的彩注：硅微将为用于光化学成蜻的原料：p50m为中位抬径.经湿法球磨、单槽沉淀、磁选及离子高纯水处理，自然

6、形成圆形，双峰粒度级配，这种高纯低杂质的粉粒，比人工级配更理想。已在我公司实际应用,效果良好。（2）加强制壳工序的现场质量管理，按行业标准操作。同时应将涂料、撒砂、硬化场地与型壳干燥间隔离。后者控制温度、湿度，前者加强除尘、防腐，从而有利于型壳质量的稳定及改善操作环境。（3）采用石英-硅溶胶型壳代替第一、二层石英-水玻璃型壳，彻底取消面层和过渡层的水玻璃及氯化氨硬化剂。计算表明铸件成本仅增加0.46元kg（见表3）,而制壳生产周期与水玻璃型壳基本相同。表3不同制壳工艺每1捐博件的材料成本鼾光工艺水域狗型先石美妙硅淳皎复合型光结美砂硅*较复合型壳成本/（元）900013602、复合型壳为克服上述

7、水玻璃型壳的缺点，目前不少工厂将第一、二层改用错英石及莫来石-硅溶胶型壳。背层仍采用原有水玻璃型壳工艺。它是结合硅胶型壳的优良的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。可应用于不锈钢、耐热钢等高合金钢。生产周期则比低温蜡-硅溶胶型壳短得多，与水玻璃型壳相近（表1）。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（表4）。其型焙烧温度只限于950以下。900以后型壳变形量增加了30机而硅溶胶型壳焙烧温度可达IoOO-1200,在IoO（TC以前

8、型壳不变形（表4）O故复合型壳浇注的铸件尺寸精度（包括形位公差）均比不上硅溶胶型壳。往往在浇注大型（Iokg以上）铸件时要采取增加硅溶胶型壳层数的方法（一般至少增加2层）以求获得高的高温强度及防止铸件变形。表43秒型壳高温螭变量比较射亮工艺复合型先H溶较复合型先曼克温度/C8009009001()10001100蛾究量mm0.1$0.350.270.340.100.20注：负荷6N:复合型壳背层用柒阡石砂扮.(2)由于型壳前2层是影响型壳透气性的主因，由水玻璃型壳改为硅溶胶后，型壳的整体透气性大幅降低，在焙烧温度较低、保温时间不够长时，常会造成铸件气孔及浇不足、冷隔等缺陷，故复合型壳较难应用于

9、薄壁(6W3)件、小件及特小件(小于50g)。又因型壳高温强度不及硅溶胶型壳，更易造成上述废品。总之，复合型壳的透气性不如水玻璃型壳也不如硅溶胶型壳。(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。其背层仍保留水玻璃粘结剂，为降低成本仍采用价格较低、质量不稳定的耐火材料，如粘土、颗粒粒砂等，且在制壳工艺控制方面与水玻璃型壳相同，导致铸件质量稳定性差。尤其是IOkg以上的大件及Ikg以下的小件，废品率及返修率均比硅溶胶型壳高。(4)复合型壳由于采用价昂的错英石作面层，其型壳成本是水玻璃型壳的4.5倍(表1),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，每kg铸件成本仅相

10、差1元。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(170,0.7MPa)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(白色泡沫状皂化物)，不经回收处理无法回用。而硅溶胶型壳，则可以应用低、中温蜡，无此弊病。综上所述，复合型壳是水玻璃型壳的改进，在铸件表面质量、成品率及返修率方面比前者优越，但与硅溶胶型壳仍有本质差别。除生产周期较短，制壳成本稍低之外其铸件质量及稳定性不及硅溶胶型壳。2. 2改进方向(1)采用石英代替错英砂用于面层型壳耐火材料。铸件表面质量不完全取决于面层型壳耐火材料，而与粘结剂有密切关系，也与蜡

11、料有关(蜡模表面粗糙度、皂化物残留等)。复合型壳只能采用低温蜡，大部分应用于表面粗糙度中等(Ra=6.3-12.5)、尺寸精度不甚高(CT4-CT6)的精铸件，实践证明采用石英-硅溶胶面层代替错英石-硅溶胶是完全可行的。这一措施使每t铸件型壳成本由原4150-4830元下降到1360元，与水玻璃型壳比仅增加460元。加强制壳工序尤其是背层制壳的质量管理及环境改善（详见本文1,2节）。（3）背层应当采用质量稳定、高温性能优良而成本相对低廉的耐火材料，同时要兼顾与面层型壳耐火材料膨胀率相匹配。推荐下列2种常用的背层材料。耐火粘土-石英粉涂料（各50%）,撒颗粒砂（耐火砖废料破碎过筛而制成），其优点

12、是来源广、价格低，其型壳高温强度和抗蠕变能力均高于莫来石、铝研土。价格仅为铝研土的1/2T/3。它适用于倍英石或石英石作面层的复合型壳。耐火粘土-颗粒粉涂料（体积比为3：7）,撒颗粒砂。此方案只适用于错英石复合型壳。有些工厂复合型壳背层采用莫来石砂粉或铝矶土，其涂料性能较稳定，壳薄、易焙烧，但成本过高且其型壳高温性能不及上2种型壳。铝矶土脱壳性能较差。至于废陶瓷器皿、硫璃瓦、地砖等破碎而成的材料价格虽低，但未经高温烧成，成分复杂，型壳高温开裂倾向大，耐火度偏低。浇注后（尤其是厚大件）脱壳困难，不宜采用。3、硅溶胶（低温蜡）型壳这一工艺符合国情，在铸造Ikg以上，特别是5kg以上中大件铸件时，具

13、有更大的适应性和优越性（与中温蜡相比）。一般来说，中大铸件的质量要求，特别是表面粗糙度、尺寸精度以及形位公差的要求不会太高，采用高熔点中温蜡并无必要。中温蜡需要高压（大于6-7MPa）或液态蜡压注蜡模，设备投资大。中温蜡厚大蜡模易缩陷、变形、成本高。低温蜡成型容易、设备简单，而蜡模表面粗糙度相差不大。这一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，在IOOOT200焙烧后型壳透气性高，抗蠕变能力强（表4）,既可适用于薄壁件，复杂结构的中小件，又可生产重达50Tookg的特大件，如水泵、叶轮、导流壳、泵体、球阀体、阀板等。对于薄壁中小件或大件可以采用叉壳或抬

14、壳在炉前直接浇注，更可获得高成品率。3. 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（尤其是复合型壳及水玻璃型壳同时脱蜡时）易产生铸件表面夹杂，返修率稍高，这是其缺点之一。（2）制壳生产周期长是它的最大缺点和不足（见表D,尤其在生产大件，有深孔、深槽件时，每层干燥常要24-48h0以50kg双流道叶轮为例，常须10-15d制壳时间，稍有未干透之死角，在水脱蜡时会造成硅溶胶回溶，型壳裂纹。（3）硅溶胶型壳（低温蜡）型壳成本较水玻璃型壳高5倍（每t铸件制壳成本为5000元），比复合型壳高17机铸件成本相应较高。3.2改进方向（1）为防止因低温蜡回收处理不彻底及

15、用水脱蜡时与复合型壳或水玻璃型壳共用同一热水槽，易产生铸件皂化物夹杂缺陷应采取以下措施。采用蒸气脱蜡（蒸气压力0.2-0.4MPa,温度120T30C）代替水脱蜡，不仅可以防止皂化物夹杂而且型壳不易产生裂纹，对铸件的质量稳定更有保障。若采用热水脱蜡，应在水中加入体积分数为1%-3%的工业盐酸，脱蜡后再用含盐酸的热水冲洗每组型壳以减少皂化物残留。尽可能不要与水玻璃型壳、复合型壳共用同一槽水脱蜡，也可更换水液，单独集中脱蜡，以减少皂化物入壳。回收蜡处理可用盐酸的体积分数为3%-5%的酸化水，沸腾及沉淀时间要足够长。冬季硬化水温度低，水玻璃及复合型壳中Na2。的残留量高，蜡料皂化也较严重，应多加盐酸处理回收蜡，减少皂化物。蜡料处理后，及时补加硬脂酸也很重要。（2）为缩短制壳生产周期，可采用“快干硅溶胶”制壳，此工艺已日渐成熟，其各层型壳干燥时间可缩短1/2以上。小件各层（除最后层外）干燥仅须3h,制壳时间由原63h缩短为24