目前我国的精密铸造工艺中,涂料配方及制壳工艺有如下几种方式:
第一种:全硅溶胶工艺
全硅溶胶a:面层涂料采用硅溶胶加锆英粉配制,撒锆英砂
过渡层及加固层涂料采用硅溶胶加莫来粉配制,撒莫来砂
特点:铸件表面质量很好。但锆英粉成本高(大约22000元/吨),制壳间温度湿度要求严,成本很高。
全硅溶胶b:面层涂料采用硅溶胶加刚玉粉或溶融石英配制,撒相应材料的砂
特点:铸件表面质量好。由于采用刚玉、熔融石英等材料(大约6000元/吨)代替锆英,成本降低,但制壳间温度湿度要求严,生产周期长,成本高
第二种:硅溶胶水玻璃复合型工艺
复合型a:面层涂料采用硅溶胶加锆英粉配制,撒锆英砂
过渡层涂料采用硅溶胶加莫来粉配制,撒莫来砂
加固层采用水玻璃加耐火粉配制,用化学方法硬化(用氯化铵、氯化铝、氯化镁等的水溶液与水玻璃反应)
特点:铸件表面质量好。但锆英粉成本高(大约22000元/吨),制壳间温度湿度要求严,成本高。缺点是:挂第三层浆时,模组从硅溶胶恒温车间进入水玻璃制壳非恒温车间,在冬天或夏天时,恒温和非恒温车间温差大,蜡模和涂层的热膨胀系数不同,往往会导致涂层开裂,使铸件表面产生网状拼缝,给后处理带来很大的麻烦。
复合型b:面层涂料采用硅溶胶加刚玉粉或溶融石英配制,撒相应材料的砂
特点:铸件表面质量较好。制壳间温度湿度要求严,成本较高。缺点同上。
第三种水玻璃精密铸造工艺:
面层及过渡层涂料采用水玻璃加石英粉配制,撒石英砂。
特点:成本低,表面质量差。影响型壳的因素多,工人操作熟练程度对产品质量影响大。制壳工序在这种精密铸造中地位十分重要,对工人的依赖程度高,往往因为工人的变更和天气的变化产生大批量的废品。这种工艺几乎是中国特有的工艺,中国的“精铸不精”主要就是因为这种工艺生产出的产品质量不高。
我们就几种面层及过渡层涂料材料性能进行细致的描述,以供大家从技术层面到应用层面进行比较:
第一:液态材料的比较
硅溶胶:硅溶胶属胶体溶液,无臭、无毒。硅溶胶为纳米级的二氧化硅颗粒在水中或溶剂中的分撒液。由于硅溶胶中的SiO2含有大量的水及羟基,故硅溶胶也可以表述为SiO2.nH2O硅溶胶粘度低,稳定性好,能配出高粉液比的优质涂料。
第二:固体粉料的比较
锆英砂、粉:
锆英石是一种以锆的硅酸盐(ZrSiO4)为主要组成的矿物。纯净的锆英砂为无色透明晶体,常因产地不同、含杂质的种类与数量不同而染成黄、橙、红、褐等色,结晶构造属四方晶系,呈四方锥柱形,比重4.6~4.71,比重的变化有时与成分和蚀变状态有关锆英石解理不完全。
锆英石是一种主要由火成岩形成时从岩浆中结晶出来的锆、硅和氧组成的矿物。锆英石也产于岩脉和变质岩中。它属四方晶系,常呈发育良好的锥状小四方柱体,也成不规则粒状。性脆,断口贝壳状。是优质的耐火材料。
锆英砂是最重要的含锆矿物,在锆矿物中分布最广、储量最大、类型最多,是一种以锆的硅酸盐为主要组成的矿物。锆英砂是制取锆、铪及多种锆制品的主要原料,具有熔点高、热导率低、线膨胀系数小等特点,广泛用于冶金、铸造等行业。
白刚玉以工业氧化铝粉为原料,于电弧中经2000度以上高温熔炼后冷却制成,经粉碎整形,磁选去铁,筛分成多种粒度,其质地致密、硬度高,粒形成尖角状,白刚玉适用于制造陶瓷、树脂固结磨具以及研磨、抛光、喷砂、精密铸造等,还可用于制造高级耐火材料,国内用户。突出的特点是晶体尺寸小耐冲击,如果用自磨机加工破碎,颗粒多为球状颗粒,表面干洁,易于结合剂结合。
对比了以上我国目前现阶段存在的工艺,不难看出,硅溶胶和锆英粉等材料配制涂料所生产的铸件表面质量好,但是成本高,而传统的水玻璃石英粉涂料表面质量差,但生产成本低。鉴于如此鱼和熊掌不可兼得的尴尬局面,新型工艺应运而生。
第四种新型工艺:
新工艺原理:以硅溶胶和石英粉为基础配制面层和过渡层涂料,撒石英砂,但是,有两大难点:1.由于石英在温度升高过程中有复杂的相变情况,用单纯的石英粉配料,很难取得良好的表面质量;2.由于硅溶胶粘度,与晶型石英的表面附着力底,涂料的稳定性和涂挂性极差,几乎不可能配出满足铸造要求的涂料。
为了解决以上两大难题,我们在新工艺中在如下两方面做了改进:
第二方面.在固体粉料中添加了一定数量的纳米级化学成分活跃的材料后,在常温状态下,增加了硅溶胶与石英粉之间的结合力。同时,在配制涂料时,加入液态的稳定剂和改性剂,使涂料具有良好的流平性和涂挂性。使此新型涂料能满足生产要求,便于生产。
经过大量生产实践,新型制壳配方工艺应用以后,给我们铸造企业带来如下的好处
第一:大幅度提高表面质量。
传统配方下,特别是在生产单件二十公斤以上的铸件,表面质量难以保证,表面毛刺、粘砂、表面癞蛤蟆皮、桔子皮及分层引起的缺陷难以避免。在生产厚大件时,表面几乎都要靠打磨才能满足要求。新型配方则完全解决了上述问题,几乎所有材质(除了含锰大于4%的材质外)的铸件达到甚至超过了复合型型壳的水平。
第二:大幅度提高内在质量。
采用传统配方,由于表面层强度低,在型壳焙烧后,用手在型壳内壁上摸,经常会发现掉白灰的情况;还有采用传统配方,表面层制壳工艺复杂,影响因素很多,导致表面型壳质量很不稳定,型壳分层时有发生;这些因素导致传统的水玻璃型壳的铸件内部质量得不到保证,特别是在要求高的加工面上,时常因为加工出砂孔等缺陷导致铸件报废,这其中有相当部分是型壳质量差造成的,而新型配方很好的解决了这一难题,使铸件内在质量得到大幅度的提升。
第三:提高成品率,特别是大幅度提高优良品率。
采用传统的配方,由于表面和内在质量得不到可靠的控制,废品率比较高,采用新型配方,由于表面质量和内在质量得到大幅度的提高,成品率也相应的提高,特别是不需要修补和打磨优良品率大幅度提高。
第四:大幅度降低后处理的工作量。
采用传统配方,由于表面质量差,后处理工作量相当大,在劳动力日趋紧缺的今天,工作环境很差的后处理招工越来越难,采用新型配方后,后处理的工作量大幅度降低,特别是厚大件,后处理的工作量可以降低80%以上。
第五:大幅度改善制壳车间的工作环境。
传统配方,大多数面层和过渡层采用铝化氨硬化,硬化过程中会产生氨气,氨气严重污染环境的同时,还腐蚀设备。新型配方在制壳过程中没有氨气产生,很好的解决了这一问题。
第六:降低生产成本。
实践表明,采用新型配方比传统配方在制壳成本上每吨铸件高出30——80元,但是,大幅度降低了后处理成本。
第七:大大提高了传统水玻璃型壳生产大件的能力。
对于传统水玻璃型壳,越大的件,出问题越多,生产难度越大。采用新型配方,原有的许多因为型壳质量问题迎刃而解,大大提高了传统水玻璃型壳生产大件甚至超大件的能力。