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消失模鑄造工藝生產過程中,涂料作用發揮

一、消失模涂料的作用、基本組成、性能
(一)涂料的主要作用
1、涂料層能提高泡沫模樣的強度和剛度,防止模樣在搬運、涂掛、填砂、振實時破壞或變形。
2、澆注時,涂料層是液態金屬與干砂之間的隔離介質。涂料層將金屬液與填充砂分開,防止金屬液滲入砂中,從而保證得到表面光潔、無粘砂的鑄件。同時,防止干砂流入金屬液與泡沫型的間隙中,造成鑄型塌箱。
3、涂料層讓泡沫型熱解的產物(大量的氣體或液體等)順利地排逸到填充砂中被瞬時吸出,防止鑄件產生氣孔、皺皮、增碳、殘留等缺陷。
(由于澆注不同合金時澆注溫度不同,所以,泡沫型的分解產物區別很大,澆注鑄鐵、鑄鋼等黑色金屬時,由于溫度較高1350—1600℃以上,熱解產物主要以氣態為主,要求涂層具有良好的透氣性。而澆注鋁合金時,由于溫度較低760—780℃左右,熱解產物主要以液態為主。則要求液態分解產物能夠與涂層潤濕,順利地滲入涂層,被涂層吸收,排出型腔。)
4、涂層具備絕熱保溫性,能避免、降低金屬液在充型過程中熱量損失,提高薄壁件充型完整率。

消失模

消失模

(二)涂料的基本組成
消失模涂料一般由耐火材料、粘結劑、載體(水、乙醇)、表面活性劑、懸浮劑、觸變劑以及其他附加物組成。各種成分均勻的混合在一起,在涂掛和澆注過程中綜合發揮作用。
1、耐火材料(骨料)。顧名思義,是涂料中的骨干材料,決定了涂料的耐火度、化學穩定性、吸附性和絕熱保溫性能。粒度粗細配置和顆粒形狀對涂料透氣性影響較大。粒度不宜過細,形狀以柱狀、圓形為好,片狀次之。
2、粘結劑。是確保消失模涂料既有較高的強度又有較高的透氣性不可缺少的添加劑。主要有有機和無機兩種。其中,有機粘結劑(糖漿、淀粉、糊精、羧甲基纖維素CMC)能夠在常溫狀態下提高涂層的強度,在澆注過程中被燒失,有效提高涂層透氣性。無機粘結劑(納基膨潤土、水玻璃、硅溶膠)能夠保證涂層常溫和高溫強度。通常需要正確搭配使用多種粘結劑,來保證和提升涂料的性能。
3、載體。水基和醇基(酒精)。
4、表面活性劑(潤濕劑)。主要用于改善水基消失模涂料的涂掛性。分子是既能親水又能親油的雙親分子。加入涂料中,親水端與水基涂料中的水結合,親油端被泡沫塑料模吸引,使其定向的排列在泡沫模型表面,好像一座橋將塑料模和涂料連在一起。
5、懸浮劑。為防止涂料中的固體耐火材料沉淀而加入的物質。同時,在調節涂料的流變性和改善涂料的工藝性能方面發揮重要作用。主要根據耐火材料的類型和載體種類,進行對應的選用。(水基涂料常用的懸浮劑有:膨潤土、凹凸棒土、羧甲基纖維素鈉等。有機溶劑涂料常用的懸浮劑有:有機膨潤土、鋰基膨潤土、凹凸棒土、聚乙烯醇縮丁醛PVB等)。
6、觸變劑。凹凸棒土。觸變性,涂料在固定的剪切速率作用下,粘度隨著剪切時間的延長而逐漸降低(變稀),停止剪切后粘度又隨著時間的延長而逐漸恢復(變稠)的性能。
7、其他附加物。消泡劑,能消除涂料中氣泡的添加劑(常用的消泡劑有:正丁醇、正戊醇、正辛醇),加入量0.02%。防腐劑,是防止水基涂料產生發酵、腐敗、變質的添加劑(苯甲酸鈉是食品工業用防腐劑,安全性好),加入量0.02%--0.04%。
表面活性劑、消泡劑、防腐劑均應在涂料配制過程中,按比例同步加入。
(三)涂料的性能
消失模涂料應具備以下性能:強度、透氣性、耐火度、絕熱性、耐急冷急熱性、吸濕性、吸附性、易清理性、涂掛性、滴淌性(流平性)、懸浮性等。可以概括分為兩類:工作性能和工藝性能。
1、工作性能。包括:強度、透氣性、耐火度、絕熱性、耐急冷急熱性、吸濕性、吸附性、易清理性。其中,最主要性能是強度、透氣性、耐火度。
2、工藝性能。包括:涂掛性、滴淌性(流平性)、懸浮性。其中,最主要性能是涂掛性、滴淌性(流平性)。因為泡沫模型本身具有不潤濕性,所以,要求涂料具備良好的涂掛性。較低的滴淌性(流平性)是確保涂層均勻厚度一致,減少浪費和環境污染的主要手段。
涂料應具備“稠而不粘”、“滑而不淌”的工藝效果。
3、提高涂料性能的方法。
二、消失模涂料的選擇
(一)化學屬性(酸堿度)
1、酸性 鑄鐵、鑄鋼(碳鋼、低合金鋼)應對應選用藍晶石、鱗片石墨、硅砂等酸性、中性耐火材料。
2、中性 高合金鋼應對應選用鋯藍晶石、剛玉、鋯砂、鱗片石墨等弱酸性、中性耐火材料。
3、堿性 高錳鋼應對應選用鎂砂、鎂橄欖石等堿性耐火材料。
4、鋁合金 應對應選用 等耐火材料
(二)物理屬性(澆注溫度)
主要依據澆注系統設置、工藝參數設定、埋箱組型方式、操作習慣和熟練程度、現場環境等因素提出不同的需求。
三、涂料的制備、存儲
涂料制備的設備主要有膠磨、球磨、低速攪拌機、高速攪拌機等。其中,膠磨、球磨的優點是骨料和粘結劑等成分能夠充分相互潤濕,卷入的氣泡少。缺點是操作不方便,涂料配制時間長,噪音大。高速攪拌機逐漸成為目前涂料配制的主流設備。如果沒有高速攪拌機,用低速攪拌機通過延長攪拌時間,也能獲得理想的配制效果。
(一)涂料的配制工藝
1、高速攪拌的目的、作用。將粉料和水充分混合,制成均勻的漿液。通過高速攪拌,對粘結劑中的纖維和粉狀物質,進行剪切離散處理,便于充分混合。高速攪拌時間不低于2小時
2、低速攪拌的目的、作用。去除因高速攪拌而卷入涂料中的氣體。確保涂層強度,有助于提升鑄件表面質量。低速攪拌時間2小時或持續不斷。
(二)涂料的質量控制
1、密度。反映涂料的稀稠狀態,在凃敷過程中也反映出涂層厚度。是涂料的一項重要質量指標,生產現場一般用密度來控制。測定工具:比重計(婆美度計)
2、涂料的PH值(酸、堿度)。涂料中需加入多種有機粘結劑和水,為了確保這些有機物和水的穩定性,以及涂料的化學屬性與金屬液的適應性,應加以控制。可用PH試紙和PH計進行測定。
3、涂層重量。通過分別對兩次涂掛后模型重量進行稱量,測得涂層的重量,可估算出涂層厚度。
(三)涂料的存儲
涂料最好隨時配制及時使用。使用剩余的涂料易存放于陰涼處,不宜長時間存放。視天氣及存放地點環境情況,一般夏季存放時間為:2—5天,冬季存放時間:5—10天。同時,應避免發酵或結冰。
四、涂料的涂敷及注意事項
(一)涂敷方法(刷、浸、淋、噴)及使用范圍
刷:適用于單件小批量生產的中、大型模樣。
浸、淋:適用于批量較大和形狀比較復雜的小型模樣。
噴:一般適用于薄壁或易變形、易損壞模樣。
(二)涂層厚度的合理選擇
涂層厚度應根據金屬液的種類、鑄件的結構、形狀復雜程度、重量、壁厚、澆注系統設置和選擇等因素的需要來綜合設定。
模樣本體,在保證涂層強度、耐沖刷性的前提下,涂層應盡量降低厚度,以利于提高透氣性。可在0.3—3.5mm之間選擇。
澆注系統,應盡量提高涂層的強度,適當提高涂層厚度,可在3.5—6mm之間選擇。
(三)注意事項
1、充分發揮和利用水基涂料的觸變性(攪拌過程中涂料粘度下降,攪拌停止后粘度上升)。在連續攪拌,并控制溫度的狀態下,進行涂掛,以便于獲得均勻的涂層,降低模型變形。
2、選用適合的攪拌速度。可控制在10—20轉/min,轉速過低,涂料有可能產生沉淀,轉速過高,涂料會卷入氣體,產生氣泡。
3、應注意合理控制模樣浸入涂料的位置、角度、方向、速度、力度等,防止出現模樣變形、損壞、氣泡等缺陷和問題。
4、涂掛要保證涂層均勻,完全覆蓋模樣的各個部位。
5、防變形、防破損要貫穿涂掛全過程,涂掛后的模型在放置時,應充分考慮烘干的效果和防止變形、破損。
(四)涂掛操作中的典型不良習慣
1、抖。涂掛好的模型應放置在靜置架上,待涂料自然滴淌,以便獲得均勻和平滑的涂層。人為的抖動,雖然能夠提高涂掛速度,但,同時,也會破壞涂層的均勻性和流平性,造成涂層局部變薄或堆積。(插入視頻)
2、露。也就是俗話說的“露白”。涂層局部或大面積的沒有涂料覆蓋,而不采取任何措施進行補救,任其轉入下道工序。造成涂層局部變薄強度等性能降低,影響鑄件質量。(插入照片)
五、涂料的烘干
(一)烘干方法和設備
自然環保法:采用露天晾曬或陽光房、大棚采暖烘干,達到脫水、除濕、干燥的效果。
加熱除濕法:采用專用烘房,燃煤、燃氣、電能、地熱、蒸汽等方式提升和維持烘房溫度,并采用專用設備將濕氣排出,達到脫水、除濕、干燥的效果。
(二)烘干過程質量控制
1、烘干溫度。35—50℃。在除濕效果和效率有保障的前提下可采用低溫烘干。同時,烘干溫度溫度不宜設置過高。當溫度超過50℃后,模型易出現膠體軟化脫落等問題。
2、升溫速度。升溫速度不宜過快,控制在5-10℃/小時,升溫速度過快,涂層易出現裂紋、分層甚至剝落的情況。
3、烘干時間。視具體烘干設備和環境和模型的復雜程度、尺寸而定,一般,第一遍涂料的烘干時間應控制8—12小時或更長。第二遍涂料的烘干時間應控制在16—24小時或更長,第三遍涂料的烘干時間應控制在20—24小時或更長。原則上每遍之間都應該進行稱重檢查,確認徹底干燥后,再涂掛下一遍涂料。
4、涂層的涂補、修復。