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    熔模鑄造

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    對熔模鑄造現行制殼工藝的改進和討論

    2021-05-24 09:55:26

    玖誠五金制品是目前國內、國外的主流工藝,用于生產精密鑄件。然而,面臨制殼生產周期長、因面層型殼缺陷導致鑄件缺陷的困擾。提出面層漿料加入防裂劑、面層大風力干燥、面層采用大粒徑硅溶膠、取消涂二層前預濕、取消涂面層前沾硅溶膠的工藝舉措,從而提高面層型殼的強度,減少面層型殼的缺陷,縮短涂層干燥時間,提高鑄件一次性合格率。

    熔模鑄造中溫蠟全硅溶膠結殼工藝適合生產表面粗糙度值小、尺寸精度高的精密件,已經成為主流工藝被廣泛應用。

    該制殼工藝生產周期長,尤其是面層型殼開裂、剝落、鼓起、分層的缺陷造成許多鑄件表面缺陷的產生,困擾著量產和表面質量的提高,面層結殼的優劣是決定鑄件表面質量和一次性合格率的關鍵。

    熔模鑄造

    制殼工藝的改進

    1.1面層漿中加入防裂劑

    在面層鋯英粉漿料中加入占硅溶膠質量分數8%的防裂劑,攪拌均勻。也可用3.3~3.4:1的粉液比,按加硅溶膠→粉料攪拌8h→防裂劑攪拌5h→潤濕劑攪拌2h、消泡劑攪拌1h的加料順序配制面層漿。

    模組沾漿后,撒100目鋯英砂或100目白剛玉砂,在溫度23℃,相對濕度60%的面層干燥環境條件下,吹風,風速4-6(m/s),面層干燥時間≤2h。

    經吹強風干燥的面層,不僅大大縮短干燥時間,涂層無龜裂、無開裂、無脫落、無鼓起,無分層,面層的濕強度明顯提高,而且模組的內腔與外型同時干燥,澆注出來的鑄件質量見圖1所示。

    硅溶膠型殼的結殼過程,實際上是在型殼內建立強度的過程,當涂層得到充分干燥,完成硅溶膠的膠凝,涂層的濕強度就建立起來。

    向面層漿料中加入的防裂劑是一種分子形態為長鍵狀的高聚物,對硅溶膠表面進行改性和保護,使硅溶膠膠體的Zeta電極電位下降,膠粒間相互斥力有所減弱,在脫水膠凝的過程中,由于高聚物分子鏈相互糾纏作用,促進了硅溶膠膠團彼此靠近,從而加快了膠凝速度。生產證明,在高聚物作用下,硅溶膠在較少的水分蒸發量下,SiO2膠體膠凝過程就得以迅速開始,實現了面層的快速干燥。

    ——熔模鑄造

    同時,由于高聚物呈堿性的水溶性,本身也是粘結劑,可以在硅溶膠膠凝過程中對面層起到物理增強的作用。由于有機高聚物的成膜性,使得粘結劑在型殼的耐火材料之間形成均勻而連續的膠膜,提高整的粘結效果,最終使型殼建立與背層相同的常溫強度。

    再則,高聚物分子鍵的良好柔韌性能,可以改善粘結劑在粉、砂中的包覆狀況,有效地防止和降低產生面層開裂、起鼓、分層的傾向,起到對面層的保護作用,從漿料中是否加入有機高聚物型殼斷面對比的電子顯微鏡照片,可以得到信服的求證。目前,添加防裂劑工藝正在不斷被精鑄廠家所應用。

    1.2預濕處理

    面層型殼經充分干燥后,將模組放在硅溶膠中浸一浸,然后,進行第二層型殼的涂制,這是傳統的硅溶膠預濕處理工藝。

    預濕的目的是在面層上增加硅溶膠的質量,從而加大面層的高溫強度,防止因面層缺陷而產生諸多鑄件表面缺陷??墒?,預濕帶來的負面影響卻不可忽視。

    一是,面層的干燥是在嚴格的溫度、濕度環境條件下,經過很長時間的自然干燥而獲得。干燥的面層型殼浸稀釋的硅溶膠后(SiO2質量分數為25%),使面層整體全部受潮,恢復到面層未干燥時的涂層初始狀態,在現場控制中,第二層的干燥時間往往要比面層的干燥時間增加許多,實際上對二層型殼的干燥來說,不僅要將二層自身充分干燥透,而且還要把受潮的面層重新干燥,所以,延長二層的干燥時間是必然的。

    二是,硅溶膠涂層在干燥硬化的過程中,存在失水膠凝硬化,受濕凝膠返溶軟化的可逆物理變化的特性,被預濕后的面層型殼在重新干燥過程中存在著無法觀測和發生型殼缺陷隱患的變數。

    筆者認為,涂制二層前做預濕處理弊大于利,應予改進。改善的思路和方法:第二層型殼一般稱作過渡層,此層不僅對面層起到加固和保護作用,而且是面層和背層的連接層,對于防止面層硅溶膠返溶,預防面層型殼產生缺陷,具有十分重要的特殊意義的關鍵層次。

    二層漿料可以是莫來粉,也可采用剛玉粉,漿料的粘度值控制在17~18s(4#詹氏杯測量),甚至是16~17s,這和做預濕的二層同類耐火粉料的漿料相比,粘度值要低許多,也是說,漿料變稀。因為較稀的二層漿料更容易滲透到面層型殼的粒度較大的砂層之中去,既增加了面層砂的強度,又可以對面層的漿層起到有力的支撐作用。二層的砂撒采用60~80目莫來砂或者60~80目剛玉砂,在面層干燥環境條件下,吹風,風速4-6(m/s),若產品結構不算太復雜,無深孔,二層的干燥時間≤8-10h為宜。

    然而,預濕處理應用于背層,那是相當有必要和可行的。

    1.3熔模沾硅溶膠

    有些精鑄廠家在模組未沾面層漿之前,先浸沾硅溶膠,理由是好操作,對此,筆者持否定態度。

    對模料有三項基本要求,熱物理性能、力學性能和工藝性能,就工藝性能而言,較好的涂掛性與制殼密切有關,是要追求的。

    無論是蠟基模料還是樹脂基模料,它們的共同特點就是憎水性,樹脂基模料的憎水性表現得尤為突出,模料的涂掛性用熔模與粘結劑的接角角來考量。水玻璃粘結劑的表面張力為60(10-3N/cm),水玻璃+非離子型潤濕劑的表面張力為37(10-3N/cm)。硅溶膠粘結劑的表面張力為71.6(10-3N/cm),硅溶液膠+非離子型潤濕劑的表面張力為36(10-3N/cm)。著重指出的是,無論是水玻璃還是硅溶膠它們都是水溶性的粘結劑,含有相當質量分數的水分,熔模對其的憎水性凸顯。顯然,潤濕劑對降低粘結劑的表面張力起著重要的作用,潤濕機理是:面層硅溶膠漿料中加入非離子型活性劑后,親油基一端為熔模所吸引而定向排列,親水基被水分子吸引而留在漿料界面,形成由表面活性劑分子組成的單分子膜,從而使漿料—熔模間的界面張力降低,使漿料與熔模結合起來,實現了較好的涂掛性。

    通過上述分析,模組沾硅溶膠此舉沒有達到改善硅溶膠漿料與熔模的潤濕作用,相反會降低漿料局部的粘度值,熔模沾上的硅溶膠與面層漿料接觸后,還是要依靠面層漿中的潤濕劑和熔模起親和作用,感覺到好操作,只不過是局部漿料瞬時變稀,流淌性好一點而已,涂掛性的改善不是硅溶膠,而是靠潤滑濕劑。生產實踐證明,3.3~3.4:1粉液比的面層漿料,潤濕劑的加入量為0.04~0.042%為適宜,計算方式:潤濕劑%=潤濕劑質量分數/(硅溶膠質量分數+粉料質量分數)*100%)。

    1.4大膠粒硅溶膠應用于面層

    硅溶膠的物化指標除重視SiO2質量分數、PH值、運動粘度外,膠體粒子直徑就是常說的硅溶膠的粒徑,也是我們十分關注的參數。

    SiO2含量決定型殼強度,PH值決定漿料的穩定性,運動粘度決定粉液比,粒徑既決定漿料穩定性也決定型殼強度,對于膠粒來說,一般認為,粒徑大,漿料的穩定性好,粒徑小,膠凝快。所以多年來國內多數廠家傾向于面層用小粒徑,背層用大粒徑,筆者對此持不同觀點。

    國內生產的硅溶膠粒徑平均值大數是8~20nm,也有8~15nm,美國12nm和22nm,日本830為8nm,1430為14nm。以日本硅溶膠在國內精鑄廠家的應用為例,面層用1430,背層用830居多,據資料介紹,日本多數精鑄廠也按此粒徑配漿和應用。

    對于面層漿料來說,先決要求是,漿料的穩定性好是要放在首位來考慮的,因為面層直接決定鑄件的表面質量,從這個意義上講,面層采用大膠粒硅溶膠是正確的。至于膠凝時間的快慢,大膠粒與小膠粒差距微小,可以忽略不計。

    關于硅溶膠膠體粒子直徑大,型殼強度低的理論與實際生產控制存在偏差,國內與國外的應用也正好是相反。

    從面層自然干燥演變成吹風干燥,國內精鑄廠家在工藝規程上,對背層用大膠粒硅溶膠,面層必須用小膠粒硅溶膠在工藝上已經不再硬性規定,目前面層采用大膠粒的廠家漸增,出現不再拘泥于面層必須要用小膠粒硅溶膠的做法和趨勢。

    2、結論和討論

    2.1面層漿中加入防裂劑,吹風干燥,可以克服面層型殼的缺陷,干燥時間縮短,大幅提高一次合格率。

    2.2涂二層前的預濕工藝弊大于利,降低二層漿料的粘度值,能起到對面層的保護和強化作用,有助于消除面層型殼的缺陷隱患。

    2.3大膠粒硅溶膠應用于面層漿對鑄件表面質量,無礙。模組制殼前先沾硅溶膠,對面層型殼質量,無益。

    惠州市玖誠五金制品有限公司位于惠州市惠陽區,毗鄰香港,與深圳、東莞相連,地處珠江三角洲經濟地區。是一家研發與生產精密五金件企業,廠房面積7500平米,員工140余人,擁有工模,鑄造,熱處理,機械加工等車間。

    我司專注于精密鑄造服務,從模具制作、鑄造毛胚到精密機加工及組裝成品。主要生產碳鋼,合金鋼,銅,鋁和不銹鋼鑄件。廣泛應用于智能鎖、5G通訊、汽車,自行車,各類機械等領域。同時根據客戶的要求加工各種規格的高精密度產品。質量保證、價格實惠、交貨準時。產品遠銷歐美、中東、東南亞等市場,多年來受到廣大客戶的好評。

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