熔模铸造型壳缺陷产生原因与防止

■潘玉洪

熔模铸造型壳缺陷产生原因与防止

■潘玉洪

水玻璃型壳常见的缺陷中，还有结疤、型腔残留物、飞翅、黑壳和搭棚等缺陷，现分析如下。

一、结疤

1. 特征

型壳的内表面出现像结疤状的凸凹不平的、圆形的坑，如图1所示。有的又俗称为“蛤蟆皮”“桔子皮”。

2. 产生原因

（1）面层涂料黏度过大，涂挂时操作不当，局部涂料堆积，且自然风干时间短；硬化时，涂料表面层凝胶急剧收缩，而内层涂料未充分硬化，使型壳的内表面出现凸凹不平、结疤状的坑。

（2）面层涂料与蜡模之间常有油类、盐类和水分集聚，导致硬化不充分；脱蜡时型壳的内表面松散，导致出现凸凹不平的、结疤状的坑。

3. 防止措施

（1）适当降低面层涂料黏度。当水玻璃模数M=3.0～3.4，密度ρ=1.25～1.28g/cm3，耐火粉料粒度为0.053mm（270目）时，粉液比应该是1:1.1～1.3，加入表面活性剂，农乳130或JFC，加入量0.1%～0.3%；同时加入消泡剂，加入量0.05%～0.1%，以提高涂料的流动性和润湿性。

涂挂操作时，避免涂料堆积；当面层涂料均匀地覆盖在模组的表面上时，应立即撒砂。

控制型壳硬化前的自然风干时间，一般选用15～40min；生产中常以型壳“不湿不白”为选择时间的依据，“白”就是太干，“湿”就是没有干好。

选用合理的面层硬化工艺参数，如硬化前的自然风干时间；硬化中的氯化铵浓度22%～25%，温度20～25℃，硬化时间3～10min，硬化后的晾干时间30 ～45min，使型壳充分硬化。

（2）模组浸涂前应进行脱脂处理。组装后的模组表面常附有分型剂或脱模剂、蜡屑等，为此模组浸涂前要用脱脂液（浓度为质量分数的0.3%表面活性剂或中性软肥皂水溶液）予以处理，以便改善蜡模表面对涂料的润湿能力，改善涂料的覆盖性、涂挂性。

面层涂料中应加入表面活性剂。水玻璃的表面张力较大，常用的蜡基模料为憎水性物质，在压制蜡模时使用分型剂也是憎水性的物质，为此在涂料中加入表面活性剂——JFC，或农乳130，（加入量为粘结剂质量的0.1%～0.3%），增加涂料对蜡模的润湿作用，改善涂挂性，并改善涂料的渗透性，加速硬化剂向涂料层内部渗透和硬化。

选用合理的面层硬化工艺参数，如硬化前的自然风干时间、硬化剂浓度、温度和硬化时间，以及硬化后的晾干时间。

图1

选用合理的脱蜡工艺参数，如在脱蜡液中加入3%～5%的硬化剂或1%的盐酸（更好），使型壳在脱蜡过程中得到补充硬化；脱蜡液的温度控制在95～98℃，脱蜡时间为15～20min，不要超过30min。

二、型腔残留皂化物和残留盐类

1. 特征

焙烧后，型腔内呈现黑色部位是皂化物，白色晶体是残留的盐类，如图2所示。

2. 产生原因

（1）硬脂酸在使用过程中，易与比氢活泼的金属发生置换反应，也会与碱或碱性氧化物发生中和反应，生成不溶于水的皂化物（硬脂酸盐），使蜡料变质，这些黏性的皂化物在脱蜡后，易残留在型腔内。

（2）型壳硬化后晾干时间短，使型壳残留过多的盐类。

（3）由于焙烧工艺不良，没有在焙烧的过程中彻底清除型腔中含有的水分、残留皂化物、蜡料和盐分等挥发物，还有硬化过程中残留的氯化铵及其盐类，以及耐火材料中的有机物等。

3. 防止措施

（1）型壳脱蜡后，型腔可能残留蜡料及黏附的皂化物，宜用热水（加入0.5%的盐酸）冲洗，并倒置存放。皂化反应消耗了蜡料中的硬脂酸，在回收蜡料时，应补加适量的硬脂酸，以稳定蜡料的性能。

（2）型壳硬化后，应充分晾干。晾干的时间取决于温度、湿度、硬化剂种类、硬化工艺，以及蜡模结构等因素。氯化铵硬化剂的型壳晾干时间标准以型壳“不湿不白”为宜。

（3）选择合理的焙烧工艺，水玻璃型壳的焙烧温度850 ～950℃，氯化铵硬化的型壳焙烧温度850～900℃，保温时间均为0.5～2h。

检测焙烧炉，使其确保工艺使用要求。

焙烧良好的型壳呈白色、粉白色或粉红色；焙烧不良的型壳呈深色或深灰色，表示型壳残留较多的碳分。型壳焙烧不能超过两次。

三、型腔残留型壳材料和型砂

1. 特征

型腔中残留多余的型壳材料如图3A处所示。型腔中残留多余的型砂如图4所示。

2. 产生原因

（1）脱蜡前，没有清理干净浇口棒顶部多余的浮砂和型壳材料，使其在脱蜡过程中落入型腔。

（2）在型壳脱蜡的过程中，脱蜡液沸腾，将槽底的型壳材料和型砂翻起进入型腔。

（3）更换脱蜡液时，没有清理干净槽底的型壳材料、型砂和其他脏物。

（4）型壳脱蜡后的存放场地不洁净，且型壳没有倒置存放，使型壳材料、型砂落入型腔。

（5）由于操作不当，将型壳材料和型砂等撒入没有浇注的型腔中。

图2①—皂化物　②—残留盐类

图3　残留多余的型壳材料

图4　型腔中残留多余的型砂

3. 防止措施

（1）脱蜡前，彻底清理干净浇口棒顶部的浮砂和多余的型壳材料；避免在脱蜡过程中，型壳材料落入型腔。

（2）控制脱蜡液的温度在95～98℃，避免沸腾；脱蜡时间为15～20min，不要超过30min。

（3）更换脱蜡液时，彻底清除槽底的型壳材料、型砂和其他脏物。

（4）做好型壳存放场地的5S管理，且型壳应倒置存放，避免型壳材料和型砂落入型腔。

（5）加强责任心，注意覆盖浇口杯操作，避免将型壳材料和型砂撒入没有浇注的型腔中；

浇注前，用吸尘器吸净型腔中落入的型砂等杂物。

（6）必要时，型壳的最外层可以只浸涂涂料而不撒砂，以保护型壳最外层的砂粒在脱蜡、焙烧或浇注过程中砂粒不剥落。

四、飞翅

1. 特征

型腔内有多余的飞翅，如图5A处所示。

2. 产生原因

采用低压电热刀焊接模组时：

（1）焊接操作不当，蜡模与浇注系统熔模之间留有缝隙。

（2）焊接时，焊接工具如电热刀温度过高，使蜡模与浇注系统熔模之间留有缝隙。

3. 防止措施

（1）焊接时应仔细操作，并认真检查焊缝，如有缝隙必须立即补好。

（2）焊接前应检查、控制电热刀等焊接工具的温度；焊接后，应认真检查焊缝，如有缝隙必须立即补好。

五、黑壳

1. 特征

型腔表面黏附大量的蜡料和皂化物等，如图6、图7所示。

2. 产生原因

（1）脱蜡液温度低，或脱蜡时间短，脱蜡不干净，使型腔中残留大量的蜡料、皂化物等。

（2）型壳脱蜡后，型腔中含有水分、残留皂化物、蜡料和盐分等挥发物，还有硬化过程中残留的氯化铵及盐类等，为此型壳应予以焙烧。如果焙烧工艺不当，或执行焙烧工艺不当，或焙烧炉不能满足工艺要求，使型壳中残留的蜡料、皂化物等燃烧不充分，且这些物质在浇注前没有被清除。

3. 防止措施

（1）选用合理的脱蜡工艺参数，在脱蜡液中加入3%～5%的硬化剂，或1%的盐酸（更好），使型壳在脱蜡过程中得到补充硬化；脱蜡液的温度控制在95～98℃，脱蜡时间为15～20min，不要超过30min。

型壳脱蜡后，型腔可能残留蜡料及黏附的皂化物，宜用热水（加入0.5%的盐酸）冲洗，尽量减少型腔中残留的蜡料和皂化物等，并倒置存放，以利于型腔内的水分流出。

（2）选用合理的焙烧工艺，氯化铵硬化的型壳焙烧温度850～900℃，时间0.5～2h；同时应规定装炉量和型壳的摆放等，使入炉的型壳全部均匀受热，充分焙烧。

焙烧良好的型壳呈白色、粉白色或粉红色；焙烧不良的型壳呈深色或深灰色，表示型壳残留较多的碳分。型壳焙烧不能超过两次。

（3）严格执行制壳焙烧工艺，且焙烧炉应加强定期检测和日常维护保养，使其保证生产工艺需要。

六、搭棚

1. 特征

型壳过早出现搭棚现象，如图8所示。

图5　型腔中的飞翅

图6　焙烧不充分，型腔黏附的蜡料和皂化物等

图7　充分焙烧后，型腔的蜡料和皂化物等

图8　型壳搭棚

2. 产生原因

（1）组焊工艺规定的蜡模间距小，或组焊时操作不当，使蜡模之间的间距太小，不利于涂挂操作。

（2）加固层涂料黏度过大，流动性差。

（3）涂挂操作不当，加固

层涂料尚未充分覆盖在前一涂层上就撒砂。

（4）蜡模的结构不合理，深孔、不通孔、凹槽等处不利于涂挂操作。

3. 防止措施

（1）选择合理的组焊工艺，蜡模之间的间距应≥10mm，并严格操作，确保蜡模的均匀涂挂。

（2）适当降低加固层涂料黏度，必要时可加入适量表面活性剂，提高涂料的流动性。

（3）注意涂挂操作，待涂料均匀、完整地覆盖前一层涂层后再撒砂。

（4）必要时修改蜡模的结构，使其满足熔模铸造生产要求。对于蜡模的深孔、不通孔、凹槽等处，用毛笔刷涂，或用压缩空气喷吹。

20150326

作者简介：潘玉洪，深圳市盈迅精密机械有限责任公司，高级工程师。