硅溶膠熔模鑄造工藝

硅溶膠精密鑄造的基本特征是采用易熔材料為模樣，以耐火材料為鑄型，澆注前熔出模樣而形成鑄型空腔。早在3000年前，該工藝已經(jīng)被用來(lái)鑄造工藝品。第二次世界大戰(zhàn)期間，由于軍事工業(yè)的需要，美英等國(guó)用熔模鑄造的方法生產(chǎn)渦輪噴氣發(fā)動(dòng)機(jī)的靜葉片，從而將該工藝推向工業(yè)領(lǐng)域，并在半個(gè)多世紀(jì)里得到不斷發(fā)展和提高。硅溶膠熔模鑄造的生產(chǎn)工序繁多，從蠟?zāi)！⑿蜌?、澆注，一直到清理，是一個(gè)緊密的鏈條，任何環(huán)節(jié)出現(xiàn)問(wèn)題都直接影響到最終鑄件的成形和質(zhì)量，需要特別加強(qiáng)工藝的控制與研究。

一、制殼工藝的重要性

       所有生產(chǎn)工序中，蠟?zāi)Ｖ圃旌托蜌ぶ圃焓欠从橙勰ｈT造自身特色的兩個(gè)工藝環(huán)節(jié)，需要在工藝研究中特別給予關(guān)注。近些年來(lái)，世界范圍的熔模鑄造工藝在蠟?zāi)Ｖ圃旆矫嫒〉昧碎L(zhǎng)足的進(jìn)步，生產(chǎn)者可以通過(guò)選擇合適的模料和采用現(xiàn)代化的工藝裝備保證蠟?zāi)５某叽缇群捅砻尜|(zhì)量。同時(shí)，與熔模鑄造的后續(xù)制造過(guò)程相比，蠟?zāi)Ｖ圃煜鄬?duì)獨(dú)立，可以通過(guò)外觀檢查和尺寸測(cè)量等手段篩除不合格品，避免繼續(xù)生產(chǎn)而增加損失。進(jìn)入到型殼制造環(huán)節(jié)，與鑄件最終質(zhì)量相關(guān)的表面質(zhì)量和尺寸精度等信息則被隱藏起來(lái)，直到鑄件被清理出來(lái)之前，型殼內(nèi)腔質(zhì)量的變化可以看成一個(gè)“黑箱”，制造環(huán)節(jié)中無(wú)法直接觀察其尺寸及質(zhì)量的變化，只有對(duì)型殼的制造工藝與缺陷的關(guān)系了解得更加清楚，才能保證整個(gè)生產(chǎn)流程的可控性。更為重要的是型殼作為鑄件成形的直接型腔，其性能最終影響液態(tài)金屬的成形質(zhì)量。因此，人們非常關(guān)注熔模鑄造的制殼過(guò)程。在國(guó)際重要的熔模鑄造會(huì)議——美國(guó)熔模鑄造協(xié)會(huì)ICI每年一度的技術(shù)會(huì)議上，型殼研究始終是受關(guān)注的熱點(diǎn)，有1/3左右的論文與型殼有關(guān)，說(shuō)明型殼制造技術(shù)發(fā)展對(duì)熔模鑄造的重要性。在國(guó)際上通用的熔模鑄造制殼工藝中，硅溶膠型殼由于環(huán)保優(yōu)勢(shì)占據(jù)了主導(dǎo)地位，但其同樣需要面對(duì)激烈市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的挑戰(zhàn)：一方面是要適應(yīng)航空航天及軍工領(lǐng)域提出的更大、更薄、更復(fù)雜鑄件的質(zhì)量要求；另一方面對(duì)于大量民用產(chǎn)品而言，縮短生產(chǎn)周期，提高市場(chǎng)反應(yīng)能力也成為當(dāng)務(wù)之急。

二、型殼技術(shù)的發(fā)展對(duì)新型硅溶膠研制提出的要求

1、滿(mǎn)足復(fù)雜熔模鑄件對(duì)硅溶膠型殼的要求

要制造出大型、薄壁、復(fù)雜鑄件的型殼，一方面需要解決型殼制造能力的問(wèn)題，比如適合大型型殼操作的裝備，包括制殼機(jī)械手、脫蠟設(shè)備等。另一方面，最終型殼在強(qiáng)度、抗變形能力和尺寸精度等性能方面有更高的要求，特別是型殼的強(qiáng)度和抗變形能力是澆鑄大型熔模鑄件的基礎(chǔ)。只有在保證型殼這方面的性能要求，使鑄件正確成形，才能進(jìn)一步提到鑄件尺寸精度問(wèn)題。硅溶膠型殼的強(qiáng)度按照其所受熱作用不同，可以分為常溫強(qiáng)度、高溫強(qiáng)度和殘留強(qiáng)度。常溫強(qiáng)度是要保證在制殼和脫蠟過(guò)程中型殼的完整性。高溫強(qiáng)度則是要保證型殼在焙燒和澆注過(guò)程不被破壞。高溫強(qiáng)度固然重要，但實(shí)驗(yàn)測(cè)定，經(jīng)過(guò)950℃以上的高溫焙燒后，硅溶膠的型殼強(qiáng)度可以達(dá)到7~14MPa，超過(guò)硅酸乙酯的6~8MPa，完全能夠滿(mǎn)足熔模鑄造工藝的要求，反而是隨著高溫強(qiáng)度的提高，殘留強(qiáng)度也提高，造成鑄件清殼困難，需要適當(dāng)降低。與硅酸乙酯相比，硅溶膠型殼的弱點(diǎn)在于常溫強(qiáng)度相對(duì)低，從而當(dāng)型殼做大和變復(fù)雜以后，容易造成制殼和脫蠟時(shí)型殼開(kāi)裂或變形，影響鑄件最終的表面質(zhì)量和尺寸精度。因此，提高硅溶膠的常溫強(qiáng)度已成為推廣和發(fā)展硅溶膠型殼工藝的重要任務(wù)，也是研究新型硅溶膠的重要目標(biāo)。

2、提高熔模鑄造效率對(duì)硅溶膠發(fā)展的要求

相對(duì)于大型復(fù)雜薄壁鑄件而言，民用產(chǎn)品對(duì)鑄件質(zhì)量要求低。但是，針對(duì)后者，縮短生產(chǎn)周期，提高生產(chǎn)效率的問(wèn)題則變得更為突出。普通硅溶膠的膠凝過(guò)程主要依靠硅溶膠脫水干燥，比采用化學(xué)硬化的硅酸乙酯膠凝所需時(shí)間長(zhǎng)。硅酸乙酯型殼采用氨干每層可以在2h左右完成硬化，而硅溶膠最終硬化則一般需要12h以上，對(duì)于一些深孔等難以干燥的部位則需要更長(zhǎng)的時(shí)間。同時(shí)，由于熔模鑄造型殼需要分層制造，每一層都需要干燥充分，保證下層制殼浸涂料時(shí)不會(huì)造成回溶脫落的問(wèn)題，而浸涂料本身，水分會(huì)浸入已干燥的型殼內(nèi)，從而造成整體干燥周期長(zhǎng)。是一般情況下硅溶膠型殼熔模鑄件生產(chǎn)周期的示意圖。從圖中可以看出，制殼的時(shí)間占整個(gè)鑄件生產(chǎn)周期的50%以上。要縮短產(chǎn)品的交貨時(shí)間，縮短制殼周期是問(wèn)題的核心環(huán)節(jié)。而縮短制殼周期的關(guān)鍵因素可分為內(nèi)因和外因兩個(gè)方面，內(nèi)因主要為粘結(jié)劑特性，外因則為干燥條件。

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