实际上,消失模涂料是一个系统工程,理论上可以用于生产各种铸件,并且在实验室取得了广泛的成功。但是,由于我国消失模铸造模型材料普遍采用包装用的泡沫聚苯乙烯(EPS),并且专用涂料技术还没有形成技术优势,加之干砂振动技术和消失模铸造工艺也不成熟,从而导致许多初上企业,特别是中小企业对于这些认识还不深入,所以才会出现一哄而上又一哄而下的被动局面。
那么消失模铸造技术在我国真的没有发展前景吗?答案是否定的。通过十多年的生产实践,我国采用消失模技术进行铸造生产的企业,已由开始阶段不到十家发展到目前的数百家,上万家就是一个有力的证明。消失模铸造生产在我国有许多成功的实例。分析成功的经验和失败的教训,对于消失模铸造在我国的发展前景,关键在于对这种工艺的认知程度,在于对该工艺生产系统的优化控制,包括对原材料、涂料技术、干砂紧实技术以及消失模铸造工艺技术的优化控制等。
一、原材料的优化控制
消失模涂料生产需要的原材料大致分为模型原材料、干砂原材料、涂料原材料、合金熔炼原材料等几个方面。由于消失模铸造工艺是一项系统工程,原材料的选择尤为重要。所以控制各种原材料的质量和参数就成了消失模铸造成败的基础。
模型材料通常称之为珠粒,铸造上采用的珠粒一般分为两种类型,即聚苯乙烯(PS-Polystyrene)珠粒和聚甲基丙烯酯(PMMA-Polymethyl Methacrylate)珠粒,二者都属于高分子材料。另外还有一种PS+PMMA的聚合物。对于低碳钢铸件,模型材料中的碳易使铸件表面产生增碳现象,从而导致各种碳缺陷。其中PS(含碳92%)、PS+PMMA共聚物、PMMA(含碳60%)对铸件的增碳影响程度依次减小。此外,模型的密度是其发气量的重要控制参数,上述三种材料的发气量从小到大依次为PS、PS+PMMA共聚物、PMMA。同时,珠粒的尺寸应根据所生产铸件的壁厚进行选择,一般情况下,厚大铸件选用较粗粒径的珠粒,反之薄壁铸件选用较细粒径的珠粒,使铸件薄部位保持三个珠粒以上为宜。
另外,模型材料的预发和成形控制也是技术成功的一个关键。一般情况下,预发珠粒其密度控制在约0.024~0.03g/cm3,其体积约为原珠粒体积的30倍。成形模型的密度控制在约0.02~0.025g/cm3。
干砂是消失模铸造的造型材料,由于该工艺的特点,选择干砂应与生产的铸件材质有关,高温合金采用耐火度较高、颗粒较粗的干砂。目前干砂主要使用天然石英砂,应去除砂中的铁渣、粉尘和水分,并保持使用温度不高于50℃。
涂料是消失模铸造中必不可少的原料,现在许多铸造厂采用自制涂料。涂料的主要作用是提高模型的强度和刚度、防止破坏或变形;隔离金属液和铸型;排除模型气化产物;保证铸件表面质量等。消失模涂料中耐火骨料主要有锆英粉、铝矾土、棕刚玉粉、石英粉、滑石粉、莫来石粉、云母粉等。其粒径级配应兼顾防止粘砂和高温透气性,粒形有利于提高透气性,通常选择一定数量的球状颗粒,有利于模型气化后气体的逸出或模型不完全分解的液化产物的排除。
二、涂料制配的控制
消失模铸造涂料的载体多采用水基,以利于环境保护。其粘接剂主要包括粘土、水玻璃、糖浆、纸浆废液、白乳胶、硅溶胶等。在选择粘接剂考虑以下几个方面因素:高温发气性;涂挂性;涂层强度和刚度;浸蚀模型性等。悬浮剂用于防止涂料发生沉积、分层、结块,使涂料具有触变性。一般可采用膨润土、凹凸棒石粘土、有机高分子化合物及其复合体等。另外消失模涂料中还需添加表面活性剂,以增加涂料的涂挂性,提高涂料与模型表面的亲和性和结合强度。此外还常常加入其他添加剂,如消泡剂、减水剂、防腐剂、颜料等。
为此,要求涂层具有良好的强度、透气性、耐火度、绝热性、耐急冷急热性、吸湿性、清理性、涂挂性、悬浮性等。综合起来主要包括工作性能和工艺性能。
涂料的工作性能包括强度、透气性、耐火度、绝热性、耐急冷急热性等,主要是在浇注和冷却过程中应具有的性能,其中重要的是强度和透气性。而涂料的工艺性能包括涂挂性、悬浮性等,主要是在涂挂操作中所要求的性能。
一般消失模铸造多采用水基涂料,涂料与模型一般不润湿,从而要求改进水基涂料的涂挂性。涂挂性是指模型涂挂涂料后一般需要悬挂干燥,希望涂料在涂挂后尽快不滴不淌,确保涂料层的均匀性,减少环境污染。悬浮性是指涂料在使用过程中,涂料保持密度的均匀性,不发生沉积现象。
涂料的制配工艺控制是涂料技术的关键环节。国产涂料多采用碾混、辊混或搅拌工艺。根据生产实践,碾混和辊混其质量优于搅拌。建议有条件的企业可采用碾混或辊混方法制配涂料。
由于不同的合金对涂料的作用情况不同,建议根据合金种类的不同研制相应的涂料,如铸铁涂料、铸钢涂料、有色合金涂料等。在涂料配置和混制过程中,应尽量使用合理的骨料级配,使骨料和粘接剂及其它添加剂混合均匀。
除了涂料性能达到要求外,涂敷和烘干工艺对生产也具有一定影响。生产上多采用浸涂,好是一次完成。也可以分两次涂敷,但应每次涂敷后要进行烘干,烘干时注意烘干温度的均匀性和烘干时间,保证涂层干燥彻底并不开裂。