精密铸造硅溶胶模壳的制造工艺

摘 要：介绍用石蜡-硬脂酸低温模料，生产铸件的熔模和用精密铸造硅溶胶，作为制壳粘结剂，制造铸件的模壳的工艺要求。主要研究熔模制造工艺、硅溶胶模壳工艺和焙烧工艺。五年多来的生产实践充分证明精密铸造硅溶胶模壳制造工艺是成熟的，为生产合格模壳和精密铸件提供了技术保障。

关键词：熔模铸造；熔模；熔模面层涂料；粘结剂；硅溶胶；模壳；焙烧

用石蜡-硬脂酸低温模料，制造涡轮叶轮、喷嘴环等盘类精密铸件的熔模（习称腊模）；用精密铸造硅溶胶，作为制壳粘结剂，制造涡轮叶轮、喷嘴环等铸件模壳。主要研究熔模制造工艺、硅溶胶模壳工艺和焙烧工艺，从而为生产合格模壳和精密铸件提供技术保障。

1 熔模制造工艺

1.1 模料的成分及性能应满足原材料检验要求

熔化蜡料，各种化腊工具均需作好清洁工作，化蜡器械每月至少清理一次，不允许水、污物进入蜡液，严禁蜡液过热。糊状蜡制备时将刨好的蜡花慢慢加入不断搅拌的蜡液中，加入量视具体情况而定。糊状蜡的温度45℃～48℃。糊状蜡搅拌充分均匀，防止搅拌过程中吸入空气造成蜡模气泡缺陷，避免因糊状蜡过稠造成压不足、皱皮或因太稀而冷却时间过长造成开裂变形。

1.2 工艺参数

模料配比：石蜡50%，硬脂酸50%（重量比）；模料熔化后保温温度：70℃～75℃；蜡液温度不超过90℃。

1.3 压制蜡模

1.3.1 工艺参数

制蜡间温度：18℃～27℃；蜡料温度：45℃～48℃；压型温度：20℃～25℃；压注压力：0.1MPa～0.3 MPa；压蜡枪预热温度：35℃～45℃；蜡模冷却水温度：15℃～25℃；开型时间：1min左右。

1.3.2 操作要求

压腊前先检查模具型号是否符合要求。压腊前必须清理压型表面残余蜡、水滴及其它附着物，清理时尽量不使用钢刀，以免损坏模具，压型及活块保持干净，压蜡完毕后模具应擦净上油，按规定存放。压蜡过程中压型及活块表面应及时涂上脱模剂，以便脱模快速方便。脱模剂用变压器油，用干纱头或纱布沾上脱模剂后，在模具活块上擦拭，力求稀薄均匀，决不允许肉眼能看见油迹。蜡模取出后，放置于冷却水中的时间不超过20min。

1.4 蜡模修整

除去蜡模上多余的飞边毛刺及注蜡口的修平，其它部位不允许修整，修整时不允许碰坏铸件工作表面，机加工基准面不允许焊接及修整。

1.5 蜡模焊接

蜡模经自检和专检合格后方可进行焊接。按模组要求进行焊接，蜡模间距大于5mm。蜡模及浇口焊接温度80℃左右，焊接必须光滑，保证蜡模及浇口间的光滑过度，不允许有蜡痘、凹缝存在，浇口必须用烫刀烫平，不允许刮平，无凹凸缺陷。不允许有虚焊存在，保证焊接强度。

1.6 蜡模清洗

配制浓度为0.2%～0.3%的中性皂液，皂液温度20℃～25℃，模组先在皂液中清洗，用软毛刷去除表面油污，然后在20℃～25℃的水中清洗干净，除去过剩皂液，保证蜡模表面涂挂性能。

1.7 蜡模检验

以自检为主，专检为辅，不合格的蜡模不允许焊接成模组。检验员对蜡模组进行检验，包括外观质量检验（蜡模100%进行外观检验，表面不允许存在缩陷、裂纹、皱皮、鼓包）和尺寸检验（抽检蜡模尺寸形状），并对制蜡工艺进行控制。

2 硅溶胶模壳工艺

2.1 精铸用粘结剂硅溶胶的技术要求

熔模铸造用硅溶胶无国家标准，只有航空工业标准 HB5346-1986《熔模铸造用硅溶胶》技术要求（见表1）.硅溶胶是一种优质硅溶胶熔模铸造用水基粘结剂，生产用于所有层（面层和背层）。硅溶胶易配制成高粉液比的优质涂料，涂料稳定好。用于硅溶胶制成的型壳不需化学硬化，型壳制造过程中无空气污染。

表1 熔模铸造用硅溶胶技术要求

2.2 硅溶胶涂料配比

正确地选择各种原材料配比，保证涂料有适当的比重和粘度，是涂料控制的关键（见表2）。硅溶胶涂料中，除了硅溶胶和耐火粉以外，还有一定量的表面活性剂（江苏省海安石油化工厂生产的脂肪醇聚氧乙烯醚即JFC）及消泡剂（正辛醇）。

表2 硅溶胶涂料液的配方

2.2.1 硅溶胶涂料的配比原则

控制涂料粘度以达到稳定制壳质量的目的，配制时按当时的实际情况，当零件壁薄、复杂或带有深陷时，涂料粘度取下限，反之取上限。

2.2.2 配制工艺

按涂料的配方取一定量的耐火材料、润湿剂、消泡剂，先将润湿剂及消泡剂加入涂料桶中，然后加入硅溶胶，开始搅拌，在不断搅拌过程中加入耐火材料，待全部加入完后，继续搅拌6h～12h，稳定后测其粘度，过高加硅溶胶稀释，过小则加入一定量的耐火粉料补充，直至粘度合格为止。

2.3 硅溶胶涂料液的制壳工艺

2.3.1 制壳场地工艺参数

涂料间温度：22℃～25℃；相对湿度45%～65%；通风条件：良好。

2.3.2 涂料工艺过程

将清洗好的蜡模（要求干燥后）慢慢浸入L型涂料搅拌桶中，并转动上下移动，让涂料充分并均匀湿润模组后，取出慢慢转动至无涂料堆积、滴落现象时再挂砂，使砂粒均匀附于涂料之上，每层涂料的粘度、撒砂粒度要求（见表3）。面层涂料时要用专用筛网过滤涂料中的砂粒等杂质，以防止模壳中产生砂粒等脱落而造成铸件夹灰夹砂。

表3 硅溶胶涂料的性能要求

2.3.3 硅溶胶每层型壳的干燥过程

硅溶胶在干燥过程中必须严格控制温度，相对湿度及空气流速等，具体工艺参数（见表4）如下。

表4 硅溶胶型壳工艺参数

当环境温度和相对湿度不易调整时，可控制为一定相对稳定额数值：温度为22℃～25℃；湿度45%～65%。

2.4 模壳脱蜡工艺

采用水浴脱蜡，水温90℃～95℃，脱蜡时间≥20min，以防止水沸腾造成砂粒或涂料进入模壳中。

2.5 模壳的自检

模壳的自检由操作工自己完成，当有分层、走泡、开裂、烂头者为不合格，浇口中有多余的涂料，不均匀附着者必须除去，否则为不合格。

2.6 脱模槽清理

每次脱模结束后将蜡水放出浇成蜡锭，浇蜡锭时要用要用160目～200目的筛网过滤去除蜡液中渣滓，并将槽中的水全部放掉并将脱蜡槽打扫干净，下次脱蜡时重新加入清洁的水。

3 焙烧工艺

3.1 单壳焙烧

模口朝下，放置于炉膛内，焙烧温度900℃～1050℃，到温后保温1h～2h后开始取出浇注；当需要装箱时待小于450℃出炉、装箱。

3.2 装箱焙烧

认真仔细检查模壳质量，凡有型腔开裂、剥落、起皮等现象不予装箱。清除浇口翻边及浮砂，模壳口朝下，四周均匀拍摆模壳，清除夹灰、夹砂及型腔表面的浮尘。用压缩空气吹净型腔内夹灰及其表面浮尘100%进行清水清洗模壳型腔，去除内部渣滓。再次轻轻拍摇模壳后装箱，填砂后用石棉板盖住浇口并用两半缺口的石棉板盖住砂箱上口（石棉板大小保证盖满整个砂箱上口并伸出挡砂箱爆皮的边沿）,以防止焙烧至浇注过程中砂箱爆皮落入模壳中而造成铸件夹灰。如有浇口损坏，杯口有砂粒外露者，则停止使用，经修补并经检验合格后方再次使用。小于450℃装箱，箱式电阻焙烧炉焙烧至900℃，保温2h后方可浇注。