熔模铸造中精密铸壳工艺的探索

中温模具材料硅溶胶制壳工艺是目前国内外的主流工艺，用于精密铸件的生产。其工艺适合生产表面粗糙度低、尺寸精度高的精密铸件。但面临着制壳生产周期长以及表层壳缺陷造成的铸造缺陷的困境。今天，精密铸造厂家天耀金属就为大家探讨一下熔模铸造精密型壳技术的改进方法。从而提高面层壳的强度，减少面层壳的缺陷，缩短涂料的干燥时间，提高铸件的一次性合格率。

1、在锆粉浆料表层加入占硅溶胶质量分数8%的抗裂剂，搅拌均匀。或者也可以采用粉液比3.3-3.4:1，按照添加硅溶胶、搅拌粉料8小时、搅拌防裂剂5小时、搅拌润湿剂的顺序配制表层浆料。搅拌2小时，再搅拌消泡剂1小时。组件涂完浆料后，撒上100目锆英砂或100目白刚玉砂。在温度23℃的干燥表面环境中℃相对湿度60%，吹气速度4-6（m/s），表层干燥时间为≤2小时。经过强风干燥的表层不仅大大缩短了干燥时间，而且涂层无裂纹、起皮、鼓包、分层等现象。表层湿强度显着提高，模块内腔和外形同时干燥，铸件质量更好。硅溶胶壳的脱壳过程实际上是壳内建立强度的过程。当涂层完全干燥且硅溶胶凝胶完成时，涂层的湿强度就建立了。

2、待预湿处理表层壳充分干燥后，将组件在硅溶胶中浸泡一段时间，然后涂覆第二层壳。这是传统的硅溶胶预润湿处理工艺。预润湿的目的是增加表层硅溶胶的质量，从而提高表层的高温强度，防止许多因表层缺陷而引起的铸件表面缺陷。然而，预润湿的负面影响也不容忽视。首先，表层的干燥是通过在严格的温湿度环境条件下长时间的自然干燥来实现的。将干燥后的表层壳浸入稀硅溶胶（SiO2质量分数为25%）中，将整个表层润湿，恢复到表层干燥前涂层的初始状态。在现场控制中，二层的干燥时间往往比面层的干燥时间长得多。事实上，对于第二层外壳的干燥，不仅需要将第二层本身充分干燥，而且还需要将受潮的表层重新干燥。因此，延长第二层的干燥时间是不可避免的。其次，在干燥硬化过程中，硅溶胶涂料具有可逆的物理变化的特点，如失水、胶凝、硬化，以及被湿凝胶重新溶解、软化等。预湿面层壳在再干燥过程中存在无法观测的变量，存在壳缺陷隐患。笔者认为，在施涂第二层之前进行预润湿处理弊大于利，应予以改进。改进思路和方法：第二层外壳一般称为过渡层。该层不仅起到表层的增强和保护作用，而且起到表层和背层之间的连接层的作用。它是防止表层硅溶胶溶解、防止表层壳缺陷具有特殊意义的关键层。第二层浆料可以是莫来石粉或刚玉粉。浆料粘度值控制在17-18秒之间（用4#詹森杯测得），甚至16-17秒。与预润湿的同类型耐火粉料的浆料相比，浆料的粘度值要低得多，这意味着浆料变得更稀。由于较薄的第二层浆料更容易渗透到面层壳中粒径较大的砂层中，因此不仅增加了面层砂的强度，而且为面层浆料层提供了强有力的支撑。第二层砂撒60-80目莫来石砂或60-80目刚玉砂。在干燥的表面环境下，吹气速度为4-6（米/秒）。如果产品结构不太复杂，无深孔，则第二层干燥时间应为≤8-10小时。但对背层进行预润湿处理是十分必要和可行的。

3、一些精密铸造厂家在模具表面层涂覆之前将模具浸入硅溶胶中，因为这样易于操作。笔者对此持否定态度。对模具材料有三个基本要求：热物理性能、力学性能、工艺性能。从工艺性能来看，良好的涂层性能与制壳密切相关，应予以追求。无论是蜡基模具还是树脂基模具，它们的共同特点是疏水性。树脂基模具的疏水性尤为突出，模具的涂层性能是根据熔模模具与粘合剂之间的接触角度来考虑的。水玻璃粘结剂表面张力为60（10-3N/cm），水玻璃+非离子润湿剂表面张力为37（10-3N/cm）。硅溶胶粘合剂表面张力为71.6（10-3N/cm），硅溶胶粘合剂+非离子润湿剂表面张力为36（10-3N/cm）。需要强调的是，水玻璃和硅溶胶都是水溶性粘结剂，按质量计含有相当量的水，熔体模具的疏水性突出。显然，润湿剂在降低粘结剂的表面张力方面发挥着重要作用。润湿机理是在表层硅溶胶浆料中添加非离子表面活性剂后，亲油基团的一端被熔体吸引而定向排列，而亲水基团则被水分子吸引而停留在熔体的一端。浆料界面，形成由表面活性剂分子组成的单分子层，从而降低浆料与熔体之间的界面张力，使浆料与熔体结合，达到良好的涂覆性能。根据以上分析可以得出，模块中使用硅溶胶并没有改善硅溶胶浆料与熔模模具之间的润湿效果。反之，会降低浆料的局部粘度值。熔模模具上的硅溶胶与面层浆料接触后，仍需依靠面层浆料中的润湿剂与熔模模具产生亲和力。感觉操作很简单，但只是局部浆料瞬间变稀，流动性更好。涂料性能的提高不是通过硅溶胶实现的，而是通过润湿剂的润滑来实现的。生产实践证明，粉液比为3.3-3.4:1的面浆，润湿剂的适宜用量为0.04-0.042%。计算方法如下：润湿剂%=润湿剂质量分数/(硅溶胶质量分数+粉体质量分数)*100%。

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