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一種硅溶膠模殼幹燥效果測定方法及增效節能應用
  一. 概述
  1、采用硅溶膠型殼工藝生産精鑄件時,“制殼周期過長”是我們精密鑄造人的共識。通常幹燥硬化一層需要12h以上,對于一些深孔等難以幹燥的部位則需要更長的時間。同時,由于熔模鑄造型殼需要分層制造,每一層都需要幹燥充分,以保證下層制殼浸塗料時不會造成回溶脫落的問題,而浸塗料本身,水分會浸入已幹燥的型殼內,從而造成整體幹燥周期長  制殼周期長不僅影響鑄件交貨期且使電能耗及工時成本增高,同時使幹燥室面積大,造成建築成本增加或生産規模受限制。
  2、從上圖中可以分析出,制殼的時間占整個鑄件生産周期的50%以上。要縮短産品的交貨時間,縮短制殼周期是問題的核心環節。而縮短制殼周期的關鍵因素可分爲內因和外因兩個方面,內因主要爲粘結劑特性,外因則爲幹燥條件。型殼幹燥速度的影響因素主要是:室溫(t℃)、相對濕度(RH%)、風速(m/s)、風量及幹燥室空氣的流動狀況。目前我國精鑄廠對以上各工藝參數多數能進行控制及滿足工藝要求。如:采用空調機組,增濕或除濕機、風機等達到恒溫,恒溫及風速、風量要求,唯有型殼層間幹燥時間難以合理確定。由于鑄件結構複雜程度不同,同組型殼各部位如內腔、外表等,在相同幹燥條件下其幹燥程度不同,最難幹燥處(內腔、深孔、管槽等)是否已幹透,能否及時進行下一層型殼的操作,缺乏定量測定方法,爲了防止複雜型腔內因塗層未幹透,造成硅溶膠“回溶”,出現型殼局部開裂、漏鋼、穿鋼等缺陷。多數廠采用型殼幹燥時間“甯長勿短”的措施。這是型殼(鑄件)質量波動、生産周期長的主要原因之一。但過度幹燥(尤其是表面層),型殼會由于硅溶膠失水收縮應力大于冷膠或凍膠時的型殼強度而導致“型殼裂紋”産生,甚至面層會分層或脫落,造成常見的鑄件表面“落砂”、“飛翅”、“流紋”或“分層”“鼓脹”等缺陷。如何准確判斷測定型殼的徹底幹燥時間(指最難幹透處)是制定各層型殼合理幹燥工藝的關鍵措施。
  二、現在使用的型殼幹燥程度的檢測方法及存在缺點:
  按文獻介紹[2][3]目前型殼層幹燥程度的檢測常用方法有:
  1)電阻法:使用“型殼幹燥劑測定儀”利用型殼中水分含量(失水率)與其電阻值的關系,通過電阻值增大程度來判斷型殼是否已幹透(HB5352-1986)。
  缺點是:前三層較准確,而背層型殼(或中間層)電阻值難以確定[2]。
  2)顯色法:在塗料中加入顯色劑,利用塗料中水分含量變化,型殼層顔色會相應變化來定性判斷型殼是否幹透。
  缺點是:定性不定量,成本高。
  上述兩種方法由于通用性不強(小孔、管槽等難以測量觀察准確),在實際生産中並未廣泛應用。
  三、一種新型模殼幹燥程度檢測方案
  基本原理:
  蒸發是吸熱過程――是指蒸發這個過程本身要吸收熱能,不然無法蒸發。在等質量、等溫度和壓力條件下,氣態的水比液態的水所含能量大,所以液態水變成氣態水時要從外界吸收能量(既吸熱),不然無法做到能量守恒。
  將這個原理應用到我們精密鑄造型殼幹燥中可以發現,型殼濕度高時其溫度低,反之隨著模殼的濕度降低時,隨之而來的是溫度升高。我們借鑒了國外檢測經驗,發現采用“溫差測量法”測定最難幹燥處,與最易幹燥處的溫差可以判斷型殼幹燥程度。
  測試設備:
  1)紅外測溫儀
  2)風量測量儀
  3)溫濕度記錄儀
  4)工業溫濕度傳感器
  5)雙通道無紙記錄儀
  測試過程及結論:
  1、用雙通道無紙記錄儀連接上工業水分(溫度)傳感器,測試記錄剛上漿撒砂模殼含自由水量在10-20%,幹燥至含自由水<1%溫度的變化。由于受檢測設備精度的影響,這次測試的只能是相對數據。我們測試在相對同等環境參數下室溫25.2-25.5C°,湿度RH83-86%,通過下圖(圖2與圖3)測試對照及分析(如表一)可以得出結論:在同等環境狀態下,濕態的模殼含有自由水量減少既幹燥過程中會伴隨著溫度上升。
  2、在同等環境參數下,我們使用已經徹底幹燥的模殼作爲測量幹燥溫度的標准對比塊,利用紅外測溫儀測量模殼測試塊、濕態模殼、幹態模殼的溫度區別。由測試結果對比可以得出結論:利用紅外測溫儀可以測定出濕態模殼與幹態模殼溫度的區別,由此可以判定型殼的幹燥效果。
  3、在同等溫濕度條件下,利用風速測量儀+紅外測溫儀,測量風速大小對模殼表面溫度及測量精度的影響。我們通過如下表二與圖5的數據分析驗證,風速的大小對模殼測量溫度的影響可以忽略不計;
  圖5風速大小與測量溫度的對比
  4、在幹燥一定時間後,測試同組模殼的外表(杯口或模頭部位)與深孔窄槽的溫度區別,以此判斷模殼的幹燥效果。通過圖6數據對比可以得出結論:在未幹透的模殼上,最容易幹燥的模殼澆口杯位置與最難幹燥的深孔、窄槽等位置在存在一定溫度誤差,完成幹燥後溫度則趨于相同。
  綜合上述試驗過程及數據我們得出以下信息:
  每層型殼浸塗料、撒砂再經過一定時間的幹燥後可用紅外測溫儀測定各層表面溫度,利用已經幹燥完全的模殼作爲標准對比塊以作參照,再測型殼澆口杯與最難幹透的型殼內腔、深孔、管槽等部位表面溫度。兩者在幹燥前會有一定溫差(一般在1―3℃),外表面較高,內腔溫度較低,但兩者均略低于室溫(一般低2―4℃),隨著型殼幹燥時間增加,硅溶膠失水幹燥蒸發水分,型殼內外腔表面濕度會下降,溫度相應升高,內外表面溫差一般在(1.5―2.5℃),當型殼外表面溫度達到室溫(±1℃),內外溫差降至0.5℃以內,說明此時型殼已幹透。
  四、結論及實際應用:
  1、采用“溫差測量法”利用溫度和濕度與型殼幹燥時間均呈指數型關系[2],使用溫度量程較小,分辨率較高,誤差較小的“紅外線測溫儀”可以快速、准確地通過測定型殼外表面(最易幹燥處)及內表面(最難幹燥處)和室溫的溫度(差)來判斷型殼層是否已完全幹透,即硅溶膠失水幹燥已完成了從溶膠到凝膠――不易溶的硬凝膠轉變過程,此時可以進行下一層型殼浸塗操作。
  2、通過生産實踐,准確地判斷型殼各層的幹燥程度,可以實現“快速制殼”,使型殼層間幹燥時間大大縮短,典型的六層型殼總幹燥時間可由≥63小時縮短爲≈30小時(節時50%),使整個制殼生産周期從5―7天(10Kg以內鑄件)縮短爲2―4天(浸塗第一層至脫蠟前)。
  3、我公司現生産中,制殼層間幹燥時間平均爲5小時,制殼生産周期平均2―3天比過去減少了1/2,制殼能耗降低了60%,生産面積也減少了50%(背層幹燥室原2*130M?,現只用一間)制殼生産效率提高,能耗降低,成本下降,交貨期縮短。

 


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