劉成剛，鞠 富，李翠薇，武志勇，郝素斌，于秀霞，譚建波

水含量對162型中溫蠟成型質(zhì)量的影響

劉成剛1，鞠 富1，李翠薇1，武志勇1，郝素斌1，于秀霞1，譚建波2

(1.石家莊盛華企業(yè)集團(tuán)有限公司，河北石家莊 050800；2.河北科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，河北石家莊 050018)

傳統(tǒng)的蠟處理工藝采用靜置沉降法，蠟料在使用中經(jīng)常出現(xiàn)蠟件凹陷、流紋多、氣泡明顯，以及修蠟時粘刀、蠟屑很難清洗等問題，嚴(yán)重影響了產(chǎn)品質(zhì)量。為了解決這些問題，采用162型中溫蠟料生產(chǎn)鑄件，探究蠟料中水含量對蠟料綜合性能和成型質(zhì)量的影響。研究發(fā)現(xiàn)：隨著水含量的上升，蠟表面質(zhì)量趨于變好，蠟件比較飽滿；當(dāng)蠟料水含量控制在4%～7%時，蠟件的線收縮、凹陷及表面流紋較輕，綜合使用性能好，且修蠟不粘刀，蠟屑容易清洗。因此，生產(chǎn)中可通過制作標(biāo)準(zhǔn)對比塊，采用觀察顏色的方法嚴(yán)格控制并監(jiān)測蠟料中的水含量。此法簡單、方便、可行，可用于蠟料生產(chǎn)中水含量的監(jiān)測。

鑄造工藝與設(shè)備；熔模鑄造；中溫蠟料；蠟料回收再生; 水分含量; 成型質(zhì)量

熔模精密鑄造技術(shù)與自動控制、計算機(jī)仿真等先進(jìn)技術(shù)相結(jié)合[1-3]，提升了合金熔液的充填性能，實現(xiàn)了鑄件的完整充型及組織與尺寸的精確控制，提高了鑄件質(zhì)量。作為一種近無余量的熱成型工藝[4-5]，熔模精密鑄造廣泛應(yīng)用于電力、航空、航天、五金、汽車等行業(yè)[6-7]。20世紀(jì)90年代以來，熔模精密鑄造得到了巨大發(fā)展[8]，其中的中溫蠟-硅溶膠工藝尺寸精度較高，表面質(zhì)量好[3,9]，適于鑄造幾何形狀復(fù)雜、尺寸精度及表面質(zhì)量要求較高的零部件[9-10]。中溫蠟料有多種型號：162，168，K512等，不同蠟料性能不同，各廠家對蠟料的回收-再生處理也不盡相同，有蒸汽脫蠟、真空除水、離心除水等多種方式[11]，歸根結(jié)底都是廠家對除水設(shè)備進(jìn)行改進(jìn)，盡可能在降低蠟處理溫度的同時，減少蠟中的含水量，以期提高蠟料的使用壽命，保證蠟料的原始性能[12-13]。由于處理方式不同，所得蠟料性能也不同，蠟料質(zhì)量的好壞，直接影響蠟?zāi)５馁|(zhì)量。

傳統(tǒng)的蠟處理工藝采用靜置沉降法[10]：脫蠟—蠟水分離(快速蒸發(fā)脫水，水含量控制在1%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)以下)—攪拌蒸發(fā)—靜置去污?；厥仗幚頃r，由于162型蠟料經(jīng)高溫蒸煮會導(dǎo)致樹脂老化，致使模料黏度增加、顏色變深、性能惡化，因此通常需要經(jīng)過處理或添加新蠟來維持其性能。石家莊盛華企業(yè)集團(tuán)有限公司(以下簡稱“盛華公司”)采用此種工藝處理的蠟料在使用中出現(xiàn)了一些問題，如圖1所示，蠟件凹陷嚴(yán)重(個別點達(dá)到0.8 mm)，流紋多，氣泡明顯等，同時修蠟時粘刀，蠟屑很難清洗，經(jīng)常會黏附在蠟件表面，嚴(yán)重影響產(chǎn)品質(zhì)量。為了解決這些弊端，盛華公司采用162型中溫蠟料生產(chǎn)鑄件，在回收再生方面，結(jié)合公司自身設(shè)備，進(jìn)行了一些摸索和試驗。

圖1 蠟件流紋、凹陷缺陷及蠟屑圖Fig.1 Figures of wax rhyolite, sunken defects and wax

1 試驗方案

高質(zhì)量的蠟?zāi)Ｊ谦@得高品質(zhì)鑄件的前提和保證，制模材料的性能和模具質(zhì)量的好壞直接影響鑄件的尺寸精度[14-16]。盛華公司采用排除法，從人、機(jī)、料、法、環(huán)的角度對上述問題進(jìn)行了分析。選取產(chǎn)品A和測試蠟塊B，在工程師的指導(dǎo)下，分別使用臺灣億營和山東東勝的射蠟機(jī)進(jìn)行試驗，固定環(huán)境溫度，進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，并更換了蠟料，選用162和168型新蠟進(jìn)行了大量試驗。原因分析示意圖見圖2。

圖2 原因分析示意圖Fig.2 Reason analysis diagram

選擇3種蠟料并通過設(shè)備的更換進(jìn)行產(chǎn)品A的試驗。通過設(shè)定射蠟溫度(50～59 ℃)、壓力(137.34×105～215.82×105Pa)、時間(射蠟30～60 s、保壓0～20 s)等工藝參數(shù)及更改射嘴位置(如圖3 a)所示，箭頭處為更改過的射嘴及流道)后，產(chǎn)品A的表面質(zhì)量有了一定的改善，流紋有所減少，但并沒有徹底解決表面質(zhì)量差的問題。選取162和168型新蠟試驗后，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品表面依然存在流紋，如圖3 b)所示。

圖3 產(chǎn)品A模具的調(diào)整及蠟料更換后的 缺陷示意圖Fig.3 Defect diagram of product A mold after adjustment and wax material replacement

選擇3種蠟料并更換設(shè)備后，進(jìn)行測試蠟塊B的試驗。通過對射蠟溫度(50～59 ℃)、壓力(137.34×105～215.82×105Pa)、時間(射蠟20～50 s)等工藝參數(shù)的調(diào)整后，進(jìn)行凹陷程度的對比。3種蠟料凹陷程度如圖4所示。從圖4可以看出，回收處理162型蠟料凹陷程度為0.7 mm，168型蠟料凹陷程度為0.5 mm，而162型新蠟凹陷嚴(yán)重，達(dá)到了0.95 mm。

圖4 蠟塊B 3種蠟料凹陷對比Fig.4 Comparison of three kinds of wax sag

通過以上的分析可知：在當(dāng)前的生產(chǎn)設(shè)備及人員下，只依靠改變工藝參數(shù)無法解決蠟料存在的上述缺陷；增加冷蠟塊工藝增加了成本，降低生產(chǎn)效率，雖然能解決凹陷，但又會增加一些新的問題(蠟件表面流紋、收縮率變小等)。通過了解，工人提出了一個現(xiàn)象：當(dāng)蠟料顏色變淺時，蠟件的流紋較少，凹陷減輕，修蠟時不粘刀。經(jīng)對此種蠟料進(jìn)行理化檢測，發(fā)現(xiàn)淺顏色的蠟料大多項性能均處于盛華公司的標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)，唯一不同的是水含量明顯超出公司的要求(水含量<1%)。由此推斷，蠟件中的水含量對蠟料的使用性能會存在一定的影響。針對蠟料中的水含量，進(jìn)行了一系列試驗，觀察水含量對蠟料性能的影響，分別對蠟料的顏色、線收縮率、錐入度、軟化點、滴點、灰分、黏度、水含量、凹陷程度等參數(shù)進(jìn)行檢測。

2 試驗結(jié)果

水含量對蠟料性能的影響如表1—表3所示?？梢钥闯?，錐入度、滴點、黏度、灰分、線收縮等性能參數(shù)基本位于盛華公司標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)(錐入度為3．5～6．0，滴點為80．0～99．0℃，黏度<200mPa·s，軟化點為65．0～75．0℃，灰分<0．2%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)，下同)，線收縮(0．70±0．015)%，凹陷<0．6mm)，軟化點位于上限，且超出上限值。

表1 新蠟和水含量<3%時蠟料各項性能

表2 水含量為3%～6%時蠟料各項性能

表3 水含量為6%～11%時蠟料各項性能

圖5為不同水含量的錐入度、線收縮與凹陷趨勢圖。由圖5可以看出：隨著水含量的增加，蠟件的凹陷程度和錐入度呈下降的趨勢，蠟件的脆性增加；線收縮呈現(xiàn)下降趨勢，但在水含量低于10%時，收縮率滿足內(nèi)控要求。

圖5 不同水含量的錐入度、線收縮與 凹陷趨勢圖Fig.5 Trend of the cone penetration, line shrinkage and depression under different water content

經(jīng)過試驗驗證可知，隨著水含量的上升，蠟件的表面質(zhì)量趨于變好，流紋較少，且凹陷程度減弱，蠟件比較飽滿。蠟件在修整過程中不粘刀，操作方便，其外觀質(zhì)量如圖6所示。但隨著蠟料水含量的增加，蠟料的線收縮率也隨之減小，錐入度降低，脆性增加；此外，組樹工藝性差，熔化的蠟料在沸騰時表面產(chǎn)生許多氣泡，在黏接蠟件時出現(xiàn)了飛濺及蠟件與澆道黏接不牢等現(xiàn)象。射制蠟件抽芯取模后有嚴(yán)重的裂紋傾向，如圖7所示。

圖6 水含量為4%～7%時蠟件 表面質(zhì)量Fig.6 Surface quality of wax pieces with water content of 4%～7%

圖7 水含量大于7%時的鍋中 氣泡及裂紋Fig.7 Bubbles and cracks in the pot when the water content is more than 7%

綜上所述可知，蠟料水含量控制在4%～7%時更適合公司生產(chǎn)，蠟件的線收縮、凹陷及表面流紋較輕，蠟料的綜合使用性能更好，修蠟不粘刀，蠟屑容易清洗。

3 水含量的監(jiān)控與檢測

在蠟料回收處理過程中，欲將水含量控制在4%～7%，應(yīng)對蠟料進(jìn)行實時監(jiān)測，才能確認(rèn)水含量。不同水含量的蠟料顏色變化見圖8。從圖8上行可知，隨著水含量的增加，蠟料顏色由黑褐色向淺黃色轉(zhuǎn)變。因此在蠟處理中，選取一組試塊作為標(biāo)準(zhǔn)對比塊，用于快速檢測蠟料水含量。由圖8下行所示可知，當(dāng)水含量為4%～7%時，可以作為合格蠟料輸入靜置桶，保溫靜置不少于6 h后再進(jìn)行使用。生產(chǎn)中蠟的各種參數(shù)指標(biāo)由質(zhì)控部實驗室每日進(jìn)行抽測。

當(dāng)介于圖譜中水含量為4.20%～7.33%所顯示的顏色時，蠟料符合生產(chǎn)要求，見圖9。

4 結(jié) 論

1)蠟料中水含量的增加，會緩解產(chǎn)品的表面流紋和凹陷程度，但如果水含量太高，則會影響蠟料的使用性能，蠟件易出現(xiàn)裂紋，組樹時產(chǎn)生噴濺、黏接不牢等現(xiàn)象。

圖8 不同水含量的蠟料顏色變化Fig.8 Color change of wax content with different moisture content

圖9 不同水含量下蠟料顏色圖譜Fig.9 Color patterns of different water content in different water content

2)水含量為4%～7%時的蠟料，射出的蠟件(試塊)表面流紋和凹陷程度較輕，綜合使用性能最佳，修蠟不粘刀，各項性能符合公司要求。

3)生產(chǎn)中應(yīng)控制并監(jiān)測蠟料中的水含量，可制作標(biāo)準(zhǔn)對比塊，采用觀察顏色的方法，快速判定蠟料中的水含量。此法簡單、方便、可行，可用于蠟料生產(chǎn)中水含量的監(jiān)測。

/References：

[1] 中國鑄造協(xié)會．鑄造工程師手冊[M]．3版.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2010．

[2] 中國材料研究學(xué)會．中國新材料產(chǎn)業(yè)發(fā)展報告：航空航天材料[M]．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007．

[3] 張立同, 曹臘梅, 劉國利. 近凈形熔模精密鑄造理論與實踐[M]. 北京：國防工業(yè)出版社，2007.

[4] 潘雄，翟步英. 無余量熔模精密鑄造的技術(shù)特點及其應(yīng)用領(lǐng)域的拓展[J]. 重慶工學(xué)院學(xué)報，2005, 19(11):25-26. PAN Xiong, ZHAI Buying.The characteristics of the marginless melted module precise casting technology and its expansion in applied fields[J]. Journal of Chongqing Institute of Technology, 2005, 19(11): 25-26.

[5] 熊艷才, 劉伯操. 鑄造鋁合金現(xiàn)狀及未來發(fā)展[J]. 特種鑄造及有色合金, 1998,18(4):1-5. XIONGYancai，LIU Bocao.Review and prospect of cast aluminum alloy[J]. Special Casting & Nonferrous Alloys, 1998,18 (4): 1-5.

[6] 朱文琪, 周路海, 賀進(jìn),等. 醫(yī)用金屬材料熔模鑄造現(xiàn)狀與展望[J]. 特種鑄造及有色合金, 2014, 34(4):385-388. ZHU Wenqi, ZHOU Luhai, HE Jin,et al.Progress and prospect in the investment casting of medical metal material[J]. Special Casting & Nonferrous Alloys, 2014, 34(4): 385-388.

[7] 佟天夫. 熔模鑄造工藝[M]. 北京：機(jī)械工業(yè)出版社, 1991.

[8] 呂志剛, 姜不居, 周澤衡. 中國熔模精密鑄造展望[J]. 鑄造技術(shù), 2003, 24(3):163-165. LYU Zhigang, JIANG Buju, ZHOU Zeheng.Outlook of precision casting of lost pattern in China[J]. Foundry Technology, 2003, 24(3): 163-165.

[9] 呂志剛. 我國熔模精密鑄造的歷史回顧與發(fā)展展望[J]. 鑄造, 2012(4):347-356. LYU Zhigang.History and development trend of investment casting industry in China[J]. Foundry, 2012(4): 347-356.

[10]姜不居. 實用熔模鑄造技術(shù)[M].沈陽:遼寧科學(xué)技術(shù)出版社, 2008.

[11]陳冰. 我國精鑄原輔材料的現(xiàn)狀和發(fā)展[J].特種鑄造及有色合金,2011, 31(2): 153-156. CHEN Bing.Present status and development of raw-auxiliary materials for investment casting at home[J]. Special Casting & Nonferrous Alloys, 2011, 31(2): 153-156.

[12]鄭黎明, 王明法. 中溫蠟料除水及傳輸裝置改進(jìn)[J]. 大連鐵道學(xué)院學(xué)報, 1997, 18(4): 88-90. ZHENG Liming,WANG Mingfa.Improvement for device of separating liquid wax from water and transmitting liquid wax in lost- wax precision casting [J]. Journal of Dalian Railway Institute, 1997, 18(4): 88-90.

[13]李新國, 朱建明, 裘建軍. 一種新型節(jié)能蠟處理工藝及設(shè)備[J]. 特種鑄造及有色合金, 2015, 35(2): 176-177. LI Xinguo, ZHU Jianming, QIU Jianjun.A new wax-treatment apparatus and its treating process[J]. Special Casting and Nonferrous Alloys, 2015, 35(2): 176-177.

[14]史楊. 精鑄中溫模料配方及工藝參數(shù)優(yōu)化[D]. 合肥: 合肥工業(yè)大學(xué), 2013. SHI Yang.Optional design for the mid temperature patten wax and technological parameters in the investment casting[D]. Hefei: Hefei University of Technology,2013.

[15]張家駿，趙清禎，譚建波.爐篦條消失模鑄造工藝優(yōu)化[J].河北工業(yè)科技,2017,34(3):162-165. ZHANG Jiajun,ZHAO Qingzhen,TAN Jianbo.Process optimization of fire bars on EPC[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2017,34(3):162-165.

[16]許云祥. 嚴(yán)格模料管理，防止蠟?zāi)A灰(雜)缺陷的產(chǎn)生[J]. 特種鑄造及有色合金, 2005, 25(10): 618-619. XU Yunxiang.Strictly managing pattern-material toprevent the occurrence of the ash defects in wax pattern[J]. Special Casting & Nonferrous Alloys, 2005, 25(10): 618-619.

Effect of moisture content on forming quality of 162 medium-temperature wax

LIU Chenggang1， JU Fu1， LI Cuiwei1， WU Zhiyong1， HAO Subin1， YU Xiuxia1， TAN Jianbo2

(1.Shijiazhuang Shenghua Group Company Limited，Shijiazhuang, Hebei 050800, China; 2.School of Materials Science and Engineering, Hebei University of Science and Technology， Shijiazhuang, Hebei 050018, China)

The traditional process of wax processing adopts static settling method, and wax material often occurs with a concave, flow lines, apparent bubbles, and the difficulty in cleaning the pasted knife and wax crumbs during trimming of the wax, which seriously affects the quality of the product. In order to solve these problems, the effect of moisture content on the synthetic properties of waxes and the forming quality of wax materials are studied by using the 162 medium-temperature wax. The result shows that as the water content increases, the surface quality of the wax tends to increase and the wax is full. When wax material moisture content is controlled between 4%～7%, wax line contraction, sag and surface flow lines are not so apparent, the comprehensive usability is good, wax doesn't stick on the knife during trimming of the wax, and wax crumbs are easy to clean. The results show that the water content of the wax can be controlled and monitored by the method of observing color through making standard sample for comparison. This method is simple, convenient and feasible, and can be used in the monitoring of moisture content in wax production.

casting process and equipment；investment casting；medium-temperature wax；wax recycle；water content；molding quality

1008-1534(2017)04-0294-06

2017-04-06;

2017-05-27；責(zé)任編輯：張士瑩

河北省自然科學(xué)基金(E2014208087)

劉成剛(1979—)，男，河北盧龍人，助理工程師，主要從事熔模鑄造工藝設(shè)計及相關(guān)設(shè)備方面的研究。

譚建波教授。E-mail:tanjian1998@163.com

TG249

A

10.7535/hbgykj.2017yx04011

劉成剛，鞠 富，李翠薇，等.水含量對162型中溫蠟成型質(zhì)量的影響[J].河北工業(yè)科技,2017,34(4):294-299. LIU Chenggang，JU Fu，LI Cuiwei，et al.Effect of moisture content on forming quality of 162 medium-temperature wax[J].Hebei Journal of Industrial Science and Technology,2017,34(4):294-299.