精铸阀体型壳的临界强度试验与计算

一、问题的提出: 根据生产发展的需要,我厂须生产重达38Kg的精铸阀体,因此提出了型壳实际强度计算问题,即确定保证铸件成形的最小型壳厚度。型壳强度直接与构成型壳的耐火材料,粘结剂,硬化剂及具体工艺参数有关外,还与铸件材质铸件形状、浇注系统有关。在没有高温型壳强度等试验设备的情况下,我厂采用了型壳强度试验法解决了型壳强度定量计算问题。对浇注系统相似的型壳,依次减少型壳层数,找出型壳的临界层数及型壳破坏位置,再根据型壳的破坏情况,进行受力分析,确定出型壳是拉力破坏(胀坏)或弯曲破坏,进而计算与我厂相应工艺,相应浇注系统的型壳临界强度бb。利用这个型壳临界强度     

α淀粉对型壳强度的影响

提高硅溶胶型壳的强度,减薄型壳厚度,对于简化熔模铸造制壳工艺及降低成本具有重大的现实意义。针对型壳强度的影响因素,本实验通过添加有机粘结剂来改善型壳强度。试验结果表明:添加有机低温粘结剂能够加快硅溶胶型壳的干燥速度,改善硅溶胶型壳的干强度和烧结强度。其中α淀粉对型壳强度的提高影响最大,加入量为2%最为合适,干强度和烧结强度分别是未改性前的2倍、4.67倍。     

TiAl合金熔模铸造型壳退让性研究

熔模铸造型壳的退让性直接影响TiAl合金铸件的成形质量。型壳退让性评价没有统一的标准,导致TiAl合金熔模铸造型壳工艺技术提升缓慢,无法满足TiAl合金铸件的成形要求。采用型壳室温抗弯强度、高温型壳挠度作为型壳退让性评价方法,判断不同粘结剂型壳的退让性差异。结果表明,硅溶胶型壳室温强度高、塑性差、高温强度较高,硅酸乙酯型壳室温强度低于硅溶胶型壳,高温强度更低,但塑性相对较好,硅酸乙酯型壳的退让性优于硅溶胶型壳。通过型壳三点弯曲强度测试和高温挠度测试,可以对TiAl合金熔模精密铸造型壳退让性进行有效判定。     

熔模铸造加固层型壳强度性能的研究

采用硅溶胶、硅酸乙酯水解液分别与刚玉、铝矾土、煤矸石等耐火材料制备加固层型壳抗弯强度试样,试样采用不同的干燥硬化工艺并经1000℃焙烧冷却至室温后,测试其常温抗弯强度。研究结果表明:粘结剂、耐火材料及干燥硬化工艺均影响型壳强度。粘结剂中二氧化硅含量越高型壳强度越高,耐火材料的刚玉相含量越高型壳强度越高,型壳采用化学干燥硬化导致强度降低。     

复合纤维含量对精铸硅溶胶型壳强度及透气性的影响

采用陶瓷和尼龙复合纤维增强熔模精铸硅溶胶型壳,通过测试与分析复合纤维增强硅溶胶型壳的常温及焙烧后强度和透气性,研究复合纤维含量对硅溶胶型壳强度和透气性的影响规律,确定复合纤维含量与焙烧温度和型壳强度的关系,并通过SEM对型壳试样断口形貌进行观察和分析。结果表明:复合纤维对硅溶胶型壳强度和透气性的影响显著,当复合纤维含量小于0.6%(质量分数)时,硅溶胶型壳强度和透气性同时增大;当复合纤维含量大于0.6%时,型壳常温及焙烧后强度开始减小,焙烧后基体中孔隙率增加,型壳透气性继续增大;当复合纤维含量为0.6%、焙烧温度为1050℃时,型壳焙烧后强度达到最大值。     

一种新型快干增强硅溶胶的试验

随着熔模铸造的不断发展,市场对硅溶胶型壳的强度及快干性能提出了更高的要求,发展快干增强硅溶胶成为必然趋势.目前国内硅溶胶型壳仍存在常温强度偏低及残留强度偏高的问题,因此,如何通过改善硅溶胶进而改善硅溶胶型壳的综合强度性能,则对提高硅溶胶型壳及铸件品质有着重要意义.本文重点介绍一种乳胶改性快干增强硅溶胶F,经与国内外硅溶胶比较,硅溶胶F在提高型壳常温强度、降低型壳残留强度方面有较明显的优势.     

强化工艺对硅溶胶型壳性能影响的研究

研究了固化剂含量、强化剂配比、固化时间对硅溶胶型壳性能的影响规律。研究结果表明:采用5%的固化剂和40%强化液,室温下强化60 min的型壳湿强度为4.72 MPa,焙烧后强度为16.7 MPa,较之传统工艺制备的型壳1.9 MPa和6.71 MPa有了很大提高,而强化后型壳的高温强度也要高于传统工艺制备的型壳,应用结果表明4层强化减层型壳可以满足生产要求。     

短切玻璃纤维增强硅溶胶型壳强度的研究

为提高硅溶胶型壳的强度,采用短切玻璃纤维来增强型壳。在型壳背层中加入一定量2mm长的短切玻璃纤维制备型壳,研究了不同纤维加入量下型壳湿强度和焙烧后强度的变化规律。结果表明,与未添加纤维试样相比,加入纤维后,型壳的湿强度显著提高。加入量为0.6%(占耐火粉料)时,型壳试样的湿强度达到2.991MPa,提高了15.75%,增强效果显著,而型壳焙烧后试样强度无明显变化。试样断口扫描分析发现,焙烧后,玻璃纤维部分熔融或熔蚀,增强作用降低或消失。     

新型节能精密铸造粘接剂——ZF-801型快干硅溶胶

通过对现行精密铸造制壳工艺优缺点进行比较,提出一种新型节能精密铸造粘接剂--ZF-801型快干硅溶胶.分析了ZF-801型快干硅溶胶型壳的制壳时间、铸件尺寸精度、表面质量、常温强度、高温强度,残留强度等方面的状况,发现ZF-801型快干硅溶胶是符合较少污染物排放要求,且成本适中的精密铸造制壳专用粘结剂.     

熔模铸造硅溶胶型壳清理问题分析

航空用硅溶胶熔模精铸件因多腔体结构、形状复杂等因素影响,型壳清理难度较大,甚至因型壳清除不净、型壳卷入铸件等问题导致产品报废。通过分析面层锆英石粉、锆英石砂的成分,焙烧前、焙烧后及浇注后型壳面层、过渡层、背层的显微结构和型壳强度变化,得出型壳残余强度高或者型壳面层被高温铝液剥蚀是根本原因,采取优化锆英石粉粒度、级配及制壳工艺等措施改善了型壳清理效果,为解决熔模精铸件清理困难提供参考。     

陶瓷型壳精铸挤压铸造成型模

研究了陶瓷型壳精铸挤压铸造成型模的工艺过程、工艺特点以及工艺参数的选择等问题。对一般陶瓷型铸造时易出现的问题从理论上作了一些分析，同时结合大量的实践对陶瓷型壳废料的再生、型壳的水煮工艺等方面提出了自己的看法，作了一些探讨。     

型壳材料对高温合金叶片组织和性能的影响

采用数值模拟方法并结合试验,研究了型壳材料对高温合金叶片组织和性能的影响。结果表明,无陶瓷保温棉时,氧化铝型壳铸件的冷却速率大于莫来石型壳,氧化铝型壳铸件组织及性能较优;有陶瓷保温棉时,氧化铝型壳铸件叶根处冷却速率略低于莫来石型壳铸件,叶身处冷却速率高于莫来石型壳铸件,莫来石型壳铸件叶根处组织及性能比氧化铝型壳铸件略优,叶身组织及性能比氧化铝型壳铸件略差。有陶瓷保温棉时的铸件叶根组织数值模拟结果和试验结果符合。     

熔模铸造型壳废弃物组成及其再利用分析

分别分析了最常用的水玻璃型壳和硅溶胶型壳在脱蜡后的型壳，焙烧后的型壳和浇注后清理的型壳废弃物的物相组成，即水玻璃型壳的主要物相是石英或Al-Si系材料物相；硅溶胶型壳的主要物相是Al-Si系材料物相。并依此提出了型壳废弃物资源化利用的一些途径：①作建筑材料，如水泥、沙料、砖、填料；②作熔模铸造的原材料，如耐火粉料和砂料、粘接剂、硬化剂。     

熔模铸造型壳抗弯弹性模量的研究

依据材料力学、陶瓷材料的有关理论和方法,分别对水玻璃型壳、硅溶胶型壳及其复合型壳在不同温度时的抗弯弹性模量进行了测试研究.结果表明,耐火材料、温度对型壳的弹性模量有较大的影响,硅溶胶型壳和复合型壳的弹性模量值比水玻璃型壳的大.     

基于泡沫模原型的消失模复合型壳制备工艺

利用发泡成型工艺制备高质量的泡沫模原型,在泡沫模表面制作2～3层硅溶胶-水玻璃复合陶瓷型壳,之后采用自硬水玻璃砂作陶瓷型壳背衬。陶瓷型壳在200～250℃保温30min失模及二氯甲烷溶剂溶失方式失模,焙烧工艺为800℃保温1h。结果表明,该制壳工艺简单、周期短、成本低,制得复合型壳表面光洁、强度高,并浇注出了质量较高的ZL101合金铸件。     

基于SL原型的快速精铸氧化物陶瓷型壳制备工艺研究

在基于SL原型的快速精铸氧化物陶瓷型壳制备工艺中,型壳的焙烧常常出现开裂现象.通过对型壳焙烧过程机理的分析,找到解决型壳焙烧开裂的方法.通过对树脂与型壳热膨胀特性的试验测定与分析,确定出制备氧化锆型壳的工艺.     

矿化剂加入量及硅溶胶浓度对陶瓷型壳性能的影响

采用不同比例矿化剂用量及不同浓度的硅溶胶配制涂料,按照一定工艺制得陶瓷型壳试样,研究了涂料的流变性能,型壳的力学性能及其高温抗蠕变性能.实验结果表明,随着矿化剂加入量增加,陶瓷型壳的力学性能及高温抗蠕变性能随之增加;随着硅溶胶浓度的增加,涂料的粘度及剪切应力逐渐增加,浓度为25% (体积分数,下同)的硅溶胶制得的陶瓷型壳高温强度及高温抗蠕变性能优越.     

Effect of Slurry Composition on Plate Weight in Ceramic Shell Investment Casting

This paper deals with the study of the effect of primary slurry parameters on the plate weight (ceramic retention test) in ceramic shell investment casting process. Four controllable factors of the zircon flour and fused-silica powder based slurries were studied at three levels each by Taguchi’s parametric approach and single-response optimization of plate weight was conducted to identify the main factors controlling its stability. Variations in coating thickness with plate weight were calculated for each slurry and ceramic shell moulds were made on wax plate using primary slurry and coarse fused-silica sand as stucco. The Scanning Electronic Microscopy (SEM) technique has been used to study the surface morphology of zircon flour and fused silca powder particles as well as primary coating (shell surface). X-ray Diffraction (XRD) analysis was done to identify the various phases present in the ceramic slurry coating. Optical profilometer has been used to measure the surface roughness of the shells. The result reveals that the surface condition of shell can be improved by increasing the plate weight, corresponding to higher filler loading in the slurry. Confirmation experiments were conducted at an optimal condition showed that the surface quality of the ceramic shell mould were improved significantly. Castings were produced using Al-7%Si alloy in recommended parameters through ceramic shell investment casting process. Surface roughness of the produced casting were measured and presented in this paper.     

薄壁光整消失模壳型铸造的型壳研究

试验研究了壳型制备中不同黏结剂、不同耐火粉料及粉液比对泡沫消失模型壳强度和表面粗糙度的影响.采用在型壳表面添加水玻璃砂背衬的方法,减少了(硅溶胶)型壳层数、缩短了制壳周期、提高了型壳强度.针对消失模壳型铸造用型壳表面质量要求高的问题,探讨了改善泡沫模表面粗糙度的工艺方法.通过优化蒸汽发泡成形工艺参数和在模样表面涂上光整剂等措施降低了模样表面粗糙度.为制造基于泡沫消失模的薄壁光整壳型奠定了初步基础.     

复杂薄壁金属零件的快速制造技术

本研究以真空差压铸造技术为基础,结合选择性激光烧结（SLS）快速原型技术和陶瓷壳型精密铸造技术,开发了一种从计算机三维模型到金属零件的快速制造工艺－快速精确铸造工艺,可以实现复杂薄壁铝合金零件的快速成形。本文着重描述了由SLS塑料原型快速制取陶瓷型壳和真空差压精确铸造技术的工艺特点,解决了新产品开发中金属零件快速制造的关键问题,为快速成形技术在铸造中的应用开辟了一个新领域。