熔模精密铸造实践 325人正在阅读

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2.4 模料的种类

2.4.1 蜡基模料

蜡基模料实际上就是石蜡-硬脂酸模料,常用的配方是石蜡50% + 硬脂酸50%,配料要求石蜡(CnH2n+2)应选用熔点≥58℃,精炼或半精炼白石蜡。

硬脂酸(C17H35COOH)应选用一级(三压)硬脂酸(块状)

石蜡是模料的基本成分,加入硬酯酸的作用是由于硬脂酸分子是极性的,它对涂料的润湿性好,能改善模料的涂挂性,并有利于模料热稳定性提高,液态的石蜡与硬脂酸互溶性良好,此种模料的熔点较低,制备方便,制模、脱蜡容易,蜡料回收率高,复用性好。若改变石蜡与硬脂酸的配比,会对模料的性能产生影响,当提高石蜡10%的含量时,可使模料的强度增加,当提高石蜡含量超过80%时,模料表面易起泡、熔模的表面质量差,并使模料的涂挂性和流动性下降。若提高硬脂酸含量10%时,模料的涂挂性、流动性和热稳定性均会有所提高,当硬脂酸含量超过80%时,模料的强度很低,韧性也很差,故不能采用。

石蜡-硬脂酸模料的强度和热稳定性不高(软化点为31℃),而且在使用过程中,硬脂酸易与活泼的金属发生置换反应,也易与碱或者碱性氧化物起中和反应,生成不溶于水的皂化物(硬脂酸盐),使模料变质,而且粘性的皂化物残留在型腔表面,会影响铸件的表面质量。由于皂化反应会消耗模料中的部分硬脂酸,故在模料回用时补加新的硬脂酸,有利于稳定模料的性能。

石蜡-硬脂酸模料的性能除与模料的配比有关外,还受石蜡熔点的影响,如果采用60℃以上石蜡替代58℃石蜡,则模料的强度和热稳定性均有明显提高,且收缩率减小,因而模料的性能得以改善.

石蜡-硬脂酸模料虽有制备方便,制模脱模容易,复用性好等优点,但也有热稳定性不高,易变形,尤其是在生产过程中易皂化变质的缺点,这种模料须经回用处理,才能重新使用,回用处理中的残留酸液易污染环境,所以,近年来推出多种无硬脂酸的蜡基模料。

2.4.2 石蜡-低分子聚乙烯模料

石蜡-低分子聚乙烯模料的组成为95%石蜡加5%低分子聚乙烯,这种模料熔点为66℃,软化点约为34℃,低分子聚乙烯的分子量约为2000~5000,它与石蜡的互溶性很好,用低分子聚乙烯代替硬脂酸配制的蜡基模料,具有强强高、韧性好、熔模表面光滑、化学性能稳定、使用后不会皂化,模料回收方便等优点,这种模料的粘度较大,制模时要适当提高糊状模料的温度和注蜡压力。

蜡基无硬脂酸模料中,加入了聚乙烯、EVA、褐煤蜡、地蜡、松香等材料,低密度聚乙烯在石蜡中溶解度不高,一般不超过10%,但聚乙烯的分子量越小,在蜡料中的溶解度越大,所以,分子量在2000~5000的低分子聚乙烯和EVA就比低密度聚乙烯易溶解,而且聚乙烯的分子与石蜡相似,加入蜡基模料中可起到结晶核心作用,可使石蜡的晶体细化,提高模料的力学性能,所以石蜡基模料中加入低分子聚乙烯,模料的强度有所提高,耐热性也有改善,但加入量过多,性能改善不大,却会使收缩率增大,加入EVA也有相似作用,生产应用实践表明,聚乙烯长期使用会呈现老化特性而使模料性能变坏。加入褐煤蜡可提高模料的热稳定性,但同时模料的熔点及压注温度也会有所升高。

聚乙烯这类聚合物中,除存在晶态结构外,还存在非晶态(无定形)结构,也就是说它具有两相同时存在,即同时存在结晶区和非结晶区(无定形区)的特殊结构,而在聚乙烯球晶中的晶片之间,有高分子链联结着,每一个高分子可以贯穿几个晶区和非晶区,由于这种联接链的存在,所以聚乙烯的强度要比蜡质材料高得多。

除聚乙烯、乙烯-醋酸乙烯共聚树脂(EVA)之外,聚苯乙烯也可加入蜡料中,聚苯乙烯熔点高,对温度变化不敏感,热变形量比蜡料低,强度和硬度均较大,收缩率小,透明度高,加入模料中提高强度和软化温度,但因模料粘度大,脱模性差等原因应用不多。

2.4.3 树脂基模料

树脂基模料(俗称中温蜡)的基体是树脂,树脂分为天然树脂和人造树脂,树脂基模料的优点是强度高和热稳定性高、收缩率小,主要用于生产质量要求高的熔模铸件产品。

树脂基模料的原材料:松香、聚合松香、松香脂、顺丁烯酐松香脂。

常用树脂基模料成分和性能,见表2-1

表2-1 常用树脂基模料

表.png

* 热变形量:ΔH40-2/mm 

为适应精密、复杂的熔模铸件对模料质量及性能的要求,国内外发展了系列商品模料(也是一种树脂基模料),由专业模料厂研制生产、提供性能稳定的系列模料,如美国的CL163系列模料(美国ACCU-END Co生产);MASTER系列(美国Kindtcollins Co,生产);CASTYLEND系列(英国yates Co生产),BLASON OLEFINES系列;是日本的K-512系列模料等。

商品系列模料按用途和特点可分为:模样(模型)蜡、浇道蜡、粘结蜡、修补蜡、浸封蜡、水溶蜡、样件蜡等。

2.4.4 填料模料

填料模料或称填充模料,在模料中加入充填材料就成为填料模料。无论是固体、液体或气体均可能用作充公填材料,在模料中加入填料的作用主要是为减少收缩,防止熔模表面变形,表面凹陷,并提高熔模表面质量和尺寸精度。

在实际生产中,用得最多的是以固体粉末作填料模料,固体粉末填料主要有:聚乙烯、聚苯乙烯、聚乙烯醇、聚氯乙烯、合成树脂、多聚乙烯乙二醇、橡胶、尿素粉、炭黑等。

通常的蜡基和树脂基模料,都不得是模料原材料在熔化后组成的固溶体,而固体填料的特点是在工作温度时填料本身不会熔化,而在模料中成为分散均匀的固态细小质点,它能吸收模料在凝固时放出的潜能,并起骨料作用,从而提高模料的冷却作用,减少收缩,增加模料热稳定性和强度,防止蜡模变形和表面凹陷外,还可明显改善液态模料的注蜡工艺性能,固体填料加入量约为10%~40%。

对填料的要求:熔点较高,在模料的工作温度时不会熔化,对液态模料的亲和性好,易被润湿,但不会发生化学反应,填料粒度大小适宜,密度适中,焙烧后残留灰分要少。

液体填料模料大多以水为填料,配制成水乳液填料模料。

水乳液填料模料的配制工艺实例:模料的组成为30%褐煤蜡,26%褐煤蜡树脂,20%石蜡和24%水。先将固体模料加热熔化,再加入液体乳化剂少量,搅拌均匀,然后加入90℃热水进行高速搅拌,即制得蜡-水乳化液,就成为液体填料模料。使用水乳化剂填料模料,用压力较高的注蜡机制成的熔模表面光滑、表面粗糙度小、无凹陷,主要用于生产尺寸精度要求高的熔模。

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