在线粘度计在陶瓷型铸造浆料粘度控制的实际应用

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1、Brookfield应用文集在线粘度计在陶瓷型铸造浆料粘度控制中的实际应用丁晓炯广州市博勒飞粘度计质构仪技术服务有限公司广州510075摘要：陶瓷型铸造是在普通砂型铸造基础上发展起来的一种新工艺，浆料的粘度控制十分重要，不同的铸造要求，需要采用不同的浆料配方，同时要求有不同的浆料粘度。目前浆料的粘度测量和控制方法十分简单，很多只采用人工，这样对产品的最终品质很难控制。本文介绍一种全新、全自动化的测量和控制仪器——在线粘度计，以实测案例和数据说明实际应用的结果。关键词：精密铸造；浆料；粘度；在线粘度；流变学1精密铸造过程中

2、的浆料配置陶瓷型铸造是在普通砂型铸造基础上发展起来的一种新工艺。陶瓷型有两种类型：①陶瓷型全由陶瓷浆料浇灌而成。其制作过程是先将模样固定于型板上，外套砂箱，再将调好的陶瓷浆料倒入砂箱，待结胶硬化后起模，经高温焙烧即成为铸型。②采用衬套，在衬套和模样之间的空隙浇灌陶瓷浆料制造铸型。衬套可用砂型，也可用金属型。用衬套浇灌陶瓷壳层可以节省大量陶瓷浆料，在生产中应用较多。陶瓷型铸件表面粗糙度可达Ra10～1.25微米，尺寸精度高达3～5级，能达到减少切削加工的目的。陶瓷型铸造生产周期短，金属利用率高。最大铸件可达十几吨，主要用于

3、铸造大型厚壁精密铸件和铸造单件小批量的冲模、锻模、塑料模、金属模、压铸模、玻璃模等各种模具。陶瓷型铸造模具的使用寿命可与用机械加工方法制成的模具相媲美，而制造成本则比用机械加工方法制成的模具低。将熔融的金属浇注到一次性的陶瓷铸型或壳模中，以塑成复杂花纹和复杂几何形状的产品部件，如涡轮叶片、武器配件、管道配件、锁具部件、手动工具以及珠宝饰品等。典型的铸造流程如下图显示：BrookfieldEngineeringLabs.,Inc.1www.brookfieldengineering.comBrookfield应用文集图1典

4、型的铸造流程此流程一般使用涂覆了陶瓷浆料的蜡模或者消失模而形成的熔模铸型，或者就是如上所提的陶瓷壳模。该铸型由喷涂、浸渍或者浇注陶瓷浆料至模型上并经过多重步骤处理而制成。第一步就是涂覆呈一个光滑表面的细腻陶瓷底漆，以使复杂花纹印到完工成品件上。紧接着逐步增加粗糙陶瓷灰泥形成适当的壁体厚度，然后待硬化后起模并去除蜡模/消失模，再经焙烧即可成为铸型。一旦陶瓷熔模从完工成品中剥离出来，这项技术就缩减了额外机械加工的必要。陶瓷浆料的混合物可通过混合陶瓷原料粉末、水溶性丙烯酸粘合剂和水而获得。陶瓷浆料由硅酸乙酯水解液和质地较纯、热

5、稳定性较高的细耐火砂如电熔石英、锆英石、刚玉等混合而成。为使陶瓷浆料在短时间内结胶，常加入氢氧化钙或氧化镁作为催化剂。由于使用的耐火材料成分及其外观都与陶瓷相似，故称为陶瓷型。其中，水溶性丙烯酸粘合剂的平均分子量大约从10，000～500，000，并且在水中的惯性平方半径不超过100nm。陶瓷浆料混合物应具有低粘性和陶瓷原料粉末的良好分散性、良好的流动性和良好的个性态特征。并通过溶液粘度的减BrookfieldEngineeringLabs.,Inc.2www.brookfieldengineering.comBrook

6、field应用文集少可提供具有高密度和优异干燥特性的陶瓷生料数据，分子量未见减少的水溶性丙烯酸粘合剂则表明包含了厌水性组分。2浆料粘度测量和控制问题描述此浆料的配置和使用流程非常耗费时间和人力。对于小体积的应用，模型成本可能很高，并且由于强度低而容易损坏或者变形。为了确保产品品质始终一致，当做精密熔模的关键封装时要求一致的陶瓷浆料粘度和固体浓度。如果未施加预定配额的浆料，当烧制或者浇注熔融金属时由于不恰当的粘度控制而产生废料和低的产品产量，从而陶瓷可能无法承受而导致失败。也许直到熔融金属浇注进熔模，或者该流程完成了大约8

7、5%以后，才可能让人意识到浆料涂层的薄弱。同时浆料的粘度是随着使用时间的变化而变化的，一般都是会逐渐增大，陶瓷浆料粘度控制的理想性，直接关系到陶瓷铸型的质量好坏和一致性。而后续熔融金属浇注进熔模成型成功与否的主要原因很大可能已经不是设备的问题，而是现场涂料的粘度变化造成的，如附件中的粘度-时间变化图。图2是其中一种浆料粘度随时间变化的曲线。图2浆料粘度时间变化曲线BrookfieldEngineeringLabs.,Inc.3www.brookfieldengineering.comBrookfield应用文集另外对于浸

8、渍过程，浆料槽通过上方槽壁进入到槽中的犁或固定叶片和被混合的产品一同转动。机械手臂可以使得产品部件深入至涂层浆料的中心，随着浆料的使用，粘度也会发生变化。目前，行业内很少对浆料进行仪器测量和自动控制，有些使用不太准确的测量方法，常见[1][2]的是使用流出杯，见下图3。图3流出杯法测量浆料粘度3BrookfieldA