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熱解產物傳輸特性對消失模鋁鑄件小孔的影響

發布者:東固模具
10-30
2019

消失模鑄造技術是鑄造工藝的一個重要發展方向。但對于鋁合金消失模鑄造工藝而言,消失模鑄造過程中泡沫塑料模樣熱解產生的氣態或液態產物可能卷入鋁液中而增加鑄件的小孔。當前,消失模鑄造鋁件小孔是消失模鑄造技術推廣的一大難題。而目前很少見到有關聚苯乙烯熱解產物通過涂料傳輸行為及其對鋁件小孔影響研究的報道。因此很有開展這方面的研究,以便為消失模涂料的研制及減少消失模鑄造鋁件的小孔提供理論依據。

隨著硅藻土加入量增加,傳輸曲線峰值減少,傳輸時間縮短,而隨著云母粉加入量增加,傳輸曲線峰值增加,傳輸時間延長。這是由于硅藻土為多孔狀骨料,且顆粒較粗,形成的涂層孔隙率大,有利于氣態產物的排出,故傳輸曲線的峰值下降,時間減少;而云母粉為片狀骨料,且顆粒細小,隨著加入量的增加,涂層內的孔隙率減少,氣態產物排出涂層的阻力增加,即難以排出涂層,以致涂殼內的氣壓較大,且排出時間較長。

涂層透氣率對裂解產物傳輸特性的影響,涂層厚度均為0.3mm。高溫透氣率增加后,壓力變化曲線的峰值降低,裂解產物的排出時間減少。這說明隨涂層高溫透氣率的增大,涂層滯留裂解產物的能力降低,涂層排出裂解產物的能力增加,裂解產物很快排出。事實上涂層透氣率反映了涂層的孔隙特征,涂層厚度相同時,涂層透氣率越好,氣體通過涂層時的阻力越小,裂解產物越容易通過涂層,在涂殼內形成的壓力較低。另一方面,隨著涂層透氣率的增加,型腔內小分子氣體明顯減少。這是因為增加涂層的透氣率會使EPS熱解產物更容易通過涂層排出,導致EPS熱解產物在高溫下停留的時間縮短,EPS裂解的可能性較小。因此EPS發氣量下降,涂殼內的壓力減少。

涂層厚度對裂解產物傳輸特性的影響。涂層厚度增加后,壓力變化曲線的峰值明顯增大,這說明涂層的厚度增大后,涂層排出裂解產物的能力降低,裂解產物不能及時排出。涂殼內的氣體壓力上升,裂解產物排出的時間增加說明,涂層厚度增加后,涂層阻礙或滯留裂解產物的能力增加,使液態裂解產物在較長的時間內才能排出。

從前面的有關熱解產物的傳輸特性的研究結果可以看出,涂料的組成、涂層厚度、溫度對它們均有影響。

反之亦然。傳輸曲線的峰值高有幾種原因,一是涂層的排氣能力差,二是聚苯乙烯模樣發氣速度過快,再是涂層吸附聚苯乙烯液態熱解產物的能力較弱,以致于液態熱解產物不能及時排出而滯留在涂殼內氣化,從而增大了涂殼內的氣體壓力。因此,對于鋁合金消失模鑄造,由于聚苯乙烯熱解產物主要為液態,故應提高涂層排除液態熱解產物的能力,以減少其對鋁件質量的影響。

云母粉有利于減少鋁件的小孔。在鋁液充型過程中,EPS模樣在液態金屬的熱作用下,先萎縮再液化,后進入裂解過程。裂解產物中有液態產物、氣態產物和部分固態產物(單質碳),由于鋁合金的澆注溫度比鋼鐵低得多,液態產物的量遠大于氣態產物的量,液態熱解產物在充型過程中被排擠到金屬與涂層的界面上,在金屬液的熱作用下繼續排出或裂解成氣態產物,這些氣態、液態熱解產物對鑄件的品質有較大的影響。由于涂層對裂解產物的傳輸有的控制作用,故涂層的傳輸特性對鋁件的品質必然有影響。

熱解產物通過涂層傳輸的壓力越高、傳輸時間越長,則所生產的鋁件的密度越大,鑄件越致密。這是因為涂料壓力變化曲線的峰值越大,傳輸時間越長,說明涂層排出熱解氣體的能力低,裂解產物不能及時排出,涂殼內的氣體壓力上升。用這種涂料進行生產,會由于型腔內氣壓高,降低鋁液的充型速度,使鋁液充型平穩,趨向于層流流動,可地防止熱解產物卷入鋁液中形成小孔,從而提高了鋁件的密度。


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