一、概述
中国一拖集团有限公司自主研发的某大功率轮式拖拉机，其后传动箱壳体不仅体积大而且结构十分复杂（见图1），外形尺寸mm×mm×mm，铸件实体体积约0.m3，理论重量约㎏。
图1后传动箱壳体
这个壳体件在此次试制中，采用了消失模铸造技术，用此技术生产体积和重量如此大且结构又复杂的薄壁壳体件，目前已有的期刊、杂志中报道的较少。通过多次试生产，发现浇注后的铸件存在以下几方面的问题：一是铸件变形，造成铸件尺寸精度难以保证；二是铸件内腔局部易形成鉄包砂，增加清理难度；三是铸件表面有炭黑缺陷生成，造成铸件加工过程中报废。
引起上述铸件缺陷的因素很多，但涂料在整个消失模铸造过程中起着至关重要的作用，如果涂料本身配制不当，涂料性能差，不仅不能有效解决问题，反而会引起缺陷的产生。
（1）涂料的涂挂性差此次生产试验用涂料为水基涂料，而后传动箱壳体的白模是由聚苯乙烯泡沫塑料制成，不易被水基涂料润湿、渗透，如果涂料的浸润性不好、涂挂性差，涂料在白模表面挂不住或附着不好，一方面会造成模样多次涂挂，而在多次涂挂、烘干过程中，使白模变形的倾向增大；另一方面会造成涂层厚度不均，甚至涂层不连续，白模局部暴露在外而引起粘砂缺陷。由于后传动箱壳体白模（见图2）外形尺寸大，浸涂时产生的浮力会造成模样的折断，所以白模的施涂采用喷涂和淋涂相结合的施涂工艺，这就对涂料的涂挂性提出了更高的要求。
（2）涂料的强度低后传动箱壳体白模体积大、壁薄、密度低，整个白模不具备固有的刚度。涂料的常温附着强度不高，容易造成模样在烘干、搬运过程中涂层剥落和损坏，无法保证模样在填砂和紧实过程中具有足够的抗变形能力，造成变形；涂料的高温强度不高，在高温状态下，无法防止金属液浇注时和成形过程中对涂层的破坏，造成塌箱、粘砂等缺陷，从而无法保证铸件尺寸精度和表面质量；涂料的残留强度不良，会造成浇注后涂层从铸件表面清理不易。
（3）涂料的透气性差由于试制件的材质为HT，生产试验中，浇注温度控制在～℃这个区间，而白模的材料为聚苯乙烯泡沫塑料，此种材料在～℃温度区间，就开始急剧裂解，燃烧气化，低分子聚合物迅速裂解，析出大量的氢和游离碳。如果涂料的透气性差，大量的热解产物无法通过涂层顺利导出，就会造成铸件产生气孔；如果涂层无法吸附聚苯乙烯泡沫塑料燃烧时产生的残余物，则铸件容易产生残碳夹杂缺陷。
图2后传动箱壳体消失模模样
针对技术背景中由于涂料原因而造成的铸造缺陷，着重从涂料配方的研制入手，同时探究涂料的混制工艺。
二、消失模涂料配方的研制
１．组成和选材
（1）耐火粉料消失模涂料对耐火粉料的选用有三个重要的要求:一是耐火粉料的粒度要偏粗，但过粗，涂料的抗粘砂性会受到影响，兼顾防粘砂和高透气性，选择粒度为0.08～0.mm（/目）；二是耐火粉料的粒形越圆整越好，圆形的粉料具有良好的透气性；三是耐火粉料对泡沫塑料模型裂解产物要具有吸附能力。为了提高涂料的综合性能，耐火粉料选择了高铝钒土熟料粉（粒度0.08mm）和云母粉（粒度0.mm）。高铝矾土粉为多孔结构，粒形圆整，能提高涂料的透气性和对泡沫塑料裂解产物吸附能力；云母粉从结构上看属层状结构硅酸盐，具有耐热、抗磨、绝缘性能，有良好的弹性和挠曲性，在涂料中加入一定比例的云母粉能提高涂层的覆盖性、高温透气性、烧结性。
（2）粘结剂消失模涂料粘结剂在是涂料的重要组成部分，它不仅赋于涂料强度和涂挂性，还影响涂料的透气性、悬浮性。通常情况，将无机粘结剂和有机粘结剂组合使用，不仅保证涂层常温和高温强度，而且有效提高涂层透气性。由于传动箱壳体和变速箱壳体的体积大、壁薄，为了保证涂层的刚度、强度以及涂层透气性，选用了白乳胶、α淀粉和具有润湿作用粘结剂RSF粉三种粘结剂按一定比例混合使用。尤其是RSF粉的选用，有效地提高了涂层的刚度、强度以及涂层透气性。
（3）载液载液主要作用是使耐火粉料分散在其中，在消失模铸造中，考虑到环保、施涂、烘干、发气量及成本等多方面的要求，采用水作为载液，易使涂料获得良好的悬浮性、涂刷性、不流淌性。
（4）悬浮剂涂料的悬浮性直接影响到涂料的涂挂能力和涂层质量，同时也会影响到涂料的操作性能，由于耐火粉料的粒度偏粗，涂料粘度大，在配制涂料时，选用锂膨润土和凹凸棒土作为悬浮剂。锂膨润土和凹凸棒土在水中能形成立体网状结构，两者配合使用，对提高涂料的悬浮性，改善涂料的流变性和工艺性能有显著效果。
（5）辅助添加剂主要有以下几种。
①消泡剂。用于消除涂料在生产过程中，随着搅拌而形成的气泡。
②表面活性剂。在涂料中加入少量的表面活性剂，主要目的提高涂料对模样的附着力，便于施涂。
③防腐剂。为了便于涂料存放和长期使用，涂料中加入一定量的防腐剂，能有效预防涂料在气温较高的季节会发发生霉变、变质而丧失粘性。
2.消失模铸造涂料配方制定
通过反复试验，不断调整涂料中各组分的加入量，最终研制出了涂料的配方，见表1。根据该配方，将配制的涂料进行了生产浇注试验。
三、涂料性能研究
１．消失模涂料性能的测试方法
（1）涂料密度的测试采用mL量筒称量法测定涂料的密度。
（2）涂料悬浮稳定性的测试采用mL量筒测定6h沉积率的方法。
（3）涂料浓度的测试采用波美度计（生产现场用）。
（4）涂层厚度的测试将制好的泡沫塑料样块mm×mm×12mm（最好从报废的白模上取），浸入混制好的涂料中10s，取出后放入50℃的电干燥箱中，经过3h烘干，取出试块，测量涂层厚度。
（5）涂层高温透气性和高温强度测试采用华中科技大学研发的多功能性能测试仪。
2.消失模涂料的性能
根据上述涂料配方，对试验涂料的性能进行测试，结果见表2。
四、消失模涂料的制备工艺
多次试验发现，涂料性能的好坏不仅与涂料配方有关，还与涂料的配制工艺有关，同一配方、不同配制工艺，对涂料的性能影响很大。要获得工艺性能良好的涂料，制备工艺应保证触变剂、粘结剂和溶剂充分分散，并与耐火粉料发生强烈吸附作用，使涂料各组分充分融合，是涂料具有良好的触变性和涂挂性。
１．涂料制备设备
高速分散搅拌机、碾轮式混砂机。
2.制备方法
（1）湿粉涂料的配制将称量后的耐火骨料，倒入碾轮式混砂机中，混制5～10min后，再将粘结剂、悬浮剂和辅助添加剂顺次倒入混碾机中，混制30～40min后，出碾装袋待用。
（2）浆状涂料的配制称取定量的湿粉涂料，按照粉水比为1：0.6～0.7的比例，称取定量的水倒入涂料搅拌桶，将涂料桶放在高速分散搅拌机下，开启高速分散搅拌机，然后再加入称量好的湿粉涂料，先高速(～r/min)搅拌40min左右，再在低速条件下搅拌2h(＜r/min)，搅拌均匀后的涂料，放置24h，使其充分熟化，使用时可根据波美度要求再进行水分的调整。
五、浇注试验
根据表1的涂料配方，按照涂料制备工艺，将配制好的浆状涂料倒入自主研制的施涂装置中，对白模进行施涂、烘干、造型、浇注，试验情况见图3、图4、图5。
图３施涂装置
图４施涂烘干后的传动箱壳体模样
图５后传动箱壳体铸件
六、结语
（1）在耐火粉料中加入适量的云母粉，涂料的涂挂性、悬浮性得到改善，模样在施涂时，一次就可以获得较厚的涂层，减少了模样的涂挂次数，简化了生产工艺；加入适量云母粉，在得到同样涂层厚度的情况下，模样涂挂涂料后的整体重量减轻，可有效保证模样的刚度和强度；加入适量云母粉降低了铝矾土粉涂料的烧结温度，浇注后涂层易成片从铸件上剥落，铸件表面光洁。
（2）在涂料配方中，加入有润湿作用的粘结剂RSF粉，涂料对泡沫模样的附着力明显增强，涂层的强度得到提高，这对保证模样的刚度和强度非常重要。
（3）锂膨润土和凹凸棒土配合使用，按照针对消失模涂料制定的混制工艺，经验证，涂料的悬浮性、触变性以及涂挂性等工艺性能显著提高，对模样施涂时，涂层厚度均匀，避免了由白模暴露在外而引起粘砂缺陷。
来源：《金属加工（热加工）》
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