摘要：本文分析了目前硅溶膠工藝精密鑄造模殼層間干燥程度檢測的弊端和難度，提供了一種硅溶膠模殼干燥效果測定的新型方法。旨在為提高精密鑄造產(chǎn)品質(zhì)量，縮短產(chǎn)品生產(chǎn)周期，降低能耗提供參考方案。
關(guān)鍵詞：精密鑄造、型殼干燥、節(jié)能降耗、溫差測量法
一. 概述
1、采用硅溶膠型殼工藝生產(chǎn)精鑄件時(shí)，“制殼周期過長”是我們精密鑄造人的共識。通常干燥硬化一層需要12h以上，對于一些深孔等難以干燥的部位則需要更長的時(shí)間。同時(shí)，由于熔模鑄造型殼需要分層制造，每一層都需要干燥充分，以保證下層制殼浸涂料時(shí)不會造成回溶脫落的問題，而浸涂料本身，水分會浸入已干燥的型殼內(nèi)，從而造成整體干燥周期長。
制殼周期長不僅影響鑄件交貨期且使電能耗及工時(shí)成本增高，同時(shí)使干燥室面積大，造成建筑成本增加或生產(chǎn)規(guī)模受限制。
2、制殼的時(shí)間占整個(gè)鑄件生產(chǎn)周期的50%以上。要縮短產(chǎn)品的交貨時(shí)間，縮短制殼周期是問題的核心環(huán)節(jié)。而縮短制殼周期的關(guān)鍵因素可分為內(nèi)因和外因兩個(gè)方面，內(nèi)因主要為粘結(jié)劑特性，外因則為干燥條件。型殼干燥速度的影響因素主要是：室溫（t℃）、相對濕度（RH%）、風(fēng)速（m/s）、風(fēng)量及干燥室空氣的流動狀況。目前我國精鑄廠對以上各工藝參數(shù)多數(shù)能進(jìn)行控制及滿足工藝要求。如：采用空調(diào)機(jī)組，增濕或除濕機(jī)、風(fēng)機(jī)等達(dá)到恒溫，恒溫及風(fēng)速、風(fēng)量要求，唯有型殼層間干燥時(shí)間難以合理確定。由于鑄件結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度不同，同組型殼各部位如內(nèi)腔、外表等，在相同干燥條件下其干燥程度不同，最難干燥處（內(nèi)腔、深孔、管槽等）是否已干透，能否及時(shí)進(jìn)行下一層型殼的操作，缺乏定量測定方法，為了防止復(fù)雜型腔內(nèi)因涂層未干透，造成硅溶膠“回溶”，出現(xiàn)型殼局部開裂、漏鋼、穿鋼等缺陷。多數(shù)廠采用型殼干燥時(shí)間“寧長勿短”的措施。這是型殼（鑄件）質(zhì)量波動、生產(chǎn)周期長的主要原因之一。但過度干燥（尤其是表面層），型殼會由于硅溶膠失水收縮應(yīng)力大于冷膠或凍膠時(shí)的型殼強(qiáng)度而導(dǎo)致“型殼裂紋”產(chǎn)生，甚至面層會分層或脫落，造成常見的鑄件表面“落砂”、“飛翅”、“流紋”或“分層”“鼓脹”等缺陷。如何準(zhǔn)確判斷測定型殼的徹底干燥時(shí)間（指最難干透處）是制定各層型殼合理干燥工藝的關(guān)鍵措施。
二、現(xiàn)在使用的型殼干燥程度的檢測方法及存在缺點(diǎn)：
目前型殼層干燥程度的檢測常用方法有：
1）電阻法：使用“型殼干燥劑測定儀”利用型殼中水分含量（失水率）與其電阻值的關(guān)系，通過電阻值增大程度來判斷型殼是否已干透（HB5352-1986）。
缺點(diǎn)是：前三層較準(zhǔn)確，而背層型殼（或中間層）電阻值難以確定。
2）顯色法：在涂料中加入顯色劑，利用涂料中水分含量變化，型殼層顏色會相應(yīng)變化來定性判斷型殼是否干透。
缺點(diǎn)是：定性不定量，成本高。
上述兩種方法由于通用性不強(qiáng)（小孔、管槽等難以測量觀察準(zhǔn)確），在實(shí)際生產(chǎn)中并未廣泛應(yīng)用。
三、一種新型模殼干燥程度檢測方案
基本原理：
蒸發(fā)是吸熱過程——是指蒸發(fā)這個(gè)過程本身要吸收熱能，不然無法蒸發(fā)。在等質(zhì)量、等溫度和壓力條件下，氣態(tài)的水比液態(tài)的水所含能量大，所以液態(tài)水變成氣態(tài)水時(shí)要從外界吸收能量（既吸熱），不然無法做到能量守恒。
將這個(gè)原理應(yīng)用到我們精密鑄造型殼干燥中可以發(fā)現(xiàn)，型殼濕度高時(shí)其溫度低，反之隨著模殼的濕度降低時(shí)，隨之而來的是溫度升高。我們借鑒了國外檢測經(jīng)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)采用“溫差測量法”測定最難干燥處，與最易干燥處的溫差可以判斷型殼干燥程度。
測試設(shè)備：
1)紅外測溫儀
2)風(fēng)量測量儀
3)溫濕度記錄儀
4)工業(yè)溫濕度傳感器
5)雙通道無紙記錄儀
測試過程及結(jié)論：
1、用雙通道無紙記錄儀連接上工業(yè)水分（溫度）傳感器，測試記錄剛上漿撒砂模殼含自由水量在10-20%，干燥至含自由水<1%溫度的變化。由于受檢測設(shè)備精度的影響，這次測試的只能是相對數(shù)據(jù)。我們測試在相對同等環(huán)境參數(shù)下室溫25.2-25.5C°，濕度RH83-86%，通過下圖（圖2與圖3）測試對照及分析（如表一）可以得出結(jié)論：在同等環(huán)境狀態(tài)下，濕態(tài)的模殼含有自由水量減少既干燥過程中會伴隨著溫度上升。
2、在同等環(huán)境參數(shù)下，我們使用已經(jīng)徹底干燥的模殼作為測量干燥溫度的標(biāo)準(zhǔn)對比塊，利用紅外測溫儀測量模殼測試塊、濕態(tài)模殼、干態(tài)模殼的溫度區(qū)別。由測試結(jié)果（圖4）對比可以得出結(jié)論：利用紅外測溫儀可以測定出濕態(tài)模殼與干態(tài)模殼溫度的區(qū)別，由此可以判定型殼的干燥效果。
3、在同等溫濕度條件下，利用風(fēng)速測量儀+紅外測溫儀，測量風(fēng)速大小對模殼表面溫度及測量精度的影響。我們通過如下表二與圖5的數(shù)據(jù)分析驗(yàn)證，風(fēng)速的大小對模殼測量溫度的影響可以忽略不計(jì)；
4、在干燥一定時(shí)間后，測試同組模殼的外表（杯口或模頭部位）與深孔窄槽的溫度區(qū)別，以此判斷模殼的干燥效果。通過圖6數(shù)據(jù)對比可以得出結(jié)論：在未干透的模殼上，最容易干燥的模殼澆口杯位置與最難干燥的深孔、窄槽等位置在存在一定溫度誤差，完成干燥后溫度則趨于相同。
綜合上述試驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)我們得出以下信息：
每層型殼浸涂料、撒砂再經(jīng)過一定時(shí)間的干燥后可用紅外測溫儀測定各層表面溫度，利用已經(jīng)干燥完全的模殼作為標(biāo)準(zhǔn)對比塊以作參照，再測型殼澆口杯與最難干透的型殼內(nèi)腔、深孔、管槽等部位表面溫度。兩者在干燥前會有一定溫差（一般在1—3℃），外表面較高，內(nèi)腔溫度較低，但兩者均略低于室溫（一般低2—4℃），隨著型殼干燥時(shí)間增加，硅溶膠失水干燥蒸發(fā)水分，型殼內(nèi)外腔表面濕度會下降，溫度相應(yīng)升高，內(nèi)外表面溫差一般在（1.5—2.5℃），當(dāng)型殼外表面溫度達(dá)到室溫（±1℃），內(nèi)外溫差降至0.5℃以內(nèi)，說明此時(shí)型殼已干透。
四、結(jié)論及實(shí)際應(yīng)用：
1、采用“溫差測量法”利用溫度和濕度與型殼干燥時(shí)間均呈指數(shù)型關(guān)系［2］，使用溫度量程較小，分辨率較高，誤差較小的“紅外線測溫儀”可以快速、準(zhǔn)確地通過測定型殼外表面（最易干燥處）及內(nèi)表面（最難干燥處）和室溫的溫度（差）來判斷型殼層是否已完全干透，即硅溶膠失水干燥已完成了從溶膠到凝膠——不易溶的硬凝膠轉(zhuǎn)變過程，此時(shí)可以進(jìn)行下一層型殼浸涂操作。
2、通過生產(chǎn)實(shí)踐，準(zhǔn)確地判斷型殼各層的干燥程度，可以實(shí)現(xiàn)“快速制殼”，使型殼層間干燥時(shí)間大大縮短，典型的六層型殼總干燥時(shí)間可由≥63小時(shí)縮短為≈30小時(shí)（節(jié)時(shí)50%），使整個(gè)制殼生產(chǎn)周期從5—7天（10Kg以內(nèi)鑄件）縮短為2—4天（浸涂第一層至脫蠟前）。
3、制殼層間干燥時(shí)間平均為5小時(shí)，制殼生產(chǎn)周期平均2—3天比過去減少了1/2，制殼能耗降低了60%，生產(chǎn)面積也減少了50%（背層干燥室原2*130M2,現(xiàn)只用一間）制殼生產(chǎn)效率提高，能耗降低，成本下降，交貨期縮短。
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