在線粘度計在精密鑄造漿料粘度控制中的實際應(yīng)用

摘要：精密鑄造新工藝中漿料的粘度控制十分重要，不同的鑄造工藝和要求，需要采用不同的漿料配方，同時要求有不同的漿料粘度。目前漿料的粘度測量和控制方法十分簡單，很多只采用人工，這樣對產(chǎn)品的zui終品質(zhì)很難控制。本文介紹一種全新、全自動化的測量和控制儀器——在線粘度計，以實測案例和數(shù)據(jù)說明實際應(yīng)用的結(jié)果。

1、精密鑄造過程中的漿料調(diào)配：

精密鑄造包括：熔模鑄造、陶瓷型鑄造、金屬型鑄造、壓力鑄造、消失模鑄造等。精密鑄造的產(chǎn)品精密、復(fù)雜、接近于零件zui后形狀，可不加工或很少加工就直接使用，故熔模鑄造是一種接近成形的先進(jìn)工藝。熔模技術(shù)發(fā)展使熔模鑄造不僅能生產(chǎn)小型鑄件，而且能生產(chǎn)較大的鑄件，zui大的熔模鑄件的輪廓尺寸已近2m，而zui小壁厚卻不到2mm；同時熔模鑄件也更趨精密，除線形公差外，零件也能達(dá)到較高的幾何公差，熔模鑄件的表面粗糙度也越來越小，可達(dá)到Ra0.4μm。陶瓷型鑄造是用陶瓷漿料制成鑄型生產(chǎn)鑄件的鑄造方法。zui早的陶瓷漿料由硅酸乙酯水解液和質(zhì)地較純、熱穩(wěn)定性較高的細(xì)耐火砂如電熔石英、鋯英石、剛玉等混合而成。為使陶瓷漿料在短時間內(nèi)結(jié)膠，常加入氫氧化鈣或氧化鎂作為催化劑。由于使用的耐火材料成分及其外觀都與陶瓷相似，故稱為陶瓷型。陶瓷型鑄造是在普通砂型鑄造基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一種新工藝。鑄造生產(chǎn)的鑄件精度、表面光潔度、材質(zhì)的密度和金相組織、機(jī)械性能等方面性能要求更高時，經(jīng)常使用熔模（失蠟）鑄造、壓鑄、低壓鑄造等等。隨著環(huán)保要求的提高，發(fā)展出水基的硅溶膠，將一定重量配比的水玻璃、硅溶膠溶液、耐火粉和滲透劑放在一起，攪拌均勻，然后再加入消泡劑消泡，zui后放置幾小時以上，即可得到水玻璃和硅溶膠混合粘結(jié)劑。采用該方法制備的粘結(jié)劑，面層涂料粉液比高，型殼后表面較為光滑，使得鑄件表面光潔度提高，且型殼強(qiáng)度均勻。

將熔融的金屬澆注到一次性的陶瓷鑄型或殼模中，以塑成復(fù)雜花紋和復(fù)雜幾何形狀的產(chǎn)品部件，如渦輪葉片、武器配件、管道配件、鎖具部件、手動工具以及珠寶飾品等。典型的鑄造流程如下圖顯示：                             圖1  典型的鑄造流程

此流程一般使用涂覆了漿料的蠟?zāi)；蛘呦６纬傻娜勰ｈT型，或者就是如上所提的陶瓷殼模。該鑄型由噴涂、浸漬或者澆注漿料至模型上并經(jīng)過多重步驟處理而制成。*步就是涂覆呈一個光滑表面的細(xì)膩漿料底漆，以使復(fù)雜花紋印到完工成品件上。緊接著逐步增加粗糙灰泥形成適當(dāng)?shù)谋隗w厚度，然后待硬化后起模并去除蠟?zāi)?/span>/消失模，再經(jīng)焙燒即可成為鑄型。一旦熔模從完工成品中剝離出來，這項技術(shù)就縮減了額外機(jī)械加工的必要。

漿料混合物應(yīng)具有低粘性和原料粉末的良好分散性、良好的流動性和良好的個性態(tài)特征。并通過溶液粘度的減少可提供具有高密度和優(yōu)異干燥特性的生料數(shù)據(jù)，加強(qiáng)涂料性能及其膠體化學(xué)、流變學(xué)的基礎(chǔ)研究及控制對zui終產(chǎn)品的質(zhì)量有直接關(guān)系。

2 、漿料粘度測量和控制問題描述：

此漿料的配置和使用流程非常耗費時間和人力。對于小體積的應(yīng)用，模型成本可能很高，并且由于強(qiáng)度低而容易損壞或者變形。為了確保產(chǎn)品品質(zhì)始終一致，當(dāng)做精密熔模的關(guān)鍵封裝時要求一致的漿料粘度和固體濃度。如果未施加預(yù)定配額的漿料，當(dāng)燒制或者澆注熔融金屬時由于不恰當(dāng)?shù)恼扯瓤刂贫a(chǎn)生廢料和低的產(chǎn)品產(chǎn)量，從而可能無法承受而導(dǎo)致失敗。也許直到熔融金屬澆注進(jìn)熔模，或者該流程完成了大約85%以后，才可能讓人意識到漿料涂層的薄弱。同時漿料的粘度是隨著使用時間的變化而變化的，一般都是會逐漸增大，漿料粘度控制的理想性，直接關(guān)系到鑄型的質(zhì)量好壞和一致性。而后續(xù)熔融金屬澆注進(jìn)熔模成型成功與否的主要原因很大可能已經(jīng)不是設(shè)備的問題，而是現(xiàn)場涂料的粘度變化造成的，如附件中的粘度-時間變化圖。圖2是其中一種漿料粘度隨時間變化的曲線。

                                                             圖2 漿料粘度時間變化曲線

 另外對于浸漬過程，漿料槽通過上方槽壁進(jìn)入到槽中的犁或固定葉片和被混合的產(chǎn)品一同轉(zhuǎn)動。機(jī)械手臂可以使得產(chǎn)品部件深入至涂層漿料的中心，隨著漿料的使用，粘度也會發(fā)生變化。

目前，行業(yè)內(nèi)很少對漿料進(jìn)行儀器測量和自動控制，有些使用不太準(zhǔn)確的測量方法，常見的是使用流出杯，見下圖3。

              圖3  流出杯法測量漿料粘度

3、 SRV 漿料在線粘度測量和控制解決方案：

不少客戶現(xiàn)場使用流出杯進(jìn)行配料測試，有些甚至全憑經(jīng)驗，而不進(jìn)行噴涂過程的在線實時監(jiān)控和調(diào)整，因此隨著溶劑的不斷揮發(fā)，物料的粘度越來越高，涂層的厚度也會發(fā)生很大波動，他們可能會認(rèn)為設(shè)備沒有調(diào)整到*狀態(tài)，從而不得*調(diào)試。

  利用在線粘度計就可以解決以上問題，附圖中的曲線就是客戶在使用在線粘度計進(jìn)行實時測量的結(jié)果，如果用粘度杯測試，結(jié)果也就相差1-2秒，人工誤差也會很大。

  而SRV探頭式粘度傳感器已經(jīng)被成功用來直接安裝在漿料槽內(nèi)，測量漿料的粘度。與此同時，VM粘度顯示控制器提供了輸出信號，以便開始泵送。或者用一個可編程的而且可定時定量給料的控制器去激活電磁閥，以便確保適當(dāng)?shù)恼扯瓤刂啤?/span>VM粘度顯示控制器也提供了粘度趨勢和高/低粘度報警。在線粘度計可內(nèi)置的上下限報警設(shè)置在配合電磁閥就可以實現(xiàn)無人自動檢測和調(diào)整漿料的粘度了。

精密鍛造的應(yīng)用類型：

• 航空配件
• 發(fā)電設(shè)備 – 渦輪機(jī)
• 自動化設(shè)備 – 搖桿臂、軸、閥類產(chǎn)品
• 制造廠家 – 設(shè)備、轉(zhuǎn)動槽廠家、陶瓷胚泥供應(yīng)商
• 輕武器
• 醫(yī)療器械 – 重構(gòu)產(chǎn)品（膝蓋、臀部以及牙移植物等）

*性：

• 通過限制廢料，使用自動化技術(shù)來開始/停止開關(guān)泵，或者開啟電磁閥定時定量給料控制粘度，從而提高了產(chǎn)品產(chǎn)量。
• 排除了使用流出杯測量時物料從料槽到杯子的時間變化，消除測試中粘度的變化。
• 通過自動調(diào)節(jié)粘度至設(shè)定點，zui大優(yōu)化漿料對模型的附著力。
• 針對不合格漿料粘度的預(yù)警系統(tǒng)。
• 粘度和溫度的連續(xù)4-20mA信號、RS232或RS485輸出信號。
• 顯示控制器提供了粘度數(shù)據(jù)走勢及高\低報警。
• 如需進(jìn)一步保存數(shù)據(jù)，無控制器時也可與客戶端DCS進(jìn)行連接。

4、使用案例：

4.1、SRV在線粘度計和流出杯法數(shù)據(jù)比較

         我們在客戶現(xiàn)場采用安裝SRV在線粘度計和人工采用流出杯法同時進(jìn)行測量，得到數(shù)據(jù)的相關(guān)性非常好，在線粘度計數(shù)據(jù)可以用于實際測量。結(jié)果如下圖：

              圖4  SRV在線粘度計和流出杯法的數(shù)據(jù)曲線圖

  4.2、在線粘度計實際應(yīng)用結(jié)果：

我們在槳桶上安裝SRV在線粘度計后進(jìn)行了長時間的測量和記錄，安裝和測試結(jié)果見下圖

                     圖5  在線粘度計安裝圖                                            

                        圖6  在線粘度計連續(xù)記錄曲線

 5、結(jié)論：

       從以上案例可以看出，SRV系統(tǒng)可以準(zhǔn)確的對漿料的粘度進(jìn)行測量，也可以對以下幾個方面進(jìn)行測量：

5.1、漿料粘度隨時間的變化

5.2、漿料加水后粘度的變化

5.3、鑄件侵入后漿料的粘度變化

                  圖7  漿料加水連續(xù)粘度變化曲線圖

 如果配合相應(yīng)的控制器以及相應(yīng)的電磁閥等，就可以對槳桶內(nèi)的漿料粘度實現(xiàn)自動控制和調(diào)整，對zui終產(chǎn)品的品質(zhì)提供可靠的測量和控制保障，系統(tǒng)配置示意圖8由粘度計、顯示控制器、延時繼電器、電磁閥組成，再加上線路管件、儀表電氣防爆箱等輔助備件（根據(jù)現(xiàn)場情況選配、選址、安裝，我方提供設(shè)計及安裝建議）。

 參考文獻(xiàn)：

1. GB/T 10247-2008 粘度測量方法
2. GB/T 1723-93 涂料粘度測量法