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在線粘度計在精密鑄造漿料粘度控制中的實際應用
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，這樣對產品的zui終品質很難控制。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，以實測案例和數據說明實際應用的結果。
1、精密鑄造過程中的漿料調配：
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。精密鑄造的產品精密、復雜、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工藝。熔模技術發展使熔模鑄造不僅能生產小型鑄件，而且能生產較大的鑄件，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，可達到Ra0.4μm。陶瓷型鑄造是用陶瓷漿料制成鑄型生產鑄件的鑄造方法。zui早的陶瓷漿料由硅酸乙酯水解液和質地較純、熱穩定性較高的細耐火砂如電熔石英、鋯英石、剛玉等混合而成。為使陶瓷漿料在短時間內結膠，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上發展起來的一種新工藝。鑄造生產的鑄件精度、表面光潔度、材質的密度和金相組織、機械性能等方面性能要求更高時，經常使用熔模（失蠟）鑄造、壓鑄、低壓鑄造等等。隨著環保要求的提高，發展出水基的硅溶膠，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劑。采用該方法制備的粘結劑，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，以塑成復雜花紋和復雜幾何形狀的產品部件，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模或者消失模而形成的熔模鑄型，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過多重步驟處理而制成。*步就是涂覆呈一個光滑表面的細膩漿料底漆，以使復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的壁體厚度，然后待硬化后起模并去除蠟模/消失模，再經焙燒即可成為鑄型。一旦熔模從完工成品中剝離出來，這項技術就縮減了額外機械加工的必要。
漿料混合物應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特征。并通過溶液粘度的減少可提供具有高密度和優異干燥特性的生料數據，加強涂料性能及其膠體化學、流變學的基礎研究及控制對zui終產品的質量有直接關系。
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。對于小體積的應用，模型成本可能很高，并且由于強度低而容易損壞或者變形。為了確保產品品質始終一致，當做精密熔模的關鍵封裝時要求一致的漿料粘度和固體濃度。如果未施加預定配額的漿料，當燒制或者澆注熔融金屬時由于不恰當的粘度控制而產生廢料和低的產品產量，從而可能無法承受而導致失敗。也許直到熔融金屬澆注進熔模，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，直接關系到鑄型的質量好壞和一致性。而后續熔融金屬澆注進熔模成型成功與否的主要原因很大可能已經不是設備的問題，而是現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入到槽中的犁或固定葉片和被混合的產品一同轉動。機械手臂可以使得產品部件深入至涂層漿料的中心，隨著漿料的使用，粘度也會發生變化。
目前，行業內很少對漿料進行儀器測量和自動控制，有些使用不太準確的測量方法，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：
不少客戶現場使用流出杯進行配料測試，有些甚至全憑經驗，而不進行噴涂過程的在線實時監控和調整，因此隨著溶劑的不斷揮發，物料的粘度越來越高，涂層的厚度也會發生很大波動，他們可能會認為設備沒有調整到*狀態，從而不得*調試。
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行實時測量的結果，如果用粘度杯測試，結果也就相差1-2秒，人工誤差也會很大。
而SRV探頭式粘度傳感器已經被成功用來直接安裝在漿料槽內，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，以便確保適當的粘度控制。VM粘度顯示控制器也提供了粘度趨勢和高/低粘度報警。在線粘度計可內置的上下限報警設置在配合電磁閥就可以實現無人自動檢測和調整漿料的粘度了。
精密鍛造的應用類型：
- 航空配件
- 發電設備 – 渦輪機
- 自動化設備 – 搖桿臂、軸、閥類產品
- 制造廠家 – 設備、轉動槽廠家、陶瓷胚泥供應商
- 輕武器
- 醫療器械 – 重構產品（膝蓋、臀部以及牙移植物等）
*性：
- 通過限制廢料，使用自動化技術來開始/停止開關泵，或者開啟電磁閥定時定量給料控制粘度，從而提高了產品產量。
- 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。
- 通過自動調節粘度至設定點，zui大優化漿料對模型的附著力。
- 針對不合格漿料粘度的預警系統。
- 粘度和溫度的連續4-20mA信號、RS232或RS485輸出信號。
- 顯示控制器提供了粘度數據走勢及高\低報警。
- 如需進一步保存數據，無控制器時也可與客戶端DCS進行連接。
4、使用案例：
4.1、SRV在線粘度計和流出杯法數據比較
我們在客戶現場采用安裝SRV在線粘度計和人工采用流出杯法同時進行測量，得到數據的相關性非常好，在線粘度計數據可以用于實際測量。結果如下圖：
圖4 SRV在線粘度計和流出杯法的數據曲線圖
4.2、在線粘度計實際應用結果：
我們在槳桶上安裝SRV在線粘度計后進行了長時間的測量和記錄，安裝和測試結果見下圖
圖5 在線粘度計安裝圖
圖6 在線粘度計連續記錄曲線
5、結論：
從以上案例可以看出，SRV系統可以準確的對漿料的粘度進行測量，也可以對以下幾個方面進行測量：
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 漿料加水連續粘度變化曲線圖
如果配合相應的控制器以及相應的電磁閥等，就可以對槳桶內的漿料粘度實現自動控制和調整，對zui終產品的品質提供可靠的測量和控制保障，系統配置示意圖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（根據現場情況選配、選址、安裝，我方提供設計及安裝建議）。
參考文獻：
- GB/T 10247-2008 粘度測量方法
- GB/T 1723-93 涂料粘度測量法
