熱壓鑄成型工藝常見缺陷及解決辦法

唐志陽

（無錫工藝職業(yè)技術(shù)學(xué)院，宜興 214206）

0 引言

熱壓鑄成型現(xiàn)已在工業(yè)陶瓷生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用，是一種常用的成型方法。熱壓鑄成型工藝常常會因各種原因出現(xiàn)多種缺陷，如欠注、氣泡、皺紋、變形、凹坑、開裂等，這些缺陷不僅會給后續(xù)的排蠟工藝帶來難度，還會影響到產(chǎn)品的體積密度、氣密性、抗折強度等性能，因此必須采取措施加以控制?，F(xiàn)對熱壓鑄成型工藝中常見缺陷產(chǎn)生的原因作了分析，同時提出了相應(yīng)的解決辦法。

1 熱壓鑄成型工藝特點

熱壓鑄成型是在熱壓鑄機上進行的，它的基本原理是利用石蠟受熱熔化后具有塑性和流動性、冷卻后能凝固的特點，將瘠性陶瓷原料與熱石蠟熔液混合均勻，形成流動性良好的可塑漿料，使用金屬模具，在一定的壓力下將漿料壓入模具內(nèi)，并在持續(xù)壓力下充滿整個模具且凝固，除去壓力拆除模具后，即得到所需形狀的蠟坯，蠟坯在冷凝狀態(tài)時能保持其形狀不變。

熱壓鑄成型設(shè)備投資小，生產(chǎn)規(guī)?？纱罂尚?，比較靈活，在成型形狀復(fù)雜的小件產(chǎn)品時具有明顯的優(yōu)勢，是生產(chǎn)小件復(fù)雜、異形陶瓷制品的主要成型方法之一。熱壓鑄成型操作簡單，成型時間短、效率高；其成型的產(chǎn)品尺寸較準確，光潔度好，結(jié)構(gòu)緊密，基本不需要后續(xù)加工；對生產(chǎn)設(shè)備要求不高，可用原料比較多，如一般氧化物原料、非氧化物原料、各種礦物原料及復(fù)合原料均可用。該成型方法現(xiàn)已廣泛用于制造中小尺寸、形狀復(fù)雜、精度要求較高的工業(yè)陶瓷產(chǎn)品，如結(jié)構(gòu)陶瓷、紡織陶瓷、電子陶瓷、密封陶瓷、絕緣陶瓷、化工陶瓷零部件以及抗熱震陶瓷制品等，其應(yīng)用廣泛，單位生產(chǎn)成本相對較低。熱壓鑄成型的缺點是產(chǎn)品密度和質(zhì)量穩(wěn)定性偏低，后續(xù)的排蠟工序周期長、能源消耗大，甚至對環(huán)保能帶來一定的影響，是不宜成型壁薄的、大而長的產(chǎn)品。

2 熱壓鑄成型常見缺陷產(chǎn)生原因及解決辦法

2.1 氣泡

熱壓鑄成型產(chǎn)生的氣泡一般包裹在坯體里面，一些尺寸較小的氣泡也會出現(xiàn)在坯體外表面。氣泡形狀一般是長圓形、口小內(nèi)大，是進漿時氣泡被模具內(nèi)壁摩擦所至。蠟坯中的氣泡對產(chǎn)品質(zhì)量影響很大，因為大部分氣泡在坯體里面，中間過程不能發(fā)現(xiàn)，要到最后一道研磨工序完成后才能被發(fā)現(xiàn)。由于陶瓷封接件、密封件等產(chǎn)品對力學(xué)性能要求較高，因此氣泡是它們的致命缺陷，有氣泡的制品就是廢品，因此造成了原料和能源的浪費，也影響了生產(chǎn)效率，所以必須采取措施減少氣泡的出現(xiàn)。熱壓鑄坯體產(chǎn)生氣泡的原因主要有:

2.1.1 坯料中混有有機物

坯料中如混有有機物，高溫?zé)蓵r隨著有機物的燃燒揮發(fā)，產(chǎn)品內(nèi)部就會留下氣孔。解決辦法:在熱壓鑄漿料的制備階段要嚴格控制工藝衛(wèi)生，防止原料混磨時混入有機物，按工藝要求進出配料工作間。

2.1.2 漿料中的空氣沒有充分排除

在進入真空除氣機前漿料溫度沒有控制好，導(dǎo)致真空除氣時漿料中的空氣不能充分排除；或者真空除氣后的漿料倒入熱壓鑄機時，又將空氣帶入熱壓鑄機內(nèi)。解決辦法:在進入真空除氣機前要把漿料溫度升高到90～110℃，同時不斷地進行手工攪拌，防止?jié){筒底部的石蠟揮發(fā)，在此溫度范圍內(nèi)能達到較好的除氣效果。真空除氣后的漿料倒入熱壓鑄機時速度不能太快，漿料加到熱壓鑄機后再采用手工除氣，將空氣排除干凈。由于陶瓷密封件對力學(xué)性能要求較高，可用真空攪拌熱壓鑄機的方法排出機內(nèi)的空氣。

2.1.3 成型時漿料流動性過好或壓力過大

這兩種情況會導(dǎo)致成型時漿料填充速度過快產(chǎn)生渦流而把空氣帶進漿料中，使成型后的坯體中產(chǎn)生氣泡。解決辦法:拌蠟時掌握好石蠟和表面活性物質(zhì)的加入量，不能過多加入；成型時控制好漿料溫度，這樣可防止成型時漿料流動性過好。成型過程中要根據(jù)產(chǎn)品形狀和尺寸、漿料的粘度、漿料和模具的溫度隨時調(diào)整成型壓力，調(diào)整壓力的宗旨是在能注滿整個模具的情況下盡量用較小壓力，防止壓力過大；還要針對不同的熱壓鑄機型號和漿料密度采用不同的壓力。當壓力超過某一極限值時，漿料開始由出漿管注入模具，其最小壓力為:P＝（H－h(huán)）b其中P為最小壓力，H為漿桶的高度，h為料漿的高度，b為料漿的密度。由上式可知，如果漿桶的高度（H）很大，則P就要求大些。成型一段時間后，漿料逐漸減少，h減小，這時也要提高P，也就是要提高壓縮空氣的壓力。

2.1.4 模具不合適

模具排氣槽如過大會產(chǎn)生渦流，過小則空氣排不出，會導(dǎo)致空氣包裹在坯體中而產(chǎn)生氣泡；模具進漿氣包裹在坯體中而產(chǎn)生氣泡；模具進漿口位置不合理導(dǎo)致渦流而出現(xiàn)氣泡；模具粗糙或損傷時，進漿受到阻礙而帶進空氣產(chǎn)生氣泡。解決辦法:采用模具型腔的最高處是滑配合，或者根據(jù)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)設(shè)計排氣槽，排氣槽的深度一般為0.2～0.25mm，寬度要根據(jù)產(chǎn)品具體規(guī)格而定，其布置要合理，否則容易產(chǎn)生渦流。另外，模具要定時維護保養(yǎng)，出現(xiàn)問題要及時修理，防止帶傷使用，以保證進漿順暢。

2.2 皺紋

皺紋分冷紋、熱紋和水紋。冷紋線條比較粗糙，熱紋線條比較光潔，水紋帶有水珠痕跡。

冷紋產(chǎn)生的原因有:漿料粘度大或者成型時漿料溫度和模具溫度偏低，使?jié){料的流動性差，導(dǎo)致進漿不順暢而產(chǎn)生冷紋；模具內(nèi)壁光潔度不夠，導(dǎo)致漿料在其中不能順暢流動而產(chǎn)生冷紋和微氣泡等缺陷；成型壓力偏小，導(dǎo)致漿料流速慢，受模具內(nèi)壁冷卻帶來的阻力，坯體表面常常會出現(xiàn)冷紋，特別是成型高度較高的產(chǎn)品時更容易造成冷紋；成型時模具內(nèi)空氣未完全排除。解決辦法:制備漿料時加入足夠的石蠟和表面活性物質(zhì)；選擇合適的攪拌方式并充分攪拌；拌蠟前控制好原料的顆粒度和含水率，使含水率小于0.5%，萬孔篩余小于0.5%；成型時調(diào)整好漿料溫度和模具溫度，防止溫度偏低，這樣就能保證漿料的粘度小、流動性好，從而避免冷紋的產(chǎn)生。加工方便排氣的模具，并保證其內(nèi)壁光潔度達到要求。成型時根據(jù)具體情況隨時調(diào)整壓力，避免壓力偏小。

熱紋產(chǎn)生的原因有:成型時漿料溫度或者模具溫度偏高，導(dǎo)致漿料進入模具后不能及時凝固，漿料反流而產(chǎn)生熱紋；成型壓力過大，導(dǎo)致進漿速度太快，在保壓時間不足時就容易產(chǎn)生熱紋。解決辦法:成型時調(diào)整好漿料溫度和模具溫度，防止溫度偏高；控制好成型壓力，避免壓力過大，保證足夠的保壓時間。

水紋是由于采用水或冰塊冷卻的模具，成型前沒有將水擦干凈，導(dǎo)致坯體表面出現(xiàn)水珠或水波一樣的皺紋。解決辦法:模具從水或冰塊中取出后，要將模具上的水擦干后再成型，擦模具的毛巾也要及時擰干，臟了要及時更換。

2.3 開裂

蠟坯開裂的類型有:內(nèi)直角開裂、合縫線開裂、壓注口開裂、不規(guī)則開裂等。產(chǎn)生原因如下:

（1）模具溫度偏低，使蠟坯冷卻速度過快，注模型芯阻止蠟坯收縮造成開裂；模具冷卻后沒有及時脫模導(dǎo)致開裂；脫模時震動過大產(chǎn)生開裂。解決辦法:成型時控制好模具溫度和脫模時間，脫模時防止震動過大。

（2）成型內(nèi)孔為方形的產(chǎn)品時脫模過快，使方角收縮時產(chǎn)生應(yīng)力而導(dǎo)致開裂。解決辦法:內(nèi)孔為方形的蠟坯避免脫模過快。

（3）模具注漿口無斜度或斜度不足，使注漿口邊緣產(chǎn)生開裂；自動削坯的模具，削坯口太大或削坯口不鋒利導(dǎo)致開裂。解決辦法:設(shè)計加工模具時控制好注漿口斜度，對自動削坯的模具要控制好削坯口尺寸，模具使用過程中要及時檢修。

（4）成型一端是密封的筒體產(chǎn)品時，由于模具設(shè)計不合理，脫模時筒體內(nèi)的壓力改變造成密封端開裂或變形；成型有臺階的產(chǎn)品時操作不當而造成開裂。解決辦法:對一端是密封的筒體產(chǎn)品，設(shè)計模具時要在模芯中間留通氣孔，這樣可以減少脫模時產(chǎn)生的沖擊。有臺階的產(chǎn)品要與脫模墊腳相通，這樣可避免應(yīng)力造成開裂。

2.4 欠注

欠注就是成型時模具內(nèi)未注滿漿料，脫模后的蠟坯不完整，成型形狀復(fù)雜的產(chǎn)品時容易出現(xiàn)這種缺陷。欠注產(chǎn)生的原因較多，如下:

2.4.1 漿料的粘度大、流動性差

漿料的粘度大，其流動性就差，成型時漿料不能注滿整個模具會造成欠注，其產(chǎn)生原因有以下幾方面:

（1）拌蠟前原料沒有充分干燥。拌蠟時一般加入油酸和蜂蠟作為表面活性物質(zhì)，經(jīng)過攪拌混合均勻后，油酸和蜂蠟就附著在原料顆粒表面，可以減少原料顆粒間的摩擦，因而能提高原料的流動性。如果原料干燥不充分，由于油酸、蜂蠟與水互不潤濕，這樣它們就不能附著在原料顆粒表面，也就起不到原料之間的潤滑作用，從而導(dǎo)致漿料的流動性差，甚至難以熱壓鑄成型。解決辦法:拌蠟前將原料充分烘干，使其含水率小于0.5%；拌蠟和成型過程中要防止混入水分。

（2）原料顆粒度太小。原料的顆粒度對漿料的流動性有較大的影響，顆粒越小，則其比表面積就越大，要配制一定粘度的漿料需加入的石蠟量就越大；在石蠟加入量一定的情況下，原料的顆粒越小，制得的漿料的粘度就越大，其流動性就越差。原料顆粒太小，不僅影響漿料的流動性，而且會增加排蠟的難度。但原料的顆粒也不能過大，否則會導(dǎo)致產(chǎn)品相對燒成溫度高、密度低。解決辦法:選料和球磨時要注意原料的粒度，拌蠟前原料要達到萬孔篩余小于0.5%的要求。

（3）石蠟及表面活性物質(zhì)加入量不足。相同溫度下，漿料中的石蠟含量越大，其粘度就越小，流動性越好，越利于成型。加入表面活性物質(zhì)（蜂蠟和油酸）能提高漿料的流動性，石蠟和活性物質(zhì)的加入量不足時，會造成漿料的粘度大，流動性差。但它們的加入量也不能過多，否則會增加坯體排蠟的難度，還會使產(chǎn)品的氣孔率和收縮率增加。解決辦法:拌蠟時石蠟和活性物質(zhì)的加入量要控制好，石蠟加入量一般為12～16%，活性物質(zhì)一般為0.4～1%，顆粒密度較大的原料可以少加點，相反，則可以適當多加一點。拌蠟時要先快速攪拌，然后再慢速攪拌，這樣能使石蠟和原料混合均勻，且能將漿料中的空氣充分排除。

（4）成型時漿料溫度不合適。成型時漿料溫度對其流動性影響較大，溫度偏低，則漿料粘度大、流動性差，不能注滿模具而造成欠注；反之，則漿料粘度小、流動性好。但漿料溫度也不能過高，否則會使石蠟揮發(fā)，還會導(dǎo)致坯體冷凝后收縮增大而出現(xiàn)欠注；或因溫度高使?jié){料在模具中不能及時凝固，導(dǎo)致漿料反流而產(chǎn)生欠注，壁厚以及內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜的產(chǎn)品更容易出現(xiàn)這一現(xiàn)象。另外，模具溫度和注漿口溫度太高或太低也會導(dǎo)致欠注。解決辦法:成型時根據(jù)漿料粘度調(diào)整漿料溫度，一般為65～90℃，成型壁厚的產(chǎn)品可以適當降低溫度，對壁薄的或尺寸大且形狀復(fù)雜的產(chǎn)品，要適當提高漿料溫度，這樣可以減小漿料粘度，增加其流動性，有利于成型，避免出現(xiàn)欠注現(xiàn)象。

除上述各種原因外，空氣濕度和氣候等因素對漿料的熱流動性也有很大的影響。天氣潮濕會妨礙原料和石蠟的均勻分布，從而降低漿料的熱流動性。因此天氣潮濕時拌蠟要適量多加一點表面活性物質(zhì)，以提高漿料的熱流動性。另外，成型前真空除氣時，一定要注意把漿料溫度升高到90～110℃，在此溫度范圍內(nèi)真空除氣，既能保證漿料的熱流動性，又能防止石蠟揮發(fā)影響漿料的熱流動性。

2.4.2 壓力太小，保壓時間不足

成型壓力的大小決定著模具中漿料的填充速度，以及漿料冷卻收縮時的補償能力。壓力太小且保壓時間又不足時，則由于漿料的填充速度慢，會導(dǎo)致料漿不能注滿模具而產(chǎn)生欠注。適當提高成型壓力，不僅能減少欠注缺陷的產(chǎn)生，還能降低坯體冷卻時的收縮率，提高坯體密度，減少空洞和縮孔的出現(xiàn)。但壓力也不能太大，否則會使?jié){料填充過快產(chǎn)生渦流而帶入空氣，使坯體產(chǎn)生氣孔。保壓時間不足，會導(dǎo)致漿料不能注滿模具，或坯體冷卻時的體積收縮不能得到完全補償，從而產(chǎn)生欠注。解決辦法:根據(jù)漿料的流動性和溫度及產(chǎn)品尺寸形狀，選擇合適的成型壓力和保壓時間，使模具中的漿料冷卻收縮時能完全得到漿料補償。

2.4.3 模具中氣體未充分排除

模具排氣不暢，成型時模具中氣體不能充分排除，會導(dǎo)致漿料不能注滿模具而產(chǎn)生欠注。解決辦法:設(shè)計模具時要設(shè)計深度合適的排氣槽，排氣槽的深度一般為0.2～0.25mm，太淺起不到排氣作用，太深會影響產(chǎn)品形狀。

2.5 凹坑

凹坑產(chǎn)生的原因有:成型時模具和漿料溫度太高，導(dǎo)致坯體冷卻收縮增大；坯體還未完全凝固時就脫模；模具進漿口尺寸太小或位置不合理而影響漿料的注入；成型壓力太小，使坯體冷卻時的體積收縮不能得到充分補償，以上幾種情況都會使坯體表面產(chǎn)生凹坑。解決辦法:成型時根據(jù)產(chǎn)品形狀和壁厚等選擇合適的模具和漿料溫度，模具溫度一般為10～25℃；控制好成型壓力和脫模時間；設(shè)計合理的模具進漿口尺寸和位置。

2.6 變形

變形產(chǎn)生原因是模具溫度和漿料溫度偏高，坯體未完全凝固時就脫模，或脫模后操作不當。解決辦法:根據(jù)產(chǎn)品尺寸形狀等選擇合適的模具溫度和漿料溫度，掌握好脫模時間，脫模后的坯體要輕拿輕放。

3 結(jié)語

熱壓鑄成型工藝容易產(chǎn)生的缺陷有以上幾種，每種缺陷產(chǎn)生的原因是多方面的，實際生產(chǎn)中要嚴格按照工藝要求操作，加強坯體檢驗，及時發(fā)現(xiàn)質(zhì)量問題。操作工人要有耐心和責(zé)任心，操作時要細心，這樣才能及時發(fā)現(xiàn)不合適的工藝參數(shù)并進行調(diào)整，避免出現(xiàn)大批量的廢品。生產(chǎn)中具體的工藝參數(shù)是隨實際情況不斷變化的，合適的工藝參數(shù)要在實踐中不斷摸索和總結(jié)才能得到，因此，成型時操作工人的經(jīng)驗也很重要，有經(jīng)驗的工人能根據(jù)出現(xiàn)的問題及時找到產(chǎn)生的原因?？傊?，熱壓鑄成型工藝每個環(huán)節(jié)都有可能產(chǎn)生缺陷，生產(chǎn)過程中必須層層把好關(guān)，這樣才能減少缺陷的產(chǎn)生，提高坯體合格率。

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