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提高石膏线模具强度的方法

添加时间:2013-1-16  录入:本站  来源:原创

    一、 注浆成型用模型的三要素

    注浆成型用模型的主要功能是从泥浆中吸取水份,使泥浆由流体状经触变状态为具有可塑性的固态泥坯。由开始的含水近30%的泥浆,变为含水17%的泥坯。尽管在吸收水分的同时,也有种种复杂的诸如离子交换的反应,但主要是吸收水分,使泥浆失水13%左右而形成泥坯。当然,形成的泥坯应当有一定的形状,这也是模型的功能之一。因此,不论是什么材质的模型具备三个要素就能用以注浆成型。这三个要素是:一能吸入并能容纳一定量的水。如不能吸水,并且不能容纳一定量的水,都不能使泥浆成为坯体。同时也就有将容纳的水释放出去的能力。二具有适当的吸水速度。这种吸水速度可用扩散系数Dg表示(Dg 在后面有详细说明),Dg太大或太小都不利于坯体的形成。三具有理想的强度。应当有适应不同要求的强度,能承受搬运、安装和使用中腐蚀、磨损和冲击。因此应当有抗折、抗压,表面硬度耐水性、耐碱性等要求。

    除三要素外,还应当考虑到模型的制造周期,制造工艺和制造成本应符合"短、简、低"的要求。如石膏模型就应当考虑到初凝和终凝的时间、石膏的价格等等。

    无论什么材质,只要具备三要素都可以制作模型,因此我们可以据此而调节石膏模型的性能,也可以利用石膏以外的材质来制作模型。

    二、 提高石膏模型强度的途径
    为适应新工艺的需要,必须将石膏模型的干后抗折强度由通常的2.6MPa左右提高到5MPa以上,许多新的材料和添加剂的出现,成型机械化的实现为高强度石膏模型的制作和应用奠定了基础。因此可以采取多种途径提高强度:1、使用高纯度石膏粉;2、使用高强度石膏粉;3、使用真空脱气搅拌;4、使用合适的添加剂;5、使用处理后的水搅拌成石膏浆;6、使用加强筋或加强纤维;7、使用若干种材质的复合层模型;8、降低石膏浆的加水量,使模型致密;9、对制作的模型进行合理的烘干;10、使用模型时的温度和湿度应适当;11、搅后的石膏浆注模前过筛;12、石膏粉的细度应当越细越好。

    三、 通过提高石膏模型致密度来提高模型强度是可行的

    通常认为注浆用模型的气孔率应45~55%之间,制模时的膏水比为1:0.8:0.9。但是随着人们认识的发展,实验和生产都证明膏水比1:< 0.8。气孔率<40%时,如果模型中加入适当的添加剂,模型的吸浆性能反而优于膏水比1:0.85的模型。同样的环境,同样的泥浆形成同样厚度的坯体,前者只需45分钟,后者则需60分钟模型抗折强度:干时前:后=2:1,湿时前:后=3:1。由此可见,选用合适的石膏粉加入适当的添加剂。致密的模型更有利于良好的坯体形成。由于模型致密,强度也随之提高。我们的实验证明:膏水比为1:0.6时制成模型也是适用的。

    四、 提高致密度有利于石膏模型使用后期吸浆速度的稳定

    实验和生产都证明这样一个事实:模型经几十次的使用后,由于受水、电解质、泥料的侵蚀和表面的磨损,变薄了,也变得疏松了。疏松容重变小意味着模型内的毛细客直径变大了。气孔率增加了,相当于膏水比变小了,与此同时强度下降,或坯速度变慢,同时这也是模型后期易损坏的原因之一。

    在一定范围内,成坯速度与膏水比呈如图(a)关系:如新模型开始膏水比为B,则后期移向C,成坯速度Wp呈下降趋势;如新模型开始膏水比为A,后期向B移动,Wp呈稳定趋势。
由上可以看出模型适当致密是有利的。

    五、 石膏模型的Dg与Wp的关系

    扩散系数表示在单位时间内液体在多孔材料中扩散的面积。石膏模型的扩散系数表示为:

    Dg=X2 / t。其中:t为时间(秒),X为水上升的高度(厘米)。WP为一定时间内形成坯体厚度(厘米)。
Dg和WP的关系如图(b)所示。

    在一定范围内Dg大,WP的反而小,在一定范围在Dg 变化,WP不变;在一定范围内Dg增大,WP也增大。
Dg大,则吸水能力大,Dg太大,泥浆在模型表面最初形成太密,从而影响进一步吸水,妨妨碍坯体继续形成;Dg太小,吸力小,也不利于坯体的形成;Dg适当,可使坯体初形成层保持多孔性,不影响内层水的通过,使坯体形成快而均匀,使坯体内外层密度相差不太大,也减少坯体收缩时的缺陷发生,那么如何使Dg适中呢?请看下文。

    六、 影响石膏模型Dg的因素及其调节

    影响石膏模型Dg因素的有:1、石膏粉的种类和纯度;2、膏水比;3、搅拌时间;4、是否真空脱气搅拌;6、添加剂的种类和数量;7、石膏粉的细度。

    如果采用θ石膏粉,纯度较高,膏水比、搅拌时间和速度适中,使用真空脱气均能使Dg提高,而采用合适的添加剂则可使Dg提高,也可以使Dg下降。据目前了解:有机的、水溶性较强的、粘度大的可使Dg下降;而粘度小的、无机的、水溶性差的可以使Dg不变或者使Dg提高。因为Dg太大太小均不好,而Dg又受诸因素共同影响,因而要依据不同的条件和需要进行调节,对Dg也难以规定确切的数值,比如泥浆组成不同则需要不同的Dg值。

    七、 真空搅拌和注模前过筛有利强度、光洁度和硬度的提高

    真空搅拌有利于提高模型的强度已成为共识。但是作用不仅如此,它还有利于光洁度和硬度的提高。由于真空搅拌,减少了许多气泡,使模更加致密,从而增加了模型表面的硬度和光洁度。由于大批量生产的石膏粉中难免有粗颗粒,大批量制作模型时难免搅不均匀,搅拌桶和管道中也许有残存的渣子,这些杂质进入模型中,必定影响强度、光洁度和表面硬度。如在石膏浆注入模型前经过一道30月左右筛网,就可以有效地挡住杂质,从而提高模型的强度,光洁度和表面硬度。过筛大兴安岭有一个作用:即由于过筛缓冲了石膏浆的入模速度,从而破坏了可能产生的冲击气泡,使模型更致密。

    八、 应当在提高强度的同时减薄石膏模型厚度

    普通石膏模型的厚度都相当厚:一般在65~90mm左右,究其原因,主要是由于石膏的强强度太差,薄了不行,易破损。结果有的达到100mm。既费了石膏,增加了成本,又搬运困难,加大了工人的劳动强度,并且也不容易干燥,同时也增大了所占有空间,不利于提高单位作业面积的生产率。也许有人认为薄了会影响模型容纳的水量,是否真的这样呢?减少到多少厚度才合格呢?本文暂不考虑强度,而只从最小的厚度为多少进行一下分析计算:

    通常注浆用泥浆比重为1.8,干重71.2%,可塑状态的湿坯比重为2.07,干重为83%;设形成面积为1cm2厚度为1.3cm的坯块,需要面积为1cm2气孔率36%的石膏模型厚度Xcm则有如下计算:
    湿坯体重:2.07×1.3×1×1=2.691g
    湿坯体含干物料2.691×0.83=2.2335g
    湿坯体的形成需泥浆2.2335÷ 0.712=3.317g
    泥浆形成湿坯体失水3.317-2.691=0.446g

    如认为所失水全为模型所吸收(实际并非如此)并且只占模型气孔率的1 /3,即12%(实际也高于此值)
则有:X×1×1×12%=0.446

    所以,单面吃浆的模型只需X=3.71cm厚即可,如果双面吃浆,每面为2cm足够了。可见,如用高强度,气孔率在36%左右的模型,单面吃浆可设计厚 40~50 mm,双面吃浆可设计成厚25~35mm ,按此数值计算可以比目前的模型少用1/3~1/2的石膏粉,可以大大降低成本和重量。

    九、 石膏模型的外型(非工作面)设计应当重视
    某厂的模型外型几乎全是凹凸不平的,有的类似暖气片状。经思考良久受到启示,认为设计相当科学:1、模型的上沿、边棱外较厚,其余处较薄,便于搬运;2、有薄有厚,厚处有加强筋的作用,有助于提高整体强度,符合材料力学的原理;3、薄厚不一,可节省石膏粉减轻重量,但强度不受影响;4、增大水分蒸发的面积,有利于模型的快速干燥。这种设计如能和减薄模型的可行性结合起来将更科学、更完善。

    十、 选用合适的添加剂,可以提高石膏模型的开口气孔率、耐水性能和韧性

    注成的石膏块脱模后立即称重为W1(此时水份蒸发不多),干燥至恒重后再以水充分浸泡至恒重为W2。普通膏粉制成256cm3的试块W1-W2= 25g,如用加入添加剂的石膏粉制成的同样的石膏块,则W1-W2=10g,甚至W1-W2=6g 。(这种实验是在相同的条件下进行的,石膏块的容重也相同)显然加入某种添加剂可以使开口气孔率提高5%以上,这无异有利于模型性能的改善和吸水能力的增加。
    注浆用石膏模型是在干湿交替的状态下工作的。石膏模型干时和湿时的抗折强度、抗压强度、表面硬度相差很大。通常的石膏模型抗折强度干:湿=3:1,硬度干:湿>5:1。干时相当硬的石膏块浸湿后和软木无异,模型在湿时也易断、易表面脱落。要提高石膏模型的寿命,增加湿太太下的强度和硬度是重点,应当设法以添加剂增加石膏模型的耐水性。据资料和实验,我们发现加入添加剂可使抗折强度干:?gt;3:2,硬度和耐磨度也有成倍提高。加入添加剂还可以增加模型的韧性,解决模型由于太脆而致使在使用中破损的难题。

 

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