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    提高石膏模型強度的方法

      發表時間:2016-06-14 09:37:57  點擊數:1307 次

      一、 注漿成型用模型的三要素

      注漿成型用模型的主要功能是從泥漿中吸取水份,使泥漿由流體狀經觸變狀態為具有可塑性的固態泥坯。由開始的含水近30%的泥漿,變為含水17%的泥坯。盡管在吸收水分的同時,也有種種復雜的諸如離子交換的反應,但主要是吸收水分,使泥漿失水13%左右而形成泥坯。當然,形成的泥坯應當有一定的形狀,這也是模型的功能之一。因此,不論是什么材質的模型具備三個要素就能用以注漿成型。這三個要素是:一能吸入并能容納一定量的水。如不能吸水,并且不能容納一定量的水,都不能使泥漿成為坯體。同時也就有將容納的水釋放出去的能力。二具有適當的吸水速度。這種吸水速度可用擴散系數Dg表示(Dg 在后面有詳細說明),Dg太大或太小都不利于坯體的形成。三具有理想的強度。應當有適應不同要求的強度,能承受搬運、安裝和使用中腐蝕、磨損和沖擊。因此應當有抗折、抗壓,表面硬度耐水性、耐堿性等要求。

      除三要素外,還應當考慮到模型的制造周期,制造工藝和制造成本應符合"短、簡、低"的要求。如石膏模型就應當考慮到初凝和終凝的時間、石膏的價格等等。

      無論什么材質,只要具備三要素都可以制作模型,因此我們可以據此而調節石膏模型的性能,也可以利用石膏以外的材質來制作模型。

      二、 提高石膏模型強度的途徑

      為適應新工藝的需要,必須將石膏模型的干后抗折強度由通常的2.6MPa左右提高到5MPa以上,許多新的材料和添加劑的出現,成型機械化的實現為高強度石膏模型的制作和應用奠定了基礎。因此可以采取多種途徑提高強度:1、使用高純度石膏粉;2、使用高強度石膏粉;3、使用真空脫氣攪拌;4、使用合適的添加劑;5、使用處理后的水攪拌成石膏漿;6、使用加強筋或加強纖維;7、使用若干種材質的復合層模型;8、降低石膏漿的加水量,使模型致密;9、對制作的模型進行合理的烘干;10、使用模型時的溫度和濕度應適當;11、攪后的石膏漿注模前過篩;12、石膏粉的細度應當越細越好。

      三、 通過提高石膏模型致密度來提高模型強度是可行的

      通常認為注漿用模型的氣孔率應45~55%之間,制模時的膏水比為1:0.8:0.9。但是隨著人們認識的發展,實驗和生產都證明膏水比1:< 0.8。氣孔率<40%時,如果模型中加入適當的添加劑,模型的吸漿性能反而優于膏水比1:0.85的模型。同樣的環境,同樣的泥漿形成同樣厚度的坯體,前者只需45分鐘,后者則需60分鐘模型抗折強度:干時前:后=2:1,濕時前:后=3:1。由此可見,選用合適的石膏粉加入適當的添加劑。致密的模型更有利于良好的坯體形成。由于模型致密,強度也隨之提高。我們的實驗證明:膏水比為1:0.6時制成模型也是適用的。

      四、 提高致密度有利于石膏模型使用后期吸漿速度的穩定

      實驗和生產都證明這樣一個事實:模型經幾十次的使用后,由于受水、電解質、泥料的侵蝕和表面的磨損,變薄了,也變得疏松了。疏松容重變小意味著模型內的毛細客直徑變大了。氣孔率增加了,相當于膏水比變小了,與此同時強度下降,或坯速度變慢,同時這也是模型后期易損壞的原因之一。

      在一定范圍內,成坯速度與膏水比呈如圖(a)關系:如新模型開始膏水比為B,則后期移向C,成坯速度Wp呈下降趨勢;如新模型開始膏水比為A,后期向B移動,Wp呈穩定趨勢。

      由上可以看出模型適當致密是有利的。

      五、 石膏模型的Dg與Wp的關系

      擴散系數表示在單位時間內液體在多孔材料中擴散的面積。石膏模型的擴散系數表示為:

      Dg=X2 / t。其中:t為時間(秒),X為水上升的高度(厘米)。WP為一定時間內形成坯體厚度(厘米)。

      Dg和WP的關系如圖(b)所示。

      在一定范圍內Dg大,WP的反而小,在一定范圍在Dg 變化,WP不變;在一定范圍內Dg增大,WP也增大。

      Dg大,則吸水能力大,Dg太大,泥漿在模型表面最初形成太密,從而影響進一步吸水,妨妨礙坯體繼續形成;Dg太小,吸力小,也不利于坯體的形成;Dg適當,可使坯體初形成層保持多孔性,不影響內層水的通過,使坯體形成快而均勻,使坯體內外層密度相差不太大,也減少坯體收縮時的缺陷發生,那么如何使Dg適中呢?請看下文。

      六、 影響石膏模型Dg的因素及其調節

      影響石膏模型Dg因素的有:1、石膏粉的種類和純度;2、膏水比;3、攪拌時間;4、是否真空脫氣攪拌;6、添加劑的種類和數量;7、石膏粉的細度。

      如果采用θ石膏粉,純度較高,膏水比、攪拌時間和速度適中,使用真空脫氣均能使Dg提高,而采用合適的添加劑則可使Dg提高,也可以使Dg下降。據目前了解:有機的、水溶性較強的、粘度大的可使Dg下降;而粘度小的、無機的、水溶性差的可以使Dg不變或者使Dg提高。因為Dg太大太小均不好,而Dg又受諸因素共同影響,因而要依據不同的條件和需要進行調節,對Dg也難以規定確切的數值,比如泥漿組成不同則需要不同的Dg值。

      七、 真空攪拌和注模前過篩有利強度、光潔度和硬度的提高

      真空攪拌有利于提高模型的強度已成為共識。但是作用不僅如此,它還有利于光潔度和硬度的提高。由于真空攪拌,減少了許多氣泡,使模更加致密,從而增加了模型表面的硬度和光潔度。由于大批量生產的石膏粉中難免有粗顆粒,大批量制作模型時難免攪不均勻,攪拌桶和管道中也許有殘存的渣子,這些雜質進入模型中,必定影響強度、光潔度和表面硬度。如在石膏漿注入模型前經過一道30月左右篩網,就可以有效地擋住雜質,從而提高模型的強度,光潔度和表面硬度。過篩大興安嶺有一個作用:即由于過篩緩沖了石膏漿的入模速度,從而破壞了可能產生的沖擊氣泡,使模型更致密。

      八、 應當在提高強度的同時減薄石膏模型厚度

      普通石膏模型的厚度都相當厚:一般在65~90mm左右,究其原因,主要是由于石膏的強強度太差,薄了不行,易破損。結果有的達到100mm。既費了石膏,增加了成本,又搬運困難,加大了工人的勞動強度,并且也不容易干燥,同時也增大了所占有空間,不利于提高單位作業面積的生產率。也許有人認為薄了會影響模型容納的水量,是否真的這樣呢?減少到多少厚度才合格呢?本文暫不考慮強度,而只從最小的厚度為多少進行一下分析計算:

      通常注漿用泥漿比重為1.8,干重71.2%,可塑狀態的濕坯比重為2.07,干重為83%;設形成面積為1cm2厚度為1.3cm的坯塊,需要面積為1cm2氣孔率36%的石膏模型厚度Xcm則有如下計算:

      濕坯體重:2.07×1.3×1×1=2.691g

      濕坯體含干物料2.691×0.83=2.2335g

      濕坯體的形成需泥漿2.2335÷ 0.712=3.317g

      泥漿形成濕坯體失水3.317-2.691=0.446g

      如認為所失水全為模型所吸收(實際并非如此)并且只占模型氣孔率的1 /3,即12%(實際也高于此值)

      則有:X×1×1×12%=0.446

      所以,單面吃漿的模型只需X=3.71cm厚即可,如果雙面吃漿,每面為2cm足夠了。可見,如用高強度,氣孔率在36%左右的模型,單面吃漿可設計厚 40~50 mm,雙面吃漿可設計成厚25~35mm ,按此數值計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)設計應當重視

      某廠的模型外型幾乎全是凹凸不平的,有的類似暖氣片狀。經思考良久受到啟示,認為設計相當科學:1、模型的上沿、邊棱外較厚,其余處較薄,便于搬運;2、有薄有厚,厚處有加強筋的作用,有助于提高整體強度,符合材料力學的原理;3、薄厚不一,可節省石膏粉減輕重量,但強度不受影響;4、增大水分蒸發的面積,有利于模型的快速干燥。這種設計如能和減薄模型的可行性結合起來將更科學、更完善。

      十、 選用合適的添加劑,可以提高石膏模型的開口氣孔率、耐水性能和韌性

      注成的石膏塊脫模后立即稱重為W1(此時水份蒸發不多),干燥至恒重后再以水充分浸泡至恒重為W2。普通膏粉制成256cm3的試塊W1-W2= 25g,如用加入添加劑的石膏粉制成的同樣的石膏塊,則W1-W2=10g,甚至W1-W2=6g 。(這種實驗是在相同的條件下進行的,石膏塊的容重也相同)顯然加入某種添加劑可以使開口氣孔率提高5%以上,這無異有利于模型性能的改善和吸水能力的增加。

      注漿用石膏模型是在干濕交替的狀態下工作的。石膏模型干時和濕時的抗折強度、抗壓強度、表面硬度相差很大。通常的石膏模型抗折強度干:濕=3:1,硬度干:濕>5:1。干時相當硬的石膏塊浸濕后和軟木無異,模型在濕時也易斷、易表面脫落。要提高石膏模型的壽命,增加濕太太下的強度和硬度是重點,應當設法以添加劑增加石膏模型的耐水性。據資料和實驗,我們發現加入添加劑可使抗折強度干:?gt;3:2,硬度和耐磨度也有成倍提高。加入添加劑還可以增加模型的韌性,解決模型由于太脆而致使在使用中破損的難題

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