CN107052243A - 一种铸铁消失模铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种铸铁消失模铸造工艺，包括以下步骤：1)选用可发性聚苯乙烯树脂珠粒作为泡塑珠粒；2)泡塑珠粒经预发泡‑熟化‑发泡成型步骤制得模型；3)将加工好的模型组合粘结在一起，形成模型簇；4)制备涂料；5)将模型簇浸涂涂料，并干燥处理；6)将步骤5)中得到的模型簇放入砂箱中进行振动造型；7)将熔化的金属浇铸到模型区域；其中：所述涂料由以下组分组成：300‑320目高铝粉；180‑200目海泡石、羧甲基纤维素钠、苯丙乳液、珍珠岩、磷酸二氢铝、润湿剂、水；所述各组分的配比如下：高铝粉80‑100重量份、海泡石8‑12重量份、羧甲基纤维素钠0.02‑0.05重量份、苯丙乳液6‑10重量份、珍珠岩10‑15重量份、磷酸二氢铝2‑5重量份、润湿剂0.2‑0.5重量份，水100‑120重量份。

Description

一种铸铁消失模铸造工艺

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，尤其涉及一种铸铁消失模铸造工艺。

背景技术

消失模铸造是将与铸件尺寸形状完全相同的塑料泡沫模型与相同材质制成的浇冒口系统粘结组合成模型簇，刷涂消失模涂料并干燥后，埋在专用砂箱的干砂中振动紧实造型，用真空设备接上专用砂箱抽真空，在铸型内保持一定负压的条件下浇注高温金属液，使模型熔融和气化，分解产物通过涂料/铸型界面逸出，液态金属占据模型位置，凝固冷却后形成铸件的一种铸造方法。消失模铸造具有铸件尺寸精度高、污染少、成本低等突出优点，被誉为“21世纪的铸造技术”和“铸造工业的绿色革命”。

与一般砂型铸造涂料不同，消失模铸造用涂料不是涂覆在铸型型腔上，而是涂覆在泡沫塑料模型上。当泡沫塑料模型被液态金属置换时，涂层实际上起到的是铸型作用，因而有“涂料即是铸型”之说。浇注时，泡沫塑料热分解产生的大量气体要通过耐火涂料和干砂间空隙方能排出铸型外。耐火涂料对消失模模样的气化、金属液充填和铸件的形成等起着十分重要的作用。

涂料是消失模铸造能否成功地用于生产的三大关键工艺因素之一，它是保证铸件表面质量和防止出现各种缺陷的关键措施。涂料的性质不仅影响模样的气化和气体的迁移，而且与铸件表面质量、表面缺陷、铸件精度乃至铸件内在质量等都密切相关。虽然消失模铸造工艺自问世以来得到较快发展，但涂料技术一直困扰着铸件成品率难以较大的提高，其主要原因是由于涂料的质量不能满足消失模铸造工艺的要求。一是常温强度达不到要求，造型时致使模样变形和涂料破损使铸件报废；二是高温强度较低，浇注时出现铸件型腔塌陷、破坏、涂料剥落等使铸件报废；三是涂料没有适宜的高温透气性，过高的透气性导致型腔塌陷，过低的透气性使铸件产生气孔、皱皮、夹渣等铸造缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种铸件质量好、表面易于清理的铸铁消失模铸造工艺。

为解决上述技术问题，本发明所提供的铸铁消失模铸造工艺，包括以下步骤：

1)选用可发性聚苯乙烯树脂珠粒作为泡塑珠粒；

2)泡塑珠粒经预发泡-熟化-发泡成型步骤制得模型；

3)将加工好的模型组合粘结在一起，形成模型簇；

4)制备涂料：

a)将羧甲基纤维素钠碾压后加水浸泡，将浸泡后的羧甲基纤维素钠倒入搅拌机中高速搅拌，制得基料A；b)在步骤a)中制备得到的基料A加入海泡石，并同时加水搅拌均匀制得基料B；c)在步骤b)中制备得到的基料B中加入苯丙乳液、磷酸二氢铝，并搅拌均匀制得基料C；d)在步骤c)中制得的基料C中加入珍珠岩和高铝粉，并同时加水高速搅拌制得基料D；e)在步骤d)中制得的基料D中加入润湿剂，在不断搅拌下加水制得涂料；

5)将模型簇浸涂涂料，并干燥处理；

6)将步骤5)中得到的模型簇放入砂箱中进行振动造型；

7)将熔化的金属浇铸到模型区域，消失模气化，金属置换模型，经冷却后取出铸件；

其中，步骤4)中制备得到的涂料的各组分的配比为：高铝粉80-100重量份、海泡石8-12重量份、羧甲基纤维素钠0.02-0.05重量份、苯丙乳液6-10重量份、珍珠岩10-15重量份、磷酸二氢铝2-5重量份、润湿剂0.2-0.5重量份，水100-120重量份，其中高铝粉粒度为300-320目，海泡石粒度为180-200目。

进一步地，步骤a)中羧甲基纤维素钠与加入的水的重量比为1:100。

进一步地，步骤a)中具体搅拌方式为：以1500-2000r/min的转速高速搅拌1-2小时；步骤d)中具体搅拌方式为：以1500-2000r/min的转速高速搅拌3小时。

进一步地，步骤a)中浸泡时间在8小时以上。

进一步地，模型涂层一次浸涂成形，涂层厚度为0.25-0.35mm。

具体地，造型时采用细砂造型，使用50-100目擦洗砂。

进一步地，步骤2)中所述模型密度为14-16g/L。

进一步地，步骤2)中预发泡温度为98-110℃，压力为0.02-0.05Mpa，发泡时间设定为65-90s，预发泡后EPS颗粒堆积密度为13.8-14.5g/L，含水量低于2％。

进一步地，步骤5)中干燥温度为55-65℃，干燥时间为7-9小时。

进一步地，所述铸铁为球墨铸铁。

本发明的有益效果：

1)本发明中使用的涂料具有很好的涂挂性和均匀性，采取了高目数的高铝粉和海泡石，涂层表面光滑，铸件表面质量好，海泡石的特殊结构加上薄的涂层，能有效解决透气性的问题；高温粘结剂磷酸二氢铝能大大提高涂料的高温强度。

2)节约成本：涂料的密度为1.4-1.6g/cm³，EPS模型密度下降，涂层一次浸涂，厚度低，能减少对原材料的使用，能提高工作效率，减少工作环节。

3)质量提高：发气量小，浇注更加平稳，减少了铸件褶皱等外表质量问题；密度低的EPS模型熔化潜热更少，铁水温度下降慢，减少了冷隔、白口等问题；细砂造型对模型的支撑更加均匀，消除了粗砂造型缺陷，基本不存在塌箱问题。

4)环境改善：采取50-100目擦洗砂，替换以前使用的30-50目的石英砂，砂粒磨损小，有效减少了车间粉尘，提高了工作环境。

5)模型烘烤时间缩短，以前涂料烘烤需要12个小时以上，采取此涂料只需要8小时，以往模型浸涂后比较厚，还需要进行翻转处理，现在的工艺不需要这一道工序，省时省力。

6)预发泡后EPS颗粒堆积密度为可以均匀达到13.8-14.5g/L，含水量低于2％。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明作进一步的说明。

实施例1

一种铸铁消失模铸造工艺，包括以下步骤：

1)选用可发性聚苯乙烯树脂珠粒作为泡塑珠粒；

2)泡塑珠粒经预发泡-熟化-发泡成型步骤制得模型，所述模型密度为14g/L；

3)将加工好的模型组合粘结在一起，形成模型簇；

4)制备涂料：

a)将0.02重量份的羧甲基纤维素钠碾压后加入到2重量份的水中浸泡8小时以上，将浸泡后的羧甲基纤维素钠倒入搅拌机中高速搅拌2小时，搅拌速度为1500r/min，制得基料A；b)在步骤a)中制备得到的基料A加入12重量份粒度为180目的海泡石，并同时加30重量份的水搅拌均匀制得基料B；c)在步骤b)中制备得到的基料B中加入6重量份的苯丙乳液、5重量份的磷酸二氢铝，并搅拌均匀制得基料C；d)在步骤c)中制得的基料C中加入10重量份的珍珠岩和80重量份粒度为310目的高铝粉，并同时加60重量份的水高速搅拌制得基料D，搅拌时间为3小时，搅拌速度为1800r/min；e)在步骤d)中制得的基料D中加入0.2重量份的润湿剂，在不断搅拌下加28重量份的水制得涂料；

5)将模型簇浸涂涂料，模型涂层一次浸涂成形，涂层厚度为0.25mm；并干燥处理；

6)将步骤5)中得到的模型簇放入砂箱中进行振动造型，造型时采用细砂造型，使用100目擦洗砂；

7)将熔化的金属浇铸到模型区域，消失模气化，金属置换模型，经冷却后取出铸件。

实施例2

一种铸铁消失模铸造工艺，包括以下步骤：

1)选用可发性聚苯乙烯树脂珠粒作为泡塑珠粒；

2)泡塑珠粒经预发泡-熟化-发泡成型步骤制得模型，所述模型密度为16g/L；

3)将加工好的模型组合粘结在一起，形成模型簇；

4)制备涂料：

a)将0.05重量份的羧甲基纤维素钠碾压后加入到5重量份的水中浸泡8小时以上，将浸泡后的羧甲基纤维素钠倒入搅拌机中高速搅拌1.5小时，搅拌速度为1800r/min，制得基料A；b)在步骤a)中制备得到的基料A加入10重量份粒度为200目的海泡石，并同时加25重量份的水搅拌均匀制得基料B；c)在步骤b)中制备得到的基料B中加入10重量份的苯丙乳液、3.5重量份的磷酸二氢铝，并搅拌均匀制得基料C；d)在步骤c)中制得的基料C中加入15重量份的珍珠岩和100重量份粒度为300目的高铝粉，并同时加60重量份的水高速搅拌制得基料D，搅拌时间为4小时，搅拌速度为1500r/min；e)在步骤d)中制得的基料D中加入0.3重量份的润湿剂，在不断搅拌下加12重量份的水制得涂料；

5)将模型簇浸涂涂料，模型涂层一次浸涂成形，涂层厚度为0.35mm；并干燥处理；

6)将步骤5)中得到的模型簇放入砂箱中进行振动造型，造型时采用细砂造型，使用50目擦洗砂；

7)将熔化的金属浇铸到模型区域，消失模气化，金属置换模型，经冷却后取出铸件。

实施例3

一种铸铁消失模铸造工艺，包括以下步骤：

1)选用可发性聚苯乙烯树脂珠粒作为泡塑珠粒；

2)泡塑珠粒经预发泡-熟化-发泡成型步骤制得模型，所述模型密度为15g/L；

3)将加工好的模型组合粘结在一起，形成模型簇；

4)制备涂料：

a)将0.03重量份的羧甲基纤维素钠碾压后加入到3重量份的水中浸泡8小时以上，将浸泡后的羧甲基纤维素钠倒入搅拌机中高速搅拌1小时，搅拌速度为2000r/min，制得基料A；b)在步骤a)中制备得到的基料A加入8重量份粒度为190目的海泡石，并同时加35重量份的水搅拌均匀制得基料B；c)在步骤b)中制备得到的基料B中加入8重量份的苯丙乳液、2重量份的磷酸二氢铝，并搅拌均匀制得基料C；d)在步骤c)中制得的基料C中加入12重量份的珍珠岩和90重量份粒度为320目的高铝粉，并同时加50重量份的水高速搅拌制得基料D，搅拌时间为3小时，搅拌速度为2000r/min；e)在步骤d)中制得的基料D中加入0.5重量份的润湿剂，在不断搅拌下加20重量份的水制得涂料；

5)将模型簇浸涂涂料，模型涂层一次浸涂成形，涂层厚度为0.3mm；并干燥处理；

6)将步骤5)中得到的模型簇放入砂箱中进行振动造型，造型时采用细砂造型，使用75目擦洗砂；

7)将熔化的金属浇铸到模型区域，消失模气化，金属置换模型，经冷却后取出铸件。

本实施例中浇铸的铸铁为球磨铸铁，为控制模型密度的均匀性，预发泡温度设定为98-110℃，压力为0.02-0.05Mpa，发泡时间设定为65-90s，预发泡后EPS颗粒堆积密度能够均匀控制在13.8-14.5g/L，含水量低于2％，从而为制得密度均匀的模型打下基础；泡沫模样涂上涂料后在干燥温度为55-65℃的条件下，只需干燥7-9小时即可使涂料完全烘干、烘透。

实验结果证明，使用本发明实施例1-3的铸铁消失模铸造工艺，铸件无气孔、褶皱、冷隔及白口等铸造缺陷，铸件质量大大提高；细砂造型对模型的支撑更加均匀，消除了粗砂造型缺陷，基本不存在塌箱问题；采取50-100目擦洗砂，替换以前使用的30-50目的石英砂，该砂磨损小，有效减少了车间粉尘，提高了工作环境。

显然，本发明不限于以上优选实施方式，还可在本发明权利要求和说明书限定的精神内，进行多种形式的变换和改进，能解决同样的技术问题，并取得预期的技术效果，故不重述。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接或联想到的所有方案，只要在权利要求限定的精神之内，也属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种铸铁消失模铸造工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)选用可发性聚苯乙烯树脂珠粒作为泡塑珠粒；

2)泡塑珠粒经预发泡-熟化-发泡成型步骤制得模型；

3)将加工好的模型组合粘结在一起，形成模型簇；

4)制备涂料：

a)将羧甲基纤维素钠碾压后加水浸泡，将浸泡后的羧甲基纤维素钠倒入搅拌机中高速搅拌，制得基料A；b)在步骤a)中制备得到的基料A加入海泡石，并同时加水搅拌均匀制得基料B；c)在步骤b)中制备得到的基料B中加入苯丙乳液、磷酸二氢铝，并搅拌均匀制得基料C；d)在步骤c)中制得的基料C中加入珍珠岩和高铝粉，并同时加水高速搅拌制得基料D；e)在步骤d)中制得的基料D中加入润湿剂，在不断搅拌下加水制得涂料；

5)将模型簇浸涂涂料，并干燥处理；

6)将步骤5)中得到的模型簇放入砂箱中进行振动造型；

7)将熔化的金属浇铸到模型区域，消失模气化，金属置换模型，经冷却后取出铸件；

其中，步骤4)中制备得到的涂料的各组分的配比为：高铝粉80-100重量份、海泡石8-12重量份、羧甲基纤维素钠0.02-0.05重量份、苯丙乳液6-10重量份、珍珠岩10-15重量份、磷酸二氢铝2-5重量份、润湿剂0.2-0.5重量份，水100-120重量份，其中高铝粉粒度为300-320目，海泡石粒度为180-200目。

2.根据权利要求1所述的铸铁消失模铸造工艺，其特征在于：步骤a)中羧甲基纤维素钠与加入的水的重量比为1:100。

3.根据权利要求1所述的铸铁消失模铸造工艺，其特征在于：步骤a)中具体搅拌方式为：以1500-2000r/min的转速高速搅拌1-2小时；步骤d)中具体搅拌方式为：以1500-2000r/min的转速高速搅拌3小时。

4.根据权利要求1所述的铸铁消失模铸造工艺，其特征在于：步骤a)中浸泡时间在8小时以上。

5.根据权利要求1所述的铸铁消失模铸造工艺，其特征在于：模型涂层一次浸涂成形，涂层厚度为0.25-0.35mm。

6.根据权利要求5所述的铸铁消失模铸造工艺，其特征在于：造型时使用50-100目的擦洗砂造型。

7.根据权利要求6所述的铸铁消失模铸造工艺，其特征在于：步骤2)中所述模型密度为14-16g/L。

8.根据权利要求7所述的铸铁消失模铸造工艺，其特征在于：步骤2)中预发泡温度为98-110℃，压力为0.02-0.05Mpa，发泡时间设定为65-90s，预发泡后EPS颗粒堆积密度为13.8-14.5g/L，含水量低于2％。

9.根据权利要求1所述的铸铁消失模铸造工艺，其特征在于：步骤5)中干燥温度为55-65℃，干燥时间为7-9小时。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的铸铁消失模铸造工艺，其特征在于：所述铸铁为球墨铸铁。