CN100506428C - 一种在蜡模的窄槽、盲孔中直接制型芯方法 - Google Patents
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Abstract
一种在蜡模的窄槽、盲孔中直接制型芯方法，涉及一种新的简便制熔模铸造型芯的方法，更具体地说，是一种在蜡模组装前向深槽，盲孔等处充填加有促凝剂的浆料制备型芯的方法，属于熔模铸造中快捷制型芯的方法技术领域；制蜡模压型；制蜡模；对于水基粘结剂，根据各质量单位配比按粘结剂∶耐火材料∶促凝剂∶表面活性剂∶消泡剂＝100∶(100～400)∶(0.1～10)∶(0.1～0.3)∶(0.1～0.3)顺序加入所用原料混匀制备浆料；向蜡模内灌浆成形；凝固即直接制得蜡模的窄槽、盲孔中的型芯。本发明是一种新的快捷制型芯方法，方法简单、不需专用设备、节能，生产成本低、大大缩短生产周期，在熔模铸造领域前景广阔。
Description
技术领域
一种在蜡模的窄槽、盲孔中直接制型芯方法，涉及一种新的简便制熔模铸造型芯的方法，更具体地说，是一种在蜡模组装前向深槽，盲孔等处充填加有促凝剂的浆料制备型芯的方法，属于熔模铸造中快捷制型芯的方法技术领域。
背景技术
熔模铸造一般工艺过程：压制蜡模、制浇口蜡模、组树、制壳、脱蜡、焙烧、浇注、清理等过程。
一般精密铸件的内腔是跟外形一道通过涂挂涂料、撒砂等工序形成的，不需专制型芯。但是当铸件内腔过于窄小或形状复杂时，常规的涂挂涂料、撒砂等工序根本无法实施，或内腔型壳无法干燥硬化时，就必须使用预制的型芯来形成铸件内腔，例如航空发动机空心涡轮叶片，叶片的冷却通道迂回曲折，形若迷宫，就必须采用陶瓷型芯。
据介绍，美国熔模铸件中约20％～30％的件使用陶瓷型芯。随着熔模铸件向更精密、更复杂、更大型发展，对熔模铸造型芯也提出了更高的要求。
目前型芯制作方法有三类：(1)预制成型型芯，比如热压注陶瓷型芯制造、灌浆成形陶瓷型芯等；(2)制1～2层型壳后灌砂作为型芯；(3)直接灌浆制型芯三大类方法。
图1是几种需使用型芯的熔模铸造包括制芯、制模、制壳等工艺流程示意图，其中实线框为制型芯部分(为了增强对比直观性，示意图中包括了本发明流程)。
(1)热压注陶瓷型芯法
◆热压注陶瓷型芯法工艺过程
1)制型芯模具 设计、制造缩尺精确的型芯模具；
2)型芯胚料制备 将粉料与矿化剂放入球蘑机内混磨，取出烘干；将增塑剂加入带搅拌器的不锈钢的容器内，加热到85~90℃，边搅拌边加入烘干的粉料与矿化剂的混合物与表面活性剂；
3)压制型芯坯 一般热压法成型的压注压力约2.7～4.0MPa，压注温度要比增塑剂熔点高30～80℃、压型温度为40～50℃、保压时间约10～30s。
4)排蜡、烧结型芯坯 型芯坯烧结前需装钵和填充填料、排蜡：
①装钵和填充填料 装钵是将压制成型的型芯坯体埋入盛有填料的钵中，防止型芯在焙烧过程中变形损坏。填料常用1300℃下保温4～6h焙烧过的工业氧化铝。在振幅为0.2～0.5mm的振动台上造型。
②排蜡 一般在600℃以下增塑剂受热逐渐熔化随即被坯体周围的填料吸收，并通过填料向外扩散，挥发和燃烧即将增塑剂去除；此时，型芯未烧结，还处于完全松散状态，靠周围填料的紧实作用维持其形状和尺寸；
③烧结型芯坯 型芯通常烧结温度为1100～1400℃，保温2～4h。
5)强化型芯 采用树脂、硅酸乙酯水解液或硅溶胶对型芯进行低温强化和高温强化，强化处理后即得到熔模铸件生产过程中需要的型芯。
6)制蜡模压型 设计、制造蜡模压型
7)把型芯放入压型 将经过强化的型芯放入压型中
8)压制蜡模 压制包有型芯的蜡模
9)制浇注系统蜡模 采用压制或灌制法制浇注系统蜡模
10)组蜡树 将蜡模组焊到浇注系统蜡模上，组成蜡树
11)制壳 上将耐火材料与粘结剂混合配制的涂料、撒砂、干燥硬化，反复多次制成所需层数的型壳。
◆热压注陶瓷型芯工艺存在不足：
1)必需设计缩尺精确的型芯坯模具、需配置压制型芯坯的压注机、高温烧结炉等设备，明显增加铸件成本和生产周期；
2)压蜡模前，先将型芯放入蜡模压型中，压注熔模时型芯容易发生变形、错位及断裂等缺陷；
3)陶瓷型芯与型壳两者往往使用不同的材料，热膨胀系数有所不同，则在型壳焙烧和浇注时会因两者变化不一致导致型芯变形或断裂。
4)扁平细长或形状复杂的陶瓷型芯，浇注金属时也容易发生变形、错位，甚至断裂。
(2)灌浆成形陶瓷型芯制造
◆灌浆成形陶瓷型芯生产过程
1)制芯盒 设计、制造缩尺精确的芯盒
2)浆料制备 浆料制备包括水解硅酸乙酯、制备浆料
①水解硅酸乙酯 按照水解液中所需二氧化硅质量分数制备水解液；
③制备浆料 向硅酸乙酯水解液中加入耐火材料，混匀；加入促凝剂，混匀；
3)灌浆成形型芯坯 灌浆成形型芯坯包括①将浆料灌入芯盒；②固化；
③打开芯盒；④起模；⑤将芯坯放到特制胎模内；⑥点火自燃
4)烧结型芯坯 型芯坯通常烧结温度为700～1050℃。
5)强化型芯 采用硅酸乙酯水解液或硅溶胶对型芯进行强化处理后即得到熔模铸件生产中需要的型芯。
6)制蜡模压型 设计、制造蜡模压型
7)把型芯放入压型 将经过强化的型芯放入压型中
8)压制蜡模 压制包有型芯的蜡模
9)制浇注系统蜡模 采用压制或灌制法制浇注系统蜡模
10)组蜡树 将蜡模组焊到浇注系统蜡模上，组成蜡树
11)制壳 上将耐火材料与粘结剂混合配制的涂料、撒砂、干燥硬化，反复多次制成所需层数的型壳。
◆灌浆成形陶瓷型芯工艺存在不足：
1)必需设计缩尺精确的芯盒、需配置高温烧结炉等设备，明显增加铸件成本和生产周期。
2)压蜡模前，先将型芯放入蜡模压型中，压注熔模时容易发生型芯变形、错位及断裂等缺陷；
3)陶瓷型芯与型壳两者往往使用不同的材料，热膨胀系数有所不同，则在型壳焙烧和浇注时会因两者变化不一致导致型芯变形或断裂。
4)扁平细长或形状复杂的陶瓷型芯，浇注金属时型芯也容易发生变形、错位，甚至断裂。
(3)制1～2层型壳后再灌砂的方法，为避免购买及预制型芯的麻烦，一些厂家采取的制芯方法。
◆工艺过程
1)制蜡模压型 设计、制造蜡模压型
2)压制蜡模 压制未包有型芯的蜡模
3)制浇注系统蜡模 采用压制或灌制法制浇注系统蜡模
4)组蜡树 将蜡模组焊到浇注系统蜡模上，组成蜡树
5)制壳 同时制蜡模内外第1层壳：上由耐火材料与粘结剂混合配制的涂料、撒砂、用铁丝捅孔内及窄槽处浮砂、硬化，视情况可否同时制蜡模内外第2层壳，窄槽、小孔处再用细铁丝捅浮砂、硬化
6)向孔内灌砂 向孔内及窄槽处灌满砂即得到熔模铸件生产过程中需要的型芯；
7)继续制蜡模外表面的型壳，反复多次制成所需层数的型壳。
◆制1～2层型壳后再灌砂方法存在不足：
1)常窄、盲孔的孔径比大、直径小于5mm时，需细心的制1至2层表面型壳，
为防止搭桥、浮砂过多还需用细铁丝逐孔去捅。但各蜡模在模组树的位置并不都利于捅孔；
2)制1～2层型壳后孔的内径更小，灌砂的难度很大；
3)此处的型壳(即相当于型芯)强度低，浇注时易跑火，清理相当困难。
(4)灌浆直接制型芯
2004年9月美国熔模铸造协会第52届技术会议论文集中的制造带槽沟、盲孔型芯的一种新方法介绍，开发一种新型的型芯材料，在制模间将新型型芯材料填充在蜡模上，新型型芯材料—NCM，是一对分离体，包括粘结剂与粉料，混合后灌入蜡模空腔，用航天铸件作试验，100％成功。
但不足的是具体原材料、配方等均未披露。
发明内容
为解决上述制型芯的不足，直接在蜡模的窄槽、盲孔中直接制型芯，关键是选择浆料的促凝剂，制定出一种在蜡模的窄槽、盲孔中直接制型芯方法。
本发明的目的在于提供一种在蜡模的窄槽、盲孔中直接制型芯方法，解决上述生产复杂铸件工艺的不足。
一种在蜡模的窄槽、盲孔中直接制型芯方法，该方法包括以下步骤：
(1)制蜡模压型
根据铸件要求，设计、制造蜡模压型；
(2)制蜡模
将蜡料压入步骤(1)所述的蜡模压型，制得有深槽、盲孔的蜡模；
(3)浆料制备
浆料中的粘结剂根据溶剂不同分为水基粘结剂和醇基粘结剂两大类；不同类粘结剂，浆料成分及制备不同；
对于水基粘结剂：
根据各质量单位配比按粘结剂、表面活性剂、耐火材料、消泡剂、促凝剂顺序加入原料混匀制备浆料；
粘结剂：耐火材料：促凝剂：表面活性剂：消泡剂＝
100:(100～400):(0.1～10):(0.1～0.3):(0.1～0.3)；
所述粘结剂为硅溶胶、增强快干硅溶胶、水玻璃、磷酸二氢铝中的任何一种；
所述耐火材料为精制石英、熔融石英、煤矸石、刚玉、锆英、棕刚玉中的任何一种或多种；
所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙基醚(JFC)、烷基磺酸钠任何一种；
所述消泡剂为有机硅消泡剂；
所述促凝剂为酸、酸性盐、有机酸、醇类中的任何一种或多种；
对醇基粘结剂：
根据各质量配比按粘结剂、耐火材料、促凝剂顺序加入原料混匀制备浆料；
粘结剂：耐火材料：促凝剂＝100:(100～400):(0.1～10)；
所述粘结剂硅酸乙酯水解液；
所述耐火材料为精制石英、熔融石英、煤矸石、刚玉、锆英、棕刚玉中的任何一种或多种；
所述促凝剂为：碱性氧化物或有机胺类；
(4)向蜡模内灌浆成形
把步骤(3)配制的浆料灌入步骤(2)制备的蜡模的深槽、盲孔处；
待蜡模内浆料凝固后，即直接制得蜡模的窄槽、盲孔中的型芯。
本发明根据铸件要求，制蜡模压型，将蜡料压入压型，制得有深槽、盲孔的蜡模；将制备的浆料灌入蜡模中凝固即直接制得带窄槽、盲孔的铸件的型芯。是一种新的快捷制型芯方法，在制模车间即可完成，即将制型芯材料配制成浆，灌入蜡模内，直接形成蜡模内型芯。制得了型芯后，再通过常用制浇注系统，组蜡树，制壳等步骤制成所需带窄槽、盲孔的铸件。图1是几种需使用型芯的熔模铸造包括制芯、制模、制壳等工艺的流程示意图，其中实线框为制型芯部分，为了增强对比直观性，示意图中包括了本发明流程。从图1可看出：
①预制型芯法需制造型芯模具、高温烧结等，时间长、需设备多、耗能多，成本高；压制蜡模、浇注时易发生型芯折断、移位等缺陷。
②制1～2层型壳后再灌砂方法，细孔与窄槽处均需逐个捅浮砂，各蜡模在模组树的位置并不都利于捅孔以及再灌砂操作；且制1～2层壳后时，内径更小，灌砂的难度更大；此处的型壳(即相当于型芯)强度低，浇注时易跑火，清理相当困难。
③本发明的在蜡模的窄槽、盲孔中直接制型芯方法，在蜡模组树前先在蜡模组装前向深槽，盲孔等处充填加有促凝剂的浆料，即先制窄槽、盲孔处的型壳，不需专门设备、节能、成本低、生产周期短。
本发明具有的优点：
1)快捷制型芯方法，型芯浆料所用原材料除了促凝剂均为熔模铸造制型壳所用原材料，不污染环境；且浆料胶凝时不会放热即无温度变化，不会使蜡模变形，保证铸件的尺寸精度；若选用增强快干硅溶胶时，铸件内型芯清除容易。
2)制模车间非常方便的即可配浆料、向蜡模内灌浆。待蜡模内浆料胶凝后即制成型芯，2～4小时后即可组树、制壳。
3)此制型芯生产方法简单、不需专用设备、节能，生产成本低、大大缩短生产周期，前景广阔。全国近2000个熔模铸造厂、公司中若其中的1/3单位采用此本方法，经济效益也很可观、前景广阔。
附图说明
图1是几种需使用型芯的熔模铸造包括制芯、制模、制壳等工艺的流程示意图，其中实线框为制型芯部分，为了增强对比直观性，示意图中包括了本发明流程。
图2是本发明流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图通过实施例具体说明本发明。
图2是本发明流程示意图。根据铸件要求，制蜡模压型；将蜡料压入压型，制得有深槽、盲孔的蜡模；浆料制备并将制备的浆料灌入上述蜡模中凝固即直接制得带窄槽、盲孔的铸件的型芯。是一种新的快捷制型芯方法。
实施例1
一种在蜡模的窄槽、盲孔中直接制型芯方法，该方法包括以下步骤：
(1)制蜡模压型
根据铸件要求，设计、制造蜡模压型；
(2)制蜡模
将蜡料压入步骤(1)所述的蜡模压型，制得有深槽、盲孔的蜡模；
(3)浆料制备
根据各质量单位配比按粘结剂、表面活性剂、耐火材料、消泡剂、促凝剂顺序加入原料混匀制备浆料；其加入量为：粘结剂硅溶胶100g，耐火材料熔融石英200g，促凝剂有机酸0.1g，表面活性剂脂肪醇聚氧乙基醚(JFC)0.3g，消泡剂有机硅消泡剂0.2g；
(4)向蜡模内灌浆成形
把步骤(3)配制的浆料灌入步骤(2)制备的蜡模的深槽、盲孔处；待蜡模内浆料凝固后，即直接制得蜡模的窄槽、盲孔中的型芯。
实施例2
一种在蜡模的窄槽、盲孔中直接制型芯方法，该方法包括以下步骤：
(1)制蜡模压型
根据铸件要求，设计、制造蜡模压型；
(2)制蜡模
将蜡料压入步骤(1)所述的蜡模压型，制得有深槽、盲孔的蜡模；
(3)浆料制备
根据各质量单位配比按粘结剂、表面活性剂、耐火材料、消泡剂、促凝剂顺序加入原料混匀制备浆料；其加入量为：粘结剂水玻璃100g，耐火材料石英50g、煤矸石70g，促凝剂酸0.1g，表面活性剂脂肪醇聚氧乙基醚(JFC)0.2g，消泡剂有机硅消泡剂0.3g
(4)向蜡模内灌浆成形
把步骤(3)配制的浆料灌入步骤(2)制备的蜡模的深槽、盲孔处；待蜡模内浆料凝固后，即直接制得蜡模的窄槽、盲孔中的型芯。
实施例3
一种在蜡模的窄槽、盲孔中直接制型芯方法，该方法包括以下步骤：
(1)制蜡模压型
根据铸件要求，设计、制造蜡模压型；
(2)制蜡模
将蜡料压入步骤(1)所述的蜡模压型，制得有深槽、盲孔的蜡模；
(3)浆料制备
根据各质量配比按粘结剂、耐火材料、促凝剂顺序加入原料混匀制备浆料；其加入量为：粘结剂硅酸乙酯水解液100g，耐火材料刚玉300g，促凝剂醇胺2g；
(4)向蜡模内灌浆制成型芯
把步骤(3)配制的浆料灌入步骤(2)制备的蜡模的深槽、盲孔处；待蜡模内浆料凝固后，即直接制得蜡模的窄槽、盲孔中的型芯。
更多实施例见下表(表1)：
Claims (1)
1、一种在蜡模的窄槽、盲孔中直接制型芯方法，该方法包括以下步骤：
(1)制蜡模压型
根据铸件要求，设计、制造蜡模压型；
(2)制蜡模
将蜡料压入步骤(1)所述的蜡模压型，制得有深槽、盲孔的蜡模；
(3)浆料制备
根据各质量单位配比按粘结剂、表面活性剂、耐火材料、消泡剂顺序加入原料混匀制备浆料；
粘结剂：耐火材料：表面活性剂：消泡剂＝100：(100～400)：(0.1～0.3)：(0.1～0.3)；
所述粘结剂为硅溶胶、增强快干硅溶胶、水玻璃、磷酸二氢铝中的任何一种；
所述耐火材料为精制石英、熔融石英、煤矸石、刚玉、锆英、棕刚玉中的任何一种或多种；
所述表面活性剂为脂肪醇聚氧乙基醚、烷基磺酸钠任何一种；
所述消泡剂为有机硅消泡剂；
(4)向蜡模内灌浆成形
把步骤(3)配制的浆料灌入步骤(2)制备的蜡模的深槽、盲孔处；
待蜡模内浆料凝固后，即直接制得蜡模的窄槽、盲孔中的型芯；
其特征在于，在所述浆料制备中加入促凝剂，所述促凝剂为酸、酸性盐、有机酸、醇类中的任何一种或多种，所加促凝剂的量按质量单位配比粘结剂：促凝剂＝100：(0.1～10)。
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