CN101332500A - 一种铸件的负压浇铸方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种铸件的负压浇铸方法，它涉及一种不锈钢(铁)、碳钢小型复杂长孔精密铸造的新方法及使用的新材料。利用非石膏型高温耐火材料与磷酸盐、硅溶胶类粘接剂制浆灌浆，采用负压浇注方式，通过搅拌、破泡、固化、焙烧、负压浇铸取得合格铸件，可以铸造单件重量在0.03g－3000g之间的所有铸件。本发明提高了熔模铸造领域中存在的铸造微小件或大件细长孔铸件型壳的合格率；铸件残留强度低、表面除砂方便；浇注复杂的微小合金铸件时成型好；合金材料在熔炼过程无氧化，生产周期短，成品率高。
Description
技术领域
本发明涉及一种金属铸造方法，具体地说，涉及一种采用负压浇铸方法的金属铸造工艺。
背景技术
目前，公知的熔模铸造方法主要有两种，一种是采用易熔材料制模，利用耐火材料与粘接剂配制的涂料一在蜡模外表面涂挂，然后撒砂获得单层型壳，多次重复制壳过程，从而得到具有一定厚度和强度的耐火材料型壳。将蜡模从型壳中脱除后，将金属液注入型腔而获得最终的精密铸件。另一种是目前珠宝首饰业广泛采用的石膏型熔模失蜡铸造，主要应用于金、银、铜或铝等低熔点金属材料制作珠宝首饰及工艺品等方面的小型铸件成型。其特点是以石膏为主体耐火材料，浇铸温度多在780℃以下(因石膏在800℃以上时会发生气化)。
上述两种方法都无法解决不锈钢(铁)、碳钢的小型长孔复杂铸件的铸造问题。型壳熔模铸造由于铸件的孔隙和弯角，涂料无法撒砂涂挂，而无法制得合格铸件；石膏型熔模失蜡铸造因石膏不能耐高温(1300℃-1700℃)也不能制得高温合金铸件。
八十年代后期，日本、美国等发达国家在高温失蜡铸造领域进行了广泛探索，现有涂料(耐火材料)及设备工艺已经可以解决铂金、钯金、铱金等珠宝首饰铸造。但因其涂料的强度限制、合金材料的氧化条件限制，尚无法采用石膏型灌浆失蜡铸造方式铸造单件重量在3g-3000g之间的不锈钢(铁)、碳钢复杂长于孔精密铸件。也由此造成了我国在铸造领域不能制作型芯、制作配套设备的受制于人的被动局面。“十一五”期间，国家将提高铸造水平列入重点扶持项日，出台了包括经费补贴、减免税等一系列优惠政策。可以预见，改善铸件的负压浇铸方法将对我国合金精密铸造业的快速发展产生深远的历史影响，意义十分重大。
发明内容
本发明重点解决以下问题：第一、熔模铸造领域中存在的铸造微小件或大件细长孔铸件的内腔中沾挂涂料和撒砂困难，不易制出合格的型壳问题；第二、在型壳铸造过程中制取小件，由于采用硅溶胶作粘接剂，残留强度高、铸件表而除砂困难问匙：第三、目前的硅溶胶型壳透气性差，在浇注复杂的微小合金铸件时因型腔排气不畅影响充型问题；第四、因采用石膏型灌浆失蜡铸造方法而导致的耐高温强度不够，合金材料在熔炼过程中出现的氧化问题；第五、因重复制壳干燥造成的生产周期过长问题；第六、因采用型壳熔模铸造方式需悬挂挂浆而造成的浇铸水口过大、浇道过长影响的出成率过低问题。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：
一种铸件的负压浇铸方法，其生产按下列步骤实施：
①按生产的铸件形状制备压制蜡模用的模具，模具采用金属或硅橡胶材料；
②利用金属模具或橡胶模具压制蜡模，并焊制成蜡树；
③将蜡树置于钢盅内，灌入陶瓷浆料；将蜡树固定在卡纸上用封好胶纸的钢盅套在蜡树上，用蜡封好钢盅与卡纸交接处；将经抽真空破泡之浆料灌入钢盅内，抽真空3-8分钟；取出钢盅放在铺平的吸水粉上固化，其中吸水粉厚度为5-50cm，并处于干燥状态。
④等钢盅内陶瓷浆料通过破泡振动抽真空及自然固化后；置于电加热设备中，采用焙烧阶梯升温、降温，使蜡料脱除使模型提高高温强度和低温强度；
⑤采用惰性气体保护或除渣精炼方式熔化欲浇注的合金，将脱除蜡模的钢盅安装到吸铸机吸铸口上，开启抽真空设备，负压保持在0.02-0.3MPa，将采用精炼除渣或惰性气体保护的金属液倒入钢盅内蜡模脱除后留下的空腔内；
⑥待金属凝固后，取出钢盅置于水中，轻轻撞击晃动铸型散开，获得铸件树，切割后获得铸件。
所述一种铸件的负压浇铸方法中的陶瓷浆料由耐火材料和粘接材料组成，其中耐火材料为锆英、刚玉、熔融石英、方石英、普通石英、氧化镁、石墨、硅灰、锆灰、氧化锌、煅烧莫来石、煤矸石、铝矾土其中之一或混合料；粘接材料为磷酸盐类粘合剂或硅溶胶。
所述一种铸件的负压浇铸方法中的陶瓷浆料按如下比例配制：取锆英、刚玉、熔融石英、方石英、普通石英、氧化镁、石墨、硅灰、锆灰、氧化锌、煅烧莫来石、煤矸石和铝矾土中的两种以上粉体材料，材料粒径为70目-1250目，按粉∶水∶粘接剂为1公斤∶260ml-360ml∶15ml-25ml的比例配料，经低速、高速搅拌制成陶瓷浆料。
所述一种铸件的负压浇铸方法中的自然固化是指在室温8-38℃情况下，通过自然吸水沉淀干燥，达到浆料自然硬化，浆料干燥时间在3-20小时之间。
所述一种铸件的负压浇铸方法中的焙烧阶梯升温一般在80℃-180℃之间恒温1小时，完成脱蜡，再升温至280℃-380℃，恒温1-2小时，再升温至500℃-650℃，恒温1小时，再升温至900℃-1100℃，恒温1小时，焙烧阶梯降温可根据铸件大小降至800℃-700℃-650℃-600℃-550℃-400℃-300℃250℃-200℃，恒温1小时后浇铸。
本发明采用灌浆的办法代替传统的制壳过程。由于浆料流动性很好，可以很好地复制易熔模上的微细花纹，获得形状准确的铸型。采用非石膏型耐火材料，可以使铸造难度较大的不锈钢，碳钢、铸铁等小型复杂精密铸件简单化。同时，该方法铸型的制作因为有钢盅的固定作用，因此对铸型中陶瓷型的高温强度要求有所降低，这样有利于通过材料优化，有效降低铸型的残留强度。方便从铸件上清除铸型，降低清理难度。
在传统的熔模铸造方法中，型壳要分层制造，重复多次，制壳周期长，影响整个生产周期。而本发明的铸型制备过程得到简化，只需要一个工步，提高了生产效率，也大大节约了人工和设备开支。
本发明采用浇注时抽负压的办法，提高了液态金属的充型能力。保证浇注时液态金属很好地复印铸型，获得理想的铸件形状。现在生产中经常采用的非重力浇注方法，还有低压铸造、差压铸造、挤压铸造、压力铸造等。其中低压铸造和差压铸造采用反重力浇注方式，对设备要求高，生产效率低。挤压铸造不适合做复杂铸件。普通压力铸造方法的铸件易产生气孔，不能进行热处理，压铸设备和工装比较复杂，目前还不适合熔点高的黑色金属和小批量生产。本发明中的浇注方法则具有设备简单，操作方便，生产效率高，适合小件生产的特点。
与传统熔模铸造重力浇注相比，金属液充型和补缩能力得到提高，生产周期缩短了75％，从而提高了工艺出品率近3倍，减少了人员开支，节约了生产成本。
本发明的有益效果是：第一、解决了熔模铸造领域中存在的铸造微小件或大件细长孔铸件的内腔中沾挂涂料和撒砂困难，不易制出合格的型壳问题；第二、解决了在型壳铸造过程中制取小件，由于采用硅溶胶作粘接剂，残留强度高、铸件表面除砂困难的问题：第三、解决了目前的硅溶胶型壳透气性差，在浇注复杂的微小合金铸件时因型腔排气不畅影响充型的问题；第四、解决了因采用石膏型灌浆失蜡铸造方法而导致的耐高温强度不够，合金材料在熔炼过程中出现的氧化问题；第五、解决了因重复制壳干燥造成的生产周期过长的问题；第六、解决了因采用型壳熔模铸造方式需悬挂挂浆而造成的浇铸水口过大、浇道过长影响的出成率过低的问题。
附图说明
图1为传统的熔模铸造方法的生产工艺流程图。
图2为本发明一种铸件的负压浇铸方法的生产工艺流程图。
图3为本发明生产工艺中焙烧阶梯升温与时间关系的曲线图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。图1和图2是传统的熔模铸造方法的生产工艺流程与本发明一种铸件的负压浇铸方法的生产工艺流程对比。图3为本发明一种铸件的负压浇铸方法的生产工艺中焙烧阶梯升温与时间关系的曲线图。
实例一：制蜡树120件，设计铸件重量单件11.3g
蜡件与蜡树杆呈45度角焊接，计种蜡10排，每排12件，用5时×9时钢盅，取铸粉(耐火材料“铸模王”粉)4Kg，加水1120ml，加磷酸盐粘接剂120ml，将铸粉、水、粘接剂一起放入搅拌桶内慢速搅拌3分钟，再快速搅拌5-8分钟，将蜡树置于钢盅内焊接到位，底部用吸水纸密封，钢盅壁孔用胶带封闭，将搅拌好的浆体灌入钢盅内，振动抽真空3-8分钟，将钢盅置于吸水粉上，底部用吸水粉深埋3-10cm，自然沉淀干燥0.5-12小时，打开焙烧炉，将钢盅置于焙烧炉内(焙烧炉配温控仪，可调控温度)，升温到160℃，恒温1小时脱蜡；再升温到350℃，恒温1小时；再升温到500℃，恒温1小时；再升温到780℃，恒温1小时；再升温到900℃，恒温1小时。降温至500℃，恒温1小时，开高频炉，熔炼316L钢2Kg，加除渣剂封盖除渣，熔炼时间为8分钟，夹出钢盅，将钢盅置于吸铸机吸铸口内，开吸铸机，负压在0.06MPa，将钢液沿钢盅壁匀速倒入钢盅内，关吸铸机，夹出钢盅，5分钟后放入水池中，轻轻晃动钢盅，铸粉与铸件实现完全脱离，用切割机将铸件沿浇道结合处切开，取得合格铸件。
实例二：用5时×9时钢盅
种10件单件重140克(不锈钢重量)的蜡件，与蜡主杆呈45度角种；
种25件单件重50克(不锈钢重量)的蜡件，与蜡主杆呈45度角种。
将蜡底座封在一张18时×18时的卡纸上(卡纸必须滤水性好)，再把种好的蜡树焊接在蜡底座上，用封好胶纸的5时×9时钢盅放在种好蜡树的卡纸上，用蜡封好钢盅卡纸的交接处，称4.5Kg的铸粉、1350ml水、90ml粘接剂，先把水与粘接剂倒入搅拌桶内混匀，再倒入铸粉，先低速搅拌5分钟，再高速搅拌10分钟，然后取出放入抽真空机内抽5分钟，然后再将抽好的浆倒入钢盅内，再抽5分钟，取出放在铺平的吸水粉上固化。(注：吸水粉厚度必须大于15厘米)
待完全固化好后，取出去掉卡纸，放入锔炉内按升温程序焙烧：升温到180℃，恒温1小时脱蜡，再升温到350℃，恒温2小时，再升温到600℃，恒温1小时；再升温到800℃，恒温1小时；再升温到900℃，恒温1小时。降温至600℃，恒温1小时，铸造开始。
可以利用3Kg的高频感应电炉熔炼，坩埚用石英坩埚，大约用15分钟左右可以完全熔化，熔炼前先用钢料重量的5％的精炼剂铺底，再放入钢料，熔炼开始，待完全化光后，加入除渣剂，完全盖住钢液即可，再把除渣剂拨出(可用熔融石英棒)，打开吸铸机，夹出钢盅，放入吸铸机，启动吸铸，夹出坩埚，倒入钢液，待钢液凝固后，关闭吸铸，夹出钢盅，冷却5分钟后，放入水池中撞击除砂，除砂后的铸件放入1∶1的氢氟酸内浸泡半小时至1小时，夹出直接放入1∶1的硝酸内浸泡半小时，夹出铸件，用清水洗去酸液。喷砂、切割、磨水口，取得合格铸件(合格率100％)。
本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下得出的其他任何与本发明相同或相近似的方法，均落在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1、一种铸件的负压浇铸方法，其特征在于：其生产按下列步骤实施：
①按生产的铸件形状制备压制蜡模用的模具，模具采用金属或硅橡胶材料；
②利用金属模具或橡胶模具压制蜡模，并焊制成蜡树；
③将蜡树置于钢盅内，灌入陶瓷浆料；将蜡树固定在卡纸上用封好胶纸的钢盅套在蜡树上，用蜡封好钢盅与卡纸交接处；将经抽真空破泡之浆料灌入钢盅内，抽真空3-8分钟；取出钢盅放在铺平的吸水粉上固化，其中吸水粉厚度为5-50cm，并处于干燥状态；
④等钢盅内陶瓷浆料通过破泡振动抽真空及自然固化后；置于电加热设备中，采用焙烧阶梯升温、降温，使蜡料脱除使模型提高高温强度和低温强度；
⑤采用惰性气体保护或除渣精炼方式熔化欲浇注的合金，将脱除蜡模的钢盅安装到吸铸机吸铸口上，开启抽真空设备，负压保持在0.02-0.3MPa，将采用精炼除渣或惰性气体保护的金属液倒入钢盅内蜡模脱除后留下的空腔内；
⑥待金属凝固后，取出钢盅置于水中，轻轻撞击晃动铸型散开，获得铸件树，切割后获得铸件。
2、根据权利要求1所述的一种铸件的负压浇铸方法，其特征在于：所述陶瓷浆料由耐火材料和粘接材料组成，其中耐火材料为锆英、刚玉、熔融石英、方石英、普通石英、氧化镁、石墨、硅灰、锆灰、氧化锌、煅烧莫来石、煤矸石、铝矾土其中之一或混合料；粘接材料为磷酸盐类粘合剂或硅溶胶。
3、根据权利要求1和2所述的一种铸件的负压浇铸方法，其特征在于：所述陶瓷浆料按如下比例配制：取锆英、刚玉、熔融石英、方石英、普通石英、氧化镁、石墨、硅灰、锆灰、氧化锌、煅烧莫来石、煤矸石和铝矾土中的两种以上粉体材料，材料粒径为70目-1250目，按粉∶水∶粘接剂为1公斤∶260ml-360ml∶15ml-25ml的比例配料，经低速、高速搅拌制成陶瓷浆料。
4、根据权利要求1所述的一种铸件的负压浇铸方法，其特征在于：所述自然固化是指在室温8-38℃情况下，通过自然吸水沉淀干燥，达到浆料自然硬化，浆料干燥时间在3-20小时之间。
5、根据权利要求1所述的一种铸件的负压浇铸方法，其特征在于：焙烧阶梯升温一般在80℃-180℃之间恒温1小时，完成脱蜡，再升温至280℃-380℃，恒温1-2小时，再升温至500℃-650℃，恒温1小时，再升温至900℃-1100℃，恒温1小时，焙烧阶梯降温可根据铸件大小降至800℃-700℃-650℃-600℃-550℃-400℃-300℃250℃-200℃，恒温1小时后浇铸。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |
Open date: 20081231 |