CN101590513B - 消失模精密复合铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种消失模精密复合铸造方法，先使用聚苯乙烯泡沫塑料做成模型，组合浇注系统；模型表面涂刷表面修复剂；制作型壳，包括表面层型壳、过渡层型壳和背层型壳：将模型置于预湿剂中2～3秒捞出，然后浸入表面层涂料容器中，旋转模型，使模型均匀附上涂料，撒上锆英砂，干燥4～6h，制得表面层型壳；然后浸涂过渡层涂料，撒砂，干燥8～12h；用类似方法制作过渡层型壳和背层型壳；最后用背层涂料封浆，再干燥14～18h；在温度950-1050℃时焙烧，并保温30-60min；将金属液浇入型壳中即形成铸件。本发明方法不需要传统精密铸造制作金属模具，节省加工时间，降低成本，同时可保证产品质量。

Description

消失模精密复合铸造方法
一、技术领域：
本发明涉及一种铸造方法，特别是涉及一种消失模精密复合铸造方法。
二、背景技术：
传统熔模铸造又称失蜡铸造，铸造产品往往比较精密、复杂，接近于零件最后形状，可不加工或很少加工就可直接使用，是一种近净成形的先进工艺。其工艺流程一般为：制作模具压制熔模、取出熔模组合模组、将模组浸入涂料桶上涂料、撒砂、型壳干燥，重复上涂料、撒砂和干燥数次，形成一定厚度的型壳，脱除型壳中的蜡，然后进行型壳焙烧、浇注金属液、脱壳和清理。该工艺由于需要制作金属模具，所以适合一些较大批量的产品生产。可是在实际生产中有些产品订单很少，比如10件以内，这样的话，产品价格还没有生产所用模具的价格费用高。如果采用其它铸造工艺制作，比如消失模铸造，虽然可以手工制作模型，不用制作金属模具，可是在浇注过程中由于不是空腔重力浇注，产品内部质量肯定不如精密铸造，特别是铸钢件，而且外观质量也达不到精密铸造产品的表面质量。
申请号为200810140165.3的申请公开了一种不锈钢、碳钢精密铸造面层型壳的制造方法，生产步骤为：(1)配制耐火涂料，(2)面层型壳的制备，(3)面层型壳的干燥。该方法粘结层采用80～100目的莫来砂，降低了生产成本；在耐火涂料的配制中，硅胶液中配入了适量的润湿剂和消泡剂，并使用了锆英粉，所以改变了型壳的性能，使型壳透气性良好；由于耐火涂料的流速控制为38～45s，因此铸件面粗糙度数值低。该方法中的型壳属于传统的精密铸造方法，铸造时仍需使用金属模具制作蜡模，然后利用制壳浇注方法进行浇注。
三、发明内容：
本发明要解决的技术问题是：克服现有铸造方法的缺点，提供一种不需制作金属模具、生产成本低、而铸造产品质量高的消失模精密复合铸造方法。
本发明的技术方案：
一种消失模精密复合铸造方法，包括以下步骤，
(1)使用聚苯乙烯泡沫塑料做成模型，组合浇注系统；
(2)模型表面涂刷表面修复剂；
(3)制作型壳，包括表面层型壳的制作、过渡层型壳的制作和背层型壳的制作：
将模型置于预湿剂中2～3秒后，捞出，然后浸入放有表面层涂料的容器中，旋转模型，使模型均匀附上涂料，取出，撒上锆英砂，干燥4～6h，制得表面层型壳；然后按与表面层型壳相同的制作方法浸涂过渡层涂料，撒砂，干燥8～12h；过渡层用砂为莫来石砂和高铝砂，然后再经上涂料、撒砂、干燥，如此重复3-8次，制得过渡层型壳；再按与表面层型壳相同的制作方法浸涂背层涂料、撒砂、干燥，制作型壳背层，背层用砂为高铝砂，干燥12～16h，制得背层型壳；最后用背层涂料封浆，再干燥14～18h；
(4)将制得的型壳在温度950-1050℃时进行焙烧，并在此温度下保温30-60min；
(5)将金属液浇入型壳中即形成铸件。
所述表面修复剂为石蜡或其他市售产品。
所述表面层涂料组成为：10kg硅溶胶、36～40kg锆英粉、润湿剂16ml、消泡剂12ml，密度为2.7～2.8g/cm3，涂-4粘度为36～38s；所述过渡层涂料组成为：10kg硅溶胶、17～19kg莫来石粉，密度为1.82～1.85g/cm3；涂-4粘度为28～30s；所述背层涂料组成为：10kg硅溶胶、14～15kg莫来石粉，密度为1.81～1.83g/cm3；涂-4粘度为18～24s。
所述锆英粉的粒度为320目，莫来石粉的粒度为200目；所述润湿剂为十二烷基磺酸钠或脂肪醇聚氧乙烯醚；所述消泡剂为二甲基硅油消泡剂。
所述硅溶胶中SiO2重量百分含量为30％；所述预湿剂为25％的硅溶胶。
所述表面层型壳中锆英砂的粒度为100～120目，所述过渡层用砂中莫来石砂的粒度为30-60目、16-30目两种，高铝砂的粒度为10-20目，撒沙时先用细沙，再用粗砂，所述背层高铝砂的粒度为8-10目。
所述表面层型壳干燥是在温度22～25℃、湿度为50～70％无风条件下进行；所述过渡层型壳干燥是在温度22～25℃、湿度为40～60％条件下进行；所述背层型壳和用背层涂料封浆后的干燥是在温度22～25℃、湿度为40～60％、风速为6～8m/s条件下进行。
本发明的积极有益效果：
(1)本发明的消失模精密复合铸造工艺，打破了传统精密铸造中使用金属模具制作蜡模，然后制壳浇注的习惯。本发明方法通过将传统消失模铸造和精密铸造巧妙地结合，克服了消失模铸造的缺点：a.传统消失模铸造需要在抽真空状态下浇铸，模型气化过程中产生的气体来不及抽走，造成产品中易形成气孔等缺陷；b.传统消失模铸造中浇注金属液的同时也是泡沫气化的过程，铸件容易产生增碳现象，材料成分往往达不到要求，所以只能浇注一些含碳量较高的产品；本发明方法能克服上述缺陷，同时本发明的方法将型壳焙烧后，利用重力浇注，由于是热壳浇注，所以钢水温度可以比消失模铸造时低30-50℃，可避免出现缩孔或缩松缺陷，产品质量可达到精密铸造的产品质量标准。
(2)本发明具有消失模铸造和精密铸造的优点，不需要传统精密铸造制作金属模具，节省了大量加工时间，生产成本大大降低，同时可保证铸造产品的质量。在目前市场竞争异常激烈的情况下，谁能够在最短的时间把样品或产品交给客户，谁就占了市场先机。采用消失模精密复合铸造方法在开发新产品和为客户提供样品的过程中，由于不需要制作金属模具，节省了大量的时间，为公司开发新市场提供了很好的帮助。
四、具体实施方式：
实施例一：消失模精密复合铸造方法，
(1)使用聚苯乙烯泡沫塑料做成模型
聚苯乙烯泡沫塑料系蜂窝状闭孔结构，密度选用0.015-0.025g/cm3范围内的低密度产品，使用该泡沫利用线切割平台做成和产品相同的模型；并组合浇注系统。
(2)模型表面涂刷表面修复剂
表面修复剂可以选用市场上销售的消失模表面修复剂，也可选用石蜡。石蜡要求熔点为56-64℃，灰分(质量分数)≤0.03％，线收缩率：0.6-1.5％。涂刷目的主要是填补聚苯乙烯塑料泡沫模型表面珠粒之间的缝隙，以提高模型的表面质量，进而提高铸件的表面质量，涂刷后用钢尺或刀片等工具刮平即可。
(3)制作型壳，包括制作表面层型壳、过渡层型壳和背层型壳：
a.制作型壳之前需配制好耐火涂料，包括表面层涂料、过渡层涂料和背层涂料。
表面层涂料组成为：10kg硅溶胶，36～40kg粒度为320目的锆英粉、润湿剂16ml、消泡剂12ml，密度为2.7～2.8g/cm3，涂-4粘度为36～38s；其中硅溶胶中SiO2重量百分含量为30％，以下硅溶胶未特别说明时，按此浓度；
所用润湿剂为表面活性剂，如可用SDS(十二烷基磺酸钠)或渗透剂EA(脂肪醇聚氧乙烯醚)。
所用消泡剂为二甲基硅油消泡剂，是一种表面活性剂，以二甲基硅油为主体，进行改性精制而成，其外观为乳白色或浅黄色油状液体，有效物质量分数为100％，外加1％的水分散剂，PH值为6-8，不用稀释可直接加入涂料中使用。
过渡层涂料组成为：10kg硅溶胶、17～19kg粒度为200目的莫来石粉，密度为1.82～1.85g/cm3；涂-4粘度为28～30s；
背层涂料组成为：10kg硅溶胶、14～15kg莫来石粉，密度为1.81～1.83g/cm3；涂-4粘度为18～24s；
b.型壳表面层、型壳过渡层和型壳背层的制作：
型壳表面层：将模型置于预湿剂中2～3秒后，捞出，然后浸入面层涂料桶中，旋转模型，使模型各个角落都能均匀地附上涂料，取出，悬挂在特定的架子上，待模型上的涂料不滴不淌时，在表面层涂料上撒100～120目的锆英砂，在温度22～25℃、湿度为50～70％、无风条件下干燥4～6h，制得型壳表面层；所述预湿剂为25％的硅溶胶；
型壳过渡层：按同样的方法上涂料、撒砂、干燥，制作型壳过渡层，过渡层用砂为30～60目、16-30目的莫来石砂和10-20目的高铝砂，先用细沙，后用粗砂；在温度22～25℃、湿度为40～60％条件下干燥8～12h；然后经上涂料、撒砂、干燥，如此重复3-8次，制得过渡层型壳；
型壳背层：按同样方法经上涂料、撒砂、干燥，制作型壳背层，背层用砂为8-10目高铝砂，在温度22～25℃、湿度为40～60％、风速为6～8m/s条件下干燥12～16h，制得型壳背层；
最后用背层涂料封浆，在温度22～25℃、湿度为40～60％、风速为6～8m/s条件下，干燥14～18h；
(4)将型壳放入柴油炉中进行焙烧，烧去聚苯乙烯泡沫，形成空腔，焙烧温度为950-1050℃，保温时间为30-60min；
(5)将金属液浇入型壳中即形成铸件。
实施例二：消失模精密复合铸造方法：
(1)使用聚苯乙烯泡沫塑料做成模型，同实施例一；
(2)模型表面涂刷表面修复剂，同实施例一；
(3)制作型壳，包括制作表面层型壳、过渡层型壳和背层型壳：
a.制作型壳之前需配制好耐火涂料，包括表面层涂料、过渡层涂料和背层涂料。
表面层涂料组成为：10kg硅溶胶，36～40kg粒度为320目的锆英粉、润湿剂16ml、消泡剂12ml，密度为2.7～2.8g/cm3，涂-4粘度为36～38s；其中硅溶胶中SiO2重量百分含量为30％，下同；
过渡层涂料组成为：10kg硅溶胶、17～19kg粒度为200目的莫来石粉，密度为1.82～1.85g/cm3；涂-4粘度为28～30s；
背层涂料组成为：10kg硅溶胶、14～15kg莫来石粉，密度为1.81～1.83g/cm3；涂-4粘度为18～24s；
b.型壳表面层、型壳过渡层和型壳背层的制作：
型壳表面层：将模型置于预湿剂中2～3秒后，捞出，然后浸入面层涂料桶中，旋转模型，使模型各个角落都能均匀附上涂料，取出，悬挂在特定的架子上，待模型上的涂料不滴不淌时，在表面层涂料上撒100目的锆英砂，在温度22℃、湿度为50％无风条件下干燥4h，制得型壳表面层；所述预湿剂为25％的硅溶胶；
型壳过渡层：按同样的方法上涂料、撒砂、干燥，制作型壳过渡层，过渡层用砂为30～60目、16-30目的莫来石砂和10-20目的高铝砂，在温度22℃、湿度为40％条件下干燥12h；然后再经上涂料、撒砂、干燥，如此重复5～8次，制得过渡层型壳；
型壳背层：按同样的方法经上涂料、撒砂、干燥，制作型壳背层，背层用砂为10目的高铝砂，在温度22℃、湿度为40％、风速为6m/s条件下干燥16h；制得型壳背层；
最后用背层涂料封浆，在温度22℃、湿度为40％、风速为6m/s条件下干燥18h；
(4)将型壳放入柴油炉中进行焙烧，烧去聚苯乙烯泡沫，形成空腔，焙烧温度950℃，保温时间60min；
(5)将金属液浇入型壳中即形成铸件。
实施例三：消失模精密复合铸造方法：
(1)使用聚苯乙烯泡沫塑料做成模型，同实施例一；
(2)模型表面涂刷表面修复剂，同实施例一；
(3)制作型壳，包括制作表面层型壳、过渡层型壳和背层型壳：
a.表面层涂料、过渡层涂料和背层涂料的组成，同实施例一；
b.型壳表面层、型壳过渡层和型壳背层的制作：
型壳表面层：将模型置于预湿剂中2～3秒后，捞出，然后浸入面层涂料桶中，旋转模型，使模型各个角落都能均匀的附上涂料，取出，悬挂在特定的架子上，待模型上的涂料不滴不淌时，在表面层涂料上撒120目的锆英砂，在温度25℃、湿度为70％无风条件下干燥6h，制得型壳表面层；
型壳过渡层：按同样的方法上涂料、撒砂、干燥，制作型壳过渡层，过渡层用砂为60目、30目的莫来石砂和20目的高铝砂，在温度25℃、湿度为60％条件下干燥12h；然后再经上涂料、撒砂、干燥，如此重复6～8次，制得过渡层型壳；
型壳背层：按同样的方法经上涂料、撒砂、干燥，制作型壳背层，背层用砂为10目的高铝砂，在温度25℃、湿度为60％、风速为8m/s条件下干燥16h；制得型壳背层；
最后用背层涂料封浆，在温度25℃、湿度为60％、风速为8m/s条件下干燥18h；
(4)将型壳放入柴油炉进行焙烧，烧去聚苯乙烯泡沫，形成空腔，焙烧温度1050℃，保温时间30min；
(5)将金属液浇入型壳中即形成铸件。
实施例四：消失模精密复合铸造方法.
(1)使用聚苯乙烯泡沫塑料做成模型，同实施例一；
(2)模型表面涂刷表面修复剂，同实施例一；
(3)制作型壳，包括制作表面层型壳、过渡层型壳和背层型壳：
a.耐火涂料，包括表面层涂料、过渡层涂料和背层涂料的组成，同实施例一；
b.型壳表面层、型壳过渡层和型壳背层的制作：
型壳表面层：将模型置于预湿剂中2～3秒后，捞出，然后浸入面层涂料桶中，旋转模型，使模型各个角落都能均匀的附上涂料，取出，悬挂在特定的架子上，待模型上的涂料不滴不淌时，在表面层涂料上撒110目的锆英砂，在温度23℃、湿度为60％无风条件下干燥5h，制得型壳表面层；
型壳过渡层：按同样方法上涂料、撒砂、干燥，制作型壳过渡层，过渡层用砂为40目、20目的莫来石砂和15目的高铝砂，在温度24℃、湿度为50％条件下干燥10h；然后再经上涂料、撒砂、干燥，如此重复6次，制得过渡层型壳；
型壳背层：按同样的方法经上涂料、撒砂、干燥，制作型壳背层，背层用砂为8-10目的高铝砂，在温度24℃、湿度为50％、风速为6～8m/s条件下干燥14h；制得型壳背层；
最后用背层涂料封浆，在温度24℃、湿度为50％、风速为6～8m/s条件下干燥16h；
(4)将型壳放入电炉中进行焙烧，烧去聚苯乙烯泡沫，形成空腔，焙烧温度1000℃，保温时间40min。
(5)将金属液浇入型壳中即形成铸件。
实施例五：消失模精密复合铸造方法：
(1)使用聚苯乙烯泡沫塑料做成模型，同实施例一；
(2)模型表面涂刷表面修复剂，同实施例一；
(3)制作型壳，同实施例一；
(4)将型壳放入电炉中进行焙烧，烧去聚苯乙烯泡沫，形成空腔，焙烧温度960℃，保温时间50min；
(5)将金属液浇入型壳中即形成铸件。
实施例六：消失模精密复合铸造方法：
(1)使用聚苯乙烯泡沫塑料做成模型，同实施例一；
(2)模型表面涂刷表面修复剂，同实施例一；
(3)制作型壳，同实施例一；
(4)将型壳放入电炉中进行焙烧，烧去聚苯乙烯泡沫，形成空腔，焙烧温度1020℃，保温时间35min；
(5)将金属液浇入型壳中即形成铸件。
实施例七：消失模精密复合铸造方法和其他方法的比较
最近我公司接到一批链轮订单，链轮外径∮380，内径∮220，厚度250，圆周共8个齿，材质为ZG28NiCrMo，数量只有三件。如果采用砂型铸造，制作木模费用为750元，而且产品表面质量较差；选用消失模铸造，可以手工制作模型，省去模具费用，但浇注时聚苯乙烯塑料泡沫气化过程中容易产生气孔和增碳现象。若选用精密铸造，仅金属模具就需5000元左右，比产品费用还高。经过论证，最后我们选用消失模精密复合铸造方法生产，在最短的时间内为客户提供了合格的产品，仅模具费用一项，我们就为客户节省了4250元。
具体工艺如下：
(1)使用聚苯乙烯泡沫在我公司的自制设备——线切割平台上制作出链轮模型，安装浇注系统；
(2)使用石蜡涂刷模型表面泡沫珠粒之间的缝隙，并用刀片刮平，使模型表面光洁度达到较高水平；
(3)采用本发明实施例一的方法制壳工艺制作型壳，共制8层；
(4)将制成的型壳放入柴油炉进行焙烧，焙烧温度1010℃，保温时间45分钟，形成空腔的链轮型壳；
(5)钢水在中频感应炉中熔化后开始浇注，浇注温度1590℃，型壳温度850℃；
(6)铸件冷却后去除浇注系统，进行清理、热处理和加工等工序，生产出最终成品。

Claims (7)

1.一种消失模精密复合铸造方法，其特征是：该方法包括以下步骤，
(1)使用聚苯乙烯泡沫塑料做成模型，组合浇注系统；
(2)模型表面涂刷表面修复剂；
(3)制作型壳，包括表面层型壳制作、过渡层型壳制作和背层型壳制作：
将模型置于预湿剂中2～3秒后，捞出，然后浸入放有表面层涂料的容器中，旋转模型，使模型均匀附上涂料，取出，撒上锆英砂，干燥4～6h，制得表面层型壳；然后按与表面层型壳相同的制作方法浸涂过渡层涂料，撒砂，干燥8～12h；过渡层用砂为莫来石砂和高铝砂，然后再经上涂料、撒砂、干燥，如此重复3-8次，制得过渡层型壳；再按与表面层型壳相同的制作方法浸涂背层涂料、撒砂、干燥，制作型壳背层，背层用砂为高铝砂，干燥12～16h，制得背层型壳；最后用背层涂料封浆，再干燥14～18h；
所述表面层涂料的组成为：10kg硅溶胶、36～40kg锆英粉、润湿剂16mL、消泡剂12mL，密度为2.7～2.8g/cm3，涂-4粘度为36～38s；所述过渡层涂料的组成为：10kg硅溶胶、17～19kg莫来石粉，密度为1.82～1.85g/cm3；涂-4粘度为28～30s；所述背层涂料的组成为：10kg硅溶胶、14～15kg莫来石粉，密度为1.81～1.83g/cm3；涂-4粘度为18～24s；
(4)将制得的型壳在温度950-1050℃时进行焙烧，并在此温度下保温30-60min；
(5)将金属液浇入型壳中即形成铸件。
2.根据权利要求1所述消失模精密复合铸造方法，其特征是：所述表面修复剂为石蜡。
3.根据权利要求1所述消失模精密复合铸造方法，其特征是：所述锆英粉粒度为320目，莫来石粉粒度为200目；所述润湿剂为十二烷基磺酸钠或脂肪醇聚氧乙烯醚；所述消泡剂为二甲基硅油消泡剂。 
4.根据权利要求1所述消失模精密复合铸造方法，其特征是：所述硅溶胶中SiO2重量百分含量为30％。
5.根据权利要求1所述消失模精密复合铸造方法，其特征是：所述预湿剂为25％的硅溶胶。
6.根据权利要求1所述消失模精密复合铸造方法，其特征是：所述表面层型壳中锆英砂粒度为100～120目，所述过渡层用砂中莫来石砂的粒度为30-60目、16-30目两种，高铝砂的粒度为10-20目，撒沙时先用细砂，再用粗砂，所述背层高铝砂粒度为8-10目。
7.根据权利要求1所述消失模精密复合铸造方法，其特征是：所述表面层型壳干燥是在温度22～25℃、湿度为50～70％无风条件下进行；所述过渡层型壳干燥是在温度22～25℃、湿度为40～60％条件下进行；所述背层型壳和用背层涂料封浆后的干燥是在温度22～25℃、湿度为40～60％、风速为6～8m/s条件下进行。 
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