CN102366821A

CN102366821A - 绿色消失模铸造工艺

Info

Publication number: CN102366821A
Application number: CN2011103258647A
Authority: CN
Inventors: 刘赵铭; 阎志明; 杨莉; 戴红
Original assignee: Dalian Jiaotong University
Current assignee: Dalian Jiaotong University
Priority date: 2011-10-24
Filing date: 2011-10-24
Publication date: 2012-03-07

Abstract

本发明涉及一种新型绿色消失模铸造工艺，核心就是不让发泡模在浇注过程中气化消失，而是让它消泡缩容，以便回收利用，不排放污染气体，从而达到绿色环保的目的。无发泡模的气化，可显著消除铸造缺陷(如气孔类缺陷)，避免合金的增碳，提高铸件质量。通过在发泡模涂刷涂料后，再在其外面用环保粘结剂和砂制作一定厚度的壳，待壳完全硬化后，对其进行加热消泡缩容，然后针对不同形状铸件，采用相应的方法取出已缩容的残模，来完成壳型制作，最后根据浇注金属液的张力，选择直接壳型浇注、埋砂(普通干砂、铁丸等)、磁力浇注和真空浇注等。该工艺绿色环保无污染，显著提高消失模铸件的质量，可广泛应用于工业生产中。

Description

绿色消失模铸造工艺

技术领域

本发明涉及一种消失模铸造的工艺方法。

背景技术

消失模铸造，又称实型铸造，通常是用泡沫塑料(EPS、STMMA或EPMMA)高分子材料制作成为与要生产铸造的零件结构、尺寸完全一样的实型模具，经过浸涂耐火涂料(起强化、光洁、透气作用)并烘干后，埋在干石英砂中经三维振动造型，浇铸造型砂箱在负压状态下浇入熔化的金属液，使高分子材料模型受热气化抽出，进而被液体金属取代冷却凝固后形成的一次性成型铸造新工艺生产铸件的新型铸造方法。

与传统铸造技术相比，消失模铸造技术具有无与伦比的优势，被国内外铸造界称为“21世纪的铸造技术”和“铸造工业的绿色革命”。消失模铸造有下列特点：1、铸件质量好，成本低；2、材质不限，大小皆宜；3、精度高、表面光洁、减少清理、节省机加；4、内部缺陷大大减少，铸件组织致密；5、可实现大规模、大批量生产；6、适用于相同铸件的大批量生产铸造；7、适用于人工操作与自动化流水线生产运行控制；8、生产线的生产状态符合环保技术参数指标要求；9、可以大大改善铸造生产线的工作环境与生产条件、降低劳动强度、减少能源消耗。

现有的消失模铸造采用金属液使发泡模气化消失，这样，就有三个不足，①产生大量污染气体，污染环境；②由于大量气体存在，易产生铸造缺陷，如气孔；③产物含有大量碳，会使合金增碳，改变其化学成分，使性能恶化。

2007年中国消失模铸件产量已达到64.8万吨，比1995年增长42.6倍，就其产量和企业数量均列世界第一。但在技术水平、原辅材料和专用设备的先进性及自动化程度上，与发达国家相比仍有一定差距。

发明内容

鉴于现有技术所存在的上述缺陷，本发明旨在公开一种绿色消失模铸造工艺，它改变了传统工艺中发泡模在浇注过程中气化消失的方法，而是让发泡模消泡缩容。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种绿色消失模铸造工艺，其特征在于：

在发泡模涂刷涂料后，用粘结剂和砂制作一定厚度的壳，待其硬化；所述粘结剂为水玻璃、硅溶胶或氯氧镁等绿色粘结剂；

浇注之前，采用加热法消泡缩容去除发泡模，完成型壳制作：把带有壳的发泡模放入加热炉，加热到80～350℃，保温以使发泡模消泡缩容，

a.对于待生产的铸件形状简单的情况，使消泡缩容的模自动流出壳体；

b.对于待生产的铸件形状中等复杂的情况，需进而采用外力吸出或吹出已消泡缩容的残模；

c.对于待生产的铸件形状复杂的情况，需进而采用牵引丝抽出或牵引丝与吸力结合，取出已消泡缩容的残模。

进一步的，为了达到消泡缩容之目的，所述消泡缩容去除发泡模的过程中，采用介质加热，所述介质为80～350℃的热空气或热空气携带固体物；所述固体物为钢瓦和/或砂子，其粒度为

更进一步的，对于所述消泡缩容去除发泡模过程中尚未去除的残模，在所述残模积存处设计集渣包或集渣口，用以去除残模，之后再将所述集渣包或集渣口粘结封闭

再进一步的，对于所述消泡缩容去除发泡模过程中尚未去除的少量残模，进而加热到高于350℃，即发泡模气化温度以上，使所述少量残模气化，并吸出气化后剩余的固体渣。

与现有的消失模铸造工艺相比较，本发明具有以下显著特点：

本发明打破了消失模铸造传统工艺中发泡模在浇注过程中气化消失的工艺过程，让发泡模消泡缩容，以达到不排放任何污染气体之目的，并可回收或循环使用，具有绿色节能环保的显著特点；同时，消泡缩容的工艺过程没有或只有很少量的气体存在，显著减少了诸如气孔等铸造缺陷；而且，发泡模消泡缩容也减少了铸件表面的碳含量，避免铸造过程中增碳的技术障碍，打破了传统消失模铸造仅用于铸铁、铝合金铸造生产的限制，扩大了消失模铸造应用合金的范围，例如合金钢铸造领域；综上，本发明使消失模技术在我国得到更加广泛的应用，拓展了其巨大的市场前景。

附图说明

图1是绿色消失模铸造工艺流程图；

图2是实施例1的船用螺旋桨绿色消失模铸造工艺示意图。图中，

1.热气流入口；2.出口

具体实施方式

现结合附图对本发明作进一步的具体描述：

如图1所示的绿色消失模铸造工艺，包括如下步骤：

(1)模型制作：

通常有两种情况：

第一种，采用泡塑珠粒制作，经过预发泡-熟化-发泡成型-冷却出模；

其中，关于泡塑珠粒的选用问题：

消失模铸造专用的泡塑珠粒有三种。

a.可发性聚苯乙烯树脂珠粒(简称EPS)；

b.可发性甲基丙烯酸甲脂与苯乙烯共聚树脂珠粒(简称STMMA)；

c.可发性聚甲基丙烯酸甲脂树脂珠粒(简称EPMMA)。

常用可发性聚苯乙烯树脂珠粒(EPS)，用于铸造有色金属、灰铁及一般铸钢。

珠粒特点：半透明珠粒，预发泡倍数40～60，粒径为0.18～0.80毫米(6种尺寸)，一般选用的原始珠粒的粒径小于或等于铸件最小壁厚的1/9～1/10。

以EPS为例，对模型制作工艺进行具体描述如下：

①预发泡

EPS珠粒在加入模具前，要先进行预发泡，以使珠粒膨胀到一定尺寸。

预发泡过程决定了模型的密度、尺寸稳定性及精度，是关键环节之一。适用于EPS珠粒预发泡的方法有三种：热水预发泡、蒸汽预发泡和真空预发泡。真空预发泡的珠粒发泡率高，珠粒干燥，应用较多。

②熟化

经预发泡的EPS珠粒放置在干燥、通风的料仓中一定时间。以便使珠粒泡孔内外界压力平衡，使珠粒具有弹性和再膨胀能力，除去珠粒表面的水分。熟化时间在8～48小时。

③发泡成型

将预发泡且熟化的EPS珠粒填充到金属模具的型腔内，加热，使珠粒再次膨胀，填满珠粒间的空隙，并使珠粒间相互融合，形成平滑表面，即模型。出模前必须进行冷却，使模型降温至软化温度以下，模型硬化定形后，才能出模。出模后还应有模型干燥及尺寸稳定的时间。设备有蒸缸及自动成形的成型机两种。

第二种情况，采用泡塑板材制作：泡塑板材-电阻丝切割-粘结-模型

对于简单模型，可利用电阻丝切割装置，将泡塑板材切割成所需的模型。

对于复杂模型，首先用电阻丝切割装置，将模型分割成几个部分，然后进行粘，使之成为整体模型。

(2)模型组合成簇：将自行加工或外购的泡塑模型与浇冒口模型组合粘结在一起，形成模型簇，这种组合有时在涂料前进行，有时在涂层制备后埋箱造型时进行。是消失模(实型)铸造不可缺少的一道工序。

目前使用的粘结材料：橡胶乳液、树脂溶剂和热熔胶及胶带纸。

(3)模型涂层：

实型铸造泡塑模型表面必需涂一层一定厚度的涂料，形成铸型内壳。其涂层的作用是为了提高EPS模型的强度和刚度，提高模型表面抗型砂冲刷能力，防止加砂过程中模型表面破损及振动造型及负压定型时模型的变形，确保铸件的尺寸精度。

外购的消失模铸造专用涂料，在涂料搅拌机内加水搅拌，使其得到合适的粘度。搅拌后的涂料放入容器内，用浸、刷、淋和喷的方法将模型组涂覆。一般涂两遍，使涂层厚度为0.5～2mm。据铸件合金种类、结构形状及尺寸大小不同选定。涂层在40～50℃下烘干。

(4)消泡缩容

①生产简单形状铸件时，把带有壳的发泡模放入加热炉，加热到一定温度范围(消泡起始温度到发泡模热分解温度)，保温以使发泡模消泡缩容，并使消泡缩容的模自动流出壳体。

②生产中等复杂铸件时，把带有壳的发泡模放入加热炉，加热到一定温度范围(消泡起始温度到发泡模热分解温度)，保温以使发泡模消泡缩容，采用外力吸出已消泡缩容的残模。

③生产复杂铸件时，把带有壳的发泡模放入加热炉，加热到一定温度范围(消泡起始温度到发泡模热分解温度)，保温以使发泡模消泡缩容，采用牵引丝抽出或牵引丝与吸力结合，取出已消泡缩容的残模。

5.振动造型：

常用的一种造型方法(两种方法之一)。

其工序包括如下工序：砂床制备-放置模壳-填砂-密封定型

①砂床制备

将带有抽气室的砂箱放在振动台上，并卡紧。底部放入一定厚度的底砂(一般砂床厚度在50～100mm以上)，振动紧实。

型砂为无粘结剂、无填加物、不含水的干石英砂。黑色金属温度高，可选用较粗的砂，铝合金采用较细砂子。型砂经处理后要反复使用。

砂箱为单面开口、设有抽气室或抽气管、起吊或行走机构的砂箱。

②放置----已消泡缩容的模壳

振实后，根据工艺要求在砂床上放置已消泡缩容的模壳组，并培砂固定。

③填砂

加入干砂(几种加砂方法)，同时施以振动(X、Y、Z三个方向)，时间一般为30～60秒，使型砂充满模型的各个部位，且使型砂的堆积密度增加。

④密封定型

砂箱表面用塑料薄膜密封，用真空泵将砂箱内抽成一定真空，靠大气压力与铸型内压力之差将砂粒“粘结”在一起，维持铸型浇注过程不崩散，称之为“负压定型”。

6.浇注

浇注操作过程采用慢-快-慢。并保持连续浇注，防止浇注过程断流。浇后铸型真空维持3～5分钟后停泵。浇注温度比砂型铸造的温度高30～50℃。

7.冷却清理得所制铸件

冷却后，实型铸造落砂最为简单，将砂箱倾斜吊出铸件或直接从砂箱中吊出铸件均可，铸件与干砂自然分离。分离出的干砂处理后重复使用。

采用上述工艺铸造生产一种船用螺旋桨，如图2所示，在4个叶片端部设置热气流入口，吹入热空气或用热空气携带固体物，使螺旋桨内部的发泡模消泡缩容，并由心部的出口排出，使发泡模不在浇注过程中汽化，从而达到绿色铸造的目的。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种绿色消失模铸造工艺，其特征在于：

在发泡模涂刷涂料后，用粘结剂和砂制作一定厚度的壳，待其硬化；

2.如权利要求1所述的绿色消失模铸造工艺，其特征在于：

所述消泡缩容去除发泡模的过程中，采用介质加热，所述介质为80～350℃的热空气或热空气携带固体物。

3.如权利要求2所述的绿色消失模铸造工艺，其特征在于：

所述固体物为钢瓦和/或砂子，其粒度为

4.如权利要求1所述的绿色消失模铸造工艺，其特征在于：

所述粘结剂为水玻璃、硅溶胶或氯氧镁。

5.如权利要求1所述的绿色消失模铸造工艺，其特征在于：

对于所述消泡缩容去除发泡模过程中尚未去除的残模，在所述残模积存处设计集渣包或集渣口，用以去除残模，之后再将所述集渣包或集渣口粘结封闭。

6.如权利要求1-5任一所述的绿色消失模铸造工艺，其特征在于：

对于所述消泡缩容去除发泡模过程中尚未去除的少量残模，进而加热到高于350℃，即发泡模气化温度以上，使所述少量残模气化，并吸出气化后剩余的固体渣。