CN102794395A - 一种利用石膏型浇注锌锡合金模具的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种利用石膏型间接快速制造锡锌合金模具的方法，以及由该方法得到的锡锌合金模具。采用本申请的方法制备的合金模具其成本只有传统机械加工模具的1/3-1/5；制造周期只有前者的1/4-1/5。与传统的浇注工艺相比，本发明方法生产的浇注合金模具的表面光滑、质量高。
Description
技术领域
本发明涉及一种合金模具的浇注成形方法，更具体的说，本发明涉及一种利用石膏型浇注锌锡合金模具的方法。
背景技术
传统模具的制造方法有很多，例如，数控铣加工、电火花加工、线切割加工、电解加工、电铸加工、压力加工和蚀刻技术等。但是由于这些技术复杂、耗时长、并且费用高进而影响了新产品的开发进度。而传统的快速模具由于工艺粗糙、精度低、寿命短，很难完全满足用户的要求，而且传统的快速模具也很难达到快速的要求。因此，应用快速模具制造技术，在最终生产模具开模之前进行产品的试验和小批量生产，可以有效地节约开发时间和费用。
石膏型铸造是一种特种铸造工艺，其是指将金属熔液浇铸到以石膏为基料制成的铸型内的一种铸造方法。其具有可以铸造表面精度高、形状复杂的有色金属铸件，浇注后容易清理等优点，常用于有色金属的模具制造，采用翻模获得石膏型的方法主要缺点是工艺过程复杂，需要制母模、翻制硅胶模，浇灌石膏型，获得石膏型后再浇注金属铸件，且在翻模过程中存在精度损失。
石膏型以石膏混合料的浆体灌浆成型，浆体的流动性很好，且又在真空下充填，其成型性能优良。浆料在凝结过程中又有轻微的膨胀，复模性能优异，铸型精确、光洁，优势是非常明显的。
本申请的发明人利用现有技术中的快速模具制造技术成功开发了一种利用石膏母型制备锌锡合金模具的方法。
发明内容
本发明记载了一种利用石膏型浇注锡锌合金模具的方法，其包括以下步骤：
1.石膏型模的制备
A.石膏凹型模的制备
石膏凹型模浆料的配方：
白水泥：3-5wt％，羧甲基壳聚糖：1-3wt％，油酸：1-3wt％，多聚磷酸钠：0.03wt％和余量的半水石膏；水固比＝1∶2～2∶3；
把称量好的石膏配方与水混合在真空中搅拌和灌浆；灌浆后10-30分钟起模，空气干燥20-30小时；
B.石膏凸型模的制备
石膏凸型模浆料的配方：
石英粉：3-5wt％，羧甲基壳聚糖：1-3wt％，油酸：1-3wt％，多聚磷酸钠：0.03wt％和余量的半水石膏；水固比＝1∶2～2∶3；
把称量好的石膏配方与水混合在真空中搅拌和灌浆；灌浆后10-30分钟起模，空气干燥20-30小时；
自然干燥的石膏型模表面涂刷聚乙烯醇，施加耐高温涂层；
2.石膏型模的烘干与焙烧
烘干温度：60-100℃，烘干时间：15-25h；
焙烧温度：200-280℃，焙烧时间：120-200n
3.合金的浇注
在真空或惰性气体低压下加热并熔融所述的锌锡合金，所述的锌锡合金的熔点为A，加热温度为：A+10℃～A+20℃；将制备得到的石膏型模置于带有旋转装置的工作台上，在真空或惰性气氛中，将锌锡合金熔融液倾倒入石膏型模中；其中的浇注分为两次浇注完成，第一次浇注温度为A+30℃～A+40℃，当液面高度升高至离石膏型凸模顶部约10-25mm处停止浇注；第二次浇注温度为A+10℃～A+20℃，浇到预定的高度为止；
其中，步骤2中的耐高温涂层为包含氮化碳或氮化硼自润滑相的涂层。
其中，步骤2中的施加方法包括涂、刷、浸、气相沉积或喷涂；优选采用喷涂工艺，喷涂可以选择电弧喷涂、等离子喷涂、爆炸喷涂等方法。
其中，步骤3中的加热工艺为真空感应熔融、感应线圈加热等方法。
其中，步骤3中工作台的转速为10-200r/min。
本发明相对于现有技术的优点：
(1)与传统的浇注工艺相比，本发明方法生产的浇注合金模具的表面光滑、质量高。
(2)利用该方法可以制造各种模具型腔，例如注塑模具型腔、注射模具型腔、冲压模具型腔体等，其可以完全消除气孔等缺陷。
(3)成本低廉，采用本申请的方法制备的合金模具其成本只有传统机械加工模具的1/3-1/5；制造周期只有前者的1/4-1/5。
附图说明
图1为本发明的离心浇铸过程的示意图。
具体实施例
以下将通过具体实施例对本发明的技术方案做出进一步的说明。申请人需要强调的是，以下实施例仅仅是为了详细说明发明的内容的需要，而不能认为是对本发明的限制。本发明要求保护的范围，以权利要求书所限定的技术方案为准。
实施例1
1.石膏型模的制备
A.石膏凹型模的制备
石膏凹型模浆料的配方：白水泥：3wt％，羧甲基壳聚糖：2wt％，油酸：2wt％，多聚磷酸钠：0.03wt％和余量的半水石膏；水固比＝1∶2；把称量好的石膏配方与水混合在真空中搅拌和灌浆；灌浆后20分钟起模，空气干燥25小时；
B.石膏凸型模的制备
石膏凸型模浆料的配方：石英粉：3wt％，羧甲基壳聚糖：2wt％，油酸：2wt％，多聚磷酸钠：0.03wt％和余量的半水石膏；水固比＝1∶2；把称量好的石膏配方与水混合在真空中搅拌和灌浆；灌浆后20分钟起模，空气干燥25小时；自然干燥的石膏型模表面涂刷聚乙烯醇，电弧喷涂含有氮化硼的自润滑涂层；
2.石膏型模的烘干与焙烧
烘干温度：80℃，烘干时间：20h；焙烧温度：280℃，焙烧时间：150min；
3.锡锌合金的浇注
在低压氮气气氛下加热并熔融所述的锡锌合金，采用真空感应熔融的加热方式，将温度加热到A+10℃，形成熔融的锡锌合金；将石膏型模置于带有旋转装置的工作台上，工作台的转速为100r/min，在氮气气氛中，将锡锌合金合金倾倒进入石膏型模中；其中的浇注分为两次浇注完成，第一次浇注温度为A+40℃，当液面高度升高至离石膏型凸模顶部约10mm处停止浇注；第二次浇注温度为A+20℃，浇到预定的高度为止；形成所述的锡锌合金模具。
实施例2
1.石膏型模的制备
A.石膏凹型模的制备
石膏凹型模浆料的配方：白水泥：5wt％，羧甲基壳聚糖：2wt％，油酸：3wt％，多聚磷酸钠：0.03wt％和余量的半水石膏；水固比＝1∶2；把称量好的石膏配方与水混合在真空中搅拌和灌浆；灌浆后20分钟起模，空气干燥25小时；
B.石膏凸型模的制备
石膏凸型模浆料的配方：石英粉：5wt％，羧甲基壳聚糖：2wt％，油酸：3wt％，多聚磷酸钠：0.03wt％和余量的半水石膏；水固比＝1∶2；把称量好的石膏配方与水混合在真空中搅拌和灌浆；灌浆后20分钟起模，空气干燥25小时；自然干燥的石膏型模表面涂刷聚乙烯醇，电弧喷涂含有氮化硼的自润滑涂层：
2.石膏型模的烘干与焙烧
烘干温度：90℃，烘干时间：20h；焙烧温度：250℃，焙烧时间：200min；
3.锡锌合金的浇注
在真空气氛下加热并熔融所述的锡锌合金，采用真空感应熔融的加热方式，将温度加热到A+20℃，形成熔融的锡锌合金；将石膏型模置于带有旋转装置的工作台上，工作台的转速为100r/min，在真空环境中，将锡锌合金合金倾倒进入石膏型模中；其中的浇注分为两次浇注完成，第一次浇注温度为A+30℃，当液面高度升高至离石膏型凸模顶部约10mm处停止浇注；第二次浇注温度为A+20℃，浇到预定的高度为止；形成所述的锡锌合金模具。
实施例3
1.石膏型模的制备
A.石膏凹型模的制备
石膏凹型模浆料的配方：白水泥：4wt％，羧甲基壳聚糖：2wt％，油酸：3wt％，多聚磷酸钠：0.03wt％和余量的半水石膏；水固比＝1∶2；把称量好的石膏配方与水混合在真空中搅拌和灌浆；灌浆后20分钟起模，空气干燥25小时；
B.石膏凸型模的制备
石膏凸型模浆料的配方：石英粉：4wt％，羧甲基壳聚糖：2wt％，油酸：3wt％，多聚磷酸钠：0.03wt％和余量的半水石膏；水固比＝1∶2；把称量好的石膏配方与水混合在真空中搅拌和灌浆；灌浆后20分钟起模，空气干燥25小时；自然干燥的石膏型模表面涂刷聚乙烯醇，电弧喷涂含有氮化硼的自润滑涂层；
2.石膏型模的烘干与焙烧
烘干温度：75℃，烘干时间：20h；焙烧温度：250℃，焙烧时间：200min；
3.锡锌合金的浇注
在低压氮气气氛下加热并熔融所述的锡锌合金，采用真空感应熔融的加热方式，将温度加热到A+20℃，形成熔融的锡锌合金；将石膏型模置于带有旋转装置的工作台上，工作台的转速为200r/min，在氮气气氛中，将锡锌合金融溶液倾倒进入石膏型模中；其中的浇注分为两次浇注完成，第一次浇注温度为A+30℃，当液面高度升高至离石膏型凸模顶部约10mm处停止浇注；第二次浇注温度为A+10℃，浇到预定的高度为止；形成所述的锡锌合金模具。
实施例1-3浇铸得到的锡锌合金模具的均匀性接近于锻造材料，并且定向固化使浇铸体的质量很好，并且没有浇铸缺陷。
Claims (8)
1.一种利用石膏型浇注锡锌合金模具的方法，其包括以下步骤：
步骤1.石膏型模的制备
A.石膏凹型模的制备
石膏凹型模浆料的配方：白水泥：3-5wt％，羧甲基壳聚糖：1-3wt％，油酸：1-3wt％，多聚磷酸钠：0.03wt％和余量的半水石膏；水固比＝1∶2～2∶3；把称量好的石膏配方与水混合在真空中搅拌和灌浆；灌浆后10-30分钟起模，空气干燥20-30小时；
B.石膏凸型模的制备
石膏凸型模浆料的配方：石英粉：3-5wt％，羧甲基壳聚糖：1-3wt％，油酸：1-3wt％，多聚磷酸钠：0.03wt％和余量的半水石膏；水固比＝1∶2～2∶3；把称量好的石膏配方与水混合在真空中搅拌和灌浆；灌浆后10-30分钟起模，空气干燥20-30小时；自然干燥的石膏型模表面涂刷聚乙烯醇，施加耐高温涂层；
步骤2.石膏型模的烘干与焙烧
将自然干燥的石膏凹型模和石膏凸型模进行烘干和焙烧过程；其中：烘干温度：60-100℃，烘干时间：15-25h；焙烧温度：200-280℃，焙烧时间：120-200min；
步骤3.锡锌合金的浇注
在真空或惰性气体低压下加热并熔融所述的锌锡合金，所述的锌锡合金的熔点为A，加热温度为：A+10℃～A+20℃；将制备得到的石膏型模置于带有旋转装置的工作台上，在真空或惰性气氛中，将锌锡合金熔融液倾倒入石膏型模中；其中的浇注分为两次浇注完成，第一次浇注温度为A+30℃～A+40℃，当液面高度升高至离石膏型凸模顶部约10-25mm处停止浇注；第二次浇注温度为A+10℃～A+20℃，浇到预定的高度为止，得到所述的锡锌合金模。
2.权利要求1所述的利用石膏型浇注锡锌合金模具的方法，其特征在于步骤2中的耐高温涂层为包含氮化碳或氮化硼自润滑相的涂层。
3.权利要求2所述的利用石膏型浇注锡锌合金模具的方法，其特征在于步骤2中的施加方法包括涂、刷、浸、气相沉积或喷涂；
4.权利要求3所述的利用石膏型浇注锡锌合金模具的方法，其特征在于采用喷涂工艺。
5.权利要求4所述的利用石膏型浇注锡锌合金模具的方法，其特征在于所述的喷涂方法为火焰喷涂、电弧喷涂、等离子喷涂或爆炸喷涂。
6.权利要求1所述的利用石膏型浇注锡锌合金模具的方法，其特征在于步骤3中的加热工艺为真空感应熔融、感应线圈加热等方法。
7.权利要求1所述的利用石膏型浇注锡锌合金模具的方法，其特征在于步骤3中工作台的转速为10-200r/min。
8.一种锡锌合金模具，根据权利要求1-7所述的任意一种方法制造。
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