CN103240391B - 熔模铸造用金属芯的制备方法和基于该金属芯的铝合金铸件的熔模精密铸造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种熔模铸造用金属芯的制备方法和基于该金属芯的铝合金铸件的熔模精密铸造方法，设计金属芯，采用慢走丝线切割的方法将镍基或铁基高温合金加工成设计的金属芯，并对金属芯表面进行研磨抛光。把研磨抛光后的金属芯放进模具进行固定后，压制蜡型，蜡型经涂挂、脱蜡后焙烧，吹壳；熔炼铝合金液，然后对包含金属芯的模壳进行浇注；用水力清壳机进行清壳，去除内腔残余模壳后用水进行浸泡，金属芯用工装取出。本发明解决了现有技术中的砂型表面粗糙度低、石膏芯强度低和熔模铜芯在模壳焙烧时氧化诸多问题，并且解决了加工工序繁琐，成品率低的问题，生产出了满足工艺要求的铝合金铸件。
Description
技术领域
本发明属于精密设备制造领域，具体涉及熔模铸造用金属芯的制备方法和基于该金属芯的铝合金铸件的熔模精密铸造方法。
背景技术
随着雷达等精密设备的发展，一些精密功能构件向着结构紧凑、高的电性能方向发展。以某波导管为例，波导管设计中包含一宽0.8mm，长3.6mm，深5.2mm的缝隙，且要求该缝隙的表面及其他非加工表面粗糙度不大于3.2μ。目前公知的成型方法有机械加工、电火花加工及铸造的方法成型波导管及其缝隙。然而，由于缝隙周围被波导管壁包围，机加工刀竿无法伸入波导管内部进行加工，也没有长度大于5.2mm，直径小于0.8mm的刀具，因此无法采用机械加工的方法成型。采用电火花加工可以成型上述缝隙，然而，电火花加工后缝隙表面粗糙度不能满足要求。精密铸造成型技术可以满足大部分表面质量及尺寸精度要求高的精密构件的成型需求，对于上述波导管的成型一般方法是采用树脂砂造型，在造型时加入铜芯从而成型细小缝隙，然后根据使用确定是否用浓硝酸去除铜芯。然而，此种方法仅能使成型的缝隙尺寸及表面粗糙度满足要求，波导管的其他部位在尺寸精度及表面粗糙度方面均不能满足要求。熔模精密铸造可以满足所有部位尺寸及表面粗糙度的要求，但模壳需要经过700℃到900℃的高温焙烧提高模壳的强度，若继续采用铜芯成型缝隙，由于铜芯在高温焙烧条件下会被氧化，造成表面粗糙度及尺寸不合、氧化物夹杂等缺陷。有一些技术人员试图采用石膏芯作为成型的材料，但石膏尺寸不到1mm时的强度很低，无法抵御浇铸过程中铝合金熔体对石膏芯的冲刷从而断裂。因此，现有的技术均不能成型具有细小缝隙的且表面质量要求高的精密结构件。
发明内容
本发明为了解决现有技术中不能实现具有细小缝隙且缝隙表面质量要求高的问题，提供了熔模铸造用金属芯的制备方法和基于该金属芯的铝合金铸件的熔模精密铸造方法，其通过制备熔模铸造用金属芯，基于该金属芯的熔模精密铸造的铝合金铸件满足尺寸精度及表面粗糙度的要求。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
一种熔模铸造用金属芯的制备方法，包括以下步骤：
金属芯及成型：设计金属芯，采用慢走丝线切割的方法将镍基或铁基高温合金加工成设计好的金属芯，并对金属芯表面进行研磨抛光。
所述金属芯的一端为芯头，芯头上预留用于取出金属芯的孔，另一端为成型部分。
所述芯头长度为7mm。
所述金属芯尺寸精度为±0.04mm。
一种基于金属芯的铝合金铸件的熔模精密铸造方法，包括以下步骤：
1)模壳制作：把金属芯放进模具用芯头进行固定后，压制蜡型，蜡型经涂挂、脱蜡后在750℃～900℃焙烧4～5个小时，吹壳；
2)浇铸：依据铸件工艺要求熔炼铝合金液，然后对包含金属芯的模壳进行浇注；
3)清壳：用水力清壳机进行清壳，去除内腔残余模壳后用水进行浸泡，金属芯用工装取出，得到铝合金铸件。
所述金属芯在放进模具进行固定前金属芯表面还要经过喷涂氧化钛涂料。
所述氧化钛涂料为水玻璃、硼酸和氧化钛按(3～7)：(21～29)：(65～75)的质量百分比进行配料，制得氧化钛涂料，采用50℃～60℃热水将制得的氧化钛涂料溶解并稀释至浓度为1.2g/cm3。
所述喷涂前将金属芯加热至100～200℃，采用喷枪对金属芯表面反复多次喷涂稀释后的氧化钛涂料，使得氧化钛涂料厚度为0.06～0.14mm。
本发明的有益效果是：采用镍基或铁基高温合金制得金属芯，利用金属芯在高温焙烧条件下不会被氧化的性质，制成铝合金铸件不会造成表面粗糙度及尺寸不合、氧化物夹杂的缺陷；在铝合金熔模铸造过程中引入耐高温金属芯，将金属芯与熔模精密铸造两者紧密结合，获得了尺寸精度高，表面光洁及较好的内部质量的铝合金铸件,解决了现有技术中的砂型表面粗糙度低、石膏芯强度低和熔模铜芯在模壳焙烧时氧化的诸多问题，经过电气性能测试能够达到设计要求。运用金属模及熔模多种铸造技术的综合运用解决了加工工序繁琐，成品率低的问题，生产出了满足工艺要求的铝合金铸件。
附图说明
图1为本发明的结构示意图，其中图1(a)为正视图，图1(b)为图1(a)沿A-A线的剖视图。
图2为金属芯的剖面图。
其中，1、成型部分；2、金属芯；3、芯头；4、孔。
具体实施方式
下面结合附图通过实施例对本发明进行详细说明。
实施例1
一种熔模铸造用金属芯的制备方法，包括以下步骤：
金属芯及成型：参见图1和2，设计宽度为0.50mm的金属芯2，一端留出7mm的芯头3并在芯头3上预留一个用于取出金属芯的孔4，另一端为成型部分1，然后采用慢走丝线切割的方法将镍基或铁基高温合金加工成设计好的金属芯2并对金属芯2表面进行研磨抛光，使其尺寸精度为±0.04mm。
一种基于金属芯的铝合金铸件的熔模精密铸造方法，包括以下步骤：
1)模壳制作：将水玻璃、硼酸和氧化钛按5：25：70的质量百分比进行配料，制得氧化钛涂料，采用热水将氧化钛涂料溶解并稀释至浓度为1.2g/cm3，将金属芯2加热至150℃，采用喷枪对金属芯2表面反复喷涂3次稀释后的氧化钛涂料，使得氧化钛涂料厚度为0.1mm。
把经过喷涂的金属芯2放进模具进行固定后，压制蜡型，再采用抹布蘸洗衣粉溶液进行除油并局部清理。蜡型经涂挂、脱蜡后在850℃焙烧4.5个小时，吹壳以备浇铸使用。
2)浇铸：依据铸件工艺要求熔炼合格的铝合金液，然后对包含金属芯2的模壳进行浇注；
3)清壳：用水力清壳机进行清壳，去除内腔残余模壳后用水进行浸泡，金属芯2用工装取出，得铝合金铸件。
实施例2
一种熔模铸造用金属芯的制备方法，包括以下步骤：
金属芯及成型：设计宽度为0.70mm的金属芯2，一端留出7mm的芯头3并在芯头3上预留一个用于取出金属芯的孔4，另一端为成型部分1，然后采用慢走丝线切割的方法将镍基或铁基高温合金加工成设计好的金属芯2并对金属芯2表面进行研磨抛光，使其尺寸精度为±0.04mm。
一种基于金属芯的铝合金铸件的熔模精密铸造方法，包括以下步骤：
1)模壳制作：将水玻璃、硼酸和氧化钛按3：29：68的质量百分比进行配料，制得氧化钛涂料，采用热水将氧化钛涂料溶解并稀释至浓度为1.2g/cm3，将金属芯2加热至100℃，采用喷枪对金属芯2表面反复喷涂3次稀释后的氧化钛涂料，使得氧化钛涂料厚度为0.14mm。
把经过喷涂的金属芯2放进模具进行固定后，压制蜡型，模具不能喷过多的脱模剂，再采用抹布蘸洗衣粉溶液进行除油并局部清理。蜡型经涂挂、脱蜡后在750℃焙烧5个小时，吹壳以备浇铸使用。
2)浇铸：依据铸件工艺要求熔炼合格的铝合金液，然后对包含金属芯2的模壳进行浇注；
3)清壳：用水力清壳机进行清壳，去除内腔残余模壳后用水进行浸泡，金属芯2用工装取出，得铝合金铸件。
实施例3
一种熔模铸造用金属芯的制备方法，包括以下步骤：
1)金属芯及成型：设计宽度为0.6mm的金属芯2，一端留出7mm的芯头3并在芯头3上预留一个用于取出金属芯的孔4，另一端为成型部分1，然后采用慢走丝线切割的方法将镍基或铁基高温合金加工成设计好的金属芯2并对金属芯2表面进行研磨抛光，使其尺寸精度为±0.04mm。
一种基于金属芯的铝合金铸件的熔模精密铸造方法，包括以下步骤：
1)模壳制作：将水玻璃，硼酸和氧化钛按7：21：72的质量百分比进行配料，制得氧化钛涂料采用热水将氧化钛涂料溶解并稀释浓度为1.2g/cm3，将金属芯2加热至200℃，采用喷枪对金属芯2表面反复喷涂3次稀释后的氧化钛涂料，使得氧化钛涂料厚度为0.06mm。
把经过喷涂的金属芯2放进模具进行固定后，压制蜡型，模具不能喷过多的脱模剂，再采用抹布蘸洗衣粉溶液进行除油并局部清理。蜡型经涂挂、脱蜡后在900℃焙烧4个小时，吹壳以备浇铸使用。
2)浇铸：依据铸件工艺要求熔炼合格的铝合金液，然后对包含金属芯2的模壳进行浇注；
3)清壳：用水力清壳机进行清壳，去除内腔残余模壳后用水进行浸泡，金属芯2用工装取出，得铝合金铸件。
实施例4
一种熔模铸造用金属芯的制备方法，包括以下步骤：
1)金属芯及成型：设计宽度为0.55mm的金属芯2，一端留出7mm的芯头3并在芯头3上预留一个用于取出金属芯的孔4，另一端为成型部分1，然后采用慢走丝线切割的方法将镍基或铁基高温合金加工成设计好的金属芯2并对金属芯2表面进行研磨抛光，使其尺寸精度为±0.04mm。
一种基于金属芯的铝合金铸件的熔模精密铸造方法，包括以下步骤：
1)模壳制作：将水玻璃，硼酸和氧化钛按3：22：75的质量百分比进行配料，制得氧化钛涂料，采用热水将氧化钛涂料溶解并稀释至浓度为1.2g/cm3，将金属芯2加热至120℃，采用喷枪对金属芯2表面反复喷涂3次稀释后的氧化钛涂料，使得氧化钛涂料厚度为0.08mm。
把经过喷涂的金属芯2放进模具进行固定后，压制蜡型，模具不能喷过多的脱模剂，再采用抹布蘸洗衣粉溶液进行除油并局部清理。蜡型经涂挂、脱蜡后在780℃焙烧5个小时，吹壳以备浇铸使用。
2)浇铸：依据铸件工艺要求熔炼合格的铝合金液，然后对包含金属芯2的模壳进行浇注；
3)清壳：用水力清壳机进行清壳，去除内腔残余模壳后用水进行浸泡，金属芯2用工装取出，得铝合金铸件。
实施例5
一种熔模铸造用金属芯的制备方法，包括以下步骤：
1)金属芯及成型：设计宽度为0.65mm的金属芯2，一端留出7mm的芯头3并在芯头3上预留一个用于取出金属芯的孔4，另一端为成型部分1，然后采用慢走丝线切割的方法将镍基或铁基高温合金加工成设计好的金属芯2并对金属芯2表面进行研磨抛光，使其尺寸精度为±0.04mm。
一种基于金属芯的铝合金铸件的熔模精密铸造方法，包括以下步骤：
1)模壳制作：将水玻璃，硼酸和氧化钛按6：29：65的质量百分比进行配料，制得氧化钛涂料，采用热水将氧化钛涂料溶解并稀释至浓度为1.2g/cm3，将金属芯2加热至180℃，采用喷枪对金属芯2表面反复喷涂3次稀释后的氧化钛涂料，使得氧化钛涂料厚度为0.12mm。
把经过喷涂的金属芯2放进模具进行固定后，压制蜡型，模具不能喷过多的脱模剂，再采用抹布蘸洗衣粉溶液进行除油并局部清理。蜡型经涂挂、脱蜡后在870℃焙烧4个小时，吹壳以备浇铸使用。
2)浇铸：依据铸件工艺要求熔炼合格的铝合金液，然后对包含金属芯2的模壳进行浇注；
3)清壳：用水力清壳机进行清壳，去除内腔残余模壳后用水进行浸泡，金属芯2用工装取出，得铝合金铸件。
Claims (2)
1.一种基于金属芯的铝合金铸件的熔模精密铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：
1)模壳制作：
首先制作金属芯及成型：设计金属芯(2)，采用慢走丝线切割的方法将镍基或铁基高温合金加工成设计好的金属芯(2)，并对金属芯(2)表面进行研磨抛光；所述金属芯(2)的一端为芯头(3)，芯头(3)上预留用于取出金属芯(2)的孔(4)，另一端为成型部分(1)；所述芯头(3)长度为7mm；所述金属芯(2)尺寸精度为±0.04mm；
把金属芯(2)放进模具用芯头(3)进行固定后，压制蜡型，蜡型经涂挂、脱蜡后在750℃～900℃焙烧4～5个小时，吹壳；
2)浇铸：依据铸件工艺要求熔炼铝合金液，然后对包含金属芯(2)的模壳进行浇注；
3)清壳：用水力清壳机进行清壳，去除内腔残余模壳后用水进行浸泡，金属芯(2)用工装取出，得到铝合金铸件；
所述金属芯(2)在放进模具进行固定前金属芯(2)表面还要经过喷涂氧化钛涂料；
所述氧化钛涂料为水玻璃、硼酸和氧化钛按(3～7)：(21～29)：(65～75)的质量百分比进行配料，制得氧化钛涂料，采用50℃～60℃热水将制得的氧化钛涂料溶解并稀释至浓度为1.2g/cm3。
2.根据权利要求1所述的一种基于金属芯的铝合金铸件的熔模精密铸造方法，其特征在于，所述喷涂前将金属芯(2)加热至100～200℃，采用喷枪对金属芯(2)表面反复多次喷涂稀释后的氧化钛涂料，使得氧化钛涂料厚度为0.06～0.14mm。
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