CN103658537B - 一种用4Cr13铸造刀具的模壳制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用4Cr13铸造刀具的模壳制作方法，属于铸造领域。其步骤为：（1）面层加工：此步骤保持室温24±2℃，湿度50-70%；（2）中间层加工：中间层分为两层，第一层和第二层，此步骤保持室温24±2℃，湿度60-70%；（3）背层加工：背层分为两层，第一层和第二层，此步骤保持室温24±2℃，湿度40-60%；（4）脱蜡；（5）模壳焙烧。本发明严格控制每个步骤的各项参数，使得到的产品缺陷更少，本发明制备的模壳精度高，耐冲击，同时模壳的膨胀系数和4Cr13接近，适合用于采用4Cr13浇注刀具。
Description
技术领域
本发明属于铸造领域，具体地说，涉及一种用4Cr13铸造刀具的模壳制作方法，更具体地说，涉及一种加工厚度小于等于4mm的刀片的精密铸造所用模壳的制作方法。
背景技术
刀具是机械制造中用于切削加工的工具，又称切削工具。绝大多数的刀具是机用的，但也有手用的。由于机械制造中使用的刀具基本上都用于切削金属材料，所以“刀具”一词一般就理解为金属切削刀具。切削木材用的刀具则称为木工刀具。还有特别应用的一类刀具，用于地质勘探、打井、矿山钻探，称为矿山刀具。而对于食品行业，刀具应用也越来越多，例如绞肉机，绞肉机是肉类加工企业在生产过程中必备的工具，其能将原料肉按不同工艺要求加工规格不等的颗粒状肉馅，以便于同其它辅料充分混合来满足不同产品的需求。绞肉机工作时利用转动的切刀刃和孔板上孔眼刃形成的剪切作用将原料肉切碎，并在螺杆挤压力的作用下，将原料不断排出机外。使用时，可根据物料性质和加工要求的不同，配置相应的刀具和顶盖，即可加工出不同尺寸的颗粒，以满足下道工序的工艺要求。类似与绞肉机相同原理的的机器有很多，而像绞肉机这类食品机械需要使用4Cr13来加工，由于切刀刃的刀片处较薄，所以大部分都是采用机加工，采用铸造的少，而且精度不够，铸造的产品只能铸造厚度大于5mm的刀刃。
现在的绞肉机的专利有很多，例如，中国专利申请号：201210222914.3，公开日2012年10月17日，公开了一份名称为一种绞肉机的专利文件，该发明包括壳体、齿轮、齿轮轴、电机座、三通管，齿轮、齿轮轴以及电机座均设置在壳体内，所述的三通管内设有定刀片、十字刀片和搅棒，三通管包括进料管、出料管和内管，齿轮轴为中空管结构，搅棒的端部设有伸出三通管内管的顶块，齿轮轴的一端设有塞入齿轮轴管内的轴塞，齿轮轴的另一端与所述顶块卡接，轴塞与顶块之间设有置于齿轮轴内的压簧，压簧一端顶住顶块，另一端顶住压簧。该专利中将顶盖称为螺帽（效果相当于顶盖）。
再如，中国专利号：200810027396.3，公开日2008年9月3日，公开了一份名称为一种绞肉机的专利文件，该发明包括带有进肉口、碎肉出口的绞肉机主体、设置在绞肉机主体内的绞肉刀、设置在绞肉机主体后端的动力装置，碎肉出口设置在绞肉机主体的前端，进肉口设置在绞肉机主体的侧壁上，绞肉刀通过传动轴与动力装置相连，其特征在于，绞肉刀根部与绞肉机主体后端轴孔端面间设置有密封垫圈。该发明与已有技术相比，具有能防止绞肉机内的肉汁渗进轴孔内的优点。
但是很少有专利涉及具体的部件生产问题，尤其是材料为不锈钢材料4Cr13时，对于具体怎么浇筑、怎么制壳等方面研究的较少，但是在实际生产中却很重要，尤其要注意的是刀片在浇筑后冷却的过程中工件容易收缩导致尺寸不合格，而设计时预留过大则需要进一步考虑机加工的问题。
所以迫切需要一种能采用4Cr13铸造厚度小于等于4mm的刀片方法，提高生产效率和产品合格率，关键点在于要设计一种好的模壳，能适应4Cr13的收缩率，并且这种模壳不能出现塌陷、脱落或者裂纹的情况，这样才能完成带有厚度小于等于4mm刀刃的工件的铸造。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有技术加工出来的产品合格率低，缺陷比较多导致不能加工采用4Cr13为材料、铸造厚度小于等于4mm的刀片的问题，本发明提供一种用4Cr13铸造刀具的模壳制作方法，通过本发明制备的模壳精度高，耐冲击，同时模壳的膨胀系数和4Cr13最为接近。
2、技术方案
为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案。
一种用4Cr13铸造刀具的模壳制作方法，其步骤为：
（1）面层加工：此步骤保持室温24±2℃，湿度50-70%；
①清洗：将蜡模放入清洗液内，上下移动，清洗掉表面的蜡屑和油脂；
②沾浆：将蜡模倾斜45°压入浆液内，匀速转动，让浆液均匀涂满在蜡模上；
③淋砂：将蜡模转动着放入淋砂机内，将锆砂均匀粘附在浆液的表面，不能让浆液堆积；干燥时间为7-8h；
（2）中间层加工：中间层分为两层，第一层和第二层，此步骤保持室温24±2℃，湿度60-70%；
④预湿：抖净表面浮砂，将蜡模放入预湿剂中2-3s，悬挂滴净；
⑤沾浆：将蜡模倾斜45°压入浆液内，匀速转动，让浆液均匀涂满在蜡模上；
⑥浮砂：将蜡模转动着放入浮砂桶内，将锆砂均匀粘附在浆液的表面，确保不能有没有被浮砂粘附的部位；干燥时间为8-9h；
⑦第二层：重复步骤⑤和⑥；
（3）背层加工：背层分为两层，第一层和第二层，此步骤保持室温24±2℃，湿度40-60%；
⑧加工第一层，重复步骤⑤和⑥；但是此步骤的干燥时间为12-15h；
⑨加工第二层，重复步骤⑧；干燥后得到模壳；
（4）脱蜡；脱蜡参数：蒸汽压0.8-0.9MPa；脱蜡时间10min，脱蜡温度为180±5℃；脱蜡后模壳置于通风条件下，风干时间大于等于20h（这个根据蜡的具体成分和大小确定）；
（5）模壳焙烧：将模壳焙烧，先将模壳加热到200-300℃，保温1-2h，随后升温至450-700℃，保温1-2h，再升温至900-1050℃，保温2-3h，最后升温至1180-1210℃，冷却；得到所要的模壳。
使用时，是将步骤（5）中的模壳加热到1250±5℃，将钢水浇筑到模壳中，钢水的成分为：C：0.38%、Si：≤0.60%、Mn：≤0.80%、S：≤0.030%、P：≤0.035%、Cr：13.00%，余量为Fe的钢水，空冷。
优选地，所述的步骤（1）中面层的浆液的成分及其质量比为：400目的二氧化锆23%，含量为0.8%的润湿剂OP-10，二甲基硅油0.5%，聚乙烯醇0.1%，消泡剂正辛醇0.9%，余量为硅溶胶，粘度为40±2S。本发明粘度的测量是按照中国标准使用的容积为l00ml，流出孔直径为6mm±0.2mm的标准杯。
优选地，所述的步骤（2）中间层浆液的成分及其质量比为：350目的二氧化锆29%，含量为0.7%的润湿剂OP-10，二甲基硅油0.4%，聚乙烯醇0.4%，消泡剂正辛醇0.8%，余量为硅溶胶，粘度为17±2S。
优选地，所述的步骤（3）中背层浆液的成分及其质量比为：100目的二氧化锆31%，含量为0.7%的润湿剂OP-10，二甲基硅油0.3%，聚乙烯醇0.4%，消泡剂正辛醇0.7%，余量为硅溶胶，粘度为12±1S。
优选地，所述的步骤（1）中的步骤③采用的锆砂为110-120目的氧化锆粉；步骤⑥中的浮砂为70-80目的氧化锆粉；背层加工时步骤⑧虽然是重复步骤⑤和⑥，但是此步骤的浮砂替换为50-60目的氧化锆粉。
优选地，所述的步骤（6）中模壳的焙烧是：先将模壳加热到260℃，保温1.5h，随后升温至630℃，保温1.5h，再升温至970℃，保温2.5h，最后升温至1200℃，冷却。
优选地，所述的步骤（6）中模壳的焙烧是：先将模壳加热到260℃，保温1.5h，随后升温至630℃，保温1.5h，再升温至970℃，保温2.5h，最后升温至1200℃，冷却。
3、有益效果
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
（1）本发明虽然主体工艺和现有技术类似，但是对于每个步骤的各项参数，本发明控制的更精准，得到的模壳的缺陷较少，尤其是针对厚度小于等于4mm的刀具生产模壳时依然无缺陷，提高了加工精度，这是在以前的文献中没有披露，同时也是根据现有文献再结合有限次实验的无法得出的；
（2）本发明严格限定了制模壳中面层的浆液的成分及其质量比，这一点的出发点完全突破原来的设计理念，不再仅仅考虑形状和力学性能，而是考虑将自然收缩率与4Cr13保持同步，模壳精度高，耐冲击，同时模壳的膨胀系数和4Cr13最为接近，尤其是避免了塌陷、脱落和裂纹的产生，所浇筑的刀片不变形，缺陷少；
（3）本发明的成本低，原料简单，所加工的模壳可以直接用来浇筑刀片。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明进行详细描述。
实施例1
一种用4Cr13铸造刀具的模壳制作方法，其步骤为：
（1）面层加工：此步骤保持室温24±2℃，湿度56%；加工前需要提前准备要加工的工件的蜡模；
①清洗：将蜡模放入清洗液内，上下移动，清洗掉表面的蜡屑和油脂；这里采用工厂生产中常用的清洗液即可；
②沾浆：将蜡模倾斜45°压入浆液内，匀速转动，让浆液均匀涂满在蜡模上；浆液的成分及其质量比为：400目的二氧化锆23%，含量为0.8%的润湿剂OP-10，二甲基硅油0.5%，聚乙烯醇0.1%，消泡剂正辛醇0.9%，余量为硅溶胶，粘度为40±2S；
③淋砂：将蜡模转动着放入淋砂机内，将锆砂均匀粘附在浆液的表面，不能让浆液堆积；干燥时间为8h；采用的锆砂为115目的氧化锆粉；
（2）中间层加工：中间层分为两层，第一层和第二层，此步骤保持室温24±2℃，湿度67%；
④预湿：抖净表面浮砂，将蜡模放入预湿剂中2-3s，悬挂滴净；
⑤沾浆：将蜡模倾斜45°压入浆液内，匀速转动，让浆液均匀涂满在蜡模上；浆液的成分及其质量比为：350目的二氧化锆29%，含量为0.7%的润湿剂OP-10（本处的OP-10由东阳市东兴化工有限公司生产），二甲基硅油0.4%，聚乙烯醇0.4%，消泡剂正辛醇0.8%，余量为硅溶胶，硅溶胶选择仙桃市金伟化工有限公司生产的830，混合后浆液的粘度为17±2S；
⑥浮砂：将蜡模转动着放入浮砂桶内，将锆砂均匀粘附在浆液的表面，确保不能有没有被浮砂粘附的部位；干燥时间为9h；浮砂为75目的氧化锆粉；
⑦第二层：重复步骤⑤和⑥；
（3）背层加工：背层分为两层，第一层和第二层，此步骤保持室温24±2℃，湿度43%；
⑧加工第一层，重复步骤⑤和⑥；但是此步骤的干燥时间为12-15h，所用浆液的成分及其质量比为：100目的二氧化锆31%，含量为0.7%的润湿剂OP-10，二甲基硅油0.3%，聚乙烯醇0.4%，消泡剂正辛醇0.7%，余量为硅溶胶，粘度为12S；此步骤的浮砂替换为55目的氧化锆粉；
⑨加工第二层，重复步骤⑧；干燥后得到模壳；该工艺制备的模壳有两个效果，第一是模壳的力学性能好，耐冲击；第二是收缩性能与后续的钢水接近，收缩率仅仅相差0.05%，这样设计时可以不用考虑收缩率的问题，省时省力；
（4）脱蜡；脱蜡参数：根据蜡的具体成分和大小确定，本实施例的蜡采用62%的石蜡+35%的硬脂酸+4%肉豆蔻酸混合而成，蒸汽压0.8-0.9MPa；脱蜡时间10min，脱蜡温度为180±5℃；脱蜡后模壳置于通风条件下，风干时间大于等于20h；
（5）模壳焙烧：将模壳焙烧，先将模壳加热到260℃，保温1.5h，随后升温至630℃，保温1.5h，再升温至970℃，保温2.5h，最后升温至1200℃，冷却；得到所要的模壳，这些数值是为了预防模壳开裂以及减少后续的加工缺陷。
使用时，是将步骤（5）中的模壳加热到1250±5℃，将钢水浇筑到模壳中，钢水的成分为：C：0.38%、Si：≤0.60%、Mn：≤0.80%、S：≤0.030%、P：≤0.035%、Cr：13.00%，余量为Fe的钢水；空冷。模壳在冷却过程中的收缩率基本上和钢水的收缩率相等；所浇筑的绞肉机用的切刀刃的最薄处仅2mm，无变形，无缺陷，对浇筑口进行打磨之后就可以直接使用。
实施例2
同实施例1，所不同的是步骤（1）面层加工时空气湿度50%；步骤③淋砂的干燥时间为7h；采用的锆砂为110目的氧化锆粉；步骤（2）中中间层加工时湿度60%；步骤⑥浮砂的干燥时间为8h；浮砂为80目的氧化锆粉；步骤（3）背层加工时空气湿度为40%；步骤⑧中的干燥时间为12h，浮砂为50目的氧化锆粉；步骤（5）的模壳焙烧：将模壳焙烧，先将模壳加热到200℃，保温2h，随后升温至450℃，保温2h，再升温至900℃，保温3h，最后升温至1180℃，冷却；得到所要的模壳，这些数值是为了预防模壳开裂以及减少后续的加工缺陷。所浇筑的绞肉机用的切刀刃的最薄处仅4mm，无变形，无缺陷，对浇筑口进行打磨之后就可以直接使用。
实施例3
同实施例1，所不同的是步骤（1）面层加工时空气湿度70%；步骤③淋砂的干燥时间为8h；采用的锆砂为120目的氧化锆粉；步骤（2）中中间层加工时湿度70%；步骤⑥浮砂的干燥时间为9h；浮砂为70目的氧化锆粉；步骤（3）背层加工时空气湿度为60%；步骤⑧中的干燥时间为15h，浮砂为60目的氧化锆粉；步骤（5）的模壳焙烧：将模壳焙烧，先将模壳加热到300℃，保温1h，随后升温至700℃，保温1h，再升温至1050℃，保温2h，最后升温至1210℃，冷却；得到所要的模壳，这些数值是为了预防模壳开裂以及减少后续的加工缺陷。所浇筑的绞肉机用的切刀刃的最薄处仅1mm，无变形，无缺陷。
Claims (5)
1.一种用4Cr13铸造刀具的模壳制作方法，其步骤为：
(1)面层加工：此步骤保持室温24±2℃，湿度50-70％；
①清洗：将蜡模放入清洗液内，上下移动，清洗掉表面的蜡屑和油脂；
②沾浆：将蜡模倾斜45°压入浆液内，匀速转动，让浆液均匀涂满在蜡模上；
浆液的成分及其质量比为：400目的二氧化锆23％，含量为0.8％的润湿剂OP-10，二甲基硅油0.5％，聚乙烯醇0.1％，消泡剂正辛醇0.9％，余量为硅溶胶，粘度为40±2S；
③淋砂：将蜡模转动着放入淋砂机内，将锆砂均匀粘附在浆液的表面，不能让浆液堆积；干燥时间为7-8h；
(2)中间层加工：中间层分为两层，第一层和第二层，此步骤保持室温24±2℃，湿度60-70％；
④预湿：抖净表面浮砂，将蜡模放入预湿剂中2-3s，悬挂滴净；
⑤沾浆：将蜡模倾斜45°压入浆液内，匀速转动，让浆液均匀涂满在蜡模上；
⑥浮砂：将蜡模转动着放入浮砂桶内，将锆砂均匀粘附在浆液的表面，确保不能有没有被浮砂粘附的部位；干燥时间为8-9h；
⑦第二层：重复步骤⑤和⑥；
(3)背层加工：背层分为两层，第一层和第二层，此步骤保持室温24±2℃，湿度40-60％；
⑧加工第一层，重复步骤⑤和⑥；但是此步骤的干燥时间为12-15h；
⑨加工第二层，重复步骤⑧；干燥后得到模壳；
(4)脱蜡；
(5)模壳焙烧：将模壳焙烧，先将模壳加热到200-300℃，保温1-2h，随后升温至450-700℃，保温1-2h，再升温至900-1050℃，保温2-3h，最后升温至1180-1210℃，冷却得到所要的模壳。
2.根据权利要求1所述的一种用4Cr13铸造刀具的模壳制作方法，其特征在于：所述的步骤(2)中间层浆液的成分及其质量比为：350目的二氧化锆29％，含量为0.7％的润湿剂OP-10，二甲基硅油0.4％，聚乙烯醇0.4％，消泡剂正辛醇0.8％，余量为硅溶胶，粘度为17±2S。
3.根据权利要求1所述的一种用4Cr13铸造刀具的模壳制作方法，其特征在于：所述的步骤(3)中背层浆液的成分及其质量比为：100目的二氧化锆31％，含量为0.7％的润湿剂OP-10，二甲基硅油0.3％，聚乙烯醇0.4％，消泡剂正辛醇0.7％，余量为硅溶胶，粘度为12±1S。
4.根据权利要求1-3中任意一项所述的一种用4Cr13铸造刀具的模壳制作方法，其特征在于：所述的步骤(1)中的步骤③采用的锆砂为110-120目的氧化锆粉；步骤⑥中的浮砂为70-80目的氧化锆粉；背层加工时步骤⑧虽然是重复步骤⑤和⑥，但是此步骤的浮砂替换为50-60目的氧化锆粉。
5.根据权利要求4所述的一种用4Cr13铸造刀具的模壳制作方法，其特征在于：所述的步骤(5)中模壳的焙烧是：先将模壳加热到260℃，保温1.5h，随后升温至630℃，保温1.5h，再升温至970℃，保温2.5h，最后升温至1200℃，冷却。
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