CN104985118A - V法造型工艺铸造生产玻璃模具毛坯的方法 - Google Patents

Abstract

V法造型工艺铸造生产玻璃模具毛坯的方法，采用耐热合金铸铁材料铸造玻璃模具毛坯，在可替换型板芯上组装铝合金模芯并修芯，在真空砂箱的上砂箱及下砂箱内分别放置可替换型板芯，经过覆膜、烤模、真空浇注和热处理等工艺。本发明通过工艺控制和炉前孕育处理，添加Mo、V、Ti、Cr、Cu、Al等合金元素及采用激冷铁芯等方法获得了毛坯内腔部位石墨形态为D型，毛坯外型其他部位为A型的模具毛坯。A型石墨形态结构具有良好的静态和动态强度，具有更高的热导率且加工性能稳定；而D型石墨形态结构具有更好的致密性和抗拉强度，更加耐磨、耐热，抗氧化和抗热疲劳性能显著提高；这种关键部位不同石墨形态结构的模具毛坯，正是最适用于玻璃瓶罐成型工艺的玻璃模具毛坯。

Description

V法造型工艺铸造生产玻璃模具毛坯的方法

技术领域

本发明涉及玻璃模具铸件铸造技术领域，具体涉及一种V法造型工艺铸造生产玻璃模具毛坯的方法。

背景技术

玻璃模具是日用玻璃制品生产过程中的重要组成部分，是玻璃制品成型的关键要素之一。日用玻璃制品因其具有良好的化学稳定性，不与其盛装物发生化学反应，同时因其用1500℃以上高温融化的玻璃原料制成并可以反复融化再利用，被国际上视为最安全环保的食品及药品包装材料。近年来，随着我国居民生活水平的不断提高，对于日用玻璃制品的需求也越来越大。在玻璃制品产量逐年增大的同时，由于人们对于玻璃制品的质量要求越来越高，玻璃制品生产企业的成型工艺及设备越来越先进，玻璃制品的生产成型速度也越来越快，这就对制作玻璃模具的金属材质提出了更高的要求。

在日用玻璃瓶罐、器皿等玻璃制品的制作过程中，无论采取哪种成型方法，运用何种成型设备，对于制作玻璃模具的材质要求都是一样的苛刻。因为玻璃原料的熔融温度在1400～1600℃之间，玻璃液从窑炉的料道进入模具的温度在900～1100℃左右，在成型及初型模具内停留的成型时间一般在5～60秒之间，玻璃制品的出模温度一般在500～600℃之间，所以玻璃模具内腔需要长时间、不间断地处于600～800℃的高温工作状态下，并且由于行列式制瓶机上的垂直冷却机构需要对模具进行强制散热降温，这样工作状态下的玻璃模具就需承受400～500℃的温差。这就要求制作玻璃模具的金属材质具备导热性好、耐高温、耐腐蚀、抗氧化及耐热疲劳性能优越；同时由于玻璃成型工艺及模具加工制作的要求，还得具备组织致密均匀，易于机械加工的特点；因为如果模具材质过硬，将造成加工维修困难，精度难以保证的问题。而传统的玻璃模具毛坯铸造工艺已经落后，现今国内日用玻璃瓶罐制品行业，因产品价格受到大众消费能力的制约，还无法接受造价高昂的铜合金玻璃模具。当务之急是如何通过造型工艺的改进升级，配合铸造材料中合金元素的合理配比和添加，来提高铸造水平和铸件质量，获得最适合于生产日用玻璃瓶罐制品的耐热合金铸铁模具材料。

V法造型工艺最早起源于日本，70年代初传入欧美等发达国家，普遍应用于生产大尺寸、结构相对简单的铸铁浴盆、铁锅片、阀类铸件等。因其利用塑料薄膜抽真空使干砂成型，所以被称作第三代造型法，即物理造型法；因其采用干砂反复利用，不添加任何固化剂等化工辅料，是一种节能环保的铸造工艺。目前国内已有很多铸造厂家采用V法造型工艺生产结构简单的大型铸件，也有使用呋喃树脂砂造型工艺，生产结构比较复杂的较大型铸件。但是在针对应客户订单需求加工定做的多品种、小批量且外形尺寸复杂、内腔形状各异的小型玻璃制品模具毛坯的铸造生产中，由于玻璃模具铸件尺寸普遍较小，一般单片模具毛坯重量在5-15kg之间；呋喃树脂砂制芯在浇铸时瞬间发气量过高，极易在模具毛坯的关键部位产生气孔、针孔类缺陷；在浇铸球墨铸铁玻璃模具铸件时还可能出现表面因渗硫或渗碳造成铸件球化不良或增碳现象，直接影响铸件质量。此外采用树脂砂芯在浇铸时会产生剌激性气味及一些有害气体发生，CO气体发生量较大，会造成一定的环境污染。而采用消失模实型铸造工艺生产玻璃模具铸件毛坯，虽然可实现精确成型并大大减少加工余量，但因其工艺复杂精细、工艺规程控制管理严密，国内外在玻璃模具毛坯铸造生产中还鲜有成功的案例。

发明内容

本发明提供了一种V法造型工艺铸造生产玻璃模具毛坯的方法，以解决现有技术存在的加工精度差、工艺复杂和不环保的问题。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种V法造型工艺铸造生产玻璃模具毛坯的方法，具体工艺步骤如下：

1)采用耐热合金铸铁材料铸造玻璃模具毛坯；

2)按模具毛坯形状尺寸在可替换型板芯上组装铝合金模芯并修芯；

3)在真空砂箱的上砂箱及下砂箱内分别放置可替换型板芯，；

4)用厚度0.10mm的V法铸造EVA膜覆膜并烤模；

5)在覆膜后的型板及模芯上均匀喷涂0.3-0.8mm厚的V法铸造专用醇基涂料；

6)雨淋加砂器加砂并由电控气囊弹簧振实台将型砂振实；

7)砂箱背膜覆普通聚乙烯薄膜；

8)抽真空使砂箱负压保持在0.06Mpa然后将上下砂箱移至浇注区域合箱，完成铸型；

9)铸件浇注，浇铸时真空负压控制在0.06Mpa；铁水出炉温度1540-1550℃，浇铸温度控制在1370-1390℃，每箱浇注时间控制在50s以内，浇注后真空负压不低于0.04Mpa保持半小时后停止真空抽气；

10)停抽真空1小时后开箱落砂，然后铸件清理；

11)铸件清理出来并砸掉水冒口及浇道部分，然后整齐摆放在回火电炉的炉膛内，退火温度为910～950℃，保温时间4～7小时，保温后随炉缓冷(30～25℃/小时)到400℃出炉空冷。

上述步骤(1)中耐热合金铸铁的化学成分为：C 3.3％～3.8％、Si1.9％～2.5％、Mn 0.5％～0.6％、P 0.06％～0.07％、S 0.02％～0.03％、Mo0.5％～0.9％、V 0.1％～0.2％、Ti 0.2％～0.4％、Cr 0.1％～0.2％、Mg0.002％～0.004％、Cu 0.1％～0.2％、Zn 0.003％～0.004％、Al 0.03％～0.04％、Ni 0.4％～0.6％,其余为Fe。

本发明通过工艺控制和炉前孕育处理，添加Mo、V、Ti、Cr、Cu、Al等合金元素及采用激冷铁芯等方法获得了毛坯内腔部位石墨形态为D型，毛坯外型其他部位为A型的模具毛坯。A型石墨形态结构具有良好的静态和动态强度，具有更高的热导率且加工性能稳定；而D型石墨形态结构具有更好的致密性和抗拉强度，更加耐磨、耐热，抗氧化和抗热疲劳性能显著提高；这种关键部位不同石墨形态结构的模具毛坯，正是最适用于玻璃瓶罐成型工艺的玻璃模具毛坯。

具体实施方式

一种V法造型工艺铸造生产玻璃模具毛坯的方法，具体工艺步骤如下：

1)毛坯材质：采用本公司自主研发的牌号为AD-VTFe-20-F的耐热合金铸铁材料铸造玻璃模具毛坯，所述耐热合金铸铁的化学成分为：C3.3％～3.8％、Si 1.9％～2.5％、Mn 0.5％～0.6％、P 0.06％～0.07％、S0.02％～0.03％、Mo 0.5％～0.9％、V 0.1％～0.2％、Ti 0.2％～0.4％、Cr0.1％～0.2％、Mg 0.002％～0.004％、Cu 0.1％～0.2％、Zn 0.003％～0.004％、Al0.03％～0.04％、Ni 0.4％～0.6％,其余为Fe；

2)型板及模芯：采用本公司自己设计、加工的整体铝合金型板；每个V法真空抽气箱上箱设置4块可自由替换的型板芯，每块型板芯上有2个半片的组装式模芯，模芯形状可按照铸件形状及尺寸，由多片不同部位不同尺寸的铝合金模块组合而成；在4块型板周边的真空抽气砂箱底板上设有多个真空抽气孔；所述组装式模芯可以按照要求有多种组合方式，所述型板芯可按工艺要求进行任意位置互换。每箱一次浇铸8片半圆的模具毛坯，合成4付玻璃模具，因为玻璃瓶罐模具是由两个半圆模合在一起的模具结构；

3)铸型设计：采用垂直分型平做立浇工艺，在上砂箱一侧设置一个浇口，浇口下设高250mm直浇道；在砂箱中间位置设横浇道一个，高40mm、上宽40mm、下宽38mm、长1100mm；在上砂箱每片型模的最高点分别设置排气孔。下砂箱与上砂箱直浇道相对位置设置一个的浇口窝，以缓解铁水冲击；上砂箱每个模芯纵向位置底部的两端各设有两个加工模具毛坯外圆时用于定位的模爪，并在下砂箱中间位置与上砂箱模芯中间定位爪相对的地方设置8个内浇口搭接工艺，将位于砂箱横浇道两侧的模芯通过定位爪和内浇口搭接工艺都与横浇道相连。采用铸铁模芯，在下砂箱设置8个芯头，直接将自制铸铁模芯放入芯头位置，然后覆膜。采用铸铁模芯以利于激冷，提高玻璃模具内腔表面的材质密实度；

4)采用干硅砂V法造型工艺；所述干硅砂采用规格为100目的干燥硅砂；上下型板及板芯覆膜采用厚度为0.10mm的V法铸造专用EVA膜，砂箱上覆砂膜及背膜采用普通聚乙烯薄膜；涂料采用V法铸造专用醇基涂料；

5)首先自动覆膜机在型板及模型上，覆盖一层V法铸造专用EVA膜，然后自动行走烤模器过来加热烤模，加热温度自动控制在90～110℃，软化的薄膜覆盖在型板及型模表层上，通过通气孔在0.03～0.05Mpa的真空吸力下，使EVA膜软化并紧密贴合在模型及型板上；使薄膜紧贴在模型表面。

6)在覆膜后的型板及模芯上用低压喷枪均匀喷涂0.3-0.8mm厚的法铸造专用醇基涂料。以在浇注过程中保证型腔压力，提高铸型的密封性；同时涂层可防止浇铸时薄膜熔化后，砂子直接与金属液接触而造成铸件粘砂现象的发生。涂料喷涂完快速干燥。

7)涂料完全干燥后，真空砂箱自动运行至加砂装置处，雨淋加砂器加砂。砂箱加满砂后，通过设置在真空砂箱下的电控气囊弹簧三维行走振实台将型砂振实。调整气压使气囊弹簧振动时砂箱内型砂的重力加速度控制在0.8-0.9g。

8)砂箱内型砂振实后在上砂型的顶部再覆上一层普通塑料薄膜，并放置浇口杯。在下砂箱的底面覆一层普通聚乙烯薄膜，在下砂箱放置铁芯并修型；然后打开真空砂箱上的抽气阀门，使真空砂箱负压保持在0.06Mpa；然后将上下砂箱在保持负压状态下移至浇注区域合箱，完成铸型并放置浇冒口杯；

9)铸件浇注：采用侧注式、开放式浇包浇铸，浇铸时真空负压控制在0.06Mpa；铁水出炉温度1520-1550℃，浇铸温度控制在1370-1390℃；为防止产生塌砂和冲砂及产生气孔，每箱的浇注速度一定要控制在50s以内；浇注完成后真空负压控制在不低于0.04Mpa，并保持半小时时间后停止抽真空，然后再等1小时待铸件冷却至共析点温度以下再运至落砂装置上开箱落砂，以改善铸件材质的加工性能；

10)热处理：落砂后将干净无粘砂的铸件清理出来并砸掉水冒口及浇道部分，然后整齐摆放在回火电炉的炉膛内，退火温度为910～950℃，保温时间4～7小时。保温后随炉缓冷(30～25℃/小时)到400℃出炉空冷，以消除内应力和避免表层硬度过硬；

11)清砂：将经过热处理的铸件放入履带式金刚砂抛丸机清砂；

12)检验：检验模具毛坯各部位尺寸；

13)合格铸件入毛坯库。

Claims (2)

1.一种V法造型工艺铸造生产玻璃模具毛坯的方法，具体工艺步骤如下：

1)采用耐热合金铸铁材料铸造玻璃模具毛坯；

2)按模具毛坯形状尺寸在可替换型板芯上组装铝合金模芯并修芯；

3)在真空砂箱的上砂箱及下砂箱内分别放置可替换型板芯，；

4)用厚度0.10mm的V法铸造EVA膜覆膜并烤模；

5)在覆膜后的型板及模芯上均匀喷涂0.3-0.8mm厚的V法铸造专用醇基涂料；

6)雨淋加砂器加砂并由电控气囊弹簧振实台将型砂振实；

7)砂箱背膜覆普通聚乙烯薄膜；

8)抽真空使砂箱负压保持在0.06Mpa然后将上下砂箱移至浇注区域合箱，完成铸型；

9)铸件浇注，浇铸时真空负压控制在0.06Mpa；铁水出炉温度1540-1550℃，浇铸温度控制在1370-1390℃，每箱浇注时间控制在50s以内，浇注后真空负压不低于0.04Mpa保持半小时后停止真空抽气；

10)停抽真空1小时后开箱落砂，然后铸件清理；

11)铸件清理出来并砸掉水冒口及浇道部分，然后整齐摆放在回火电炉的炉膛内，退火温度为910～950℃，保温时间4～7小时，保温后随炉缓冷(30～25℃/小时)到400℃出炉空冷。

2.根据权利要求1所述的V法造型工艺铸造生产玻璃模具毛坯的方法，其特征是步骤(1)中耐热合金铸铁的化学成分为：C 3.3％～3.8％、Si1.9％～2.5％、Mn 0.5％～0.6％、P 0.06％～0.07％、S 0.02％～0.03％、Mo0.5％～0.9％、V 0.1％～0.2％、Ti 0.2％～0.4％、Cr 0.1％～0.2％、Mg0.002％～0.004％、Cu 0.1％～0.2％、Zn 0.003％～0.004％、Al 0.03％～0.04％、Ni 0.4％～0.6％,其余为Fe。