CN104999035B - 一种绿色消失模铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种绿色消失模铸造方法，是将泡沫塑料制成消失模型，与浇冒口组合粘结在一起，制成消失模型簇，在消失模型簇外表面刷涂耐火涂料，烘干，使耐火涂料层形成模壳，通过浇冒口向模壳内加入消泡液，使消失模型消泡缩容成为混合液，取出混合液并回收利用，对带有浇冒口的模壳进行振动造型，通过浇冒口向模壳内浇注熔融金属液，凝固冷却后形成铸件。本发明避免了传统消失模铸造过程中消失模型气化消失存在的环境污染问题，采用消泡液使消失模型消泡缩容，并回收利用，达到不排放污染气体，循环回收利用消泡液和消失模型；绿色节能环保，铸件表面不产生结碳现象；铸造过程不产生大量气体，铸件无气孔，显著提高铸件质量。

Description

一种绿色消失模铸造方法
技术领域
本发明涉及一种消失模铸造的方法，属于绿色环保的方法。
背景技术
消失模铸造(又称实型铸造)是将泡沫塑料制成与铸件尺寸形状相同的泡沫模型粘结组合成模组，然后刷涂耐火涂料并烘干，埋在干石英砂中经三维振动造型，在负压下浇注熔融金属液，使模组气化，液体金属占据模组位置，凝固冷却后形成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明显优势，被称为“21世纪的铸造技术”和“铸造工业的绿色革命”。在消失模实型铸造过程中，完全采用高温金属液使泡沫塑料气化消失，但铸造的铸件存在三大问题：1)铸件表面产生大量结碳造成其浅层黑色夹杂；2)消失模气化产生大量气体，造成铸件缺陷，如气孔；3)消失模气化产生大量污染气体，造成环境污染。为解决这三大问题，中国专利CN201110325864.7在浇注前，对模组加热使消失模消泡缩容，然后采用相应方法取出缩容后的残模，最后进行浇注；中国专利CN201410609646.X采用蒸汽加热的方法使消失模消泡缩容。上述方法虽然简单可行，但是采用加热缩容的方法，缩容后的消失模取出困难，且加热可能导致消失模变性。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可显著消除铸造缺陷，避免铸件增碳、夹渣等问题，整个过程无污染气体排放，绿色环保的一种绿色消失模铸造方法。
本发明的技术方案概述如下：
一种绿色消失模铸造方法，将泡沫塑料制成消失模型，消失模型与浇冒口组合粘结在一起，制成消失模型簇，在消失模型簇外表面刷涂耐火涂料，烘干，使耐火涂料层形成模壳，通过浇冒口向模壳内加入消泡液，使消失模型消泡缩容成为混合液，取出混合液并回收利用，对带有浇冒口的模壳进行振动造型，通过浇冒口向模壳内浇注熔融金属液，凝固冷却后形成铸件。
取出混合液的方法为自动流出、外力吸出或充气吹出。所吹气体可优选空气或氮气。
泡沫塑料优选为可发性聚苯乙烯树脂珠粒(EPS)、可发性甲基丙烯酸甲脂与苯乙烯共聚树脂珠粒(STMMA)或可发性聚甲基丙烯酸甲脂树脂珠粒(EPMMA)。
消泡液优选的是由质量比为37-100:0-60:0-5的泡沫塑料良溶剂、泡沫塑料非溶剂及乳化剂组成。
泡沫塑料良溶剂优选芳烃、芳烃衍生物、酯类和其它能溶解泡沫塑料的溶剂至少一种。
泡沫塑料良溶剂优选化学性质稳定、毒性低的酯类为溶剂。
芳烃优选苯或二甲苯。芳烃衍生物优选氯苯或苯乙烯。酯类优选乙酸乙酯、乙酸乙烯酯、丁酸丁酯或丁酸环己酯。
其它能溶解泡沫塑料的溶剂的溶剂优选二氯乙烷、甲乙酮、N,N-二甲基甲酰胺(DMF)、环己烯或双戊烯。
泡沫塑料非溶剂优选脂肪烃类、醇类和其它泡沫塑料非溶剂至少一种。
脂肪烃类优选汽油、煤油或柴油；所述醇类优选乙醇、丙醇或丁醇；
其它泡沫塑料非溶剂优选水、乙醚或石油醚。
乳化剂是氢氧化钠、油酸、油酸钠至少一种。
消失模型消泡缩容成为的混合液可以通过精馏法、减压精馏法、萃取法、沉淀法、干燥法等合适的方法回收消泡液和消失模型原料。
本发明避免了传统消失模铸造过程中消失模型气化消失存在的环境污染的问题，采用消泡液使消失模型消泡缩容，并对其进行回收利用，达到不排放污染气体，循环回收利用消泡液和消失模型，具有绿色节能环保的显著优点，从根本上解决了传统消失模铸造工艺中存在的三大问题，使铸件表面不产生结碳现象；铸造过程不产生大量气体，铸件无气孔；对环境无污染。显著提高铸件质量；消泡缩容的工艺过程在常温常压下即可完成，混合液容易取出，且避免了采用加热消泡缩容可能导致的泡沫塑料变性的问题。
附图说明
图1是本发明的一种绿色消失模铸造方法流程图。
图2是实施例中的船用螺旋桨模组示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步的说明。
消泡液见表1(表格中的数字为质量或质量比)
泡沫塑料良溶剂 泡沫塑料非溶剂 乳化剂
实施例1 乙酸乙酯100
实施例2 醋酸正丁酯100
实施例3 双戊烯100
实施例4 环己烷100
实施例5 二甲苯100
实施例6 二氯乙烷20 甲乙酮70 汽油5 煤油5
实施例7 乙酸乙酯70 甲苯30
实施例8 乙酸正丁酯30 苯70
实施例9 环己烯80 氯苯20
实施例10 苯乙烯40 DMF 60
实施例11 乙酸乙酯95 乙醇5
实施例12 乙酸正丁酯60 二甲苯30 柴油10
实施例13 环己烯37 丙醇60 油酸3
实施例14 丁酸丁酯30 甲苯30 丁醇35 水3 油酸钠2
实施例15 丁酸环己酯30 二甲苯50 乙醚5 石油醚10 油酸3 氢氧化钠2
实施例16
一种绿色消失模铸造方法，其工艺流程见图1，包括如下步骤：
(1)泡沫塑料的选用：消失模铸造专用的泡沫珠粒有三种：1)可发性聚苯乙烯树脂(EPS)；2)可发性甲基丙烯酸甲脂与苯乙烯共聚树脂(STMMA)；3)可发性聚甲基丙烯酸甲脂树脂(EPMMA)。常用可发性聚苯乙烯树脂(EPS)，用于铸造有色金属、灰铁及一般钢铸。泡沫塑料珠粒为半透明珠粒，预发泡倍数40～60，粒径为0.18～0.80亳米，选用的原始珠粒的粒径小于或等于铸件的最小壁厚的1/9～1/10。
(2)发泡成消失模型：泡沫塑料通过预发泡—熟化—发泡成型—冷却出模成消失模型，也可用泡沫塑料板材直接制成消失模型。
(3)模型组合成消失模型簇：将加工好的消失模型与浇冒口组合粘结在一起，制成消失模型簇，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。
(4)模型涂层制模壳：为了提高消失模型的强度和刚度，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，在消失模型簇外表面涂一层一定厚度的耐火涂料，烘干，使耐火涂料层形成模壳。
(5)消泡缩容：通过浇冒口向模壳内加入消泡液，使消失模型消泡缩容成为混合液，采用自动流出(也可以采用外力吸出、充气吹出等合适的方法取出消泡缩容后的混合液)
(6)振动造型。通过如下工序：砂床制备—放置消失模具(带有浇冒口的模壳)—填砂—密封定型，制成待浇注沙床。
(7)浇注熔融金属液：实型铸造浇注时，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℃。
(8)冷却清理得铸件：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。
(9)混合液回收利用：取出的消泡液采用精馏法、减压精馏法、萃取法、沉淀法或干燥法等合适的方法回收利用。
实施例17
一种绿色消失模铸造方法(铸造生产一种船用螺旋桨)，见图2，体积约为2000cm3，图中1为浇注口，2为3个排空口。
将可发性甲基丙烯酸甲脂与苯乙烯共聚树脂珠粒(STMMA)通过预发泡—熟化—发泡成型—冷却出模成船用螺旋桨消失模型，与浇冒口组合粘结在一起，制成消失模型簇，在消失模型簇外表面刷涂耐火涂料，烘干，使耐火涂料层形成模壳，通过浇冒口向模壳内加入实施例6的消泡液，30min使消失模型消泡缩容成为混合液，让混合液从浇冒口自动流出并回收利用，对带有浇冒口的模壳进行振动造型，向模壳内浇注熔融金属液，凝固冷却后形成船用螺旋桨铸件。
采用减压精馏法回收混合液，螺旋桨铸件质量良好，无缺陷及结晶碳的出现。
实施例18
一种绿色消失模铸造方法，将可发性聚甲基丙烯酸甲脂树脂珠粒(EPMMA)制成消失模型，消失模型与浇冒口组合粘结在一起，制成消失模型簇，在消失模型簇外表面刷涂耐火涂料，烘干，使耐火涂料层形成模壳，通过浇冒口向模壳内加入实施例13的消泡液，约30min消失模型消泡缩容成为混合液，采用压缩空气充气吹出混合液并回收利用，对带有浇冒口的模壳进行振动造型，通过浇冒口向模壳内浇注熔融金属液，凝固冷却后形成铸件。
采用减压精馏法回收混合液，铸件质量良好，无缺陷及结晶碳的出现。
实施例19
一种绿色消失模铸造方法，将可发性聚苯乙烯树脂珠粒(EPS)制成消失模型，消失模型与浇冒口组合粘结在一起，制成消失模型簇，在消失模型簇外表面刷涂耐火涂料，烘干，使耐火涂料层形成模壳，通过浇冒口向模壳内加入实施例12的消泡液，约25min消失模型消泡缩容成为混合液，将混合液从浇冒口吸出并回收利用，对带有浇冒口的模壳进行振动造型，通过浇冒口向消失模壳内浇注熔融金属液，凝固冷却后形成铸件。
采用减压精馏法回收混合液。铸件质量良好，无缺陷及结晶碳的出现。
用实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5、实施例7、实施例8、实施例9、实施例10、实施例11、实施例14或实施例15消泡液替代本实施例的消泡液，都可以制备出相应的铸件。

Claims (1)

1.一种绿色消失模铸造方法，其特征是将泡沫塑料制成消失模型，消失模型与浇冒口组合粘结在一起，制成消失模型簇，在消失模型簇外表面刷涂耐火涂料，烘干，使耐火涂料层形成模壳，通过浇冒口向模壳内加入消泡液，使消失模型消泡缩容成为混合液，取出混合液并回收利用，对带有浇冒口的模壳进行振动造型，通过浇冒口向模壳内浇注熔融金属液，凝固冷却后形成铸件；
所述取出混合液的方法为自动流出、外力吸出或充气吹出；
所述泡沫塑料为可发性聚苯乙烯树脂珠粒、可发性甲基丙烯酸甲脂与苯乙烯共聚树脂珠粒或可发性聚甲基丙烯酸甲脂树脂珠粒；
所述消泡液是由质量比为20:70:5:5的二氯乙烷、甲乙酮、汽油和煤油组成；
或由质量比为95:5的乙酸乙酯和乙醇组成；
或由质量比为60:30:10的乙酸正丁酯、二甲苯和柴油组成；
或由质量比为37:60:3的环己烯、丙醇和油酸组成；
或由质量比为30:30:35:3:2的丁酸丁酯、甲苯、丁醇、水和油酸钠组成；
或由质量比为30:50:5:10:3:2的丁酸环己酯、二甲苯、乙醚、石油醚、油酸和氢氧化钠组成。
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