CN105436409B - 镁合金熔模精密铸造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种镁合金熔模精密铸造方法，用于解决现有熔模铸造方法防氧化措施差的技术问题。技术方案是首先采用3D激光打印制备蜡模，再用ZrO2作为面层和二层砂材料，然后采用焙烧法脱树脂使其充分燃烧，焙烧后用90～100℃的热饱和硼酸水溶液浸泡模壳型腔，浇注前通入体积分数比为HFC134a:Ar＝30:70的混合保护气体，浇注时不间断的向镁合金浇包液面和冒口扑撒适量硫磺，有效地防止了镁合金氧化、燃烧。由于采用3D激光打印制备蜡模，保证了镁合金铸件的尺寸精度及表面光洁度；使用ZrO2防止镁合金熔液与铸型发生反应；采用焙烧法脱树脂使其充分燃烧，不留灰分和残烬，保证了镁合金铸件的表面光洁度和内部质量。

Description

镁合金熔模精密铸造方法
技术领域
本发明涉及一种熔模铸造方法，特别涉及一种镁合金熔模精密铸造方法。
背景技术
文献“申请公开号是CN101862811A的中国发明专利”公开了一种复杂薄壁零件快速熔模铸造方法。该方法利用聚苯乙烯快速成形技术制作出聚苯乙烯泡沫塑料熔模铸造模样和浇注系统，通过表面低温渗蜡工艺改进铸造模样的表面质量，在高温下焙烧使泡沫塑料完全气化，最后浇注金属得到精密铸件。该方法对铝合金适应性良好。然而，此方法在浇注过程中没有任何防氧化措施，对镁合金并不适用。这是由于镁合金性质极其活泼，在浇注过程中会与铸型以及内部的氧气发生反应，导致镁合金发生氧化，在铸件内部产生夹杂等缺陷。
发明内容
为了克服现有熔模铸造方法防氧化措施差的不足，本发明提供一种镁合金熔模精密铸造方法。该方法首先采用3D激光打印制备蜡模，再用ZrO2作为面层和二层砂材料，然后采用焙烧法脱树脂使其充分燃烧，焙烧后用90～100℃的热饱和硼酸水溶液浸泡模壳型腔，浇注前通入体积分数比为HFC134a:Ar＝30:70的混合保护气体，浇注时不间断的向镁合金浇包液面和冒口扑撒适量硫磺，有效地防止了镁合金氧化、燃烧。由于采用3D激光打印制备蜡模，保证了复杂结构镁合金铸件的尺寸精度及表面光洁度；使用ZrO2作为面层和二层砂材料，防止镁合金熔液与铸型发生反应；采用焙烧法脱树脂使其充分燃烧，不留灰分和残烬，保证了镁合金铸件的表面光洁度和内部质量。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种镁合金熔模精密铸造方法，其特点是包括以下步骤：
步骤一、使用商业软件在计算机中建立铸件的3D模型图，使用3D选择性激光打印快速成型设备制造铸件RP模样。RP模样材料为PSB粉，其中，玻璃化转变温度为70～98℃，分解温度>300℃。将RP模样放入水浴式蜡料熔化保温桶中进行浸蜡处理，浸涂2～3min后取出。3min后，进行第二次浸涂，1～2min后取出。将浸蜡处理后的RP模样使用600号砂纸在水中进行手工抛光，随后用洗衣粉或洗洁精对RP模样进行脱脂处理，冲洗后晾干。随后，按铸件工艺组焊铸件浇冒系统。
步骤二、在RP模样表面涂挂涂料，制备型壳。其中，面层和二层涂料的配比为氧化锆溶胶:氧化锆砂:渗透剂:消泡剂＝1:(3.6～4.0):0.16:0.12，加固层涂料的配比为硅溶胶:莫来石:润湿剂＝1:(1.4～1.7):0.16。
步骤三、将涂挂好的铸件RP蜡模模壳置于铁盘上，放入焙烧炉内，直浇口向下，升温至500～550℃，焙烧时间持续1～3小时，直至树脂充分燃烧，不再冒烟为止。继续升温至800～850℃，焙烧2～3小时。冷却后取出铸件模壳，吹净壳型内部残留物，检查并修补模壳质量。
使用90～100℃的热饱和硼酸水溶液清洗、泡灌铸件模壳型腔2～3min，随后将铸件模壳在480～520℃焙烧1～2.5小时，然后降至浇注温度200～300℃待用。
步骤四、将坩埚加热至480～520℃，底部铺一层熔剂，然后装炉料升温至熔化。依据合金牌号在720～780℃进行变质、精炼处理。变质5～10min，精炼时边搅拌边撒精炼剂至出现镜面为止。随后加热至760～800℃保温处理，保温时间30min。降低合金液温度至铸件浇注温度，准备浇注。
在镁合金浇注前，向铸件模壳型腔内通入体积分数比为HFC134a:Ar＝30:70的混合保护气体3～5min，防止镁合金氧化。同时，在浇口杯底部放置预热过的钢丝棉，阻止镁合金液内氧化渣进入浇注系统及铸件内部。
迅速进行镁合金的浇注，并在浇注过程中不间断地向镁合金浇包液面和冒口部位均匀扑撒适量硫磺粉，防止镁合金的二次氧化。浇注完成后，待铸型冷却，清理型壳即得到镁合金精铸件。
本发明的有益效果是：该方法首先采用3D激光打印制备蜡模，再用ZrO2作为面层和二层砂材料，然后采用焙烧法脱树脂使其充分燃烧，焙烧后用90～100℃的热饱和硼酸水溶液浸泡模壳型腔，浇注前通入体积分数比为HFC134a:Ar＝30:70的混合保护气体，浇注时不间断的向镁合金浇包液面和冒口扑撒适量硫磺，有效地防止了镁合金氧化、燃烧。由于采用3D激光打印制备蜡模，保证了复杂结构镁合金铸件的尺寸精度及表面光洁度；使用ZrO2作为面层和二层砂材料，防止镁合金熔液与铸型发生反应；采用焙烧法脱树脂使其充分燃烧，不留灰分和残烬，保证了镁合金铸件的表面光洁度和内部质量。经测试，本发明方法所铸镁合金精铸件尺寸的精度高达CT4，表面光洁度达Ra3.2。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作详细说明。
附图说明
图1是本发明镁合金熔模精密铸造方法的流程图。
图2是本发明方法实施例1制备的ZM5镁合金试块，图2(a)是采取防氧化措施制备的ZM5试块，图2(b)是未采取防氧化措施制备的ZM5试块。
图3是本发明方法实施例2制备的ZM5镁合金精铸件的实物照片。
图4是本发明方法实施例3制备的ZM6镁合金精铸件的实物照片。
具体实施方式
以下实施例参照图1-4。
实施例1。
(1)3D激光打印蜡模。
使用商业软件在计算机中建立铸件的3D模型图，并使用3D选择性激光打印快速成型设备制造铸件RP模样。RP模样材料为PSB粉(玻璃化转变温度为70～98℃，分解温度>300℃)。将RP模样放入水浴式蜡料熔化保温桶中进行浸蜡处理，浸涂3min后取出。3min后，进行第二次浸涂，2min后取出。将浸蜡处理后的RP模样使用600号砂纸在水中进行手工抛光，随后用洗衣粉或洗洁精对RP模样进行脱脂处理，冲洗后晾干。随后，按铸件工艺组焊铸件浇冒系统。
(2)制壳。
选择ZrO2作为最优的面层砂材料和涂料粉料。其中，面层和二层涂料的配比为氧化锆溶胶:氧化锆砂:渗透剂:消泡剂＝1:3.6:0.16:0.12。加固层涂料的配比为硅溶胶:莫来石:润湿剂＝1:1.4:0.16。
(3)脱蜡焙烧。
1)将涂挂好的铸件RP蜡模模壳置于铁盘上，放入焙烧炉内，直浇口向下，升温至500℃，焙烧时间持续2小时，直至树脂充分燃烧，不再冒烟为止。继续升温至800℃，焙烧3小时。冷却后取出铸件模壳，吹净壳型内部残留物，检查并修补模壳质量。
2)使用90～100℃的热饱和硼酸水溶液(在0℃时，100克水中能溶1.95克；在20℃时，可溶3.99克；在饱和溶液的沸点102℃时，可溶解29.1克)清洗、泡灌铸件模壳型腔2min，随后将模壳在480℃左右焙烧2.5小时，然后降至浇注温度250℃待用。
(4)镁合金浇注。
1)将坩埚加热至480℃，底部铺一层熔剂，然后装炉料升温至熔化。依据ZM5镁合金熔化工艺规程进行变质、精炼、保温处理。降低合金液温度至铸件浇注温度，准备浇注。
2)在镁合金浇注前，向铸件模壳型腔内通入体积分数比为HFC134a:Ar＝30:70的混合保护气体3min，防止镁合金氧化。同时，在浇口杯底部放置预热过的钢丝棉，阻止镁合金液内氧化渣进入浇注系统及铸件内部。
3)迅速进行镁合金的浇注，并在浇注过程中不间断地向镁合金浇包液面和冒口部位均匀扑撒适量硫磺粉，防止镁合金的二次氧化。浇注完成后，待铸型冷却，清理型壳即可得到镁合金精铸件。
从图2(a)可以看到，采取防氧化措施制备的ZM5试块表面光洁，基本没有被氧化。从图2(b)可以看到，未采取防氧化措施制备的ZM5试块表面发生严重的氧化现象。
实施例2。
(1)3D激光打印蜡模。
使用商业软件在计算机中建立铸件的3D模型图，并使用3D选择性激光打印快速成型设备制造铸件RP模样。RP模样材料为PSB粉(玻璃化转变温度为70～98℃，分解温度>300℃)。将RP模样放入水浴式蜡料熔化保温桶中进行浸蜡处理，浸涂2min后取出。3min后，进行第二次浸涂，1min后取出。将浸蜡处理后的RP模样使用600号砂纸在水中进行手工抛光，随后用洗衣粉或洗洁精对RP模样进行脱脂处理，冲洗后晾干。随后，按铸件工艺组焊铸件浇冒系统。
(2)制壳。
选择ZrO2作为最优的面层砂材料和涂料粉料其中，面层和二层涂料的配比为氧化锆溶胶:氧化锆砂:渗透剂:消泡剂＝1:3.8:0.16:0.12。加固层涂料的配比为硅溶胶:莫来石:润湿剂＝1:1.5:0.16。
(3)脱蜡焙烧。
1)将涂挂好的铸件RP蜡模模壳置于铁盘上，放入焙烧炉内，直浇口向下，升温至550℃，焙烧时间持续1小时，直至树脂充分燃烧，不再冒烟为止。继续升温至850℃，焙烧2小时。冷却后取出铸件模壳，吹净壳型内部残留物，检查并修补模壳质量。
2)使用90～100℃的热饱和硼酸水溶液(在0℃时，100克水中能溶1.95克；在20℃时，可溶3.99克；在饱和溶液的沸点102℃时，可溶解29.1克)清洗、泡灌铸件模壳型腔3min，随后将模壳在500℃焙烧2小时，然后降至浇注温度200℃待用。
(4)镁合金浇注。
1)将坩埚加热至500℃，底部铺一层熔剂，然后装炉料升温至熔化。依据ZM5镁合金熔化工艺规程进行变质、精炼、保温处理。降低合金液温度至铸件浇注温度，准备浇注。
2)在镁合金浇注前，向铸件模壳型腔内通入体积分数比为HFC134a:Ar＝30:70的混合保护气体4min，防止镁合金氧化。同时，在浇口杯底部放置预热过的钢丝棉，阻止镁合金液内氧化渣进入浇注系统及铸件内部。
3)迅速进行镁合金的浇注，并在浇注过程中不间断地向镁合金浇包液面和冒口部位均匀扑撒适量硫磺粉，防止镁合金的二次氧化。浇注完成后，待铸型冷却，清理型壳即可得到镁合金精铸件。
从图3可以看到，本实施例制备的ZM5镁合金精铸件，结构复杂，表面光洁，未发现氧化现象，尺寸精度高。
实施例3。
(1)3D激光打印蜡模。
使用商业软件在计算机中建立铸件的3D模型图，并使用3D选择性激光打印快速成型设备制造铸件RP模样。RP模样材料为PSB粉(玻璃化转变温度为70～98℃，分解温度>300℃)。将RP模样放入水浴式蜡料熔化保温桶中进行浸蜡处理，浸涂3min后取出。3min后，进行第二次浸涂，2min后取出。将浸蜡处理后的RP模样使用600号砂纸在水中进行手工抛光，随后用洗衣粉或洗洁精对RP模样进行脱脂处理，冲洗后晾干。随后，按铸件工艺组焊铸件浇冒系统。
(2)制壳。
选择ZrO2作为最优的面层砂材料和涂料粉料，其中，面层和二层涂料的配比为氧化锆溶胶:氧化锆砂:渗透剂:消泡剂＝1:4.0:0.16:0.12。加固层涂料的配比为硅溶胶:莫来石:润湿剂＝1:1.7:0.16。
(3)脱蜡焙烧。
1)将涂挂好的铸件RP蜡模模壳置于铁盘上，放入焙烧炉内，直浇口向下，升温至520℃，焙烧时间持续2小时，直至树脂充分燃烧，不再冒烟为止。继续升温至820℃，焙烧3小时。冷却后取出铸件模壳，吹净壳型内部残留物，检查并修补模壳质量。
2)使用90～100℃的热饱和硼酸水溶液(在0℃时，100克水中能溶1.95克；在20℃时，可溶3.99克；在饱和溶液的沸点102℃时，可溶解29.1克)清洗、泡灌铸件模壳型腔2min，随后将模壳在520℃左右焙烧1.5小时，然后降至浇注温度300℃待用。
(4)镁合金浇注。
1)将坩埚加热至520℃，底部铺一层熔剂，然后装炉料升温至熔化。依据ZM6镁合金熔化工艺规程进行变质、精炼、保温处理。降低合金液温度至铸件浇注温度，准备浇注。
2)在镁合金浇注前，向铸件模壳型腔内通入体积分数比为HFC134a:Ar＝30:70的混合保护气体5min，防止镁合金氧化。同时，在浇口杯底部放置预热过的钢丝棉，阻止镁合金液内氧化渣进入浇注系统及铸件内部。
3)迅速进行镁合金的浇注，并在浇注过程中不间断地向镁合金浇包液面和冒口部位均匀扑撒适量硫磺粉，防止镁合金的二次氧化。浇注完成后，待铸型冷却，清理型壳即可得到镁合金精铸件。
从图4可以看到，本实施例制备的ZM6镁合金精铸件，结构复杂，表面光洁，未发现氧化现象，尺寸精度高。

Claims (1)

1.一种镁合金熔模精密铸造方法，其特征在于包括以下步骤：
步骤一、使用商业软件在计算机中建立铸件的3D模型图，使用3D选择性激光打印快速成型设备制造铸件RP模样；RP模样材料为PSB粉，其中，玻璃化转变温度为70～98℃，分解温度>300℃；将RP模样放入水浴式蜡料熔化保温桶中进行浸蜡处理，浸涂2～3min后取出；3min后，进行第二次浸涂，1～2min后取出；将浸蜡处理后的RP模样使用600号砂纸在水中进行手工抛光，随后用洗衣粉或洗洁精对RP模样进行脱脂处理，冲洗后晾干；随后，按铸件工艺组焊铸件浇冒系统；
步骤二、在RP模样表面涂挂涂料，制备型壳；其中，面层和二层涂料的配比为氧化锆溶胶:氧化锆砂:渗透剂:消泡剂＝1:(3.6～4.0):0.16:0.12，加固层涂料的配比为硅溶胶:莫来石:润湿剂＝1:(1.4～1.7):0.16；
步骤三、将涂挂好的铸件RP蜡模模壳置于铁盘上，放入焙烧炉内，直浇口向下，升温至500～550℃，焙烧时间持续1～3小时，直至树脂充分燃烧，不再冒烟为止；继续升温至800～850℃，焙烧2～3小时；冷却后取出铸件模壳，吹净壳型内部残留物，检查并修补模壳质量；
使用90～100℃的热饱和硼酸水溶液清洗、泡灌铸件模壳型腔2～3min，随后将铸件模壳在480～520℃焙烧1～2.5小时，然后降至浇注温度200～300℃待用；
步骤四、将坩埚加热至480～520℃，底部铺一层熔剂，然后装炉料升温至熔化；依据合金牌号在720～780℃进行变质、精炼处理；变质5～10min，精炼时边搅拌边撒精炼剂至出现镜面为止；随后加热至760～800℃保温处理，保温时间30min；降低合金液温度至铸件浇注温度，准备浇注；
在镁合金浇注前，向铸件模壳型腔内通入体积分数比为HFC134a:Ar＝30:70的混合保护气体3～5min，防止镁合金氧化；同时，在浇口杯底部放置预热过的钢丝棉，阻止镁合金液内氧化渣进入浇注系统及铸件内部；
迅速进行镁合金的浇注，并在浇注过程中不间断地向镁合金浇包液面和冒口部位均匀扑撒适量硫磺粉，防止镁合金的二次氧化；浇注完成后，待铸型冷却，清理型壳即得到镁合金精铸件。
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激光快速成型与传统精密铸造技术的工艺组合应用;彭艳锋;《航天制造技术》;20051031(第06期);25-28 *

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