CN107262670A - 一种熔模精密铸造超薄快干制壳方法 - Google Patents

Abstract

一种熔模精密铸造超薄快干制壳方法，该工艺的面层、过渡层、加固层、半层制壳浆料经过强化后搅拌均匀，并控制各层浆料粘度；模组蘸浆料，撒砂后在一定的干燥环境内按工艺规定的时间进行层间干燥完成制壳。中小件单重≤6kg，型壳厚度一般不超过8mm，制壳周期短通常为18h小时，下线后无需存放即可脱蜡，采用该工艺所制超薄型壳满足型壳焙烧和浇注所需要的高温强度，可有效提高制壳效率，降低制壳成本，改善熔模铸造环保水平。

Description

一种熔模精密铸造超薄快干制壳方法

所属技术领域

本发明属于铸造造型制作领域，尤其是一种熔模精密铸造超薄快干制壳方法。

背景技术

熔模精密铸造工艺是一种精密近净成型工艺，它由制作零件蜡模、涂覆耐火材料型壳、型壳脱蜡、型壳焙烧、熔炼浇注、铸件落件、铸件抛丸清理等主要工序组成。其中最能体现熔模铸造工艺特点是制作零件蜡模、涂覆耐火材料型壳（通称“制壳”）两道工序。

熔模铸造制壳通常分面层型壳、过渡层型壳、加固层型壳三层次，面层型壳为直接贴覆蜡模的涂层，起到复印蜡模表面质量的作用；加固层型壳为强化型壳，起到预防蜡模变形、浇注跑火等作用，一般视零件大小、结构情况涂覆多层，10kg以内的以3—5层居多；过渡层型壳为面层型壳、加固层型壳之间的结合层，主要起预防型壳脱层、破损作用。

公知的熔模铸造制壳工艺是用水玻璃、硅溶胶为粘结剂，与一定比例的锆英粉、莫来粉、石英粉等耐火材料粉料，在搅拌桶中配制成涂料。将涂料涂覆蜡模表面后，再将一定粒径的锆英砂、莫来砂、石英砂等耐火材料砂粒粘附在涂料表面，通过物理干燥或化学干燥方法，使上述涂料、耐火材料充分粘结干燥，形成一层型壳。反复若干次，制成若干层型壳。

熔模铸造型壳的制壳效能关系到熔模铸造产品的制造成本和工艺竞争力，公知的熔模铸造工艺其型壳的重量与铸件模组重量相当，型壳重量：铸件模组重量 = 0.9～1.0 :1.0；当型壳重量：铸件模组重量＜0.8时，为熔模铸造薄壳工艺；当型壳重量：铸件模组重量＜0.6时，则为超薄型壳工艺。

我国大部分服务于汽车、工程机械、轨道交通、船舶等领域的熔模铸造工艺企业为水玻璃制壳工艺，少部分服务于航空航天、医疗器械的企业为硅溶胶制壳工艺，水玻璃工艺制壳周期短，但因为需要氯盐化学硬化，环保问题、产品质量问题突出；硅溶胶工艺虽然产品表面质量好，环境影响小，但制壳周期长，成本高。为了提高制壳效率，降低制壳成本，改善熔模铸造环保水平，开发并应用熔模铸造超薄型壳工艺是非常有必要的。

发明内容

本发明旨在针对汽车、工程机械、轨道交通等行业广泛使用的熔模铸件提供一种熔模铸造超薄快干的制壳方法，减少熔模铸造制壳层数，提高型壳湿强度，提升制壳效率，降低制壳成本，同时减少环境污染。

为了实现上述目的，本发明的技术方案是：

一种熔模精密铸造超薄快干制壳方法，具体步骤如下：

1）面层制壳：面层浆料的成分为硅溶胶和精制石英粉，添加占面层浆料质量0.8-1.1%的高聚物、占硅溶胶质量0.2-0.4%的润湿剂、占硅溶胶质量0.2-0.4%的消泡剂，配制而成后搅拌均匀，面层浆料比重为1.8-1.9 g/cm³、粘度为60-68s；粘度合格后，检查已焊接蜡模组树，无缺陷后依次进行面层涂料、撒砂、干燥作业，干燥参数为风速3-6m/s 、温度22-24℃、湿度50-70%、干燥时间4-6h ；

2）过渡层制壳：将面层干燥完全的模组进行硅溶胶润湿，自然风干时间为1-2分钟，然后进行过渡层制壳；过渡层浆料成分为硅溶胶和精制石英粉，添加占过渡层浆料质量0.8-1.1%的高聚物，配制而成后搅拌均匀，过渡层浆料比重为1.5-1.6 g/cm³、粘度为22-27s，粘度合格后，依次进行过渡层涂料、撒砂、干燥作业，干燥参数为风速6-8m/s、温度22-28℃、湿度40-60%、干燥时间2-3h；

3）加固层制壳：加固层浆料成分为硅溶胶和莫来石粉，添加占加固层浆料质量0.5-0.6%的木纤维、0.9-1.2%的陶瓷粉、0.8-1%的快干胶，配制而成后搅拌均匀，加固层浆料比重为1.7-1.8 g/cm³，然后依次进行加固一层、加固二层作业；加固一层采用粘度为40-50s的加固层浆料，撒砂使用16-30目莫来砂，干燥参数为风速≥15m/s、温度28-33℃、湿度≤50%、干燥时间1.5-2h；加固二层采用粘度为45-55s的加固层浆料，撒砂使用10-20目莫来砂，干燥参数为风速≥15m/s、温度30-36℃、湿度≤40%、干燥时间1.5-2h；

4）半层制壳：半层浆料成分为硅溶胶和莫来石粉，添加占半层浆料质量0.5-0.6%的木纤维、0.9-1.2%的陶瓷粉、0.8-1%的快干胶，配制而成后搅拌均匀，半层浆料比重为1.7-1.8g/cm³、粘度为55-60s，粘度合格后，依次进行半层涂料、干燥作业，干燥参数为风速≥15m/s、温度30-36℃、湿度≤30%、干燥时间1.5-2h。

有益效果：本发明制作的中小型壳单重≤6kg，型壳厚度一般不超过8mm，制壳周期短通常为18h小时，下线后无需存放即可脱蜡；采用该工艺所制超薄型壳满足型壳焙烧和浇注所需要的高温强度，可有效提高制壳效率，降低制壳成本，改善熔模铸造环保水平。

附图说明

图1是本发明超薄快干制壳工艺参数表。

图2是本发明中加固层专用量杯。

具体实施方式

1、制壳原理：制壳过程是一个复杂的物理化学变化的过程，即硅溶胶胶体凝固的过程，粘结剂（硅溶胶）把耐火粉（精制石英粉、莫来石粉）、砂粘结成所需形状的型壳。硅溶胶型壳采用干燥硬化方式使硅溶胶胶凝；即让型壳干燥，水分蒸发，使硅溶胶浓度增加，达到胶凝临界浓度时，硅溶胶则胶凝，且蒸发的水分不会污染环境。制壳工艺过程主要有三个工序：上浆料、撒砂、干燥，如此重复多次可得到所需厚度的多层型壳。

2、涂料配制：依据浆料搅拌桶的容积，按浆料的配方先取定量的硅溶胶加入桶中，然后开动搅拌机逐步加入粉料，直到达到工艺要求的数值，最后按比例加入强化剂。面层浆料搅拌12小时以上，过渡层浆料搅拌8小时以上，加固层及半层浆料搅拌4小时以上，稳定后测其粘度，过高加硅溶胶稀释，过小则加入一定量的耐火粉料补充，直至粘度合格为止。

3、撒砂：根据不同的层数将工艺要求规格的砂料输送或人工加入设备中使用；面层撒砂设备一般采用雨淋式，其余工序采用沸腾式撒砂机。

4、干燥：为使型壳干燥良好，要严格控制室温、环境湿度和风力。本发明的重点是改善加固层和半层的干燥参数，通过风干道装置将风速为≥15 m/s的热风吹入干燥间，加速硅溶胶型壳干燥硬化，从而缩短层间制壳时间。

实施例1：一种熔模精密铸造超薄快干制壳方法，具体步骤如下：

1）面层制壳：面层浆料的成分为830系列硅溶胶和270目精制石英粉，添加占面层浆料质量0.8%的高聚物、占硅溶胶质量0.2%的润湿剂、占硅溶胶质量0.2%的消泡剂，配制而成后搅拌均匀，面层浆料比重为1.8 g/cm³、粘度为60s；粘度合格后，检查已焊接蜡模组树，无缺陷后依次进行面层涂料、撒砂、干燥作业，干燥参数为风速3m/s 、温度22℃、湿度50%、干燥时间4h ；

2）过渡层制壳：将面层干燥完全的模组进行硅溶胶润湿，自然风干时间为1分钟，然后进行过渡层制壳；过渡层浆料成分为830系列硅溶胶和270目精制石英粉，添加占过渡层浆料质量0.8%的高聚物，配制而成后搅拌均匀，过渡层浆料比重为1.5g/cm³、粘度为22s，粘度合格后，依次进行过渡层涂料、撒砂、干燥作业，干燥参数为风速6m/s、温度22℃、湿度40%、干燥时间2h；

3）加固层制壳：加固层浆料成分为1430系列硅溶胶和200目莫来石粉，添加占加固层浆料质量0.5%的木纤维、0.9%的陶瓷粉、0.8%的快干胶，配制而成后搅拌均匀，加固层浆料比重为1.7 g/cm³，然后依次进行加固一层、加固二层作业；加固一层采用粘度为40s的加固层浆料，撒砂使用16-30目莫来砂，干燥参数为风速15m/s、温度28℃、湿度50%、干燥时间1.5h；加固二层采用粘度为45s的加固层浆料，撒砂使用10-20目莫来砂，干燥参数为风速15m/s、温度30℃、湿度40%、干燥时间1.5h；

4）半层制壳：半层浆料成分为1430系列硅溶胶和200目莫来石粉，添加占半层浆料质量0.5%的木纤维、0.9%的陶瓷粉、0.8%的快干胶，配制而成后搅拌均匀，半层浆料比重为1.8g/cm³、粘度为55s，粘度合格后，依次进行半层涂料、干燥作业，干燥参数为风速15m/s、温度30℃、湿度30%、干燥时间1.5h。

实施例2：一种熔模精密铸造超薄快干制壳方法，具体步骤如下：

1）面层制壳：面层浆料的成分为830系列硅溶胶和270目精制石英粉，添加占面层浆料质量1.1%的高聚物、占硅溶胶质量0.3%的润湿剂、占硅溶胶质量0.3%的消泡剂，配制而成后搅拌均匀，面层浆料比重为1.9 g/cm³、粘度为68s；粘度合格后，检查已焊接蜡模组树，无缺陷后依次进行面层涂料、撒砂、干燥作业，干燥参数为风速6m/s 、温度24℃、湿度70%、干燥时间6h ；

2）过渡层制壳：将面层干燥完全的模组进行硅溶胶润湿，自然风干时间为2分钟，然后进行过渡层制壳；过渡层浆料成分为830系列硅溶胶和270目精制石英粉，添加占过渡层浆料质量1.1%的高聚物，配制而成后搅拌均匀，过渡层浆料比重为1.6 g/cm³、粘度为27s，粘度合格后，依次进行过渡层涂料、撒砂、干燥作业，干燥参数为风速8m/s、温度28℃、湿度60%、干燥时间3h；

3）加固层制壳：加固层浆料成分为1430系列硅溶胶和200目莫来石粉，添加占加固层浆料质量0.6%的木纤维、1.2%的陶瓷粉、1%的快干胶，配制而成后搅拌均匀，加固层浆料比重为1.8 g/cm³，然后依次进行加固一层、加固二层作业；加固一层采用粘度为50s的加固层浆料，撒砂使用16-30目莫来砂，干燥参数为风速15m/s、温度33℃、湿度50%、干燥时间2h；加固二层采用粘度为55s的加固层浆料，撒砂使用10-20目莫来砂，干燥参数为风速15m/s、温度36℃、湿度40%、干燥时间2h；

4）半层制壳：半层浆料成分为1430系列硅溶胶和200目莫来石粉，添加占半层浆料质量0.6%的木纤维、1.2%的陶瓷粉、1%的快干胶，配制而成后搅拌均匀，半层浆料比重为1.8 g/cm³、粘度为60s，粘度合格后，依次进行半层涂料、干燥作业，干燥参数为风速15m/s、温度36℃、湿度30%、干燥时间2h。

优选实施例3：一种熔模精密铸造超薄快干制壳方法，具体步骤如下：

1）面层制壳：面层浆料的主要成分为830系列硅溶胶和270目精制石英粉，添加占面层浆料质量1%的高聚物、占硅溶胶质量0.4%的润湿剂、占硅溶胶质量0.5%的消泡剂，配制而成后搅拌均匀，面层浆料比重为1.8 g/cm³、粘度为65s；粘度合格后，检查已焊接蜡模组树，无缺陷后依次进行面层涂料、撒砂、干燥作业，干燥参数为风速4m/s 、温度23℃、湿度50%、干燥时间5h ；

面层制壳步骤的要求:制壳时要求浆料均匀附着在蜡模上、撒砂无堆积，然后置于悬链线上进行干燥作业；面层间的温度主要靠空调保障，湿度靠加湿器保障，数量根据操作间的大小进行配置；

2）过渡层制壳：将面层干燥完全的模组进行硅溶胶润湿，自然风干时间为1-2分钟，然后进行过渡层制壳；过渡层浆料的主要成分为830系列硅溶胶和270目精制石英粉，添加占过渡层浆料质量1%的高聚物，配制而成后搅拌均匀，过渡层浆料比重为1.6 g/cm³、粘度为25s，粘度合格后，依次进行过渡层涂料、撒砂、干燥作业，干燥参数为风速7m/s、温度25℃、湿度45%、干燥时间2.5h；

过渡层制壳步骤的要求：撒砂采用30-60目的莫来石砂，采用雨淋式或沸腾式砂床均可保证上砂均匀一致性，然后置于悬链线上进行干燥作业；

3）加固层制壳：加固层浆料的主要成分为1430系列硅溶胶和200目莫来石粉，添加占加固层浆料质量0.5%的木纤维、占加固层浆料质量1%的陶瓷粉、占加固层浆料质量1%的快干胶，配制而成后搅拌均匀，加固层浆料比重为1.75 g/cm³，然后依次进行加固一层、加固二层作业；加固一层采用粘度为45s的加固层浆料，撒砂使用16-30目莫来砂，干燥参数为风速15m/s、温度30℃、湿度50%、干燥时间1.8h；加固二层采用粘度为50s的加固层浆料，撒砂使用10-20目莫来砂，干燥参数为风速15m/s、温度33℃、湿度≤40%、干燥时间1.8h；

加固层制壳步骤要求：温度和风速是保障超薄型壳制壳的关键所在；加固层主要在相对封闭的空间内完成，温度可由焙烧车间的余热或专用加热设备保障，风速由大功率的轴流风机和输风管道保障，湿度由除湿机调节，模组置于悬链线上，使用输风管道将热风吹到模组上，加快模组干燥；

4）半层制壳：半层制壳是指只对模组进行浸浆作业，不再撒砂作业；半层浆料的主要成分为1430系列硅溶胶和200目莫来石粉，添加占半层浆料质量0.5%的木纤维、占半层浆料质量1%的陶瓷粉、占半层浆料质量1%的快干胶，配制而成后搅拌均匀，半层浆料比重为1.7g/cm³、粘度为58s，粘度合格后，依次进行半层涂料、干燥作业，干燥参数为风速15m/s、温度34℃、湿度30%、干燥时间2h；木纤维主要改善型壳透气性能；陶瓷粉可增加型壳强度、快干胶缩短型壳干燥时间。

如图1所示，从工艺参数表中可知，整个制壳周期控制在24h以内，半层制壳完成后下线即可进行脱蜡作业，且制作的中小型壳单重≤6kg、型壳厚度一般不超过8mm。

如图2所示，加固层需用特定量杯。

制壳各层特别说明：

1.面层制壳：为保证涂层表面高温强度，常采用胶体粒径较小的830面层专用硅溶胶，杂质含量较少的精制石英粉。因面层涂料是涂挂在蜡模组上的，为使水基硅溶胶涂料能很好涂敷，必须加入润湿剂以改善涂料涂挂性；但润湿剂具有发泡性，使涂料含气泡所以又必须加入消泡剂消除气泡。面层强化剂（高聚物）的添加可提高面层强度，解决因干燥温度、湿度控制不良而导致的面层鼓胀、开裂、龟裂、脱落、掉皮等缺陷；

2.过渡层制壳：为面层型壳、加固层型壳之间的结合层，主要起预防型壳脱层、破损作用；添加高聚物是为了进一步强化效果；

3.加固层和半层制壳：在涂料中添加陶瓷粉可提高型壳强度、减少跑火。木纤维可提高硅溶胶型壳透气性，减少铸件气孔缺陷。快干胶可加速型壳干燥，增加型壳湿强度。加固层和半层干燥主要特点是通过高风速（≥15 m/s）、高温度（30-36℃）的干燥环境来缩短层间制壳时间；加固层采用二层结构且每层的浆料粘度不一样，这样能达到型壳高温强度、防止模壳炸裂。半层使用高粘度的浆料可包裹砂子不外漏，增加型壳强度。

Claims (1)

1.一种熔模精密铸造超薄快干制壳方法，具体步骤如下：

1）面层制壳：面层浆料的成分为硅溶胶和精制石英粉，添加占面层浆料质量0.8-1.1%的高聚物、占硅溶胶质量0.2-0.4%的润湿剂、占硅溶胶质量0.2-0.4%的消泡剂，配制而成后搅拌均匀，面层浆料比重为1.8-1.9 g/cm³、粘度为60-68s；粘度合格后，检查已焊接蜡模组树，无缺陷后依次进行面层涂料、撒砂、干燥作业，干燥参数为风速3-6m/s 、温度22-24℃、湿度50-70%、干燥时间4-6h ；

2）过渡层制壳：将面层干燥完全的模组进行硅溶胶润湿，自然风干时间为1-2分钟，然后进行过渡层制壳；过渡层浆料成分为硅溶胶和精制石英粉，添加占过渡层浆料质量0.8-1.1%的高聚物，配制而成后搅拌均匀，过渡层浆料比重为1.5-1.6 g/cm³、粘度为22-27s，粘度合格后，依次进行过渡层涂料、撒砂、干燥作业，干燥参数为风速6-8m/s、温度22-28℃、湿度40-60%、干燥时间2-3h；

3）加固层制壳：加固层浆料成分为硅溶胶和莫来石粉，添加占加固层浆料质量0.5-0.6%的木纤维、0.9-1.2%的陶瓷粉、0.8-1%的快干胶，配制而成后搅拌均匀，加固层浆料比重为1.7-1.8 g/cm³，然后依次进行加固一层、加固二层作业；加固一层采用粘度为40-50s的加固层浆料，撒砂使用16-30目莫来砂，干燥参数为风速≥15m/s、温度28-33℃、湿度≤50%、干燥时间1.5-2h；加固二层采用粘度为45-55s的加固层浆料，撒砂使用10-20目莫来砂，干燥参数为风速≥15m/s、温度30-36℃、湿度≤40%、干燥时间1.5-2h；

4）半层制壳：半层浆料成分为硅溶胶和莫来石粉，添加占半层浆料质量0.5-0.6%的木纤维、0.9-1.2%的陶瓷粉、0.8-1%的快干胶，配制而成后搅拌均匀，半层浆料比重为1.7-1.8g/cm³、粘度为55-60s，粘度合格后，依次进行半层涂料、干燥作业，干燥参数为风速≥15m/s、温度30-36℃、湿度≤30%、干燥时间1.5-2h。