CN108044035A - 一种精密铸造用分体式陶瓷模壳组装成型工艺 - Google Patents

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杨功显
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Abstract

本发明公开了一种精密铸造用分体式陶瓷模壳组装成型工艺，包括如下技术措施：步骤1.设计并制作两个以上的、相互独立的陶瓷模壳半体，相对应的两个陶瓷模壳半体之间具有相互匹配的凹、凸配合止口接头；配制粘接浆料；配制加固浆料；步骤2.以粘接浆料将相对应的两个陶瓷模壳半体之间的凹、凸配合止口接头进行粘接；步骤3.以加固浆料将粘接在一起的相对应两个陶瓷模壳半体之间的结合部位进行二次加固；步骤4.将组装成整体的陶瓷模壳进行高温焙烧；得到符合精密铸造技术要求的、完整的陶瓷模壳。本发明能够得到高强度的、完整的陶瓷模壳，其在浇注过程中不会污染合金液，整个成型组装过程简单、易行、高效、经济、实用。

Description

一种精密铸造用分体式陶瓷模壳组装成型工艺
技术领域
本发明涉及精密铸造用的陶瓷模壳成型技术，具体是一种精密铸造用的分体式陶瓷模壳组装成整体的成型工艺，它特别适宜大型和/或复杂结构铸件的精密铸造成型，亦特别适合批量铸件群的精密铸造成型。
背景技术
大型和/或复杂结构铸件在精密铸造成型过程中，为了实现对高温合金凝固顺序和补缩的有效控制，其浇注系统部分往往很大、且很复杂，甚至会有多点分布的暗冒口等工艺措施。在此种精密铸造工艺设计中，如果将浇注系统与铸件本体以整体方式组模并制壳，则存在如下主要技术问题：
1. 整体组模对蜡模强度及组装结合强度提出了很高的技术要求，否则制壳过程中增加的力矩会导致模组断裂；
2. 整体组模所产生的复杂模组的不同部分，在制壳过程中会有严重的相互干扰，结果会导致所制陶瓷模壳的质量变差，不同部位的壁厚差异很大，在浇注合金熔液时甚至有漏钢的风险存在；
3. 带模组的陶瓷模壳在脱蜡过程中，大而复杂的浇注系统部分熔化排蜡的时间延长，增加了铸件本体的陶瓷模壳开裂的风险，有时甚至会直接爆裂。
综上所述，大型和/或复杂结构铸件的陶瓷模壳不宜整体成型，而应采取先分体成型、后组装成整体的迂回技术措施。
然而，精密铸造用的陶瓷模壳既要具有足够的结构强度，又要在浇注过程中不得污染合金液，此外还要尽可能的简化技术工艺、降低用料价格低廉，这些技术要求又从另一个方面增大了大型和/或复杂结构铸件的陶瓷模壳的成型难度。
发明内容
本发明的技术目的在于：针对上述精密铸造中整体制壳的特殊性和技术要求，自主研发一种精密铸造用的所成型陶瓷模壳结构强度高、在浇注过程中不会污染合金液且简单、易行、高效、经济、实用的分体式陶瓷模壳组装成型工艺。
本发明实现其技术目的所采用的技术方案是，一种精密铸造用分体式陶瓷模壳组装成型工艺，所述成型工艺包括如下技术措施：
步骤1. 根据对应铸件的设计结构和/或铸造工艺的技术要求，将与之对应的陶瓷模壳设计为两个以上的独立陶瓷模壳半体，相对应的两个陶瓷模壳半体之间具有凹、凸配合的止口接头；依据此陶瓷模壳设计结构分别进行制壳，制得两个以上的、相互独立的陶瓷模壳半体，相对应的两个陶瓷模壳半体之间具有相互匹配的凹、凸配合止口接头；
配制粘接浆料，所述粘接浆料是将磷酸二氢铝和240#～320#面层制壳粉料以1：2.5的质量比在常温下混合搅拌均匀所得；配制好的粘接浆料备用；
配制加固浆料，所述加固浆料是将水玻璃、240#～320#面层制壳粉料和50#～100#面层砂以1：4：2的质量比在常温下混合搅拌均匀所得；配制好的加固浆料备用；
步骤2. 以粘接浆料将相对应的两个陶瓷模壳半体之间的凹、凸配合止口接头进行粘接，所述粘接过程是，先以磷酸二氢铝预润湿相对应的两个陶瓷模壳半体的凹、凸配合止口接头，再将粘接浆料均匀的涂抹于预润湿处理后的相对应两个陶瓷模壳半体的凹、凸配合止口接头上，将相对应的两个陶瓷模壳半体以凹凸配合止口结构进行对接并压紧；
步骤3. 以加固浆料将粘接在一起的相对应两个陶瓷模壳半体之间的结合部位进行二次加固，所述二次加固的过程是，先用水玻璃对相对应两个陶瓷模壳半体之间的结合部位进行预润湿处理，再将加固浆料涂覆于预润湿处理后的相对应两个陶瓷模壳半体之间的结合部位；待二次加固处理部位干燥；
步骤4. 将组装成整体的陶瓷模壳进行高温焙烧；得到符合精密铸造技术要求的、完整的陶瓷模壳。
作为优选方案之一，步骤4中的高温焙烧的工艺过程是：1h从室温升至120℃；120℃保温2h；3h从120℃升至900℃；900℃保温1h；随炉冷至室温。
作为优选方案之一，步骤3中的加固浆料在预润湿处理后的相对应两个陶瓷模壳半体之间的结合部位的涂覆厚度为3mm以上。
作为优选方案之一，步骤3中的二次加固处理部位的干燥是以自然晾干或风干的方式实现。
作为优选方案之一，步骤1中的所述240#～320#面层制壳粉料为氧化铝或锆英粉；步骤1中的所述50#～100#面层砂为氧化铝或锆英粉。
作为优选方案之一，步骤1中的陶瓷模壳设计时，相对应的两个陶瓷模壳半体之间的凹、凸配合止口接头处在整个陶瓷模壳的直浇道上。
本发明的有益技术效果是：上述技术措施针对精密铸造中整体陶瓷模壳的难成型而设计，其先将整体陶瓷模壳拆分成多个陶瓷模壳半体分别成型，结构体积简化的各个陶瓷模壳半体的成型质量易保证、成型效率和质量高，再将相对应的两个陶瓷模壳半体以凹、凸配合的止口结构粘接、加固的组装成整体，并经高温焙烧得到精密铸造用的、高强度的、完整的陶瓷模壳，其在浇注过程中不会污染合金液，整个成型组装过程简单、易行、高效、经济、实用，特别适宜大型和/或复杂结构铸件的精密铸造用的陶瓷模壳成型，亦特别适合批量铸件群的精密铸造用的陶瓷模壳成型。
附图说明
图1是本发明所适用分体式陶瓷模壳组装接头的一种结构示意图。
图2是图1中的陶瓷模壳一的组装接头的结构示意图。
图3是图2所示陶瓷模壳一的组装接头的成型蜡模的结构示意图。
图4是图1中的陶瓷模壳二的组装接头的结构示意图。
图5是图4所示陶瓷模壳二的组装接头的成型蜡模的结构示意图。
图中代号含义：1—陶瓷模壳半体一；2—陶瓷模壳半体二；3—模壳半体一成型蜡模；4—模壳半体二成型蜡模。
具体实施方式
本发明涉及精密铸造用的陶瓷模壳成型技术，具体是一种精密铸造用的分体式陶瓷模壳组装成整体的成型工艺，它特别适宜大型和/或复杂结构铸件的精密铸造成型，亦特别适合批量铸件群的精密铸造成型。下面以多个实施例对本发明的技术内容进行清楚、详细的说明，其中，实施例1结合说明书附图对本发明的技术内容进行详细、清楚地说明，其它实施例虽未单独绘制附图，但其主体结构仍可参照实施例1的附图。
实施例1
本发明为精密铸造用的分体式陶瓷模壳组装成型工艺，其包括如下技术措施：
步骤1. 根据对应铸件的设计结构和/或铸造工艺的技术要求，将与之对应的陶瓷模壳设计为两个独立的陶瓷模壳半体，这两个陶瓷模壳半体之间应当具有相互对应、匹配的接头，它们的接头以凹、凸配合的止口结构成型，即一个陶瓷模壳半体上为凹型止口结构，另一个陶瓷模壳半体上为与之相匹配的凸型止口结构；
此外，为了方便组装和包装组装后的结构强度，在陶瓷模壳分体设计时，两个陶瓷模壳半体之间的相对应的凹、凸配合止口接头应处在整个陶瓷模壳的直浇道上，也就是说，在设计时，将整个陶瓷模壳的拆分以其直浇道作为优选考虑；
依据此陶瓷模壳设计结构分别进行制壳；
具体是，参见图2和图3所示，针对凸型止口结构接头的陶瓷模壳半体一1制备对应的模壳半体一成型蜡模3，该蜡模的凸型止口结构接头部以外翻折的型腔成型，在制成的蜡模上沾浆淋沙制壳，将制得的带模组的陶瓷模壳脱蜡，得到其用作组合连接的部位为凸型止口结构接头的陶瓷模壳半体一1，备用；
参见图4和图5所示，针对凹型止口结构接头的陶瓷模壳半体二2制备对应的模壳半体二成型蜡模4，该蜡模的凹型止口结构接头部以外凸的台阶结构成型，在制成的蜡模上沾浆淋沙制壳，将制得的带模组的陶瓷模壳脱蜡，得到其用作组合连接的部位为凹型止口结构接头的陶瓷模壳半体二2，备用；
以此制得两个相互独立的陶瓷模壳半体，这两个陶瓷模壳半体的具有相互匹配的凹、凸配合止口接头；
配制粘接浆料，该粘接浆料是将磷酸二氢铝和240#～320#面层制壳粉料以1：2.5的质量比在常温下混合搅拌均匀所得，其中，磷酸二氢铝作为粘结剂使用，240#～320#面层制壳粉料为氧化铝（或者锆英粉），240#～320#面层制壳粉料作为骨料使用；配制好的粘接浆料备用；
配制加固浆料，该加固浆料是将水玻璃、240#～320#面层制壳粉料和50#～100#面层砂以1：4：2的质量比在常温下混合搅拌均匀所得，其中，水玻璃作为粘结剂使用，240#～320#面层制壳粉料为氧化铝（或者锆英粉），50#～100#面层砂为氧化铝（或者锆英粉），240#～320#面层制壳粉料和50#～100#面层砂作为骨料使用；配制好的加固浆料备用；
步骤2. 以粘接浆料将两个陶瓷模壳半体之间的相对应且匹配的凹、凸配合止口接头进行粘接，具体粘接过程是，先以磷酸二氢铝预润湿两个陶瓷模壳半体的凹、凸配合止口接头，再将配置好的粘接浆料均匀的涂抹于预润湿处理后的两个陶瓷模壳半体的凹、凸配合止口接头上，涂抹部位包括结合表面和附近区域，将两个陶瓷模壳半体以凹凸配合的止口结构进行对接，对接后压紧，通过粘接浆料一方面可以无污染的填充两个陶瓷模壳半体组装的间隙，另一方面帮助建立结合面的高温强度，参见图1所示，陶瓷模壳半体一1为凸型止口结构接头，陶瓷模壳半体二2为凹型止口结构接头；
步骤3. 以加固浆料将粘接在一起的两个陶瓷模壳半体之间的结合部位进行二次加固，具体的二次加固过程是，先用水玻璃对两个陶瓷模壳半体之间的结合部位进行预润湿处理，再将加固浆料涂覆于预润湿处理后的两个陶瓷模壳半体之间的结合部位，以加固浆料帮助建立室温强度；加固浆料在两个陶瓷模壳半体之间的结合部位的涂覆厚度为3mm以上，例如3mm、4mm或5mm等；
待二次加固处理部位干燥，干燥方式为自然晾干或风干；
步骤4. 将组装成整体的陶瓷模壳进行高温焙烧，高温焙烧的具体工艺过程是：1h从室温升至120℃；120℃保温2h；3h从120℃升至900℃；900℃保温1h；随炉冷至室温；以此高温焙烧彻底建立强度，可以满足随后的检查、摇晃清洗和搬运等要求，得到符合精密铸造技术要求的、完整的陶瓷模壳；
所得完整的陶瓷模壳经检测，其组装结合部位的强度不低于陶瓷模壳其它整体成型的本体部位的强度，且结合部位平整、光滑，与浇注合金液接触的粘接材料与陶瓷模壳型腔表面层的材料一致，有利于保障其不会因热特性不一致而导致开裂，亦不存在合金污染的问题，更适合高纯净合金的浇注使用。
实施例2
本发明为精密铸造用的分体式陶瓷模壳组装成型工艺，其包括如下技术措施：
步骤1. 根据对应铸件的设计结构和/或铸造工艺的技术要求，将与之对应的陶瓷模壳设计为三个独立的陶瓷模壳半体，这三个陶瓷模壳半体之间应当具有相互对应、匹配的接头，它们的相互对应的接头以凹、凸配合的止口结构成型；
此外，为了方便组装和包装组装后的结构强度，在陶瓷模壳分体设计时，这三个陶瓷模壳半体之间的相互对应的凹、凸配合止口接头应处在整个陶瓷模壳的直浇道上，也就是说，在设计时，将整个陶瓷模壳的拆分以其直浇道作为优选考虑；
依据此陶瓷模壳设计结构分别进行制壳，该制壳是以蜡模沾浆淋沙的方式实现；以此制得三个相互独立的陶瓷模壳半体，其中相对应两个陶瓷模壳半体之间具有相互匹配的凹、凸配合止口接头，亦即，需要结合组装在一起的两个陶瓷模壳半体之间具有相互匹配的凹、凸配合止口接头；
配制粘接浆料，该粘接浆料是将磷酸二氢铝和240#～320#面层制壳粉料以1：2.5的质量比在常温下混合搅拌均匀所得，其中，磷酸二氢铝作为粘结剂使用，240#～320#面层制壳粉料为氧化铝（或者锆英粉），240#～320#面层制壳粉料作为骨料使用；配制好的粘接浆料备用；
配制加固浆料，该加固浆料是将水玻璃、240#～320#面层制壳粉料和50#～100#面层砂以1：4：2的质量比在常温下混合搅拌均匀所得，其中，水玻璃作为粘结剂使用，240#～320#面层制壳粉料为氧化铝（或者锆英粉），50#～100#面层砂为氧化铝（或者锆英粉），240#～320#面层制壳粉料和50#～100#面层砂作为骨料使用；配制好的加固浆料备用；
步骤2. 以粘接浆料将相对应的两个陶瓷模壳半体之间的相对应且匹配的凹、凸配合止口接头进行粘接，具体粘接过程是，先以磷酸二氢铝预润湿两个陶瓷模壳半体的凹、凸配合止口接头，再将配置好的粘接浆料均匀的涂抹于预润湿处理后的相对应的两个陶瓷模壳半体的凹、凸配合止口接头上，涂抹部位包括结合表面和附近区域，将相对应的两个陶瓷模壳半体以凹凸配合的止口结构进行对接，对接后压紧，通过粘接浆料一方面可以无污染的填充两个陶瓷模壳半体组装的间隙，另一方面帮助建立结合面的高温强度；
以此方式将三个陶瓷模壳半体按照相互对应关系依次组装粘接完毕；
步骤3. 以加固浆料将粘接在一起的相对应的两个陶瓷模壳半体之间的结合部位进行二次加固，具体的二次加固过程是，先用水玻璃对相对应的两个陶瓷模壳半体之间的结合部位进行预润湿处理，再将加固浆料涂覆于预润湿处理后的相对应的两个陶瓷模壳半体之间的结合部位，以加固浆料帮助建立室温强度；加固浆料在相对应的两个陶瓷模壳半体之间的结合部位的涂覆厚度为3mm以上，例如3mm、4mm或5mm等；
以此方式在陶瓷模壳的各结合部位依序二次加固完毕；
待二次加固处理部位干燥，干燥方式为自然晾干或风干；
步骤4. 将组装成整体的陶瓷模壳进行高温焙烧，高温焙烧的具体工艺过程是：1h从室温升至120℃；120℃保温2h；3h从120℃升至900℃；900℃保温1h；随炉冷至室温；以此高温焙烧彻底建立强度，可以满足随后的检查、摇晃清洗和搬运等要求，得到符合精密铸造技术要求的、完整的陶瓷模壳；
所得完整的陶瓷模壳经检测，其组装结合部位的强度不低于陶瓷模壳其它整体成型的本体部位的强度，且结合部位平整、光滑，与浇注合金液接触的粘接材料与陶瓷模壳型腔表面层的材料一致，有利于保障其不会因热特性不一致而导致开裂，亦不存在合金污染的问题，更适合高纯净合金的浇注使用。
实施例3
本实施例的其它内容与实施例2相同，不同之处在于：陶瓷模壳半体为四个。
实施例4
本实施例的其它内容与实施例1、2或3相同，不同之处在于：制壳的蜡模以3D打印光固化树脂成型。
以上各实施例仅用以说明本发明，而非对其限制；尽管参照上述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：本发明依然可以对上述各实施例中的具体技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明的精神和范围。

Claims (6)

1.一种精密铸造用分体式陶瓷模壳组装成型工艺，其特征在于，所述成型工艺包括如下技术措施：
步骤1. 根据对应铸件的设计结构和/或铸造工艺的技术要求，将与之对应的陶瓷模壳设计为两个以上的独立陶瓷模壳半体，相对应的两个陶瓷模壳半体之间具有凹、凸配合的止口接头；依据此陶瓷模壳设计结构分别进行制壳，制得两个以上的、相互独立的陶瓷模壳半体，相对应的两个陶瓷模壳半体之间具有相互匹配的凹、凸配合止口接头；
配制粘接浆料，所述粘接浆料是将磷酸二氢铝和240#～320#面层制壳粉料以1：2.5的质量比在常温下混合搅拌均匀所得；配制好的粘接浆料备用；
配制加固浆料，所述加固浆料是将水玻璃、240#～320#面层制壳粉料和50#～100#面层砂以1：4：2的质量比在常温下混合搅拌均匀所得；配制好的加固浆料备用；
步骤2. 以粘接浆料将相对应的两个陶瓷模壳半体之间的凹、凸配合止口接头进行粘接，所述粘接过程是，先以磷酸二氢铝预润湿相对应的两个陶瓷模壳半体的凹、凸配合止口接头，再将粘接浆料均匀的涂抹于预润湿处理后的相对应两个陶瓷模壳半体的凹、凸配合止口接头上，将相对应的两个陶瓷模壳半体以凹凸配合止口结构进行对接并压紧；
步骤3. 以加固浆料将粘接在一起的相对应两个陶瓷模壳半体之间的结合部位进行二次加固，所述二次加固的过程是，先用水玻璃对相对应两个陶瓷模壳半体之间的结合部位进行预润湿处理，再将加固浆料涂覆于预润湿处理后的相对应两个陶瓷模壳半体之间的结合部位；待二次加固处理部位干燥；
步骤4. 将组装成整体的陶瓷模壳进行高温焙烧；得到符合精密铸造技术要求的、完整的陶瓷模壳。
2.根据权利要求1所述精密铸造用分体式陶瓷模壳组装成型工艺，其特征在于，步骤4中的高温焙烧的工艺过程是：1h从室温升至120℃；120℃保温2h；3h从120℃升至900℃；900℃保温1h；随炉冷至室温。
3.根据权利要求1所述精密铸造用分体式陶瓷模壳组装成型工艺，其特征在于，步骤3中的加固浆料在预润湿处理后的相对应两个陶瓷模壳半体之间的结合部位的涂覆厚度为3mm以上。
4.根据权利要求1所述精密铸造用分体式陶瓷模壳组装成型工艺，其特征在于，步骤3中的二次加固处理部位的干燥是以自然晾干或风干的方式实现。
5.根据权利要求1所述精密铸造用分体式陶瓷模壳组装成型工艺，其特征在于，步骤1中的所述240#～320#面层制壳粉料为氧化铝或锆英粉；步骤1中的所述50#～100#面层砂为氧化铝或锆英粉。
6.根据权利要求1所述精密铸造用分体式陶瓷模壳组装成型工艺，其特征在于，步骤1中的陶瓷模壳设计时，相对应的两个陶瓷模壳半体之间的凹、凸配合止口接头处在整个陶瓷模壳的直浇道上。
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