CN108480564A - 一种低温蜡硅溶胶熔模精密铸造的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种低温蜡硅溶胶熔模精密铸造的方法，通过原料无机硅溶胶、硅烷偶联剂、有机醇、有机醇、表面活性剂、有机分散剂、乳胶配制的硅溶胶粘接剂，其后该硅溶胶粘接剂结合白玉刚粉、氧化铬粉末、氧化锰粉末、氧化硅粉末制作面层涂料，结合马来砂制作背层涂料，再经过涂料涂敷与干燥，经脱蜡、焙烧得到型壳。通过本发明方法制备的型壳，具有较高的强度、较好的透气性，产品质量显著提升，成本控制合理。

Description

一种低温蜡硅溶胶熔模精密铸造的方法
技术领域
本发明涉及铸造技术领域，具体涉及一种低温蜡硅溶胶熔模精密铸造的方法。
技术背景
普碳钢主要用来制造强度要求一般的机器零件和各种金属构件，广泛应用于机械制造的各个方面。为了改善和提高钢的性能，在碳钢的基础上加入其它合金元素，合金钢根据加入合金元素的不同，具有不同的性能，如高的耐磨性、耐蚀性、耐低温等良好的特殊性能。在汽车领域，Cr和Mn的合金钢使用率高，汽车零件、轴、拉杆等配件的生产均有需要。
硅溶胶是公认的型壳粘结剂，与水玻璃及硅酸乙酯相比，其主要优点是,型壳高温强度及抗蠕变能力高、涂料配制及使用方便、无环境污染、型壳及铸件品质高、铸件废品率及返修率低。
低温蜡-硅溶胶型壳工艺是一种先进的净成成型工艺，糊状蜡的成型性、复印性均很好,可使用手工或气动压蜡设备压制中、小铸件的蜡模或质量200kg铸件的特大件蜡模，使用广泛。
现有技术中，利用硅溶胶熔模制造Cr和Mn的合金钢耐磨性、耐腐蚀性虽然能够达到标准，但产品型壳透气性差，散热困难，容易产生气孔。而对于一些结构较复杂的铸件，特别是薄厚程度不一和大小不同的型壳反而会影响强度，铸件的质量也就难以得到保障。
发明内容
本发明提供了以下技术方案：
一种低温蜡硅溶胶熔模精密铸造的方法，其包括步骤：
（1）设计模具：根据产品的形状采用三维软件设计模具的形状和尺寸；
（2）配制硅溶胶粘接剂：按质量份数分别称取15~35份无机硅溶胶、1~20份硅烷偶联剂、1~5份有机醇、1~6份有机醇、0.1~0.2表面活性剂、0.01~0.35份有机分散剂、2~5份乳胶，将无机硅溶胶和表面活性剂加入到容器中混合均匀，其后在搅拌条件下，依次加入硅烷偶联剂、1~5份有机醇、分散剂、有机醇混合，其后进行超声波处理10~20min，再加入乳胶搅拌5~10min，得到硅溶胶粘接剂；
（3）配制涂料：按质量份数分别称取10~40份320目的白玉刚粉、2~5份氧化铬粉末、2~5份氧化锰粉末、5~10份氧化硅粉末并混合均匀，得到耐火材料，其后将耐火材料与硅溶胶粘接剂按4.2~4.8:1的比例搅拌混合制成面层涂料；将20~80目的马来砂与硅溶胶粘接剂按1.4~1.6:1的比例搅拌混合制成背层涂料；
（4）制造壳蜡模：采用低温蜡制作壳蜡模，静置除水处理，成型蜡模；
（5）涂料制壳：将成型蜡模表面用气体喷吹干净，其后浸涂或淋涂步骤（3）得到的面层涂料进行挂膜，其后淋涂步骤（3）耐火材料进行撒砂，逐层烘干，重复上述挂膜、撒砂和烘干1~3次，得到型壳面层；将型壳面层浸涂或淋涂步骤（3）得到的背层涂料进行挂膜，其后浸涂或淋涂马来砂进行撒砂，逐层烘干，重复上述挂膜、撒砂和烘干3~4次，得到蜡模型壳；
（6）熔模脱蜡；
（7）焙烧型壳。
在另外一种实施例中，所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570中的一种。
在另外一种实施例中，所述表面活性剂为JFC湿润剂。
在另外一种实施例中，所述有机醇为乙醇、乙二醇、甲醇、丁醇。
在另外一种实施例中，所述有机分散剂为丙烯酸（酯）、聚甲基丙烯酸胺、聚甲基丙烯酸、聚乙烯乙二胺、N-N-二甲基甲酰胺。
在另外一种实施例中，所述制作壳蜡模是通过3D打印成型技术进行制作壳蜡模。
在另外一种实施例中，所述烘干的温度控制为24~30℃，空气相对湿度控制为40~60%。
在另外一种实施例中，所述步骤（6）中，脱蜡采用热水或低压蒸汽脱蜡。
在另外一种实施例中，所述步骤（7）中，焙烧温度为1000℃~1200℃，保温时间为30~60min。
在另外一种实施例中，所述尼龙纤维的直径为15~18μm，密度为1.22~1.34，熔点为230~235℃。
硅溶胶粘接剂
粘结剂在精铸型壳中主要起粘结并增强其强度作用，其成分和特性是影响浆料重要的因素。在上述方案中，无机硅溶胶中含有大量细小SiO2 颗粒，表面能量大，本身就能够引发本身凝胶聚集；而通过硅烷偶联剂与有机醇的协同作用下，能够将混合胶中的有机物材料和无机物材料连接到一起，进一步提升材料性能，增大强度和透气性。另外，通过硅烷偶联剂、表面活性剂、分散剂、乳胶的加入，促进了尼龙纤维的分散，进一步改善了粘结剂的透气均匀性，使稳定性更好。
耐火材料
耐火材料在精铸型壳中主要起到改善综合性能的作用，白玉刚粉耐火度为2000℃，主要化学成份为Al2O3，其含量在98％以上，不仅能够有效增强产品的耐火性、耐腐蚀性，还能保证了铸件表面的光洁度，适用于制备各种大小、形状的产品；而氧化硅、氧化铬、氧化锰粉末特定配比作用下加入,其填充作用能发挥得更充分,有助于浇注料的流动性增强，进而降低原料使用量，度提高了产品的强度。
超声波处理
超声波处理是指通过超声波振荡对硅溶胶内部各分子起到移动和结合的作用，反应速度快，效果明显；本技术方案中超声波发生装置采用市面上通售的超声波设备，功率为200~400W，超声频率为40~50KHz.
3D打印成型技术
3D打印是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。通过该技术无需设计型壳模具，成型快速、方便，能够有效降低制造成本。
无机硅溶胶
上述方案中使用的无机硅溶胶为市售的优质无机硅溶胶。
本发明方案具有有益效果：
（1）本发明通过特定配比的硅溶胶得到的型壳具有较高的强度、较好的透气性，能够有效提高产品质量，适应性提升；
（2）本发明采用低温蜡技术，设备投资小、成本低，且有助于提升蜡的回收率；
（3）本发明制得的型壳稳定性较好，可长期保存，据实际生产发现保存期一年以内几乎无盐析现象。
具体实施方式
下面通过具体实施例子对本发明做进一步的详细描述。
实施例1
一种低温蜡硅溶胶熔模精密铸造的方法，其包括步骤：
（1）设计模具：根据产品的形状采用三维软件设计模具的形状和尺寸；
（2）配制硅溶胶粘接剂：按质量份数分别称取15份无机硅溶胶、20份硅烷偶联剂KH550、1份有机醇乙二醇、1份有机醇、0.1份JFC湿润剂、0.01份聚甲基丙烯酸胺、2份乳胶，将无机硅溶胶和表面活性剂加入到容器中混合均匀，其后在搅拌条件下，依次加入硅烷偶联剂、有机醇、分散剂、有机醇混合，其后进行超声波处理20min，再加入乳胶搅拌10min，得到硅溶胶粘接剂；其中，所述尼龙纤维的直径为18μm，密度为1.34，熔点为235℃；
（3）配制涂料：按质量份数分别称取40份320目的白玉刚粉、5份氧化铬粉末、5份氧化锰粉末、5份氧化硅粉末并混合均匀，得到耐火材料，其后将耐火材料与硅溶胶粘接剂按4.2:1的比例搅拌混合制成面层涂料；将20目的马来砂与硅溶胶粘接剂按1.4:1的比例搅拌混合制成背层涂料；
（4）制造壳蜡模：采用低温蜡并运用3D打印成型技术制作壳蜡模，静置除水处理，成型蜡模；
（5）涂料制壳：将成型蜡模表面用气体喷吹干净，其后将清洗后的蜡模浸入步骤（3）得到的面层涂料进行挂膜，其后将侵泡完成的蜡模取出，采用雨淋式撒砂机撒步骤（3）耐火材料，逐层烘干，烘干的温度控制为24℃，空气相对湿度控制为60%，重复上述挂膜、撒砂和烘干3次，得到型壳面层；将型壳面层浸入步骤（3）得到的面层涂料进行挂膜，其后将侵泡完成的蜡模取出，采用雨淋式撒砂机撒马来砂，逐层烘干，烘干的温度控制为24℃，空气相对湿度控制为60%，重复上述挂膜、撒砂和烘干3次，得到蜡模型壳；
（6）熔模脱蜡：采用热水或低压蒸汽脱蜡的方式对型壳进行脱蜡，得到型壳坯；
（7）焙烧型壳：将上述型壳坯放入高温烧结炉内进行1000℃烧结，保温时间为60min，炉冷至室温，将烧结好的型壳取出后，重新进行抛光打磨，即得。
实施例2
（1）设计模具：根据产品的形状采用三维软件设计模具的形状和尺寸；
（2）配制硅溶胶粘接剂：按质量份数分别称取35份无机硅溶胶、1份硅烷偶联剂KH570、5份有机醇甲醇、6份有机醇、0.2份JFC湿润剂、0.35份聚乙烯乙二胺、N-N-二甲基甲酰胺、5份乳胶，将无机硅溶胶和表面活性剂加入到容器中混合均匀，其后在搅拌条件下，依次加入硅烷偶联剂、1~5份有机醇、分散剂、有机醇混合，其后进行超声波处理10min，再加入乳胶搅拌5min，得到硅溶胶粘接剂；其中，所述尼龙纤维的直径为15μm，密度为1.22，熔点为230℃；
（3）配制涂料：按质量份数分别称取10份320目的白玉刚粉、2份氧化铬粉末、2份氧化锰粉末、10份氧化硅粉末并混合均匀，得到耐火材料，其后将耐火材料与硅溶胶粘接剂按4.8:1的比例搅拌混合制成面层涂料；将80目的马来砂与硅溶胶粘接剂按1.6:1的比例搅拌混合制成背层涂料；
（4）制造壳蜡模：采用低温蜡并运用3D打印成型技术制作壳蜡模，静置除水处理，成型蜡模；
（5）涂料制壳：将成型蜡模表面用气体喷吹干净，其后将清洗后的蜡模采用雨淋式喷淋步骤（3）得到的面层涂料进行挂膜，其后将喷淋完成的蜡模取出，采用雨淋式撒砂机撒步骤（3）耐火材料，逐层烘干，烘干的温度控制为30℃，空气相对湿度控制为40%，重复上述挂膜、撒砂和烘干1次，得到型壳面层；将型壳面层浸入步骤（3）得到的面层涂料进行挂膜，其后将侵泡完成的蜡模取出，采用雨淋式撒砂机撒马来砂，逐层烘干，烘干的温度控制为30℃，空气相对湿度控制为40%，重复上述挂膜、撒砂和烘干4次，得到蜡模型壳；
（6）熔模脱蜡：采用热水或低压蒸汽脱蜡的方式对型壳进行脱蜡，得到型壳坯；
（7）焙烧型壳：将上述型壳坯放入高温烧结炉内进行1200℃烧结，保温时间为60min，炉冷至室温，将烧结好的型壳取出后，重新进行抛光打磨，即得。
实施例3
（1）设计模具：根据产品的形状采用三维软件设计模具的形状和尺寸；
（2）配制硅溶胶粘接剂：按质量份数分别称取26份无机硅溶胶、10份硅烷偶联剂KH560、3份有机醇乙醇、4份有机醇、0.15份JFC湿润剂、0.15份丙烯酸（酯）、3份乳胶，将无机硅溶胶和表面活性剂加入到容器中混合均匀，其后在搅拌条件下，依次加入硅烷偶联剂、1~5份有机醇、分散剂、有机醇混合，其后进行超声波处理15min，再加入乳胶搅拌8min，得到硅溶胶粘接剂；其中，所述尼龙纤维的直径为16μm，密度为1.29，熔点为232℃；
（3）配制涂料：按质量份数分别称取22份320目的白玉刚粉、3份氧化铬粉末、3份氧化锰粉末、7份氧化硅粉末并混合均匀，得到耐火材料，其后将耐火材料与硅溶胶粘接剂按4.5:1的比例搅拌混合制成面层涂料；将60目的马来砂与硅溶胶粘接剂按1.5:1的比例搅拌混合制成背层涂料；
（4）制造壳蜡模：采用低温蜡并运用3D打印成型技术制作壳蜡模，静置除水处理，成型蜡模；
（5）涂料制壳：将成型蜡模表面用气体喷吹干净，其后将清洗后的蜡模浸入步骤（3）得到的面层涂料进行挂膜，其后将侵泡完成的蜡模取出，采用雨淋式撒砂机撒步骤（3）耐火材料，逐层烘干，烘干的温度控制为28℃，空气相对湿度控制为50%，重复上述挂膜、撒砂和烘干2次，得到型壳面层；将型壳面层浸入步骤（3）得到的面层涂料进行挂膜，其后将侵泡完成的蜡模取出，采用雨淋式撒砂机撒马来砂，逐层烘干，烘干的温度控制为26℃，空气相对湿度控制为50%，重复上述挂膜、撒砂和烘干3次，得到蜡模型壳；
（6）熔模脱蜡：采用热水或低压蒸汽脱蜡的方式对蜡模型壳进行脱蜡，得到型壳坯；
（7）焙烧型壳：将上述型壳坯放入高温烧结炉内进行1100℃烧结，保温时间为45min，炉冷至室温，将烧结好的型壳取出后，重新进行抛光打磨，即得型壳。
将实施例1~实施例3得到的型壳经测试，常温下型壳抗弯折强度为3.47~3.65MPa，透气率为4.65~4.74；经焙烧后的抗弯折强度强度为4.98~5.15MPa，透气率为4.88~4.96。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低温蜡硅溶胶熔模精密铸造的方法，其特征在于，其包括步骤：
（1）设计模具：根据产品的形状采用三维软件设计模具的形状和尺寸；
（2）配制硅溶胶粘接剂：按质量份数分别称取15~35份无机硅溶胶、1~20份硅烷偶联剂、1~5份有机醇、1~6份有机醇、0.1~0.2份表面活性剂、0.01~0.35份有机分散剂、2~5份乳胶，将无机硅溶胶和表面活性剂加入到容器中混合均匀，其后在搅拌条件下，依次加入硅烷偶联剂、1~5份有机醇、分散剂、有机醇混合，其后进行超声波处理10~20min，再加入乳胶搅拌5~10min，得到硅溶胶粘接剂；
（3）配制涂料：按质量份数分别称取10~40份320目的白玉刚粉、2~5份氧化铬粉末、2~5份氧化锰粉末、5~10份氧化硅粉末并混合均匀，得到耐火材料，其后将耐火材料与硅溶胶粘接剂按4.2~4.8:1的比例搅拌混合制成面层涂料；将20~80目的马来砂与硅溶胶粘接剂按1.4~1.6:1的比例搅拌混合制成背层涂料；
（4）制造壳蜡模：采用低温蜡制作壳蜡模，静置除水处理，成型蜡模；
（5）涂料制壳：将成型蜡模表面用气体喷吹干净，其后浸涂或淋涂步骤（3）得到的面层涂料进行挂膜，其后淋涂步骤（3）耐火材料进行撒砂，逐层烘干，重复上述挂膜、撒砂和烘干1~3次，得到型壳面层；将型壳面层浸涂或淋涂步骤（3）得到的背层涂料进行挂膜，其后浸涂或淋涂马来砂进行撒砂，逐层烘干，重复上述挂膜、撒砂和烘干3~4次，得到蜡模型壳；
（6）熔模脱蜡；
（7）焙烧型壳。
2.如权利要求1所述的低温蜡硅溶胶熔模精密铸造的方法，其特征在于，所述硅烷偶联剂为KH550、KH560、KH570中的一种。
3.如权利要求1所述的低温蜡硅溶胶熔模精密铸造的方法，其特征在于，所述表面活性剂为JFC湿润剂。
4.如权利要求1所述的低温蜡硅溶胶熔模精密铸造的方法，其特征在于，所述有机醇为乙醇、乙二醇、甲醇、丁醇。
5.如权利要求1所述的低温蜡硅溶胶熔模精密铸造的方法，其特征在于，所述有机分散剂为丙烯酸（酯）、聚甲基丙烯酸胺、聚甲基丙烯酸、聚乙烯乙二胺、N-N-二甲基甲酰胺。
6.如权利要求1所述的低温蜡硅溶胶熔模精密铸造的方法，其特征在于，所述制作壳蜡模是通过3D打印成型技术进行制作壳蜡模。
7.如权利要求1所述的低温蜡硅溶胶熔模精密铸造的方法，其特征在于，所述烘干的温度控制为24~30℃，空气相对湿度控制为40~60%。
8.如权利要求1所述的低温蜡硅溶胶熔模精密铸造的方法，其特征在于，所述步骤（6）中，脱蜡采用热水或低压蒸汽脱蜡。
9.如权利要求1所述的低温蜡硅溶胶熔模精密铸造的方法，其特征在于，所述步骤（7）中，焙烧温度为1000℃~1200℃，保温时间为30~60min。
10.如权利要求1所述的低温蜡硅溶胶熔模精密铸造的方法，其特征在于，所述尼龙纤维的直径为15~18μm，密度为1.22~1.34，熔点为230~235℃。
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