CN108906525A - 一种铸造锌合金水龙头的生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种铸造锌合金水龙头的生产工艺，工艺步骤如下：A、采用重力铸造成型锌合金水龙头本体；B、对锌合金水龙头本体进行抛丸喷砂前处理；C、对锌合金水龙头本体进行内腔壁封闭处理；D、对铸造锌合金水龙头本体进行表面镀涂处理。其中，步骤C的内腔壁封闭处理工艺步骤如下：C1)混粉：将干燥的有机硅环氧树脂粉末与干燥空气混合，充分混合后，送入喷粉枪；C2)喷粉：喷粉枪的喷粉管缓慢插入铸造本体内腔，启动喷粉，喷粉管沿铸造本体内腔逆向缓慢退出，喷粉管完全退出后，停止喷粉；C3)烘烤：将喷涂好的铸造本体放入烘箱烘烤，烘烤完成后冷却并取出铸造本体。

Description

一种铸造锌合金水龙头的生产工艺

技术领域

本发明属于水暖管道行业中的水龙头设计与制造领域，具体是指一种铸造锌合金水龙头的生产工艺。

背景技术

中国的锌资源储存量和产量均居世界首位，开发锌合金具有广阔的应用前景。根据成型方式不同，锌合金可分为变形锌合金和铸造锌合金。铸造锌合金具有良好的力学性能、耐磨耐蚀性能、密度较低、热导率和电导率适中、极限抗拉强度高、耐磨性好、承载性好、无磁性、碰撞时不产生火花、减振降噪性能和较低的成本，正越来越广泛地应用于各个领域，并带来显著的经济效益。铸造锌合金的主要应用领域有：汽车、精密机械、仪表、风机、家电及通用电器、模具、玩具、卫浴五金配件、锁具、拉链、橱柜五金、金属装饰件等，此外还可作为功能性结构材料，应用于减振器、消声器等产品的生产。

基于涉水本体在使用过程中的金属污染物析出及腐蚀等原因，包括GB18145－2014在内的一些标准文件中明确规定，与饮用水直接接触的部件不允许使用锌合金。然而，在国内外市场上，锌合金水龙头本体依然广泛应用，为满足相关标准要求，国内外知名品牌往往只将该类合金龙头本体作为不涉水的壳体，过水管使用无铅铜管、食品级的不锈钢管或高分子管，从而在重量、工艺要求、质感、价格等方面具有显著优势。

目前，该类锌合金龙头往往采用压铸工艺，内部水道需要抽芯成型。随着龙头本体外观艺术性要求日益提高(如U型水龙头)，本体内部出现复杂、弯曲的水道，采用传统的压铸工艺存在无法抽芯、生产成本高、铸件成品率低等问题，从而限制其大批量应用。另外锌合金铸件壳体在装配和使用过程中仍然存在如下问题：(1)铸造本件内腔壁附着沙粒，较粗糙，易擦伤过水管，尤其是高分子过水管；(2)本体电镀前进行超声波清洗时内腔壁附着的砂粒易脱落，会污染电镀液，导致本体镀面表面质量不；良(3)粗糙的内腔壁易残留电镀液，造成基体腐蚀；(4)锌合金内腔壁直接暴露于潮湿环境，易腐蚀，降低龙头使用寿命。

发明内容

本发明针对上述行业共性技术问题，提供一种无金属污染物析出的铸造锌合金水龙头的生产工艺，该龙头可完全隔绝金属本体对水中金属污染物含量的影响，具有安全、可靠、使用寿命长、成本低等优点。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种铸造锌合金水龙头的生产工艺，工艺步骤如下：

A、采用重力铸造成型锌合金水龙头本体；

B、对锌合金水龙头本体进行抛丸喷砂前处理；

C、对锌合金水龙头本体进行内腔壁封闭处理；

D、对铸造锌合金水龙头本体进行表面镀涂处理。

其中，步骤C的内腔壁封闭处理工艺步骤如下：

C1)混粉：将干燥的有机硅环氧树脂粉末与干燥空气混合，充分混合后，送入喷粉枪；

C2)喷粉：喷粉枪的喷粉管缓慢插入铸造本体内腔，启动喷粉，喷粉管沿铸造本体内腔逆向缓慢退出，喷粉管完全退出后，停止喷粉；

C3)烘烤：将喷涂好的铸造本体放入烘箱烘烤，烘烤完成后冷却并取出铸造本体。

所述步骤C1)中，混粉的具体操作为：将压缩空气通入空气干燥机，当空气干燥度达到常压露点－70～－65℃时获得干燥空气，在供粉器中将干燥的有机硅环氧树脂粉末与干燥空气混合，充分混合后，送入喷粉枪。

所述步骤C1)中，干燥的有机硅环氧树脂粉末与干燥空气混合，配粉气压为0.3～0.5kgf/cm²；充分混合后送入喷粉枪，送粉气压为3～4kgf/cm²；进气总气压不低于6～8kgf/cm²。

所述步骤C1)中，在整个工作过程中，确保有机硅环氧树脂粉末至少占据供粉桶体积的1/3。

所述步骤C2)中，喷粉枪启动喷粉操作如下：开启高压静电发生器，通过喷枪电极将60～80kV的高电压加到喷粉枪的前端，粉末被带上电荷，设置雾化气压为0.1～0.3kgf/cm²，在静电力的共同作用下，将粉末粒子定向喷涂到铸造本体的内腔壁上。

所述步骤C2)中，喷粉枪的喷粉管末端始终保持封闭状态，喷粉管的靠近末端位置沿管圆周方向均匀布置若干个出粉孔，孔径Ф1.5～2mm；喷粉枪的喷粉管内的高压电极丝延长至出粉孔位置。

所述步骤C2)中，喷粉枪其前端端部开设若干个泄压孔，孔径Ф4～5mm。

所述步骤C2)中，喷涂过程中，铸造本体的内腔一端与喷粉工作台接触，喷粉工作台可靠接地；喷粉管从与喷粉工作台未接触的一端缓慢插入铸造本体内腔，启动喷粉，当喷粉管的喷头到达铸造本体与喷粉工作台接触端，喷粉管沿铸造本体内腔逆向缓慢退出，喷粉管完全退出后，停止喷粉。

所述步骤C2)中，还进行粉体回收，具体为：多余的粉末在空气吹力的作用下被吸附到脉冲滤芯表面，压缩空气在脉冲控制仪和电磁阀的共同作用下，将吸附于滤芯表面的粉末振落到喷粉室底部，便于回收清理。

所述步骤C3)中，喷涂好后的铸造本体必须在2小时内放入烘箱，设置烘烤温度为180－220℃，到达设定温度后保温0.5小时后随炉空冷，取出铸造本体。

所述步骤A的重力铸造其工艺步骤如下：

A1)合金熔化：采用工频有芯感应电炉熔化锌合金锭；

A2)重力铸造模具制造：采用HPb59－1黄铜，按收缩率1.008％进行设计；重力铸造模具包括上模和下模，上模和下模之间形成有模腔，砂芯位于模腔内并且二者间构成有型腔；铸造模具在对应龙头本体进水端位置开浇口；

A3)砂芯制造：砂芯模具采用45#钢，收缩率1.012％进行设计；

A4)浇铸：砂芯装配在重力铸造模具内，重力铸造模具起始浇铸角度为与水平面25～35°夹角，采用重力铸造浇铸机浇铸并翻转模具，浇铸温度460～510℃，浇铸时间为2～3秒，模具翻转时间1秒，浇铸开始至模具开始翻转时间1～2秒，保温时间15～25秒后即脱模。

所述步骤A2)中，重力铸造模具的浇口和型腔口平齐，并且浇口离龙头本体距离最少要保持60mm以上；铸造模具其开模后的模具厚度设计为15mm～20mm，在铸造模具的厚度区域，沿龙头本体内腔通道方向设有若干处溢流槽和若干处排气片。

所述步骤A1)中，非浇铸生产期间，锌合金熔体保温温度为420℃。

所述步骤A1)中，锌合金锭还添加同成分废料，其添加比例不高于1/3。

所述步骤A1)中，浇铸前及浇铸后每2h取样检测合金成分，并针对易烧损元素Al、Mg进行成分调整。

所述步骤A2)中，采用锌合金专用铸造脱模剂C399，与水按1：8～1：10的比例稀释，搅拌均匀后喷涂在模具表面。

所述步骤A4)中，控制模具泡水频次，保证模具温度处于200～260℃。

所述步骤A)中，所采用的重力铸造锌合金，其各元素组分及所占重量百分比为：Al，4-6wt％；Cu，0.3-1wt％；Mg，0.05-0.08wt％；Fe，0.02-0.05wt％；RE，0.01-0.03wt％；Ti，0.001-0.003wt％；杂质，总量<0.15wt％；余量Zn。

所述稀土元素RE以La+Ce混合稀土形式加入。

所述杂质元素主要包括Pb、Cd、Sn、Ni、Mn、Cr、Si、Mn，每单项杂质元素含量不超过0.02％。

所述步骤A)中，重力铸造锌合金的熔铸工艺，其工艺步骤如下：

1)在有芯工频炉中先加入不超过熔炼总重量的1/3的锌合金废料(如国标3号或5号压铝锌合金铸态本体或电镀废料)进行升温熔融；

2)取样检测成分，控制熔液中各元素所占的重量百分比为：Al，4-6wt％；Cu，0.3-1wt％；Mg，0.05-0.08wt％；Fe，0.02-0.05wt％；RE，0.01-0.03wt％；Ti，0.001-0.003wt％；杂质，总量<0.15wt％；余量Zn；

3)将占熔炼总重量的0.05％－0.15％的锌合金环保型精炼熔剂均匀撒在熔体表面，加入剩余的纯锌锭，待锌锭熔化量达70～80％时，用钟罩压入称量且预热好的纯铜线、纯铝锭，将熔体在470～490℃静置20～30min；

4)待合金完全熔化后，使用惰性气体进行熔体除气；除气结束后压入称量且预热好的纯镁锭、Zn-10RE中间合金、Al-5Ti中间合金，量少且密度小于锌的金属原料(如：Mg、Al-5Ti中间合金)可用钟罩压入熔体并水平搅拌，将熔体在450～460℃静置10min。

5)扒渣转浇包，在430～450℃时用铸铁模具浇铸成锭。

所述步骤1)中，锌合金废料为电镀废料时，在升温熔融过程中不要搅动熔体，待锌合金基体全部熔化后，其中镀层物质浮在锌合金熔液表面，让熔体在470～490℃静置15～20min，待浮渣出现，即刮除干净。

所述步骤2)中，主要合金元素烧损率参照如下范围执行：Al元素1～2％、Mg元素3～5％。

所述步骤3)中，精炼熔剂主要由包含Na⁺、K⁺、Ca⁺、Zn⁺、NH⁺、F^－、Cl^－等离子的多种盐类组成，并再添加1～4％的石墨粉。

所述步骤4)中，使用惰性气体进行熔体除气，具体操作如下：先将无堵塞的旋转喷头从坩埚熔体中轴线插入，喷头端部置于熔体液面以下2/3处，再将干燥后的N₂或Ar通过管道进入熔体，开启喷头旋转开关，惰性气体以细小气泡弥散分布于锌合金熔体中，除气过程持续10～15min。

所述步骤4)之后，还进行取样检测成分，并根据成分检测数据进行成分调整。

所述步骤4)之后，还进行流动性、结晶状态、抛光态铸锭杂质点数量与分布等检验，若满足要求，即可浇铸；反之，继续做精炼处理，直至满足精炼要求。

采用上述方案后，本发明一种铸造锌合金水龙头的生产工艺，相对于现有技术的有益效果在于：锌合金水龙头铸造生产工艺中，锌合金水龙头本体在抛丸喷砂前和表面镀涂处理的工序之间，还创新地进行内腔壁封闭处理，锌合金水龙头本体的内腔壁将形成一均匀厚度为0.2－0.3mm且附着力强的封闭膜层。此时，锌合金水龙头本体的内腔壁光滑，穿管容易，锌合金水龙头本体外表面电镀过程不污染或残留镀液，有效提高锌水龙头非电镀面的耐蚀性，使用寿命高。在满足GB18145－2014要求的前提下，可进一步满足NSF61、AB1953和CUPC等国际环保认证的要求。

进一步，在锌合金水龙头本体的成型过程中提出针对复杂水道的创新重力铸造工艺，根据产品外观特点优化浇铸系统，设计重力铸造工艺参数，防止铸造缺陷，克服铸造良品率低、生产效率低、铸造成本高等问题。

附图说明

图1是一种U型锌合金水龙头本体的结构示意图；

图2是内腔壁封闭处理的喷粉步骤操作示意图；

图3是喷粉枪的主视图；

图4是喷粉枪的分解图；

图5是锌合金水龙头的主视图；

图6是锌合金水龙头本体的分解图；

图7是本发明铸造模具的示意图；

图8是本发明砂芯的示意图；

图9是本发明铸造模具和砂芯的配合示意图；

图10是锌合金水龙头本体重力铸造起始浇铸角度示意图；

图11是本发明重力铸造方案示意图；

图12是与本发明重力铸造方案相对比的其他方案一；

图13是与本发明重力铸造方案相对比的其他方案二；

图14是与本发明重力铸造方案相对比的其他方案三；

图15是铸造模具的截面示意图；

图16是粉体回收示意图；

图17是锌合金铸造本体显微组织示意图(左：100×，右：500×；黄铜模具成型，)。

标号说明

铸造锌合金水龙头100：

锌合金水龙头本体11，内腔111，内腔壁112，封闭膜层113，

过水内管12，无铅铜管接头13，起泡器14；

喷粉枪200，喷粉工作台300；

枪本体21，进粉端211，喷粉端212，喷粉管22，出粉孔221，

高压电极丝23，泄压孔241，连接头24，手持开关25；

铸造模具400：

模腔40，上模41，下模42，浇口43，排气兼补缩槽44，

排气兼溢流槽45，溢流槽46，排气片47，

砂芯500：砂芯本体51，避空砂芯部52，砂芯定位部53；

抽风机61，滤芯62，喷粉房63，底部接粉桶64。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本案作进一步详细的说明。

本案涉及一种铸造锌合金水龙头的生产工艺，本发明主要针对一款典型的浴缸U型锌合金水龙头100的锌合金水龙头本体11(如图1，成品壁厚2.0mm)进行结构设计与制造工艺优化。U型锌合金水龙头本体11内穿过一食品级高分子管道作为出水内管，进水接头采用无铅黄铜，在保证无铅的前提下提高管道连接强度，出水口装起泡器。

所述铸造锌合金水龙头的生产工艺步骤如下：

A、采用重力铸造成型锌合金水龙头本体；

B、对锌合金水龙头本体进行抛丸喷砂前处理；抛丸喷砂处理前还可经过摇沙、切割、去毛边等基材处理；

C、对锌合金水龙头本体进行内腔壁封闭处理；

D、对铸造锌合金水龙头本体进行表面镀涂处理；表面镀涂处理主要进行电镀处理，电镀工序前还可进行机加工、抛光工序，该三道工序均可按普通压铸锌合金的处理工艺进行；由于铸造锌合金组织致密，抛光余量可达0.3～0.5mm，而传统压铸锌合金铸件的表面致密层通常只有0.1～0.2mm，当出现细小的宏观铸造缺陷时，前者可通过加大抛光量进行修补，从而可以提高抛光良品率，也有利于电镀成品率。

最后，还进行工艺步骤E：品检、组装、入库，均按正常的工序操作流程进行，无特殊要求。

其中，步骤C的内腔壁封闭处理实施于锌合金水龙头抛丸喷砂与电镀的工序之间，是针对内腔壁耐腐蚀性提出的一种创新工艺。锌合金水龙头采用重力铸造成型，之后需要经过摇沙、切割、去毛边、抛丸喷砂以及电镀等一系列工序。其中，抛丸喷砂的主要作用是去除氧化皮或附着的砂芯残留，清除铸造水龙头外表面和内腔壁的凸出砂粒，从而有效减少锌合金外表面和内腔壁凸出颗粒的粘附数量。然而，喷砂后的内腔壁仍会粘附一些砂粒或砂粒脱落后形成坑洼表面，整体较粗糙，易擦伤过水管，尤其是高分子过水管；而且，本体电镀前进行超声波清洗时内腔壁附着的砂粒也易脱落，从而污染电镀液，导致本体镀面表面质量不良；另外，粗糙的内腔壁易残留电镀液，造成基体腐蚀。

步骤C的内腔壁封闭处理工艺步骤如下：

C1)混粉：将干燥的有机硅环氧树脂粉末与干燥空气混合，充分混合后，送入喷粉枪；

C2)喷粉：喷粉枪的喷粉管缓慢插入锌合金水龙头本体内腔，启动喷粉，喷粉管沿锌合金水龙头本体内腔逆向缓慢退出，喷粉管完全退出后，停止喷粉；

C3)烘烤：将喷涂好的锌合金水龙头本体放入烘箱烘烤，烘烤完成后冷却并取出锌合金水龙头本体。

优选的，所述步骤C1)中，混粉的具体操作为：将压缩空气通入空气干燥机，当空气干燥度达到常压露点－70～－65℃时获得干燥空气，在供粉器中将干燥的有机硅环氧树脂粉末与干燥空气混合，充分混合后，送入喷粉枪。其中，干燥的有机硅环氧树脂粉末与干燥空气混合，配粉气压控制在0.3～0.5kgf/cm²；充分混合后送入喷粉枪，送粉气压控制在3～4kgf/cm²；进气总气压不低于6～8kgf/cm²。进气总气压包括配粉气压、送粉气压等在内总气压，具体指由空压机进入静电发生器的压力，由静电发生器再通过相应的调节开关分配为配粉气、雾化气、喷粉气等等。另外，在整个工作过程中，优选地确保有机硅环氧树脂粉末至少占据供粉桶体积的1/3，以保证喷粉效率。

优选的，所述步骤C2)中，喷粉枪启动喷粉操作如下：开启高压静电发生器，通过喷枪电极将60～80kV的高电压加到喷粉枪的前端，粉末被带上电荷，设置雾化气压为0.1～0.3kgf/cm²，在静电力的共同作用下，将粉末粒子定向喷涂到锌合金水龙头本体的内腔壁上。具体喷涂过程中，如图2所示，锌合金水龙头本体11的内腔一端与喷粉工作台300接触，喷粉工作台300可靠接地；喷粉管从与喷粉工作台300未接触的一端缓慢插入锌合金水龙头本体11的内腔，启动喷粉，当喷粉管的喷头到达锌合金水龙头本体11与喷粉工作台300接触端，喷粉管沿锌合金水龙头本体11的内腔逆向缓慢退出，喷粉管完全退出后，停止喷粉。最终铸造锌合金水龙头100内腔壁将形成一均匀厚度且附着力强的封闭膜层。在此工艺参数条件下，考虑树脂熔融凝固后的体积收缩，喷粉厚度应保证最终膜厚达到0.2－0.3mm，当附着在锌合金本体11上的粉末过厚，将发生静电相斥，后续粉末将无法再被吸附到喷涂表面，从而可保证获得均匀膜厚。另外需要注意的是，喷粉过程须穿戴橡胶手套操作，防止静电麻手或线手套丝线掉落到回收粉中而堵塞喷枪。

所述步骤C2)中，较佳地还进行粉体回收，具体为：多余的粉末在空气吹力的作用下被吸附到脉冲滤芯表面，压缩空气在脉冲控制仪和电磁阀的共同作用下，将吸附于滤芯表面的粉末振落到喷粉室底部，便于回收清理。具体来讲，如图16所示，喷粉房73的顶部设有抽风机71和滤芯72，滤芯72通过电磁阀与抽风机71相连，在喷粉房73的底部还设有可活动的底部接粉桶74。按下开关后，电磁阀切断抽风机71与滤芯72之间的连接通道，同时打开压缩空气储气罐与滤芯72的连接，瞬间释放大量气体，将吸附于滤芯72表面的粉末振落到喷粉室底部，借助喷粉房73底部倾斜面进行集中回收至底部接粉桶74，最后将底部接粉桶74抽出，即可回收其中的粉末。

优选，所述步骤C3)中，喷涂好后的锌合金水龙头本体必须在2小时内放入烘箱，以防长时间静电消失而产生掉粉；设置烘烤温度为180－220℃，到达设定温度后保温0.5小时后随炉空冷，取出锌合金水龙头本体。在烘烤过程中，高分子涂层先融化、再凝固，因此需根据产品形状确定合适放置方式，以保证烘烤过程涂层熔体均匀覆盖在工件内腔壁上。

本发明锌合金水龙头本体(水龙头锌合金水龙头本体)的内腔壁经此工艺处理后，如图5－6所示，锌合金水龙头本体11其内腔111的内腔壁112上将形成一均匀厚度为0.2－0.3mm且附着力强的封闭膜层113。封闭膜层113为附着在内腔111的内腔壁112以对该内腔壁112实现封闭隔离的薄膜层。当然，所述封闭膜层113的厚度可根据需要随工艺参数而进行调整。

所述锌合金水龙头本体11的内腔壁112上形成有封闭膜层113，一方面，封闭膜层113的创新设计，使锌合金水龙头本体11的内腔壁112光滑，过水内管12穿管容易，很好地防止锌合金水龙头本体11粗糙的内腔壁112擦伤高分子过水内管12问题。另一方面，由于内腔壁112封闭性强，可确保涉水通道无金属污染物析出且电镀过程不污染镀液，耐腐蚀，使用寿命高。由于电镀要经历电化学腐蚀和重金属施镀过程，通过封闭膜层113保护非电镀表面可减少不必要的腐蚀和重金属消耗，其次，当锌合金水龙头本体的内腔壁为粗糙表面状态，增大了其与电镀过程各类液体的接触面积并容易积留，而积留的液体很容易腐蚀掉锌合金水龙头本体；因此通过封闭膜层将锌合金水龙头本体的内腔壁从粗糙表面状态变为光滑状态，从而带来电镀过程不污染镀液，本体耐腐蚀，使用寿命高等有益效果。

优选的，本案铸造锌合金水龙头还包括有无铅铜管接头13，该无铅铜管接头13安装于过水内管12的进水端，过水内管12和无铅铜管接头13形成涉水通道，在保证无铅的前提下提高管道连接强度。再有，铸造锌合金水龙头还包括有起泡器14，该起泡器14安装于过水内管12的出水端。

本发明铸造锌合金水龙头采用封闭膜层113(新型高分子材料)封闭水龙头本体内腔壁，提高锌合金在潮湿条件下的耐蚀性，再以食品级高分子管道和无铅黄铜形成涉水通道，完全隔绝金属本体对水中金属污染物含量的影响，在满足GB18145－2014要求的前提下，可进一步满足NSF61、AB1953和CUPC等国际环保认证的要求。另外，本申请的铸造锌合金水龙头采用重力铸造成型锌合金水龙头本体，满足复杂水道的设计要求，可实现各类弯曲水道设计，外观新颖，成本低，龙头本体还可实现表面处理多样化特点。

现有技术中出现有采用树脂砂浆或混凝土砂浆填充软管(过水内管)与锌合金水龙头本体之间的空隙，说明软管只能被固定，不具备替换性，一旦出现软管产生堵塞或老化等现象，会向外渗水；本申请的技术方案完全避免了该缺陷。另外，若用碱性的混凝土砂浆填充，则会对锌合金壳起腐蚀作用。

步骤A中，针对一款具有弯曲水道内腔(U型)锌合金水龙头本体11(如图1，成品壁厚2.0mm)进行浇铸系统优化分析，受所述本件形状结构限制，采用锌合金压铸已不可能；若采用黄铜重力铸造，成品壁厚至少为2.8mm，则铸造壁厚需达到3.3mm才可以保证铸造良品率，铸件成本高。本案针对具有弯曲水道的锌合金龙头本体在压铸机上难以直接成型的问题，提出一种弯曲水道内腔的锌合金水龙头本体的重力铸造工艺，所述步骤A的重力铸造其工艺步骤如下：

A1)合金熔化：采用工频有芯感应电炉熔化锌合金锭；

根据客户要求选用或自制适合于该类产品重力铸造成型的锌合金。采用工频有芯感应电炉(额定功率45kW)熔化锌合金锭，其中锌合金锭较佳地还添加同成分废料，其添加比例不高于1/3。非浇铸生产期间，锌合金熔体保温温度优选地控制为420℃。另外，浇铸前及浇铸后每2h取样检测合金成分，并针对易烧损元素Al、Mg进行成分调整。

A2)重力铸造模具制造：采用HPb59－1黄铜，按收缩率1.008％进行设计；重力铸造模具400如图7所示，包括上模41和下模42，上模41和下模42之间形成有模腔40，砂芯500位于模腔40内并且二者间构成有型腔；铸造模具400在对应龙头本体进水端位置开浇口43。

优选的，为了利于脱模，采用锌合金专用铸造脱模剂C399，与水按1：8～1：10的比例稀释，搅拌均匀后喷涂在模具表面，保证浇铸更顺畅，2.5mm铸造壁厚可以顺利成型(由于后续需要表面抛光等工序因素，铸件的壁厚要比成品零件大)，提高铸造良品率。

A3)砂芯制造：砂芯模具采用45#钢，收缩率1.012％进行设计；

A4)浇铸：如图9－10所示，砂芯500装配在重力铸造模具400内，重力铸造模具起始浇铸角度α→β为与水平面25～35°夹角，采用重力铸造浇铸机浇铸并翻转模具，浇铸温度460～510℃，浇铸时间为2～3秒，模具翻转时间1秒，浇铸开始至模具开始翻转时间1～2秒，保温时间15～25秒后即脱模。

优选的，控制模具泡水频次，保证模具温度处于200～260℃。所述采用重力铸造浇铸机，上下浇铸臂带顶出油缸，顶出顺序可调节，模具冷却泡水频率可调节。

经上述铸造工艺成型后，锌合金本体结晶组织初生相(白色)细小圆钝且尺寸均匀；共晶相细小圆整(深灰色)，见图17；经测试，基体平均硬度为105HRB。上述锌合金水龙头本体的重力铸造工艺具有以下有益效果：(1)采用黄铜材质重力铸造模具，易加工，模具表面光滑，传热能力比45#钢强，不易因高温导致模具材料腐蚀，模具温度好控制，不易氧化，模具不易翘曲变形，寿命长。(2)根据产品大小、复杂程度、浇口开设位置等因素确定浇铸温度460～510℃，保证流动性。(3)锌合金浇铸温度和保温温度低，节能环保效果显著；砂芯只有表面轻微燃烧分解，不易被熔体冲刷掉沙，故内腔光滑干净，不易粘沙。(4)区分重力铸造模具和砂芯模具的收缩率，避免铸件壁厚不均匀。(5)浇铸期间，重力铸造模具不用每次浸泡石墨水或自来水进行冷却，不存在石墨粉尘污染，铸造环境比黄铜铸造更环保，在整个铸造周期(55～60秒)，可直接靠模具材料散热。

所述步骤A2)中，针对具有弯曲水道内腔的锌合金水龙头本体而专门设计制造的重力铸造模具综合考虑了模具材质、浇口高度、砂芯定位、排气排杂、冷却等关键工艺对成型模具结构设计的要求，即针对铸造模具400主要从浇口、模具厚度、排溢系统等方面进行结构优化设计，下面进行详细阐述。

模具浇口设计主要涉及浇口位置、方向、高度及纵截面面积等因素。在浇口的选择上需综合考虑以下原则：一般选最厚部位、产品大小、砂芯易定位、避免直接冲刷砂芯、易于排气及补缩、模具浇铸角度、避免最易产生缩水的地方有最高的温度、砂芯燃烧产生的气体易顺畅排出等。铸造模具400在对应龙头本体进水端位置开浇口43，熔体流动顺畅无冲击。本系列产品(具有弯曲水道内腔的锌合金水龙头本体)其内腔通道很长，浇口高度和纵截面面积决定锌合金熔体在模具里流动能力和注满型腔的时间，浇口离产品距离最少要保持60mm以上，浇铸时保证浇口纵截面面积里注满熔体，以获得良好的表面状态，避免产生浮渣、涡流、氧化等现象，并可保证铸件下部得到充分的填充力，阻止浇铸工具中的杂质流入模具。

铸造模具大小与厚度既要考虑其重量与倾斜难易程度，以便现场工作人员操作，还要考虑浸泡冷却过程中冷却速度对铸造成型带来的影响。对于本系列产品，开模后的模具厚度限定为15mm～20mm。优选地，在铸型温度最高部位，即铸造模具对应浇口位置加大模具厚度，保留至少30mm以上模具厚度，以利于散热，保持模具温度均衡。

当浇口越长时，充型压力越大，若铸件上部充型不满时，要做排气和补缩。本案在铸造模具的厚度区域，沿龙头本体内腔通道方向设有若干处溢流槽46和若干处排气片47，可综合起到排气和排渣的作用。具体来讲，所述铸造模具400的浇口43位置，对应下模42上开与型腔平齐的排气兼补缩槽44，实现易排气、排渣效果；铸造模具400的出水口端部开排气兼溢流槽45，可以将熔体前端冷料排出，排气效果好；铸造模具在对应龙头本体内弯的位置开溢流槽46，排出熔体前峰冷料、兼排气作用，此溢流槽可以分散本体冷却时的收缩应力，减少开裂。关于溢流槽46的设计，优选地溢流槽46设于上模41和下模42上，上模41和下模42的对应模腔40的两侧位置均设有溢流槽46。较佳的，如图15所示，46溢流槽直径10～12mm，距离型腔40为5～8mm，溢流槽46与型腔40用排气片47连接，保证冷料能快速流入溢流槽46中；溢流槽46与模具外部距离15～20mm，保证在此距离内，金属液可以凝固冷却，不会流到模具外面来，保障操作安全。关于排气片47的设计，排气片47设于下模42上，下模42的对应模腔40的两侧位置均设有排气片47。较佳的，排气片47厚度设为1mm，即可以排气，又能迅速凝固冷却，摇沙时可以自行断裂，不用单独切割去除。

所述砂芯500如图8所示，包括砂芯本体51、避空砂芯部52和砂芯定位部53。砂芯定位部53分两部分，分别连接砂芯本体51的两端，避空砂芯部52连接砂芯定位部53的两部分。砂芯500的定位稳定可靠是产品壁厚均匀的关键。砂芯定位部53其定位要求牢固可靠，整个沙芯的重心避免设计到型腔中心。其中，砂芯定位部53的定位一部54和定位二部56即是起到此作用，避免砂芯本体51的重量引起沙芯定位不准偏心。对于本系列产品，定位方头宽度一般不小于18mm，深度不小于15mm；考虑模具加工工艺因素，定位方头圆角半径不小5mm；在重力模具上加工砂芯定位时，单边间隙应放大0.15mm，砂芯模脱模斜度不小于1°。

优选的，为保证锌合金熔体的充型能力，不管是重力铸造模还是砂芯模都不能设计型腔直角。尤其对于砂芯模，当型腔直角部位强度不够时，有可能在铸造时剥落而残留在产品中，最终导致铸件缩水和龟裂。因而，本案铸造模具400选择避开型腔直角设计。砂芯尺寸衔接过渡部位(砂芯本体、避空砂芯部和砂芯定位部的相互衔接过渡部位)为圆弧过渡设计，以提高补缩效果。

综上，本系列产品重力铸造浇铸系统的主要设计优点在于：实现对具有弯曲水道内腔的锌合金水龙头本体的简易、高效、高成品率的铸造生产，本体进水端开浇口，浇口和型腔口平齐，熔体流动顺畅无冲击；在进水口端部上模开排气兼补缩，与型腔平齐，易排气、排渣；在出水口端部开排气兼溢流槽，可以将熔体前端冷料排出，排气效果好；在产品内弯处开溢流槽，排出熔体前峰冷料、兼排气作用，此溢流槽可以分散本体冷却时的收缩应力，减少开裂；浇口切除简单，排气充分，铸造良品率高，铸造效率高，铸造成本低。

图12给出是与本发明重力铸造方案相对比的其他方案一:重力铸造方案，浇口61、上模排气62朝上，易排气；在产品内弯处进浇注，浇口太长，导致浇口前锋冷料多；切割锯条不能转弯，锯切浇口困难。图13是与本发明重力铸造方案相对比的其他方案二：重力铸造方案，在产品背部进水，易浇满；但是型腔窝气不易排出，铸造良品率低。图14是与本发明重力铸造方案相对比的其他方案三：低压铸造方案，排气朝上，易排气；浇口在下方，靠压力升液充型，良品率高；生产效率低，设备昂贵，铸造成本高。综合铸造良品率、生产效率、铸造成本等因素，本案重力铸造方案是最优最理想方案。

所述内腔壁封闭处理的C2)喷粉步骤中，还专门设计有用于喷涂锌合金水龙头内腔壁的喷粉枪200，该喷粉枪200如图3－4所示，主要包括枪本体21、喷粉管22及高压电极丝23。枪本体21呈枪型结构，其具有位于底部的进粉端211和位于枪口位置的喷粉端212，进粉端211用于连接进粉管，喷粉端212连接喷粉管22。优选的，枪本体21与喷粉管22间通过连接头24安装一体，该连接头24的接口处设有起密封作用的密封件。

所述喷粉管22具有连接喷粉端212的始端和呈自由延伸的末端，该末端保持封闭状态，构成为喷粉枪200的喷头。喷粉管22的靠近其末端位置(喷头位置)沿管圆周方向均匀布置若干个出粉孔221，优选的设计沿管圆周方向均匀布置3～4个出粉孔221。出粉孔221的孔径较佳地设计为Ф1.5～2mm。枪本体21上的对应喷粉管22的始端处开设若干个泄压孔241，用于防止过大送粉压力吹掉已喷涂好的粉末涂层。具体实施例中泄压孔241设有2～3个，设在连接头24上，泄压孔24的孔径优选地限定为Ф4～5mm。

高压电极丝23设于喷粉管22内，该高压电极丝23的末端延长至出粉孔221位置。枪本体21内设有高压模块，该高压模块和高压电极丝23进行适配电连接。再有，枪本体21上还设有手持开关25，该手持开关25和高压模块进行适配电连接。

优选的，所述步骤A)中，所采用的重力铸造锌合金，其各元素组分及所占重量百分比为：Al，4-6wt％；Cu，0.3-1wt％；Mg，0.05-0.08wt％；Fe，0.02-0.05wt％；RE，0.01-0.03wt％；Ti，0.001-0.003wt％；杂质，总量<0.15wt％；余量Zn。一优选实施例，一种重力铸造锌合金，其各元素组分及所占重量百分比为：Al，4.8wt％；Cu，0.3wt％；Mg，0.06wt％；Fe，0.03wt％；RE，0.02wt％；Ti，0.002wt％；杂质，总量0.12<wt％；余量Zn。

下面对所述重力铸造锌合金的成分特点作展开说明：

(1)基于强度和流动性的考虑，Al元素含量应保证锌合金处于近共晶型成分范围，使合金具有较高的抗拉强度、硬度和冲击韧度。在微观组织中，Al将以α－Al固溶体形式形成初生α枝晶和共晶α相，少量Al固溶于η－Zn固溶体中，可以细化晶粒，提高合金的强度，并能改善合金液的流动性，有利于合金表面形成氧化膜，起钝化防蚀作用，减弱合金的氧化倾向。为保证Cu元素的作用，应着重减少合金中的Fe元素含量(具体控制在0.02-0.05wt％)，避免产生Fe₂Al₃浮渣，造成Al元素含量下降。

(2)Cu元素可部分固溶于α相和η相，主要形成ε(CuZn₄)相，对亚稳β相的转变起到抑制作用，提高强度、硬度、耐磨性、耐蚀性和合金液的流动性，并有利于减少晶间腐蚀。但该Cu元素含量限定不超过1％，超过1％后易使锌合金使老化现象加重，并使铸件尺寸和机械强度因时效而发生变化，降低合金的可延伸性。

(3)Mg元素可固溶于η相和亚稳β相中，抑制β相转变，细化合金组织，从而增加合金的强度，减少晶间腐蚀，防止“老化”，还可改善合金的抗磨损性能。但该Mg元素含量应控制在0.08％以内，大于0.08％时，易产生热脆、韧性下降、流动性下降，并易在合金熔融状态下氧化损耗。

(4)Fe元素主要来源于回收废料，有利于晶粒细化，并减少宏观柱状晶区，保证基体组织的致密性；但铁与铝发生反应易造成铝元素的损耗并形成浮渣，在铸件中形成硬质点，影响后加工和抛光，并可增加合金的脆性。

(5)稀土元素RE可以对锌合金起到熔体净化、基体组织细化和杂质相变质(尤其是残留基体中的Fe₂Al₃相)的综合作用，有利于残、废料混熔的制备方式，提高锌合金的冶金质量；优选地以混合稀土形式(La+Ce)加入，可降低制备成本。

(6)Ti元素主要起细化基体组织的作用，但在制备过程中要求分散性好，避免生成高熔点杂质物相。

(7)杂质元素主要包括Pb、Cd、Sn、Ni、Mn、Cr、Si、Mn等，应严格控制其上限，综合含量低于0.15％，单项杂质元素含量不超过0.02％。

所述重力铸造锌合金的熔铸工艺，其工艺步骤如下：

1)在有芯工频炉中先加入不超过熔炼总重量的1/3的锌合金废料进行升温熔融。

一具体实施例，按每炉熔炼1000kg新型重力铸造锌合金计算，加入300kg的锌合金废料；

其中，锌合金废料可考虑常见的压铸锌合金废料(如国标3号或5号锌合金)。如果添加的是电镀废料，则在升温熔融过程中不要搅动熔体，由于镀层物质(Ni、Cd、Cr等)熔点高，一旦锌合金基体全部熔化后，该类物质会浮在锌合金熔液表面，可让熔体在470～490℃静置15～20min，待浮渣出现，即刮除干净。

2)取样检测成分，成分检测结果、锌合金成分要求及元素烧损率，称量各元素所需的合金材料重量。控制熔液中各元素所占的重量百分比为：Al，4-6wt％；Cu，0.3-1wt％；Mg，0.05-0.08wt％；Fe，0.02-0.05wt％；RE，0.01-0.03wt％；Ti，0.001-0.003wt％；杂质，总量<0.15wt％；余量Zn。其中，主要合金元素烧损率参照如下范围执行：铝元素1～2％、镁元素3～5％。

3)将占熔炼总重量的0.05％－0.15％的锌合金环保型精炼熔剂均匀撒在熔体表面，加入剩余的纯锌锭，待锌锭熔化量达70～80％时，用钟罩压入称量且预热好的纯铜线、纯铝锭，将熔体在470～490℃静置20～30min；

对应具有实施例，将1kg的锌合金环保型精炼熔剂均匀撒在熔体表面。精炼熔剂主要由包含Na⁺、K⁺、Ca⁺、Zn⁺、NH⁺、F^－、Cl^－等离子的多种盐类组成，并再添加1～4％的石墨粉。

4)待合金完全熔化后，使用惰性气体进行熔体除气；除气结束后压入称量且预热好的纯镁锭、Zn-10RE中间合金(富La/Ce的混合稀土)、Al-5Ti中间合金，量少且密度小于锌的金属原料(如：Mg、Al-5Ti中间合金)可用钟罩压入熔体并水平搅拌，将熔体在450～460℃静置10min。

使用惰性气体进行熔体除气，具体操作如下：先将无堵塞的旋转喷头从坩埚熔体中轴线插入，喷头端部置于熔体液面以下2/3处，再将干燥后的N₂或Ar通过管道进入熔体，开启喷头旋转开关，惰性气体以细小气泡弥散分布于锌合金熔体中，除气过程持续10～15min。

5)扒渣转浇包，在430～450℃时用铸铁模具浇铸成锭。

所述步骤4)中，所述步骤4)之后及步骤5)之前，还进行取样检测成分，并根据成分检测数据进行成分调整。进一步，还进行流动性、结晶状态、抛光态铸锭杂质点数量与分布等检验，若满足要求，即可浇铸；反之，继续做精炼处理，直至满足精炼要求。

本案所得到的重力铸造锌合金铸锭的显微组织如图17所示，该组织具有以下特征：

(1)该锌合金组织由富锌的β固溶体和富铝的α固溶体组成。若冷却速度较快，合金不发生共析转变，组织为β固溶体和(β+α)共晶组织，α固溶体处于过饱和状态。在随后的冷却过程中，过饱和α固溶体易发生偏析转变，进一步分解为富铝的α1相和富锌的β相，在分解过程中伴随体积膨胀，在铸件内形成巨大的内应力，促进晶间腐蚀，合金变脆，即“老化”。

(2)由于合金中加入适量的Mg、Cu等合金元素，可有效延缓共析反应过程，因此，该锌合金组织为白色且圆钝的β相和该物相之间点状分布的共晶产物(β+α)相。

(3)由于RE和Ti的共同作用，β树枝晶向细球状晶变化，平均尺寸小于45μm，提高基体强度、耐磨性和晶间抗蚀能力。β相的，共晶组织中的α相呈细小点状分布，强化基体。

新型重力铸造锌合金的硬度(普通铁模)约为86～94HB。

上述基于提高合金流动性的成分设计思想(近共晶型锌铝合金)，通过熔体净化与组织微细化等熔体处理工艺手段，获得一种新型的铸造锌合金及熔铸工艺。该合金同样也可应用于压力铸造成型。其中工艺优化技术主要在于：

(1)采用去污、烘干的锌合金废料(不超过熔炼总重量的1/3)作为坩埚底预熔材料，可节约熔炼时间，并有利于控制锌合金熔体处于半熔融状态，增大熔体粘度，抑制低密度原料上浮，提高元素吸收率；

(2)在低温锌合金熔体中压入低熔点、低密度或量少的原料并保证充足的静置时间，可有效防止氧化烧损，有利于元素充分扩散反应，便于控制成分，节约生产成本；

(3)在适当的熔炼阶段分次添加精炼剂，可保证熔剂充分吸附锌合金熔体中的氧化夹渣，避免熔剂失效；结合惰性气体旋转喷吹技术，进一步综合净化锌合金熔体，提高有效组元的分布均匀性。

以上所述仅为本发明的优选实施例，凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化和修饰，均应属于本发明权利要求的范围。

Claims (10)

1.一种铸造锌合金水龙头的生产工艺，其特征在于，工艺步骤如下：

A、采用重力铸造成型锌合金水龙头本体；

B、对锌合金水龙头本体进行抛丸喷砂前处理；

C、对锌合金水龙头本体进行内腔壁封闭处理；

D、对铸造锌合金水龙头本体进行表面镀涂处理。

其中，步骤C的内腔壁封闭处理工艺步骤如下：

C1)混粉：将干燥的有机硅环氧树脂粉末与干燥空气混合，充分混合后，送入喷粉枪；

C2)喷粉：喷粉枪的喷粉管缓慢插入铸造本体内腔，启动喷粉，喷粉管沿铸造本体内腔逆向缓慢退出，喷粉管完全退出后，停止喷粉；

C3)烘烤：将喷涂好的铸造本体放入烘箱烘烤，烘烤完成后冷却并取出铸造本体。

2.如权利要求1所述的一种铸造锌合金水龙头的生产工艺，其特征在于，所述步骤C1)中，混粉的具体操作为：将压缩空气通入空气干燥机，当空气干燥度达到常压露点－70～－65℃时获得干燥空气，在供粉器中将干燥的有机硅环氧树脂粉末与干燥空气混合，充分混合后，送入喷粉枪。

3.如权利要求1所述的一种铸造锌合金水龙头的生产工艺，其特征在于，所述步骤C1)中，干燥的有机硅环氧树脂粉末与干燥空气混合，配粉气压为0.3～0.5kgf/cm²；充分混合后送入喷粉枪，送粉气压为3～4kgf/cm²；进气总气压不低于6～8kgf/cm²。

4.如权利要求1所述的一种铸造锌合金水龙头的生产工艺，其特征在于，所述步骤C2)中，喷粉枪启动喷粉操作如下：开启高压静电发生器，通过喷枪电极将60～80kV的高电压加到喷粉枪的前端，粉末被带上电荷，设置雾化气压为0.1～0.3kgf/cm²，在静电力的共同作用下，将粉末粒子定向喷涂到铸造本体的内腔壁上。

5.如权利要求1所述的一种铸造锌合金水龙头的生产工艺，其特征在于，所述步骤C2)中，喷涂过程中，铸造本体的内腔一端与喷粉工作台接触，喷粉工作台可靠接地；喷粉管从与喷粉工作台未接触的一端缓慢插入铸造本体内腔，启动喷粉，当喷粉管的喷头到达铸造本体与喷粉工作台接触端，喷粉管沿铸造本体内腔逆向缓慢退出，喷粉管完全退出后，停止喷粉。

6.如权利要求1所述的一种铸造锌合金水龙头的生产工艺，其特征在于，所述步骤C3)中，喷涂好后的铸造本体必须在2小时内放入烘箱，设置烘烤温度为180－220℃，到达设定温度后保温0.5小时后随炉空冷，取出铸造本体。

7.如权利要求1所述的一种铸造锌合金水龙头的生产工艺，其特征在于，所述步骤A的重力铸造其工艺步骤如下：

A1)合金熔化：采用工频有芯感应电炉熔化锌合金锭；

A2)重力铸造模具制造：采用HPb59－1黄铜，按收缩率1.008％进行设计；重力铸造模具包括上模和下模，上模和下模之间形成有模腔，砂芯位于模腔内并且二者间构成有型腔；铸造模具在对应龙头本体进水端位置开浇口；

A3)砂芯制造：砂芯模具采用45#钢，收缩率1.012％进行设计；

A4)浇铸：砂芯装配在重力铸造模具内，重力铸造模具起始浇铸角度为与水平面25～35°夹角，采用重力铸造浇铸机浇铸并翻转模具，浇铸温度460～510℃，浇铸时间为2～3秒，模具翻转时间1秒，浇铸开始至模具开始翻转时间1～2秒，保温时间15～25秒后即脱模。

8.如权利要求7所述的一种铸造锌合金水龙头的生产工艺，其特征在于，所述步骤A2)中，重力铸造模具的浇口和型腔口平齐，并且浇口离龙头本体距离最少要保持60mm以上；铸造模具其开模后的模具厚度设计为15mm～20mm，在铸造模具的厚度区域，沿龙头本体内腔通道方向设有若干处溢流槽和若干处排气片。

9.如权利要求1所述的一种铸造锌合金水龙头的生产工艺，其特征在于，所述步骤A)中，所采用的重力铸造锌合金，其各元素组分及所占重量百分比为：Al，4-6wt％；Cu，0.3-1wt％；Mg，0.05-0.08wt％；Fe，0.02-0.05wt％；RE，0.01-0.03wt％；Ti，0.001-0.003wt％；杂质，总量<0.15wt％；余量Zn。

10.如权利要求1所述的一种铸造锌合金水龙头的生产工艺，其特征在于，所述步骤A)中，重力铸造锌合金的熔铸工艺，其工艺步骤如下：

1)在有芯工频炉中先加入不超过熔炼总重量的1/3的锌合金废料进行升温熔融；

2)取样检测成分，控制熔液中各元素所占的重量百分比为：Al，4-6wt％；Cu，0.3-1wt％；Mg，0.05-0.08wt％；Fe，0.02-0.05wt％；RE，0.01-0.03wt％；Ti，0.001-0.003wt％；杂质，总量<0.15wt％；余量Zn；

3)将占熔炼总重量的0.05％－0.15％的锌合金环保型精炼熔剂均匀撒在熔体表面，加入剩余的纯锌锭，待锌锭熔化量达70～80％时，用钟罩压入称量且预热好的纯铜线、纯铝锭，将熔体在470～490℃静置20～30min；

4)待合金完全熔化后，使用惰性气体进行熔体除气；除气结束后压入称量且预热好的纯镁锭、Zn-10RE中间合金、Al-5Ti中间合金，量少且密度小于锌的金属原料用钟罩压入熔体并水平搅拌，将熔体在450～460℃静置10min。

5)扒渣转浇包，在430～450℃时用铸铁模具浇铸成锭。