CN109365749B - 熔模精密制造真空热成形生产工艺 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种熔模精密制造真空热成形生产工艺，包括制作熔模、制造蜡型、脱蜡、焙烧、制作中间合金、装坩埚、装熔模、真空熔炼、浇注、出炉、清除熔模等步骤。本发明通过在真空环境条件下对合金料进行熔炼、脱模，生产工艺简单，具有如下优点：显著提高金属利用率；具备良好的充型性能；不断提高铸件质量；节约成本、提高整体效率；积极改善浇筑条件，实现机械化；本发明可以明显改善或解决目前合金铸造中存在的铸件质量差、机械性能差、导电性能差、铸造损耗严重等缺陷；有效的解决了部分金属元素在大气中极易氧化、合金熔液流动性差、粘度大、易粘结等问题，极大的提高了合金铸件的质量；生产得到的铸件产品尺寸更稳定，精度更高。

Description

熔模精密制造真空热成形生产工艺

技术领域

本发明属于金属材料技术领域，具体地，涉及一种熔模精密制造真空热成形生产工艺。

背景技术

熔模精密铸造是一种少切削或无切削的铸造工艺，其应用非常广泛，不仅适用于各种合金的铸造，而且生产出的铸件尺寸精度、表面质量比其它铸造方法要高，甚至其它铸造方法难于铸造的复杂、耐高温、不易加工的铸件，均可采用熔模精密铸造技术来实现。熔模精密铸造获得的产品精密、复杂，接近于零件最后形状，可不加工或很少加工就直接使用，是一种近净成形的先进工艺，是铸造行业中一项优异的工艺技术，其应用非常广泛。

目前，熔模铸造通常是在大气环境下进行的，其产品存在以下几方面缺点：铸造缺陷严重，成品率低，大气环境下由于铬青铜熔液流动性差，致使铸件出现许多诸如气孔、缩孔、疏松、夹渣等难以避免的缺陷；铸造损耗严重，铸造成本高，大气环境下由于合金熔液流动性差、粘度大，极易粘结坩埚、模具，致使铜液损失严重，损耗量可达20％-30％；铬含量偏低，机械性能差，大气环境下由于部分金属元素(如铬元素)极易氧化，铸造过程中铬损失严重，致使铬含量偏低，固溶时效处理后硬度和抗拉强度不足；导电效果差，大气环境下由于铸件含气量高、氧化夹渣严重，致使铸件导电性能下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种熔模精密制造真空热成形生产工艺，通过在真空环境条件下对合金料进行熔炼、脱模，生产工艺简单，具有如下优点：显著提高金属利用率；具备良好的充型性能；不断提高铸件质量；节约成本、提高整体效率；积极改善浇筑条件，实现机械化；本发明可以明显改善或解决目前合金铸造中存在的铸件质量差、机械性能差、导电性能差、铸造损耗严重等缺陷；有效的解决了部分金属元素在大气中极易氧化、合金熔液流动性差、粘度大、易粘结等问题，极大的提高了合金铸件的质量；生产得到的铸件产品尺寸更稳定，精度更高。

本发明的目的可以通过以下技术方案实现：

熔模精密制造真空热成形生产工艺，包括如下步骤：

步骤S1、制作熔模:使用产品模具进行注蜡，制备出待铸造的产品的蜡模即熔模；

步骤S2、制造蜡型：将蜡模和浇注系统进行焊接得到模组，在模组的外表面涂上耐火材料，进行型壳的制造；

步骤S3、脱蜡、焙烧：将制作好的型壳进入脱蜡工序进行脱蜡，将脱蜡好的型壳进行焙烧，首先将高温焙烧炉升温至300℃保温30min，再缓慢升温至650℃保温30min，再缓慢升温至950℃，保温60min后随炉冷却至室温；

步骤S4、制作中间合金；将合金料放入坩埚内，在真空环境下熔炼四小时以上；

步骤S5、装坩埚：将石墨坩埚放入真空炉加热器内，然后将步骤S4的中间合金放入坩埚内；

步骤S6、装熔模：将步骤S3焙烧好的型壳放入真空炉内，放置到机械升降装置上，然后将浇口杯放在熔模浇口上，浇口杯对准坩埚底部的浇口塞；

步骤S7、真空熔炼：启动真空泵，将炉内真空抽至30Pa以内，控制熔炼温度在1350℃-1450℃，熔炼时间在3-4h；

步骤S8、浇注：熔炼完成后，将熔模顶起，开启浇口塞，合金液浇注到熔模内；

步骤S9、出炉：关闭加热后，冷却2-3h后再关闭真空泵，然后打开炉门取出模壳；

步骤S10、清除熔模：用机械振动方式将熔模清除掉，得到铸件。

进一步地，步骤S1中所述蜡模由蜡料制成，所述蜡料由如下重量份的原料制成：硅溶胶30-40份、三氧化二铝2-3份、改性纤维1-2份、羟丙基甲基纤维素0.2-0.3份、正辛醇0.1-0.2份；

其中，所述硅溶胶中二氧化硅胶体粒径为10-18nm；

所述改性纤维由如下方法制备：

1)按照质量比1:4-5将硅烷偶联剂KH-550加入无水乙醇中，搅拌混合均匀，得到改性液；

2)将陶瓷纤维和尼龙纤维按照质量比1:1放入改性液中浸泡20-25min，过滤，然后用超声波分散清洗，超声清洗不仅能起到去污作用，还能促进纤维的分散；

3)超声清洗后再用去离子水清洗干净，最后放入恒温干燥箱里干燥至恒重，得到改性纤维；

在150r/min匀速搅拌过程中，依次将改性纤维、羟丙基甲基纤维素、三氧化二铝、正辛醇加入硅溶胶中，常温持续搅拌24h，然后超声30min，制得所述蜡料。

进一步地，步骤S2中涂上耐火材料的具体过程为：

1)将320目白刚玉粉、200目莫来石、去离子水按照质量之比为10:0.5-0.8:8-10混合均匀，配制成耐火涂料；

2)将模组浸涂耐火涂料后，撒上质量比为1:1的石英砂和铝矾土，再经干燥、硬化，如此反复多次直到耐火涂挂层达到40-50mm的厚度，停放5-6h，使其充分硬化。

本发明的有益效果：

本发明采用特制的蜡料制作蜡模，所述蜡料包括硅溶胶、三氧化二铝、改性纤维等主要原料，蜡料中，Al₂O₃粉末的加入，势必在熔融蜡料中形成相应的骨架结构，对蜡模收缩起到一定阻碍作用；同时Al₂O₃粉末熔点相比蜡料较高，可在凝固过程中吸收其放出的潜热，从而加速冷却，有效减少蜡模的收缩、变形及各种表面凹陷问题陶瓷纤维和尼龙纤维经过硅烷偶联剂改性后，能够均匀分散于型壳内，型壳焙烧后，尼龙有机纤维被燃烧，在型壳内部形成微孔隙，从而提高精铸型壳透气性，而陶瓷无机纤维仍将在型壳内强化型壳，二者结合在增强型壳同时保证了型壳的透气性和强度，性能优良的型壳能够提高铸件的质量；

本发明通过在真空环境条件下对合金料进行熔炼、脱模，生产工艺简单，具有如下优点：显著提高金属利用率；具备良好的充型性能；不断提高铸件质量；节约成本、提高整体效率；积极改善浇筑条件，实现机械化；本发明可以明显改善或解决目前合金铸造中存在的铸件质量差、机械性能差、导电性能差、铸造损耗严重等缺陷；有效的解决了部分金属元素在大气中极易氧化、合金熔液流动性差、粘度大、易粘结等问题，极大的提高了合金铸件的质量；生产得到的铸件产品尺寸更稳定，精度更高。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

熔模精密制造真空热成形生产工艺，包括如下步骤：

步骤S1、制作熔模:使用产品模具进行注蜡，制备出待铸造的产品的蜡模即熔模；

步骤S2、制造蜡型：将蜡模和浇注系统进行焊接得到模组，在模组的外表面涂上耐火材料，进行型壳的制造；

涂上耐火材料的具体过程为：

1)将320目白刚玉粉、200目莫来石、去离子水按照质量之比为10:0.5-0.8:8-10混合均匀，配制成耐火涂料；

2)将模组浸涂耐火涂料后，撒上质量比为1:1的石英砂和铝矾土，再经干燥、硬化，如此反复多次直到耐火涂挂层达到40-50mm的厚度，停放5-6h，使其充分硬化；

步骤S3、脱蜡、焙烧：将制作好的型壳进入脱蜡工序进行脱蜡，将脱蜡好的型壳进行焙烧，首先将高温焙烧炉升温至300℃保温30min，再缓慢升温至650℃保温30min，再缓慢升温至950℃，保温60min后随炉冷却至室温；

步骤S4、制作中间合金；将合金料放入坩埚内，在真空环境下熔炼四小时以上；

步骤S5、装坩埚：将石墨坩埚放入真空炉加热器内，然后将步骤S4的中间合金放入坩埚内；

步骤S6、装熔模：将步骤S3焙烧好的型壳放入真空炉内，放置到机械升降装置上，然后将浇口杯放在熔模浇口上，浇口杯对准坩埚底部的浇口塞；

步骤S7、真空熔炼：启动真空泵，将炉内真空抽至30Pa以内，控制熔炼温度在1350℃-1450℃，熔炼时间在3-4h；

步骤S8、浇注：熔炼完成后，将熔模顶起，开启浇口塞，合金液浇注到熔模内；

步骤S9、出炉：关闭加热后，冷却2-3h后再关闭真空泵，然后打开炉门取出模壳；

步骤S10、清除熔模：用机械振动方式将熔模清除掉，得到铸件。

步骤S1中蜡模由蜡料制成，所述蜡料由如下重量份的原料制成：硅溶胶30-40份、三氧化二铝2-3份、改性纤维1-2份、羟丙基甲基纤维素0.2-0.3份、正辛醇0.1-0.2份；

其中，所述硅溶胶中二氧化硅胶体粒径为10-18nm；

所述改性纤维由如下方法制备：

1)按照质量比1:4-5将硅烷偶联剂KH-550加入无水乙醇中，搅拌混合均匀，得到改性液；

2)将陶瓷纤维和尼龙纤维按照质量比1:1放入改性液中浸泡20-25min，过滤，然后用超声波分散清洗，超声清洗不仅能起到去污作用，还能促进纤维的分散；

其中，陶瓷纤维的直径为4-6um，尼龙纤维的直径为8-12um；

3)超声清洗后再用去离子水清洗干净，最后放入恒温干燥箱里干燥至恒重，得到改性纤维；

在150r/min匀速搅拌过程中，依次将改性纤维、羟丙基甲基纤维素、三氧化二铝、正辛醇加入硅溶胶中，常温持续搅拌24h，然后超声30min，制得蜡料；

Al₂O₃粉末的加入，势必在熔融蜡料中形成相应的骨架结构，对蜡模收缩起到一定阻碍作用；同时Al₂O₃粉末熔点相比蜡料较高，可在凝固过程中吸收其放出的潜热，从而加速冷却，有效减少蜡模的收缩、变形及各种表面凹陷问题陶瓷纤维和尼龙纤维经过硅烷偶联剂改性后，能够均匀分散于型壳内，型壳焙烧后，尼龙有机纤维被燃烧，在型壳内部形成微孔隙，从而提高精铸型壳透气性，而陶瓷无机纤维仍将在型壳内强化型壳，二者结合在增强型壳同时保证了型壳的透气性和强度，性能优良的型壳能够提高铸件的质量；

通过在真空环境条件下对合金料进行熔炼、脱模，生产工艺简单，具有如下优点：显著提高金属利用率；具备良好的充型性能；不断提高铸件质量；节约成本、提高整体效率；积极改善浇筑条件，实现机械化；本发明可以明显改善或解决目前合金铸造中存在的铸件质量差、机械性能差、导电性能差、铸造损耗严重等缺陷；有效的解决了部分金属元素在大气中极易氧化、合金熔液流动性差、粘度大、易粘结等问题，极大的提高了合金铸件的质量；生产得到的铸件产品尺寸更稳定，精度更高。

以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (1)

1.熔模精密制造真空热成形生产工艺，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、制作熔模:使用产品模具进行注蜡，制备出待铸造的产品的蜡模即熔模；

步骤S2、制造蜡型：将蜡模和浇注系统进行焊接得到模组，在模组的外表面涂上耐火材料，进行型壳的制造；

步骤S3、脱蜡、焙烧：将制作好的型壳进入脱蜡工序进行脱蜡，将脱蜡好的型壳进行焙烧，首先将高温焙烧炉升温至300℃保温30min，再缓慢升温至650℃保温30min，再缓慢升温至950℃，保温60min后随炉冷却至室温；

步骤S4、制作中间合金；将合金料放入坩埚内，在真空环境下熔炼四小时以上；

步骤S5、装坩埚：将石墨坩埚放入真空炉加热器内，然后将步骤S4的中间合金放入坩埚内；

步骤S6、装熔模：将步骤S3焙烧好的型壳放入真空炉内，放置到机械升降装置上，然后将浇口杯放在熔模浇口上，浇口杯对准坩埚底部的浇口塞；

步骤S7、真空熔炼：启动真空泵，将炉内真空抽至30Pa以内，控制熔炼温度在1350℃-1450℃，熔炼时间在3-4h；

步骤S8、浇注：熔炼完成后，将熔模顶起，开启浇口塞，合金液浇注到熔模内；

步骤S9、出炉：关闭加热后，冷却2-3h后再关闭真空泵，然后打开炉门取出模壳；

步骤S10、清除熔模：用机械振动方式将熔模清除掉，得到铸件；

步骤S1中所述蜡模由蜡料制成，所述蜡料由如下重量份的原料制成：硅溶胶30-40份、三氧化二铝2-3份、改性纤维1-2份、羟丙基甲基纤维素0.2-0.3份、正辛醇0.1-0.2份；

其中，所述硅溶胶中二氧化硅胶体粒径为10-18nm；

所述改性纤维由如下方法制备：

1)按照质量比1:4-5将硅烷偶联剂KH-550加入无水乙醇中，搅拌混合均匀，得到改性液；

2)将陶瓷纤维和尼龙纤维按照质量比1:1放入改性液中浸泡20-25min，过滤，然后用超声波分散清洗，超声清洗不仅能起到去污作用，还能促进纤维的分散；

3)超声清洗后再用去离子水清洗干净，最后放入恒温干燥箱里干燥至恒重，得到改性纤维；

在150r/min匀速搅拌过程中，依次将改性纤维、羟丙基甲基纤维素、三氧化二铝、正辛醇加入硅溶胶中，常温持续搅拌24h，然后超声30min，制得所述蜡料；

步骤S2中涂上耐火材料的具体过程为：

1)将320目白刚玉粉、200目莫来石、去离子水按照质量之比为10:0.5-0.8:8-10混合均匀，配制成耐火涂料；

2)将模组浸涂耐火涂料后，撒上质量比为1:1的石英砂和铝矾土，再经干燥、硬化，如此反复多次直到耐火涂挂层达到40-50mm的厚度，停放5-6h，使其充分硬化。