CN110614347B - 一种扇形叶轮的熔模铸造工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种扇形叶轮的熔模铸造工艺，涉及材料成型技术，用于解决铸件容易产生锈蚀的问题，包括以下步骤：先按照扇形叶轮的尺寸和形状，制造型腔与其一致的模壳；然后将金属熔融后注入模壳内，待金属完全冷却凝固后，获得扇形叶轮铸件；之后将扇形叶轮从模壳内取出后，放入窑炉内，以720~760℃的火焰对其进行烘烤，以炉内冷却的方式静置12h，重复两遍之后取出，对其进行二次抗锈处理；本发明具有以下优点和效果：烘烤处理能够让扇形叶轮以再结晶的形式形成铁素体晶格，以铁素体对抗液体对扇形叶轮的腐蚀，减缓其氧化锈蚀的速度，从而达到提升其力学性能保持性的目的。

Description

一种扇形叶轮的熔模铸造工艺
技术领域
本发明涉及材料成型技术，特别涉及一种扇形叶轮的熔模铸造工艺。
背景技术
材料成型方法主要有铸造、锻造、粉末冶金、挤压、轧制、拉拔等，其中，铸造和锻造是应用最多的成型方法。锻造由于是通过锤击塑性，因此其尺寸精度较难把握，而铸造由于成品与铸模一致，尺寸精度较好把握，因此在工业上具有更广的应用。
目前，申请公布号为CN109175305A的中国发明专利公开了一种叶轮铸造工艺及其叶轮，工艺包括：采用型芯熔模铸造叶轮型壳；将所有熔模铸造步骤中的型芯用作所述叶轮铸造时叶轮型壳的型芯；所述叶轮型壳以低压铸造工艺形成所述叶轮。
如上所述的铸造工艺，由于叶轮通常应用于压缩机、泵等场景，需要经常与液体进行接触，而采用铸造方法生产的产品通常在抗锈蚀性能上有所不足，使得叶轮在使用的过程中容易发生锈蚀，从而导致叶轮的力学性能下降。
发明内容
本发明的目的是提供一种扇形叶轮的熔模铸造工艺，能够提高扇形叶轮的抗锈蚀性能，从而达到提高其力学性能持久性的目的。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：一种扇形叶轮的熔模铸造工艺，包括以下步骤：
S1制模，按照扇形叶轮的尺寸和形状，制造型腔与其一致的模壳；
S2浇注，将金属熔融后注入模壳内，待金属完全冷却凝固后，获得扇形叶轮铸件；
S3抗锈处理，将扇形叶轮从模壳内取出后，放入窑炉内，以720～760℃的火焰对其进行烘烤，以炉内冷却的方式静置12h，重复两遍之后取出，对其进行二次抗锈处理。
通过采用上述方案，720～760℃是钢铁再结晶过程中易形成铁素体的温度区间，而铁素体是碳和α-Fe的共析固溶体，其相比起其他形式的钢铁具有刚好的抗锈蚀性，因此将扇形叶轮经过烘烤处理后能够提升其本身的抗锈能力，再辅以后期的二次抗锈能力，能够大大提升扇形叶轮的抗锈蚀性能，使其具有更久的力学性能保持性，从而延长其使用寿命。
本发明的进一步设置为：所述二次抗锈处理的方法为：先将扇形叶轮的表面整体涂上天然植物漆，然后放入窑炉内进行烘烤，待其冷却后取出，以火焰对扇形叶轮进行炙烤，随后再用天然植物漆对扇形叶轮背对火焰一侧的表面进行涂刷，并且在涂刷的过程中持续转动扇形叶轮，直至扇形叶轮的表面整体均涂刷上天然植物漆，再将其炙烤至表面呈红褐色为止。
通过采用上述方案，先涂以天然植物漆，再进行烘烤能够使得天然植物漆在烘烤的过程中逐渐渗入扇形叶轮内部，而天然植物漆中含有的矿物成分又能够提升其抗锈蚀性能及力学性能；后期的炙烤涂刷植物漆，一方面能够加强植物漆中矿物元素对扇形叶轮的渗透，同时也能促进其表面钝化，进而使其具有更好的抗锈蚀能力。
本发明的进一步设置为：所述天然植物漆的配置方法为：取绿海带、鲜茶叶和何首乌块茎充分研磨破碎，静置24h，然后用纱布过滤碎渣，滤取混合汁液作为天然植物漆。
通过采用上述方案，绿海带中含有丰富的磷元素，能够将扇形叶轮中的铁元素磷化，磷化后的铁性质稳定，能够在扇形叶轮的表面形成一层保护膜，阻碍其氧化锈蚀；而茶叶和何首乌块茎中含有丰富的镍和铬，而铬和镍是惰性元素，渗入扇形叶轮内部后能够有效提升钢材的抗氧化能力，从而使扇形叶轮具有更好的抗锈蚀能力；同时以植物汁液进行淬火的方式能够保证成本中的重金属含量不会超标，使扇形叶轮用于饮用水泵时具有更好的安全性。
本发明的进一步设置为：所述绿海带、鲜茶叶以及何首乌块茎的添加比例为3:1:2。
通过采用上述方案，绿海带中含水较多，鲜茶叶及何首乌块茎中含水相对较少，而天然植物漆需要有一定流动性才方便进行涂抹，同时又不能让汁液太过稀释，不然难以在扇形叶轮表面形成挂浆，而绿海带、鲜茶叶及何首乌块茎以3:1:2的比例进行调配，使得榨取的汁液能够较为浓稠的形态存在，使其涂抹于扇形叶轮上后不容易产生溢流，从而使得扇形叶轮在加热后天然植物漆中的矿物元素能够更均匀地渗透入扇形叶轮内。
本发明的进一步设置为：所述制模的具体步骤为：先将扇形叶轮放入原始模中，然后往扇形叶轮和原始模之间的缝隙内倒入橡胶，待橡胶彻底凝固后，分模取出扇形叶轮，随后将成型的橡胶倒模从扇形叶轮上剥落，获得扇形叶轮的外形模之后再往外形模内倒入熔融的蜡液，待蜡液彻底冷却凝固后获得形状、尺寸均与扇形叶轮一致的蜡模，然后将蜡模制作成蜡树后浸没于泥浆中，取出后裹上耐火砂，制取模壳，浸染泥浆并裹粘耐火砂的过程需重复至少三次，以增加模壳的厚度。
通过采用上述方案，先制取蜡模再套取模壳的方式能够使模壳的型腔形状、尺寸几乎与扇形叶轮一致，这样能够提高模具的制取精度，从而达到提高产品铸造精度的目的；而蜡树的制作，能够增加单次生产时的产品数量，蜡树上复合的蜡模越多，就意味着铸件脱模后获得的扇形叶轮数量也越多，这样在批量生产的情况下能够大大提高产品的生产效率。
本发明的进一步设置为：所述蜡树的制作步骤为：首先以蜡为原料制作蜡座，然后用喷枪炙烤蜡座的表面，使其表面产生熔融，再迅速将蜡模按压到蜡座的熔融部位，随后按照同样的方法将多个蜡模焊接到蜡座上，形成蜡树。
通过采用上述方案，蜡本身具有很好的自粘性，将蜡座先用喷枪炙烤熔化后，再将蜡模按压贴靠上去，能够使得将蜡模和蜡座很好地结合在一起形成蜡树，使得蜡树在浸裹泥浆的时候不容易发生断枝，从而更好地进行模壳的制作。
本发明的进一步设置为：所述模壳在制造完成后还需要进行固化处理，具体固化方法为：将模壳倒置放入烧造炉内，以火焰对模壳进行炙烤，将膜壳中的泥浆彻底烧造固结，并且膜壳在烧造完成后，从炉内取出时，需趁热进行浇注。
通过采用上述方案，将模壳倒置再进行烧结，能够使得其在受热的过程中方便其内部熔化的蜡模从浇注口流出，这样能够在烧造模壳的同时进行除蜡，减少能源的浪费，同时提高模壳的生产效率；并且采用趁热浇注的方式能够减少模壳与熔融金属之间的温度差，以减少金属冷凝成型过程的中的缩松等缺陷的产生，从而以提高铸件的成品质量。
本发明的进一步设置为：所述扇形叶轮在浇注成型且进行抗绣处理之前还需要进行修正处理，修正处理的具体方法为：将扇形叶轮上的浇注口切除，在切割浇注口时，需余留浇口0.3mm，然后改用砂带机进行打磨，以确保产品切口平整，且在切割及打磨过程中禁止伤损产品表面。
任何铸件在浇注成型后都会在浇注口处留下由浇道形成的废料，这部分废料需要进行切除，通过采用上述方案，在切割时预留0.3mm的浇口以打磨的形式进行去除，能够方便对铸件的尺寸进行掌控，同时打磨的方式也能够尽可能修除产品铸造过程所产生的合模线及毛刺等瑕疵，从而使得成品具有更好的尺寸精度及外形质量。
综上所述，本发明具有以下有益效果：
1.烘烤处理能够让扇形叶轮以再结晶的形式形成铁素体晶格，以铁素体对抗液体对扇形叶轮的腐蚀，减缓其氧化锈蚀的速度，从而达到提升其力学性能保持性的目的；
2.二次淬火处理一方面能够往扇形叶轮内渗入惰性元素以提升其抗锈蚀能力，同时又能够以磷化及钝化的形式在扇形叶轮的表面形成保护膜，从而进一步提升扇形叶轮的抗锈蚀能力；
3.以蜡模为基础制作模壳的方式能够让模壳型腔具有更高的尺寸精度，进而提高产品的成型质量。
附图说明
图1是本发明的工艺流程图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
实施例1：
如图1所示，一种扇形叶轮的熔模铸造工艺，其主要工艺过程为：
S1制模，在制作模壳之前，需要先按照一比一制作扇形叶轮样品，然后将扇形叶轮样品放入原始模中，之后往扇形叶轮和原始模之间的缝隙内倒入橡胶，待橡胶彻底凝固后，分模取出扇形叶轮，并将成型的橡胶倒模从扇形叶轮上剥落，获得扇形叶轮的外形模。
外形模制作完成后，将其放入模座内，然后往外形模内腔中倒入熔融的蜡液，待蜡液彻底冷却凝固后获得形状、尺寸均与扇形叶轮一致的蜡模。
之后再以蜡为原料制作蜡座，并用喷枪炙烤蜡座的表面，使其表面产生熔融，再迅速将蜡模按压到蜡座的熔融部位，待蜡冷却凝固后，蜡模就会粘结在蜡座上，且蜡模和蜡树之间需设置切削段，以便后期铸件成型时作为裁切余量。随后按照同样的方法将多个蜡模以并行排列的方式焊接到蜡座上，形成蜡树，那么每个蜡树上都将具有多个扇形叶轮的蜡模，这样单次浇注就能够获得多个铸件产品。
之后再将蜡树浸没于泥浆中，取出后先晾置3至5min，待蜡树表面的泥浆流平，并近乎不再滴液时，往其表面均匀泼撒耐火砂，制取模壳粗坯。耐火砂裹粘于蜡树表面上后，静置20～30min，让泥浆初步干燥，然后以同样的手法浸染泥浆并裹粘耐火砂至少三次，以增加模壳的厚度。
模壳粗坯形成后，还需对其进行固化处理，具体处理方法为：将模壳粗坯倒置放入烧造炉，先以200℃左右的火焰对膜壳粗坯进行烘烤，待膜壳内部的蜡树完全融化并经由浇注口流出后，将蜡液从烧造炉内移出，然后以1200℃左右的火焰对模壳进行烘烤，使泥浆陶瓷化，进而使模壳彻底固结，制得成品模壳。
S2浇注，在烧造模壳的同时将金属进行熔融，金属可以选用钢、生铁、铝、铝合金或黄铜等材质，其熔融后将膜壳从烧造炉内取出，不能让模壳彻底冷却，需承认将金属以40至60KPa的压力注入模壳内，让金属完全冷却凝固，然后以木锤敲碎膜壳，将铸件取出。
铸件取出后还需要进行修正处理，具体操作方法为：首先以扇形叶轮上的切削段为起始用液压剪将剪断，然后切除多余的由浇注口所形成的废料，同时在切除废料时，需余留0.3mm的量，改用砂带机进行打磨，确保铸件产品无切削毛刺的产生，同时也是为了便于控制铸件的切削精度。
S3抗锈处理，先将扇形叶轮放入窑炉内，以730℃左右的火焰对其进行烘烤，以炉内冷却的方式静置12h，重复两遍烘烤步骤之后取出，对其进行二次抗锈处理。
二次抗锈处理的具体过程为：先以3:1:2的比例取绿海藻、鲜茶叶和何首乌块茎放入研钵内进行研磨粉碎，静置24h后用纱布滤去碎渣，获得天然植物漆，然后将扇形叶轮的表面整体涂抹上天然植物漆，再放入窑炉内以200～300℃的火焰烘烤40min后取出，静置冷却后再放置于火焰上进行炙烤，在炙烤的同时缓慢翻转扇形叶轮，并同时蘸取天然植物漆在扇形叶轮背对火焰一侧的表面进行刷漆，待扇形叶轮整个表面刷满天然植物漆，并使其在火焰炙烤下产生红褐色的钝化膜后结束。
对比例1：
扇形叶轮浇注成型后不进行任何抗绣处理，其余工艺步骤与实施例1完全相同。
对比例2：
扇形叶轮浇筑成型后放入窑炉内，只以730℃左右的火焰对其进行烘烤，以炉内冷却的方式静置12h，重复两遍烘烤步骤之后取出，其余工艺步骤与实施例1完全相同。
对比例3：
扇形叶轮浇筑成型后放入窑炉内，只以730℃左右的火焰对其进行烘烤，以炉内冷却的方式静置12h，重复两遍烘烤步骤之后取出，然后将扇形叶轮的表面整体涂抹上与实施例1成分、配比完全相同的天然植物漆，再放入窑炉内以200～300℃的火焰烘烤40min后取出静置冷却，其余工艺步骤与实施例1完全相同。
实验对比：分别取10件由实施例1、对比例1至对比例3制成的扇形叶轮，然后将其放入温度为35℃，相对湿度为70％的试验箱内，静置30天后取出，量取并计算扇形叶轮表面发生锈蚀的面积占扇形叶轮整体表面积的比例，具体表征数据记录如下表。
表1扇形叶轮表面锈蚀面积占总面积比例记录表
组别 锈蚀面积占总面积比例(％)
实施例1 5.3
对比例1 18.7
对比例2 15.4
对比例3 10.1
分析表中对比例1与对比例2的数据可知，对铸件进行回火烘烤处理能够提高铸件的抗锈蚀能力，这主要是因为回火能够促使铸件再结晶形成铁素体，而铁素体主要是碳和铁的共析物，具有一定抗锈蚀能力，因此在数据表征上表现出铸件的锈蚀面积有所缩小。
再对比表中实施例1、对比例2和对比例3的数据可知，随着处理工序的增加，在同等条件下铸件发生锈蚀的面积越来越小，这主要是因为除了烘烤能够促使铸件内部产生铁素体以增强其抗锈性能以外，天然植物漆中的惰性矿物元素渗入铸件的表面对其抗锈性能起到提升作用，同时炙烤涂刷也使得铸件的表面形成钝化的保护膜，对其形成三重保护，从而使其抗绣性能得到显著提升。
本具体实施例仅仅是对本发明的解释，其并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (6)

1.一种扇形叶轮的熔模铸造工艺，其特征在于，包括以下步骤：
S1制模，按照扇形叶轮的尺寸和形状，制造型腔与其一致的模壳；
S2浇注，将金属熔融后注入模壳内，待金属完全冷却凝固后，获得扇形叶轮铸件；
S3抗锈处理，将扇形叶轮从模壳内取出后，放入窑炉内，以720～760℃的火焰对其进行烘烤，以炉内冷却的方式静置12h，重复两遍之后取出，对其进行二次抗锈处理；
所述二次抗锈处理的方法为：先将扇形叶轮的表面整体涂上天然植物漆，然后放入窑炉内进行烘烤，待其冷却后取出，以火焰对扇形叶轮进行炙烤，随后再用天然植物漆对扇形叶轮背对火焰一侧的表面进行涂刷，并且在涂刷的过程中持续转动扇形叶轮，直至扇形叶轮的表面整体均涂刷上天然植物漆，再将其炙烤至表面呈红褐色为止；
所述天然植物漆的配置方法为：取绿海带、鲜茶叶和何首乌块茎充分研磨破碎，静置24h，然后用纱布过滤碎渣，滤取混合汁液作为天然植物漆。
2.根据权利要求1所述的一种扇形叶轮的熔模铸造工艺，其特征在于：所述绿海带、鲜茶叶以及何首乌块茎的添加比例为3:1:2。
3.根据权利要求1所述的一种扇形叶轮的熔模铸造工艺，其特征在于：所述制模的具体步骤为：先将扇形叶轮放入原始模中，然后往扇形叶轮和原始模之间的缝隙内倒入橡胶，待橡胶彻底凝固后，分模取出扇形叶轮，随后将成型的橡胶倒模从扇形叶轮上剥落，获得扇形叶轮的外形模之后再往外形模内倒入熔融的蜡液，待蜡液彻底冷却凝固后获得形状、尺寸均与扇形叶轮一致的蜡模，然后将蜡模制作成蜡树后浸没于泥浆中，取出后裹上耐火砂，制取模壳，浸染泥浆并裹粘耐火砂的过程需重复至少三次，以增加模壳的厚度。
4.根据权利要求3所述的一种扇形叶轮的熔模铸造工艺，其特征在于：所述蜡树的制作步骤为：首先以蜡为原料制作蜡座，然后用喷枪炙烤蜡座的表面，使其表面产生熔融，再迅速将蜡模按压到蜡座的熔融部位，随后按照同样的方法将多个蜡模焊接到蜡座上，形成蜡树。
5.根据权利要求3所述的一种扇形叶轮的熔模铸造工艺，其特征在于：所述模壳在制造完成后还需要进行固化处理，具体固化方法为：将模壳倒置放入烧造炉内，以火焰对模壳进行炙烤，将模壳中的泥浆彻底烧造固结，并且模壳在烧造完成后，从炉内取出时，需趁热进行浇注。
6.根据权利要求1所述的一种扇形叶轮的熔模铸造工艺，其特征在于：所述扇形叶轮在浇注成型且进行抗绣处理之前还需要进行修正处理，修正处理的具体方法为：将扇形叶轮上的浇注口切除，在切割浇注口时，需余留浇口0.3mm，然后改用砂带机进行打磨，以确保产品切口平整，且在切割及打磨过程中禁止伤损产品表面。
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