CN111390111A - 一种窄槽长孔消失模铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了应用于铸造领域的一种窄槽长孔消失模铸造方法。将烘干表面碳化的面粉芯插入白模块中的窄缝或长孔中，用消失模胶粘接密封。所述面粉芯由面粉和铁砂或钢丸组成，面粉占铁砂或钢丸重量的10%‑25%，也可以由面粉与砂粒组成，面粉占砂粒重量的1/5‑1/2。面粉混合物用水拌合揉搓均匀后，用芯模挤压成型。面粉芯在芯模中缺氧环境下烘干碳化，其烘干温度为60‑90℃，烘干时间1‑2h，碳化温度为150‑200℃，碳化时间15‑30min。为提高面粉芯的强度，在面粉芯内放置芯骨。面粉芯易于溃散，已与清理，本方法可获得表面光洁的窄槽或长孔铸件，避免划线加工，提高金属收得率和产品合格率。

Description

一种窄槽长孔消失模铸造方法

技术领域

本发明应用于消失模铸造领域，适用于钢铁铸件的窄缝、长孔的铸造。

背景技术

在铸造领域，对于铸件的孔、缝、腔等结构，一般情况下采用下芯的方法铸造成型，砂芯多采用溃散性较好的树脂砂制作。但对于具有长孔、窄槽结构的铸件，当通孔的孔深和孔径比H/d、窄槽的槽深或长与宽之比大于≥5时，由于白模模型的长孔、窄槽内部不易上涂料，或者即使可以上涂料，但型砂不易充型，或者充型不良，使得长孔、窄槽很难铸造出来，只有采用下砂芯的办法。由于长孔、窄槽内的砂芯散热条件极差，石英砂在不同的温度下会有多种同质异晶体生成，体积变化大，而且砂芯的溃散性、耐高温性能及与金属液的湿润性等物理化学作用的影响，往往铸造翻箱后，砂芯很难清理，即使清理出砂芯，窄槽、长孔的表面质量很差，不光洁，严重时影响使用，或造成废品。尤其是对于尺寸小于6mm的槽、孔，只能采用机械加工的方法，不能采用消失模铸造方法直接铸造成型。

发明内容

本发明解决的技术问题是：提供一种窄槽长孔铸件消失模铸造方法，可获得具有窄槽、长孔结构的铸件，且窄槽、长孔表面质量光洁，一次铸造成型。

本发明采用的技术方案是：该方法包括下芯、上涂料、烘干、造型等操作，所述下芯是指将烘干表面碳化后的面粉芯插入白模块中的窄缝或长孔中；该面粉芯由面粉与铁砂、或面粉与钢丸组成，面粉重量为铁砂或钢丸重量的10%-25%，两者用水拌合揉搓均匀后，用芯模挤压成型，铁砂或钢丸悬浮在面粉中。所述烘干表面碳化是指面粉芯在芯模内挤压成型后，在芯模内缺氧环境下受热烘干碳化。烘干碳化优选参数为：烘干温度60-90℃，烘干时间1-2h，碳化温度150-200℃，碳化时间15-30min。烘干温度和时间与面粉芯的体积和厚度有关，碳化时间温度和时间与芯模的厚度和体积有关，根据实际情况进行适量调整。为保证面粉揉搓料顺利充型芯模，以及烘干过程中面粉芯水分顺利蒸发，在芯模上加工有通气孔。

进一步，为降低铁砂或钢丸表面铁锈的不利影响，铁砂或钢丸可由砂粒替代，面粉芯由面粉和砂粒组成，面粉重量为砂粒重量的1/5-1/2。使用比重小的石英砂时，配比取上限，若使用比重较大的锆英砂或宝珠砂，配比取下限。

进一步，为固定面粉芯，以及防止上涂料时，涂料进入面粉芯与白模块之间的间隙，可采用消失模胶粘接密封。

进一步，为提高面粉芯的强度，在面粉芯内可放置芯骨，对于圆柱形面粉芯而言，芯骨优选螺纹杆，对于板状面粉芯而言，芯骨优选钢网。

本发明的有益效果是：本方法利用碳不浸润金属液的特性获得光洁的表面质量，利用面粉高温碳化丧失粘接能力，易于溃散的特性，使得窄槽、长孔清理更为容易，从而获得表面光洁的窄槽或长孔铸件。本方法可直接铸造出窄槽长孔，避免了窄槽长孔的划线加工，缩短了工艺流程和生产时间，不仅节约了人力成本、时间成本、工序成本，还提高了金属收得率、产品合格率。

附图说明

图1为面粉芯结构示意图；

图2为实施例1芯模结构示意图；

图3为实施例2芯模结构示意图；

图4为实施例3面粉芯制作流程图；

图5为喇叭孔面粉芯示意图；

其中：1-半圆模、2-芯腔、3-芯骨、4-挡板、5-通气孔、6-螺纹盲端、7-螺纹口端、8-盲孔芯、9-固定芯、10-注入口、11-上模、12-活块、13-下模、14-钢网芯骨、15-窄槽芯、16-面粉芯、17-白模块。

具体实施方式

实施例1。

对于孔径Ф10，长度55mm的长孔通孔铸件而言，为保证通孔质量，多数情况下是铸造成实体，然后划线钻孔加工而成，这种工艺不仅增加了两道工序，而且造成金属浪费，生产效率也很低，最佳办法是采用铸造一次成型。

消失模白模块制作时，为便于通孔脱模，需要至少预留2-3%的拔模斜度，考虑模块的收缩变形，通孔的模具柱销两端尺寸为11.5mm和10.5mm，模块通孔两端尺寸一般为11.2-11.3mm、10.2-10.3mm，铸件通孔两端尺寸为10mm和11mm左右。所以铸件通孔为圆锥形，尺寸需要经过模块收缩和铸件收缩两次变形控制，影响因素增加，只要影响模块变形的因素和影响金属收缩的因素均影响通孔尺寸，使得孔径精确控制困难。关键是该通孔给工艺操作带来较多麻烦，一是涂料烘干困难；消失模工艺涂层厚度为2mm左右，一般上涂料2-3遍，前遍涂层烘干后再上下一遍涂料。由于该通孔为长孔，水分挥发条件不好，涂料不易烘干，需增加专门烘干操作，以便于在下次上涂料之前为干燥状态。二是造型困难；该通孔上涂料后内径只有5-6mm左右，造型时为便于型砂填充，必须将通孔为竖直状态，造型振动时需专门塞实。三是清理困难；铸造浇注冷却翻箱后，通孔内的涂料清理困难，如果金属液渗出涂层，与型砂烧结，形成铁砂瘤，则可能因通孔无法清理而报废。

本方法在上涂料时，用热熔胶把纸粘接在模块上，将通孔两端封堵，然后上涂料，涂层烘干后，将通孔两端封堵的纸捅破，清理孔口，塞入面粉芯，面粉芯为圆柱形，尺寸为10.2mm，孔口用热熔胶密封粘接，然后刷涂涂料，烘干即可埋箱造型。对于上述长孔，由于面粉芯在上涂料时不足以损坏白模块，可以先将面粉芯插入通孔，热熔胶密封后刷涂涂料，然后烘干。该方法铸造出来的通孔为圆柱形通孔，而且尺寸只与金属收缩有关，与白模块孔径尺寸无关。

本方法所用的面粉芯采用面粉和砂粒混合物制作。面粉占砂粒重量的1/5-1/2,当砂粒采用比重加大的宝珠砂或锆英砂时，比例取下限，当砂粒采用比重较小的石英砂时，比例取上限。将面粉与砂粒搅拌均匀，撒入水搅拌，揉搓均匀成为面粉揉搓料。面粉芯的最佳断面结构如附图1所示，砂粒之间不接触，形成在面粉中的悬浮结构。

芯模为两个半圆模1组成，如附图2所示，内部圆柱形芯腔2的长度70mm，内径为Ф10.2mm，两端挡板4的孔径Ф4.2mm。首先将外径为Ф3.8mm的芯骨3放入芯模中，用挡板4定位，然后放入面粉揉搓料，扣合两个半圆模1挤压，使得面粉揉搓料完全充型芯腔2。然后用紧固件固定芯模，放入烘干箱中烘干，烘干温度60-90℃，烘干时间1-2h，然后升温到150-200℃进行表面碳化处理，碳化时间15-30min。烘干碳化后，芯模从烘干箱中取出冷却，松开紧固件，打开芯模，取出面粉芯。此时，面粉芯表面应烧黑或烧焦碳化。第一步的烘干温度和时间参数可以更改，烘干时间除与烘干温度有关外，还与面粉芯厚度尺寸有关，其目的是将面粉芯中的水分彻底烘干。第二步碳化处理是将面粉芯表面烧焦碳化。由于面粉芯在芯模密封状态下加热，表面缺氧碳化。面粉芯取出后，清理面粉芯表面，将其插入白模块的孔中。由于其长度略长于通孔长度，所以造型时，长出的部分面粉芯和芯骨可埋入型砂中，起到固定面粉芯的作用。

面粉芯中加入砂粒是为了增加面粉芯的比重，优选铁砂或钢丸替代砂粒，以抵消面粉芯在金属液中的浮力。当采用铁砂或钢丸时，面粉的加入量应该为铁砂或钢丸重量的10%-25%，本实施例优选15%。面粉芯中加入芯骨是为了增加面粉芯的强度，防止面粉芯在金属液的浮力或冲击力的作用下折断，同时也可增加面粉芯的比重。但铁砂或钢丸在面粉芯制作过程中，与水接触，易于生锈，影响面粉芯质量，所以选择铁砂或钢丸、还是选择砂粒，应根据实际情况而定，本实施例优选天然水洗砂、宝珠砂或铁砂，因天然水洗砂、宝珠砂或铁砂的形状近似球形，有利于形成面粉揉搓料的理想悬浮结构。

对于本实施例圆柱形面粉芯而言，芯骨优选螺纹杆，一是可增加芯骨与面粉芯接触面积，使得面粉芯成为一体，二是在两端可以直接拧紧螺母固定芯模，不使用另外的紧固装置。为便于面粉芯挤压充型，在半圆模1和挡板4上加工有通气孔5，该通气5在面粉芯挤压成型是可以排气，有利于面粉芯的充型，同时在烘干时，有利于水蒸气的排出。

金属液浇注后，面粉芯碳化表面与钢铁金属液之间不存在浸润或粘接，所以通孔表面光洁。面粉芯在真空缺氧环境下受到高温金属液的烘烤而碳化，碳化后的面粉没有粘接力，翻箱后，通孔中的砂粒和芯骨自然脱落，溃散性极好。即使受到金属收缩力的作用没有脱落，采用敲击振动或捅穿的方法即可顺利溃散。而且通孔为圆柱孔，非圆锥孔，直径尺寸控制只与面粉芯外径有关，与白模块的孔径无关，孔径尺寸控制相对精确。

实施例2。

对于孔径小于Ф6mm的长孔而言，无论是通孔还是盲孔，无论孔深多少，消失模铸造已经无法直接铸出，只有采取划线钻孔加工的方式获得，而采用本办法仍然可以一次铸造成型。

对于盲孔为Ф5×12的铸件，其面粉芯模形状和尺寸如附图3所示，面粉芯模由两个半圆模1定位扣合，两端螺纹连接螺纹盲端6和螺纹口端7，这样，将面粉芯模固定为整体。在螺纹口端7设计有注入口10，在两个半圆模1、螺纹盲端6和螺纹口端7上钻有通气孔，面粉揉搓物自注入口10挤压进芯腔，芯腔内的空气可通过通气孔排出，这样，面粉揉搓物填充芯腔形成面粉芯。该面粉芯分为两部分，一部分为盲孔芯8，另一部分为固定芯9。使用时，盲孔芯8插入白模块的盲孔中，在白模块外面的固定芯9在造型时起到固定面粉芯的作用。本实施例所用面粉揉搓物与实施例1相同。

充型好的面粉芯模放入烘干箱中烘干，烘干温度60-90℃，烘干时间1-2h，此时，通气孔起到水蒸气散发的作用。烘干后升温到150-200℃进行面粉芯表面碳化处理，碳化时间15-30min。烘干碳化处理后，面粉芯模从烘干箱中取出冷却，松开两端的螺纹盲端6和螺纹口端7，打开半圆模1，取出面粉芯即可。

盲孔芯8插入白模块的盲孔中时，与白模块接触的所有表面刷涂热熔胶粘接，以固定定位盲孔芯8，然后上涂料烘干。消失模浇注时，由于固定芯9的固定作用，白模块气化后盲孔芯8不会移动。在真空缺氧环境下，高温金属液将盲孔芯8碳化，翻箱后溃散，振动下落，形成表面光洁的盲孔。

对于这种细小盲孔，由于盲孔芯8尺寸小，所以造型时，盲孔芯8最好吊在白模块型腔上方，以防止金属液的冲击和浮力对盲孔芯的不利影响。

需要说明的是，面粉芯的烘干碳化不局限上述温度和时间，尤其是时间参数，与面粉芯厚度和水分蒸发速度有直接关系。与实施例1同样，面粉芯优选铁砂或钢丸与面粉混合，混合比例同实施例1。当采用铁砂或钢丸时，面粉芯表面必须进行碳化发黑，否则金属液与铁砂或钢丸粘接，反而影响孔的表面质量，实施例1也一样。

由于盲孔芯直径小，可以在面粉芯中增加直径Ф2-3的芯骨。但由于芯骨直径小，刚性低，变形大，直线度不易控制，很容易与高温金属液接触，造成接触点熔化粘接，反而给细小盲孔的清理带来麻烦，所以不建议使用。

采用上述方法，可一次铸造出Ф5×12的盲孔，且表面光洁。避免了划线钻孔等工艺流程，缩短了生产时间，提高了生产节奏，降低了生产成本。

实施例3。

在铸件厚大位置处设计有宽12mm，深30mm，长度为100mm的窄槽，常规消失模工艺操作，白模块上一遍涂料，窄槽涂层烘干后在窄槽中塞入树脂砂，然后进行二次上涂料烘干。金属液浇注后，由于窄槽树脂砂砂芯散热条件极差，在真空和高温金属液的联合作用下，树脂砂易于烧结成一体，窄槽清理困难，废品率极高。

使用烘干表面碳化处理面粉芯的办法，可使得窄槽清理简单。首先按照金属的收缩比例确定面粉芯模的结构尺寸，如附图4所示。面粉芯模分为三部分，包括上模11、活块12和下模13，上模11与下模13通过铰接连在一起，绕同一个轴旋转扣合，活块12安装在上模11中，可取出。在上模11和下模13上加工有通气孔，通气孔的作用与实施例2一样。由于窄槽结构与盲孔类似，非贯通结构，所以面粉芯同样分为两部分，一部分为形成窄槽的窄槽芯14，一部分为用来固定面粉芯的固定芯9。与实施例2不同的是，该面粉芯为平板状，尺寸较大，最好放置芯骨增强。

附图4为制作窄槽面粉芯的三个步骤，先将活块12放入上模11中，在下模13中加入面粉揉搓物，面粉揉搓物的组成和比例与实施例1相同。旋下上模11，下模13中的面粉揉搓物压实充满芯腔，如A图所示。打开上模11，取出活块12，将钢网芯骨14放入芯腔中，如B图所示，同时再次放入面粉揉搓物。旋下上模11压实，如C图所示。然后紧固上下模上的手柄，将面粉芯模放入烘干箱内烘干，烘干方法同实施例1。面粉芯碳化后从烘箱内取出面粉芯模，冷却后，打开面粉芯模，取出窄槽面粉芯。

将窄槽面粉芯插入白模块预留的窄槽内，用热熔胶粘接密封，上涂料烘干，组箱造型，浇注，冷却后翻箱，抛丸清理铸件表面涂料后，敲击清理窄槽中的全部碳化的面粉芯。面粉芯脱落后，形成表面光洁的窄槽。

在造型时，窄槽面粉芯的安装位置要考虑金属液充型方向，窄槽面粉芯的板面不要与金属液的充型方向垂直，最好与充型方向平行。这样，放置在白模块底部的窄槽面粉芯可避免金属液的冲击，放置在白模块侧部的窄槽面粉芯可减小浮力的不利影响。

为增加面粉芯的比重，最好采用铁砂或钢丸代替砂粒，这样可以减小金属液的浮力不利影响，减小漂芯概率。采用铁砂或钢丸时，面粉芯表面必须碳化发黑。从砂粒形态而言，优选形状近似球形的铁砂、宝珠砂或天然水洗砂，有利于形成理想的悬浮结构。

三个实施例中，面粉芯均在芯模中碳化，一是保证面粉芯在缺氧环境中碳化，避免有氧环境下面粉的燃烧，保证了面粉芯的表面质量；二是长时间烘干在芯模的约束下进行，可防止面粉芯变形，保证面粉芯的尺寸精确。

三个实施例中，白模块的孔槽尺寸大于面粉芯尺寸，面粉芯插入白模块均采用热熔胶粘接密封，防止涂料渗入，热熔胶可以使用白乳胶等胶类物质替代，也就是说，凡消失模铸造使用的模块粘接胶类均可以替代热熔胶使用，起到粘接和密封作用。另外，当白模块的孔或槽尺寸略小于面粉芯的尺寸，利用白模块的弹性变形将面粉芯插入孔或槽中，白模块牢牢固定面粉芯，上涂料也不会影响孔或槽的铸造质量，这样，可不使用粘接胶密封或固定。

三个实施例不代表本方法的全部，对于附图5所示的喇叭口形的小孔，一般情况下采用消失模很难铸造出来，而且不易加工，采用本方法可以轻松解决。图中的虚线为白模块17的预留孔，面粉芯16中部为喇叭形，与小孔形状相同，面粉芯上下两端为定位固定作用的芯头。

本方法利用碳不浸润金属液的特性获得光洁的表面质量，利用面粉高温碳化丧失粘接能力，易于溃散的特性，使得窄槽长孔清理更为容易，从而获得表面光洁的窄槽或长孔铸件。本方法避免了划线加工，缩短了工艺生产时间，不仅节约了人力成本、时间成本和工序成本，还提高了金属收得率、产品合格率，从而大大降低生产消耗，提高生产效率。

Claims (7)

1.一种窄缝长孔消失模铸造方法，包括下芯、上涂料、烘干、造型等操作，其特征在于：所述下芯是指将烘干表面碳化后的面粉芯插入白模块中的窄缝或长孔中；所述面粉芯由面粉与铁砂、或面粉与钢丸组成，面粉重量为铁砂或钢丸重量的10%-25%，两者用水拌合揉搓均匀后，用芯模挤压成型，铁砂或钢丸悬浮在面粉中；所述烘干表面碳化是指面粉芯在芯模内挤压成型后，在芯模内缺氧环境下受热烘干碳化。

2.根据权利要求1所述的一种窄缝长孔消失模铸造方法，其特征在于：所述铁砂或钢丸由砂粒替代，面粉重量为砂粒重量的1/5-1/2。

3.根据权利要求1所述的一种窄缝长孔消失模铸造方法，其特征在于：所述面粉芯插入白模块中的窄缝或长孔中，用消失模胶粘接密封固定。

4.根据权利要求1所述的一种窄缝长孔消失模铸造方法，其特征在于：所述受热烘干碳化是指烘干温度60-90℃，烘干时间1-2h，碳化温度150-200℃，碳化时间15-30min。

5.根据权利要求1所述的一种窄缝长孔消失模铸造方法，其特征在于：所述芯模上加工有通气孔。

6.根据权利要求1所述的一种窄缝长孔消失模铸造方法，其特征在于：所述面粉芯内放置芯骨。

7.根据权利要求6所述的一种窄缝长孔消失模铸造方法，其特征在于：对于圆柱形面粉芯，所述芯骨为螺纹杆，对于板状面粉芯，所述芯骨为钢网。

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