CN111957890B - 一种散热条件可控的模壳制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种散热条件可控的模壳制备方法，在需要进行散热条件调节位置的模壳部位，黏贴与调节位置相应形状的仿形低燃点物质，该仿形低燃点物质上端带有引流管；在模壳制备完成后，仿形低燃点物质脱除形成相应的中空部位，通过引流管在所述中空部位抽真空或填充导热系数不同的材料，控制相应位置的导热系数。本发明操作简单方便，对于铸件的薄壁区域，可使其热传递系数小、散热慢，以保证铸件该处不欠铸、不产生由于温度梯度导致的柱状晶等。对于铸件比较厚大的部位、热节突出的区域，可使其热传递系数大、散热快，以避免铸件在该处的疏松。

Description

一种散热条件可控的模壳制备方法

技术领域

本发明属于精密铸造、熔模铸造领域，尤其是涉及一种散热条件可控的模壳制备方法。

背景技术

在熔模精密铸造领域中，模壳制备是精密铸造中铸件成型的关键工序之一，模壳的好坏一定程度上决定了铸件的好坏。模壳作为熔模精密铸造中承接高温金属液的型腔，其质量不仅仅决定着铸件的尺寸，同时对铸件的冶金质量有着极大的影响。

目前模壳的制备方式是均匀制备模壳，通过对蜡模整体的沾浆和淋砂得到厚度整体较统一的模壳，但这种整体厚度均匀一致的模壳无法满足对铸件凝固过程中散热的控制。对于铸件的薄壁区域，需要热传递系数小，散热慢，以保证铸件该处不欠铸、不产生由于温度梯度导致的柱状晶等。对于铸件比较厚大的部位、热节突出的区域，需要热传递系数大，散热快，以避免铸件在该处的疏松。目前的模壳制备方式无法实现对铸件局部散热条件的控制。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，克服现有技术的不足，提供一种简洁方便、散热条件可控的模壳制备方法，所得模壳用于铸造铸件，可改善铸件冶金质量，使所得铸件不欠铸、不产生由于温度梯度导致的柱状晶，避免铸件疏松。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

一种散热条件可控的模壳制备方法，在模壳需要进行散热条件调节位置的部位，黏贴与调节位置相应形状的仿形低燃点物质，该仿形低燃点物质上端带有引流管(引流管的材质与仿形低燃点物质相同)；在模壳制备完成后，仿形低燃点物质脱除形成相应的中空部位，通过引流管在所述中空部位抽真空或填充与模壳导热系数不同的材料，控制相应位置的导热系数。

具体步骤如下：

步骤1：制备蜡模。

步骤2：配制模壳所需的浆料和砂料，并完成中空部位之前层数的制备，n表示最终模壳的层数，n≥6；在第4～(n-1)层中的一层制备中空部位；

如最终模壳的层数为6，则可选择在第4～5层中的一层制备中空部位，如在第4 层制备中空部位，则先完成前3层模壳的制备。

必须先制备3层以上模壳后才能制作中空层。

步骤3：在需要进行散热条件调整的位置，黏贴与调节位置相应形状的仿形低燃点物质，该仿形低燃点物质上端带有引流管；

本步骤中，需要进行散热条件调整的位置，对于铸件的薄壁区域，需要热传递系数小，散热慢，以保证铸件该处不欠铸、不产生由于温度梯度导致的柱状晶等。对于铸件比较厚大的部位、热节突出的区域，需要热传递系数大，散热快，以避免铸件在该处的疏松。

进一步，引流管延伸出模壳的设计位置之外。以避免模壳后续制备过程中将引流管堵住。

所述低燃点物质的燃烧温度优选为100－600℃。所述低燃点物质优选蜡料块或泡沫块。

低燃点物质选择蜡料块时，引流管开口方向与模壳制备过程中的蜡料块的脱蜡方向一致(以便将蜡料块脱去)；低燃点物质选择泡沫块时，泡沫块无需通过引流管脱除，在步骤7的模壳预焙烧阶段焙烧完全，引流管用于模壳制备完成后抽真空或填充与模壳导热系数不同的材料，对开口方向无特殊要求。

进一步，低燃点物质选择蜡料块时，引流管开口方向与重力方向一致。

步骤4：完成后续层数的模壳制备。

步骤5：等待模壳完全干燥后，将超出模壳设计位置之外的部分引流管切断。

步骤6：蒸汽脱蜡。

蒸汽脱蜡可将模壳型腔中的蜡料脱去。

步骤3中放置的仿形低燃点物质如采用泡沫，在步骤6蒸汽脱蜡步骤中无法脱除；步骤3中放置的仿形低燃点物质如采用蜡块料，在步骤6蒸汽脱蜡步骤中通过引流管脱除，蜡块料脱除后，蜡块料位置处形成中空部位。

步骤7：模壳预焙烧，将仿形低燃点物质和模壳型腔中的残留蜡料完全去除，形成散热条件可控的模壳初品。

步骤3中放置的仿形低燃点物质如采用泡沫，在步骤7中燃烧后，再通过引流管除去；步骤3中放置的仿形低燃点物质如采用蜡块料，在步骤6脱去蜡料后，在步骤7中完全去除残留蜡料。

步骤8：①对于将模壳应用于真空环境下进行浇注的情况，中空部位的空气通过引流管形成气流通道，抽真空时，中空部位的空气通过气流通道流出而形成真空部位，进而减小中空部位的导热系数，减缓中空部位的散热。

②当真空部位减小的导热系数仍无法满足工艺要求时，或者模壳在大气条件下进行浇注无法形成真空部位时，可通过引流管向中空部位中充填保温材料(如氧化硅型芯浆料、氧化铝型芯浆料)在模壳中形成蓄热层，极大的减小该处的导热系数或者形成绝热层。

③当铸件需要增加导热系数、加快散热时，可通过引流管向中空部位中填充导热系数大于模壳的材料(如金属粉浆料，优选铝粉浆料或铜粉浆料)在模壳中形成冷却层，极大的增加该处的导热系数，达到该处位置快速冷却的效果。

④对于复杂结构的铸件，有的位置需要散热慢，有的位置需要散热快，可以制作多个中空部位，填充不同的物质，形成不同的导热系数。

本发明的有益效果：

本发明操作简单方便，可以根据铸件特点对模壳不同位置进行导热系数的调整，形成导热系数可控的模壳。几乎不影响整体模壳的强度。

在制备厚度均匀一致的模壳的制备过程中，对于铸件的薄壁区域等需要热传递系数小、散热慢的相对应的位置处以及铸件比较厚大的部位、热节突出的区域等需要热传递系数大、散热快的相对应的位置处，即散热条件调节位置，黏贴与该位置处形状相对应的仿形低燃点物质，并在仿形低燃点物质上装设引流管，引流管开口方向与模壳制备过程中的蜡料块的脱蜡方向一致(以便将蜡料块脱去)；通过制壳和脱蜡后，形成模壳，仿形低燃点物质随制备模壳的工艺过程而脱除并形成相应的中空部位，通过引流管真空抽吸以使中空部位形成真空，和\或通过引流管向中空部位填充导热系数不同于模壳的材料，进而控制中空部位的导热系数，实现铸件局部散热条件的控制，确保铸件的薄壁区域的热传递系数小、散热慢，以保证铸件该处不欠铸、不产生由于温度梯度导致的柱状晶等；确保铸件比较厚大的部位、热节突出的区域，热传递系数大、散热快，以避免铸件在该处的疏松。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例1的蜡模示意图；

图2为本发明实施例1的制备前3层模壳后的蜡模示意图；

图3为本发明实施例1的需要调整散热条件的部位增加仿形蜡料块后的示意图；

图4为本发明实施例1的带有仿形蜡料块位置制壳后模壳局部示意图；

图5为本发明实施例1的将引流管处蜡模及模壳切割后模壳局部示意图；

图6为本发明实施例1脱蜡后的模壳局部示意图；

图7为未采用本发明方案叶片成型后的图片，可见叶片排气边欠铸严重；

图8为采用本发明实施例1方案改进后叶片成型后的图片，可见改进后叶片充型完整不欠铸。

图中，1为引流管，2为仿形蜡料块，3为模壳，4为蜡模，5为中空部位。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

实施例1：

本实施例之散热条件可控的模壳制备方法，步骤如下：

步骤1：制备蜡模；如图1所示；

步骤2：配制模壳所需的浆料和砂料，并完成前3层模壳的制备(n表示最终模壳的层数,n＝7)，如图2所示；在第4层制备中空部位；

步骤3：在需要进行散热条件调整的位置，黏贴与调节位置相应形状的仿形蜡料块2，该仿形蜡料块2上端带有引流管1，引流管1开口方向与模壳制备过程中的蜡料块2的脱蜡方向一致(以便将蜡料块脱去)，如图3所示；

引流管延伸出模壳的设计位置之外，以避免模壳后续制备过程中将引流管堵住；

步骤4：完成后续层数的模壳制备，如图4所示。

步骤5：等待模壳完全干燥后，将超出模壳设计位置之外的部分引流管切断，如图5所示。

步骤6：蒸汽脱蜡，将模壳型腔中的蜡料和仿形蜡料块脱去；

在此步骤中将仿形蜡料块通过引流管脱去，仿形蜡料块位置处形成中空部位5；

步骤7：模壳预焙烧，将仿形蜡料块和模壳型腔中的残留蜡料完全去除，形成散热条件可控的模壳初品，如图6所示。

步骤8：对于在真空环境下进行浇注的模壳，中空部位5的空气通过引流管1形成的通道，在设备进行抽真空时，形成真空部位，可以大幅度减小该处的导热系数，减缓该处的散热。

图7为改进前叶片成型后的图片，可见叶片排气边欠铸严重；图8为采用本实施例方案改进后叶片成型后的图片，可见改进后叶片充型完整。

在制备厚度均匀一致的模壳的制备过程中，对于铸件的薄壁区域等需要热传递系数小、散热慢的相对应的位置处，即散热条件调节位置，黏贴与该位置处形状相对应的仿形蜡料块，并在仿形蜡料块上装设引流管，引流管开口方向与模壳制备过程中的蜡料块的脱蜡方向一致(以便将蜡料块脱去)；通过制壳和脱蜡后，形成模壳，仿形蜡料块随制备模壳的工艺过程而脱除并形成相应的中空部位，通过引流管真空抽吸以使中空部位形成真空部位，进而控制中空部位的导热系数，实现铸件局部散热条件的控制，确保铸件的薄壁区域的热传递系数小、散热慢，以保证铸件该处不欠铸、不产生由于温度梯度导致的柱状晶等。

实施例2：

本实施例之散热条件可控的模壳制备方法，步骤如下：

步骤1：制备蜡模；

步骤2：配制模壳所需的浆料和砂料，并完成前4层模壳的制备(n表示最终模壳的层数，n＝8)；在第5层制备中空部位；

步骤3：在需要进行散热条件调整的位置，黏贴与调节位置相应形状的仿形泡沫块，该仿形泡沫块上端带有引流管，泡沫块无需通过引流管脱除，在步骤7的模壳预焙烧阶段焙烧完全，引流管用于模壳制备完成后抽真空或填充与模壳导热系数不同的材料，对开口方向无特殊要求。

引流管延伸出模壳的设计位置之外，以避免模壳后续制备过程中将引流管堵住；

步骤4：完成后续层数的模壳制备。

步骤5：等待模壳完全干燥后，将超出模壳设计位置之外的部分引流管切断；

步骤6：蒸汽脱蜡，将模壳型腔中的蜡料脱去；

步骤7：模壳预焙烧，将仿形泡沫块和模壳型腔中的残留蜡料完全去除，形成散热条件可控的模壳初品。

仿形泡沫块燃烧后，再通过引流管除去。

步骤8：本实施例中，中空部位抽真空时，真空部位减小的导热系数仍无法满足工艺要求，或者模壳在大气条件下进行浇注无法形成真空部位，本实施例向中空部位中充填蓄热系数较高的保温材料氧化硅型芯浆料在模壳中形成蓄热层，极大的减小该处的导热系数或者形成绝热层。

在制备厚度均匀一致的模壳的制备过程中，对于铸件的薄壁区域等需要热传递系数小、散热慢的相对应的位置处，即散热条件调节位置，黏贴与该位置处形状相对应的仿形泡沫块，并在仿形泡沫块上装设引流管；通过制壳和脱蜡后，形成模壳，仿形泡沫块随制备模壳的工艺过程而脱除并形成相应的中空部位，通过引流管真空抽吸以使中空部位形成真空，或通过引流管向中空部位填充导热系数不同于模壳的材料，进而控制中空部位的导热系数，实现铸件局部散热条件的控制，确保铸件的薄壁区域的热传递系数小、散热慢，以保证铸件该处不欠铸、不产生由于温度梯度导致的柱状晶等。

实施例3：

本实施例之散热条件可控的模壳制备方法，步骤如下：

步骤1：制备蜡模；

步骤2：配制模壳所需的浆料和砂料，并完成前4层模壳的制备(最终模壳的层数，n＝7)；在第5层制备中空部位；

步骤3：在需要进行散热条件调整的位置，在该处黏贴与调节位置相应形状的仿形蜡料块，该仿形蜡料块上端带有引流管，引流管开口方向与模壳制备过程中的蜡料块的脱蜡方向一致(引流管开口方向与重力方向一致，以便将蜡料块脱去)；

引流管延伸出模壳的设计位置之外，以避免模壳后续制备过程中将引流管堵住；

步骤4：完成后续层数的模壳制备；

步骤5：等待模壳完全干燥后，将超出模壳设计位置之外的部分引流管切断；

步骤6：蒸汽脱蜡，将模壳型腔中的蜡料和仿形蜡料块脱去；

将仿形蜡料块通过引流管脱去，仿形蜡料块位置处形成中空部位。

步骤7：模壳预焙烧，将仿形蜡料块和模壳型腔中的残留蜡料完全去除，形成散热条件可控的模壳初品；

步骤8：本实施例铸件需要增加导热系数、加快散热，中空部位抽真空后形成真空部位，向真空部位中填充导热系数大于模壳的材料(铝粉浆料)在模壳中形成冷却层，极大的增加该处的导热系数，达到该处位置快速冷却的效果。

在制备厚度均匀一致的模壳的制备过程中，对于铸件的比较厚大的部位、热节突出的区域等需要热传递系数大、散热快的相对应的位置处，即散热条件调节位置，黏贴与该位置处形状相对应的仿形蜡料块，并在仿形蜡料块上装设引流管，引流管开口方向与模壳制备过程中的蜡料块的脱蜡方向一致(以便将蜡料块脱去)；通过制壳和脱蜡后，形成模壳，仿形蜡料块随制备模壳的工艺过程而脱除并形成相应的中空部位，通过引流管真空抽吸以使中空部位形成真空，并通过引流管向中空部位填充导热系数大于模壳的材料，进而控制中空部位的导热系数，实现铸件局部散热条件的控制，确保铸件比较厚大的部位、热节突出的区域，热传递系数大、散热快，以避免铸件在该处的疏松。

实施例4：

本实施例之散热条件可控的模壳制备方法，步骤如下：

步骤1：制备蜡模；

步骤2：配制模壳所需的浆料和砂料，并完成前4层模壳的制备(n表示最终模壳的层数，n＝8)；在第5层制备中空部位；

步骤3：本实施例有两处需要进行散热条件调整的位置，其中一处需要增加导热系数，另一处需要增加蓄热系数；在该两处位置黏贴与调节位置相应形状的仿形蜡料块，该仿形蜡料块上端带有引流管，引流管开口方向与模壳制备过程中的蜡料块的脱蜡方向一致(以便将蜡料块脱去)；

引流管延伸出模壳的设计位置之外，以避免模壳后续制备过程中将引流管堵住；

步骤4：完成后续层数的模壳制备；

步骤5：等待模壳完全干燥后，将超出模壳设计位置之外的部分引流管切断；

步骤6：蒸汽脱蜡，将模壳型腔中的蜡料和仿形蜡料块脱去；

将仿形蜡料块通过引流管脱去，仿形蜡料块位置处形成中空部位；

步骤7：模壳预焙烧，将仿形蜡料块残留蜡料和模壳型腔中的残留蜡料完全去除，形成散热条件可控的模壳初品；

步骤8：本实施例有两处需要进行散热条件调整的位置，其中一处需要增加导热系数，另一处需要增加蓄热系数；

在需要增加蓄热系数的位置，先通过引流管对中空部位抽真空形成真空部位，再向真空部位中充填保温材料氧化铝型芯浆料，在模壳中形成蓄热层，极大的减小该处的导热系数或者形成绝热层；

在需要增加导热系数的位置，通过引流管向中空部位中填充导热系数较大的材料铜粉浆料，在模壳中形成冷却层，极大的增加该处的导热系数，达到该处位置快速冷却的效果。

在制备厚度均匀一致的模壳的制备过程中，对于铸件的薄壁区域等需要热传递系数小、散热慢的相对应的位置处以及铸件比较厚大的部位、热节突出的区域等需要热传递系数大、散热快的相对应的位置处，即散热条件调节位置，黏贴与该位置处形状相对应的仿形低燃点物质，并在仿形低燃点物质上装设引流管，引流管开口方向与模壳制备过程中的蜡料块的脱蜡方向一致(以便将蜡料块脱去)；通过制壳和脱蜡后，形成模壳，仿形低燃点物质随制备模壳的工艺过程而脱除并形成相应的中空部位，通过引流管真空抽吸以使中空部位形成真空，通过引流管向中空部位填充导热系数不同于模壳的材料，进而控制中空部位的导热系数，实现铸件局部散热条件的控制，确保铸件的薄壁区域的热传递系数小、散热慢，以保证铸件该处不欠铸、不产生由于温度梯度导致的柱状晶等；确保铸件比较厚大的部位、热节突出的区域，热传递系数大、散热快，以避免铸件在该处的疏松。

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 (7)

1.一种叶片模壳制备方法，其特征在于，

在模壳需要进行散热条件调节位置的部位，黏贴与调节位置相应形状的仿形低燃点物质，该仿形低燃点物质上端带有引流管；

在模壳制备完成后，仿形低燃点物质脱除形成相应的中空部位，通过引流管在所述中空部位中抽真空或填充与模壳导热系数不同的材料，控制相应位置的导热系数；

得到模壳初品后，对于将模壳应用于真空环境下进行浇注的情况，中空部位的空气通过引流管形成气流通道，抽真空时，中空部位的空气通过气流通道流出而形成真空部位，进而减小中空部位的导热系数，减缓中空部位的散热；

得到模壳初品后，当中空部位抽真空形成真空部位减小的导热系数无法满足工艺要求时，或者模壳在大气条件下进行浇注无法形成真空部位时，通过引流管向中空部位中充填保温材料在模壳中形成蓄热层，减小该处的导热系数或者形成绝热层；所述保温材料为氧化硅型芯浆料或氧化铝型芯浆料。

2.根据权利要求1所述的叶片模壳制备方法，其特征在于，具体步骤如下：

步骤1：制备蜡模；

步骤2：配制模壳所需的浆料和砂料，并完成中空部位之前层数的制备，n表示最终模壳的层数，n≥6；在第4～(n-1)层中的一层制备中空部位；

步骤3：在需要进行散热条件调节的位置，黏贴与调节位置相应形状的仿形低燃点物质，该仿形低燃点物质上端带有引流管；

步骤4：完成后续层数的模壳制备；

步骤5：等待模壳完全干燥后，将超出模壳设计位置之外的部分引流管切断；

步骤6：蒸汽脱蜡；

蒸汽脱蜡将模壳型腔中的蜡料脱去；

步骤7：模壳预焙烧，将仿形低燃点物质和模壳型腔中的残留蜡料完全去除，形成叶片模壳初品。

3.根据权利要求2所述的叶片模壳制备方法，其特征在于，步骤2中，n≥7。

4.根据权利要求2或3所述的叶片模壳制备方法，其特征在于，

步骤3中，引流管延伸出模壳的设计位置之外；

步骤3中，所述低燃点物质的燃烧温度为100－600℃；

步骤3中，所述低燃点物质为蜡料块或泡沫块。

5.根据权利要求4所述的叶片模壳制备方法，其特征在于，低燃点物质选择蜡料块时，引流管开口方向与模壳制备过程中的蜡料块的脱蜡方向一致；低燃点物质选择泡沫块时，泡沫块无需通过引流管脱除，在步骤7的模壳预焙烧阶段焙烧完全，引流管用于模壳制备完成后抽真空或填充与模壳导热系数不同的材料，对方向无要求。

6.根据权利要求5所述的叶片模壳制备方法，其特征在于，低燃点物质选择蜡料块时，引流管开口方向与重力方向一致。

7.根据权利要求4所述的叶片模壳制备方法，其特征在于，步骤3中放置的仿形低燃点物质如采用泡沫，在步骤6蒸汽脱蜡步骤中无法脱除；步骤3中放置的仿形低燃点物质如采用蜡块料，在步骤6蒸汽脱蜡步骤中通过引流管脱除，蜡块料脱除后，蜡块料位置处形成中空部位。

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