CN112157217B - 一种具有狭小内腔铸件的熔模铸造方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于熔模铸造领域，具体涉及一种具有狭小内腔铸件的熔模铸造方法。该方法包括以下步骤：1)对铸件蜡模整体进行涂挂、撒砂，在铸件内腔中制作面层型壳以及2‑5层背层型壳；2)将狭小内腔铸件造壳用填充砂填入内腔，捣实，完成内腔的填充，之后继续进行外部型壳的制作；所述狭小内腔铸件造壳用填充砂的组成为：细莫来石砂35‑50％，粗莫来石砂20‑35％，莫来石粉15‑30％，硅溶胶3‑18％；细莫来石砂的粒径为10‑30目，粗莫来石砂的粒径为30‑90目，莫来石粉的粒径为160‑350目。该方法使用湿砂对内腔进行填充后，相对于液态陶瓷浆料具有更好的可充入性，可以制成致密度、强度更高的狭小内腔型壳。

Description

一种具有狭小内腔铸件的熔模铸造方法

技术领域

本发明属于熔模铸造领域，具体涉及一种具有狭小内腔铸件的熔模铸造方法。

背景技术

熔模精密铸造具有表面精度高、可铸造薄壁铸件等优点，被广泛应用到各种大、小铸件的铸造方法中。该技术是利用可熔失的蜡料压制蜡模，制作陶瓷型壳，脱蜡后对陶瓷型壳进行焙烧，最后将熔融的金属浇注入型壳中，待金属凝固、冷却后清壳，即得到所需的铸件。通过对铸型材料以及对铸件成型过程的工艺控制，可获得工作面无需机械加工或只进行局部打磨的近净形铸件。

在大型铸件中通常存在如图1所示的狭小内腔结构，这些狭小内腔结构具有开口小、内腔大、腔内狭长等特点。在使用熔模铸造方法对狭小内腔造壳时，料浆(一般使用硅溶胶涂料)及砂子通常难以流进及流出，特别是在后期涂料时，由于涂料层数增多，开口处通常被封堵，以至于之后的料浆难以进入，造成内腔中型壳厚度小，强度低，在熔炼浇注时由于金属液的冲击，容易造成型壳损坏，进而产生“跑火”、内腔封堵等问题。

现有的解决方式有两种：一种是在后期每次涂料前，将开口处的料浆和砂子使用工具刮下一部分，以便后续料浆、砂子倒入和流出，但是此种方法工序繁琐、耗费时间长，操作不便，型壳质量波动非常大。另一种方法是在蜡模阶段使用陶瓷型芯填充到空腔中，但是陶瓷型芯费用较高，提高了生产成本。

申请公布号为CN102935488A的中国发明专利申请公开了一种熔模铸造中辅助制壳的型壳填充料及用该填充料填充型壳的方法，其是以磷酸二氢铵、石英或熔融石英、氧化镁为填充料，加水制成浆料。在造壳时，先按正常工艺涂挂1-3层，然后浇灌填充浆料，填充以后固化干燥，之后进行外部型壳的正常涂挂。

以上现有技术中，以填充料和水形成的填充浆料也被称为充芯材料，申请公布号为CN109732036A的中国发明专利申请对熔模铸造用充芯材料进行了说明，充芯材料在充型前应为流动性良好的液态浆料，具有延迟固化性。在制作整体熔模时，先将整体熔模先涂挂若干层型壳，在内腔型壳的厚度不足以造成砂料搭桥前，用灌浆成型的方法将陶瓷浆料填充至空腔中，浆料固化、干燥后在干燥坯体的外部进行制壳操作，直至达到所需的型壳厚度。

这种液态陶瓷浆料的灌浆方法在应用时存在以下问题：液态浆料的含水量较高，有可能导致面层型壳返潮，引起剥皮、脱落等现象，会造成铸件缺陷；液态浆料在填充狭小内腔，如直径为5mm作用的腔体时，腔体内的残余空气可能会阻碍浆料的流入而造成部分腔体没有充芯材料填入，该种情况会导致此部分腔体的型壳致密度和强度不够，同样会造成铸造缺陷的产生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种具有狭小内腔铸件的熔模铸造方法，其使用上述填充砂进行狭小内腔造壳，型壳强度高，质量稳定性好。

为实现上述目的，本发明的具有狭小内腔铸件的熔模铸造方法的技术方案是：

一种具有狭小内腔铸件的熔模铸造方法，包括以下步骤：

1)对铸件蜡模整体进行涂挂、撒砂，在铸件内腔中制作面层型壳以及2-5层背层型壳；

2)将狭小内腔铸件造壳用填充砂填入内腔，捣实，完成内腔的填充，之后继续进行外部型壳的制作；

所述狭小内腔铸件造壳用填充砂由以下质量百分比的组分组成：细莫来石砂35-50％，粗莫来石砂20-35％，莫来石粉15-30％，硅溶胶3-18％；细莫来石砂的粒径为10-30目，粗莫来石砂的粒径为30-90目，莫来石粉的粒径为160-350目。

本发明中，熔模铸造工艺中狭小内腔铸件造壳用填充砂，是一种固态湿砂，使用少量的硅溶胶，含水量较少，不会使预先涂挂的面层型壳因返潮而剥皮、脱落。在对5mm左右的狭小内腔进行填充时，相对于液态陶瓷浆料具有更好的可充入性，可以制成致密度、强度更高的狭小内腔型壳。

现有液态陶瓷浆料中硅溶胶占比达到40％左右，除了上述不良影响之外，还表现出以下特点：因硅溶胶含量较多，固态物料含量较少，凝结过程中体积变化明显，会影响型芯的尺寸精度；大量硅溶胶的使用使得充芯材料强度过高而不易清除。相应的，本发明提供的固态湿砂，在后期干燥烧结过程中不会有明显收缩，可保证腔体型壳(型芯)精度。而且硅溶胶的适量使用，既能保证腔体型壳的湿强度，又能保证最终型壳具有一定溃散性，方便清壳。

配方中，莫来石砂为骨料，莫来石粉与硅溶胶配合起到胶结作用，可以减少腔体型壳的干燥及烧结过程中的收缩，避免影响型壳面层质量。

硅溶胶在配方中与莫来石粉配合起到胶结莫来石砂的作用，不同粒度的莫来石砂、莫来石粉、硅溶胶复配，可实现耐火材料的最紧密堆积，提高最终腔体中填充耐火材料的致密度，进而保证型壳具有足够的强度。

可以根据铸件产品腔体结构的宽度尺寸进行莫来石粗砂和细砂的使用比例的调节，在腔体较狭小时，可增加细莫来石砂的使用量；在腔体较大时，可增加粗莫来石砂的用量。

本发明的具有狭小内腔铸件的熔模铸造方法，在使用湿砂对内腔进行填充后无需在后续工序中进行清理型壳浮砂、涂料、撒砂等操作，操作简便，有助于减少工序，所得型壳质量稳定。使用该方法进行造壳，内腔型壳强度增强，在浇注时不会因为金属液冲击而发生型壳破裂等现象。另外，湿砂所用材料均为制备型壳的原有材料，原料易获得，成本较低，经济实用性好。

针对最小宽度为5-10mm左右的内腔，例如，在铸件腔体为5mm宽，20mm长时，可使用以下优选配方：细莫来石砂45-50％，粗莫来石砂20-25％，莫来石粉15-20％，硅溶胶10-15％。更优选的，可用50％的细莫来石砂，20％的粗莫来石砂，20％莫来石粉、10％的硅溶胶进行配料，将所有材料放入容器中，混合均匀后即可填入腔体内。

针对最小宽度10mm左右的内腔，例如，在铸件腔体为15mm宽，100mm长时，可使用以下优选配方：由以下质量百分比的组分组成：细莫来石砂35-40％，粗莫来石砂30-35％，莫来石粉20-30％，硅溶胶5-10％。更优选的，可用35％的细莫来石砂、35％的粗莫来石砂，24％的莫来石粉，6％的硅溶胶进行配料。

配方中涉及的硅溶胶为市售品，其质量分数一般为20-40％。

步骤1)中，内腔型壳按照与金属液距离由近至远的顺序依次为：面层型壳、背层型壳和填充砂形成的填充型壳。面层型壳与金属液直接接触，要求不能与金属液发生反应，其作用是形成致密，光滑的型壳表面，以达到良好的铸件表面质量，以金属液为钛合金为例，其外层型壳的浆料组成为质量分数65％氧化钇粉(325目)、27％二醋酸锆和8％去离子水，撒砂用100目的氧化钇砂，面层型壳一般制作2层。

背层型壳与面层型壳相接触，其主要作用是提供一定的基础强度，其方便后续填充、捣实填充砂时，不会对面层型壳造成破坏。背层型壳的涂挂层数可根据实际情况确定，即如果正常的涂挂、撒砂操作无法顺利进行，在内腔型壳的厚度不足以造成砂料搭桥前进行，一般涂挂2-5层即可(涂挂、撒砂反复进行2-5次)。背层型壳的浆料组成为质量分数65％莫来石粉和35％硅溶胶，撒砂用16-70目的莫来石砂。

优选的，型壳制作中，撒砂所使用的砂为莫来石砂。与熔融石英相比，熔融石英的成本较高，而且在在高温下(约1200℃)会发生析晶，从而影响型芯质量。莫来石砂的成本较低，在1700℃以下不会发生物理、化学变化，性能较稳定，有助于提高型芯质量。而且外部型壳、内腔型壳均采用莫来石砂，可使内外型壳的线膨胀系数保持一致，从而达到较高的适配度。

附图说明

图1为某大型铸件的结构示意图；

图中，1-狭小内腔，2-A口，3-B口。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明的实施方式作进一步说明。

以下实施例中，硅溶胶、莫来石砂、莫来石粉均为熔模铸造领域常规品种，可通过市售常规渠道购买。硅溶胶中SiO₂的质量分数为29-30％。细莫来石砂的粒径为10-30目，粗莫来石砂的粒径为30-90目，莫来石粉的粒径为160-350目。

一、本发明的具有狭小内腔铸件的熔模铸造方法的具体实施例

以下实施例对图1所示的某大型铸件的熔模铸造过程进行说明，其具有狭小内腔1，狭小内腔1具有两端开口：A口2和B口3。

铸件为铝合金材质，面层型壳制备时，浆料的组成为质量分数65％白刚玉粉和35％硅溶胶，撒砂用砂为100目的白刚玉砂。背层型壳制备时，浆料的组成为质量分数65％莫来石粉和35％硅溶胶，撒砂用砂为40-70目的莫来石砂。

实施例1

本实施例的具有狭小内腔铸件的熔模铸造方法，包括以下步骤：

1)对铸件蜡模整体进行面层制备后，再使用背层浆料及莫来石砂对其进行涂挂、撒砂、干燥固化，反复2次之后(相当于背层型壳的层数为2层)，此时，A口已被封堵，将填充砂由B口填入，填充前将B口表面浮砂清理干净，填入同时可辅助工具将填入的填充砂捣实，防止留下间隙；填充完毕后使用泥浆将入口处进行封堵，防止湿砂漏出。之后放置在干燥间进行干燥。

在填充砂填入时，内腔的填入口最小宽度仅5mm左右，使用以下填充砂配方：细莫来石砂50％，粗莫来石砂20％，莫来石粉20％，硅溶胶10％。

2)无需对内腔型壳进行其他操作，继续进行外部型壳的涂挂、撒砂造壳，直至达到设计的型壳厚度。

实施例2

本实施例的具有狭小内腔铸件的熔模铸造方法，包括以下步骤：

1)对铸件蜡模整体进行面层制备后，再使用背层浆料及莫来石砂对其进行涂挂、撒砂、干燥固化，反复4次之后(相当于背层型壳的层数为4层)，将A口用泥浆封堵，将填充砂由B口填入，填充前将B口表面浮砂清理干净，填入同时可辅助工具将填入的填充砂捣实，防止留下间隙；填充完毕后使用泥浆将入口处进行封堵，防止湿砂漏出。之后放置在干燥间进行干燥。

在填充砂填入时，内腔的填入口最小宽度为15mm左右，使用以下填充砂配方：细莫来石砂35％，粗莫来石砂35％，莫来石粉24％，硅溶胶6％。

2)无需对内腔型壳进行其他操作，继续进行外部型壳的涂挂、撒砂造壳，直至达到设计的型壳厚度。

实施例3

本实施例的具有狭小内腔铸件的熔模铸造方法，与实施例1基本相同，区别仅在于：

针对开口为45mm的狭小内腔，所使用的填充砂配方为：细莫来石砂40％，粗莫来石砂35％，莫来石粉20％，硅溶胶5％。

通过以上说明，本发明的具有狭小内腔铸件的熔模铸造方法，适用于最小宽度为5-50mm的狭小内腔的造壳，均可获得良好的造壳效果。

二、实验例

在确定实施例1的熔模铸造方法之前，曾采用使用干砂的方法进行填充，即步骤1)中，采用去除硅溶胶之外的干砂填充，用泥浆封堵开口后，在后续烘烤过程中，随着泥浆干裂会有干砂漏出，导致填充型壳的致密度和强度不够。

而如果采用液态浆料形式进行填充，一方面，含水量较高有可能导致面层型壳返潮，引起剥皮、脱落等现象，会造成铸件缺陷；另一方面，液态浆料在填充狭小内腔，如直径为5mm作用的腔体时，腔体内的残余空气可能会阻碍浆料的流入而造成部分腔体没有充芯材料填入，该种情况会导致此部分腔体的型壳致密度和强度不够，同样会造成铸造缺陷的产生。同时，较高的硅溶胶容量又会导致最终型壳的溃散性差，不仅难以清壳，而且会对内腔尺寸精度造成不良影响。

采用实施例1的方法对狭小内腔(尤其是最小宽度为5-10mm左右的内腔)进行填充，填充性和后期的溃散性具有良好的可操作性，制作出的型壳经浇注后铸件内腔成形率为100％，对成型铸件进行剖切检验，内腔尺寸精度满足GB/T6414中CT6要求。

Claims (2)

1.一种具有狭小内腔铸件的熔模铸造方法，其特征在于，包括以下步骤：

1）对铸件蜡模整体进行涂挂、撒砂，在铸件内腔中制作面层型壳以及2-5层背层型壳；

2）将狭小内腔铸件造壳用填充砂填入内腔，捣实，完成内腔的填充，之后继续进行外部型壳的制作；

所述狭小内腔铸件造壳用填充砂由以下质量百分比的组分组成：细莫来石砂35-40%，粗莫来石砂30-35%，莫来石粉20-30%，硅溶胶5-10%；细莫来石砂的粒径为30-90目，粗莫来石砂的粒径为10-30目，莫来石粉的粒径为160-350目。

2.如权利要求1所述的具有狭小内腔铸件的熔模铸造方法，其特征在于，型壳制作中，撒砂所使用的砂为莫来石砂。

Images