CN114273609A - 一种中大型精密铸件组壳铸造工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铸造造型工艺技术领域，具体公开了一种中大型精密铸件组壳铸造工艺，依次包括制模、薄膜加热、薄膜成型、浸涂浆液、组壳、放砂箱、加砂振实、盖模、冶炼、浇铸、起模、冷却脱壳等步骤；该方法通过对温度、重力、压力、真空、振动等物理“场”理论的综合运用，充分挖掘利用“壳”的技术优势，开发适宜不同行业、不同材质、不同结构的金属产品工艺技术，并打造提供先进成形“壳”的产品、材料、装备及金属产品的开发、试制、产业化应用研究与推广的整体化解决方案。

Description

一种中大型精密铸件组壳铸造工艺

技术领域

本发明涉及铸造造型工艺技术领域，尤其是涉及一种中大型精密铸件组壳铸造工艺。

背景技术

气化模铸造工艺是气化模-精铸-振动紧实、负压浇注复合工艺，它集中了实型铸造、熔模精密铸造和负压造型三种工艺的特长，具有独特的优点。该工艺适用于各种合金的少或无余量精密铸件的生产，目前已生产出重达450kg的精铸件。该工艺由于釆用浇注前失模技术，淸除了实型铸造因浇注过程中将模气化而引起的铸件表面增碳问题，故适用于包括低碳钢和合金钢在内的所有合金的铸造。该工艺共有如下优点，(1)填充砂只使用干燥原砂，不需粘结剂，大大降了造型材料成本；(2)工艺设计不需拔模斜度，可最大限度地减少铸件壁厚；(3)铸件可在铸型中任意放置，以达到最佳的补缩；(4)取消了制芯工序、铸型的合箱锁紧工序、震动落砂工序，以及各工序相应的设备，减少了生产线投资成本；(5)消除了灰尘、烟气和噪声，改善了工作环境；(6)所用设备远较熔摸铸造工艺简单；(7)提高了铸件质置，从而提升了铸件的价值。由于这种工艺具有许多显而易见的优点，赢得了铸造界的关注，被认为是铸造行业具有广阔发展前途的一项突破性铸造工艺。

如公告号CN108889907B公开一种用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法，采用制作的特殊壳型，能够铸造高质量，无增碳、气孔、夹渣、皱皮等缺陷的铸件，能满足高档、复杂结构、精密铸件要求的，绿色、环保、无污染的用于铸造高端大型精密铸件的铸造方法，包括制模、在白模表面涂覆壳型涂料并干燥处理、熔模制壳、壳型装箱、负压浇注等步骤。

然而，该工艺中采用制作模壳的材料成本高，且烧壳过程采用的温度高，模壳破碎率高，大大增加了制作成本。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供一种中大型精密铸件组壳铸造工艺，通过对温度、重力、压力、真空、振动等物理“场”理论的综合运用，充分挖掘利用“壳”的技术优势，开发适宜不同行业、不同材质、不同结构的金属产品工艺技术，并打造提供先进成形“壳”的产品、材料、装备及金属产品的开发、试制、产业化应用研究与推广的整体化解决方案。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种中大型精密铸件组壳铸造工艺，包括以下步骤：

1)制模，利用机加工工艺得到模样，把模样放在一块中空的型板上，模样上开有大量的通气孔，当真空作用时，这些孔有助于使塑料薄膜紧贴在模样上；

2)薄膜加热，将拉伸率大、塑性变形率高的塑料薄膜用加热器加热软化。加热温度一般在80～120℃；

3)薄膜成型，将软化的薄膜覆盖在模样表层上，通过空气孔，在200～400mmHg的真空吸力下，使薄膜紧贴在模型表面；

4)浸涂浆液，将步骤3得到的模样进行面层浸涂浆液，然后进行干燥烘干，使模样粘附厚度为0.2-0.5mm的面层，面层浆液的主要成分为粘结剂、粉状耐火材料、润湿剂和消泡剂；然后将模样继续进行过渡层浸涂浆液，然后进行干燥烘干，使模样粘附厚度为0.5mm的过渡层，过渡层浆液的主要成分为粘结剂、粉状耐火材料和润湿剂；再将模样继续进行背层浸涂浆液，然后进行干燥烘干，使模样粘附厚度不小于0.5mm的背层，背层浆液的主要成分为粘结剂、粉状耐火材料、润湿剂和纤维素；

5)组壳，将经过步骤1-4处理得到模样表面的壳与模样分离，得到半芯壳；通过步骤1-4，得到剩余的半芯壳；将两块或两块以上的半芯壳粘接，形成完整的模壳；

6)放砂箱，将步骤5得到的模壳置入用于真空铸造的专用砂箱中；

7)加砂振实，将步骤6得到的砂箱内加入粒度为100～200目的干砂，然后进行微振，使砂子流动与模壳的各个部位接触，并使砂子紧实至较高的密度；

8)盖模，在步骤7的得到砂型开浇口杯，刮平砂层表面，盖上塑料薄膜；

9)冶炼，利用冶炼炉进行原材料熔炼，得到符合要求的配方和性能要求的金属液；

10)浇铸，将步骤9得到的金属液从底部取液，在微真空的环境下通过浇口将金属液浇注到模壳内，模壳内的气体夹杂沿模壳和砂型中的微孔由负压排出；

11)起模，将步骤10浇铸后的砂箱不断进行抽真空，在大气压力的作用下使铸型硬化；然后释放负压箱真空，砂箱经适当的冷却时间以后取消真空恢复常压状态，使自由流动的砂子流出，存下一个没有砂块，无机械粘砂的带模壳铸件；

12)冷却脱壳，步骤11得到的带模壳铸件在空气中自然冷却过程中，大部分模壳自行逐渐破碎，脱离模型；然后由手工处理未自动脱落的模壳，并对铸件进行清洁，得到符合要求的精密铸件。

进一步的，步骤4中，粉状耐火材料为莫来粉、石英粉和高铝粉的任意一种或任意组合。

进一步的，步骤4中，粉状耐火材料的粒度为200-325目。

进一步的，步骤4中，背层的厚度为0.5-1mm。

进一步的，步骤10至步骤12中，所述真空状态为有真空泵保持的压力为-0.03MPa。

本发明的有益效果是：

本发明的先进成形“壳”工艺技术，是在继承和发扬中国传统精密铸造成型工艺基础上，融合融模、V法、消失模于一体的技术，在“为成形制造持续创造物理和无机化学新作用”理念的指导下，通过对温度、重力、压力、真空、振动等物理“场”理论的综合运用，充分挖掘利用“壳”的技术优势，开发适宜不同行业、不同材质、不同结构的金属产品工艺技术，并打造提供先进成形“壳”的产品、材料、装备及金属产品的开发、试制、产业化应用研究与推广的整体化解决方案。

具体实施方式

下面对本发明实施例中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做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种中大型精密铸件组壳铸造工艺，包括以下步骤：

1)制模，利用机加工工艺得到模样，把模样放在一块中空的型板上，模样上开有大量的通气孔，当真空作用时，这些孔有助于使塑料薄膜紧贴在模样上；

2)薄膜加热，将拉伸率大、塑性变形率高的塑料薄膜用加热器加热软化。加热温度一般在80～120℃；

3)薄膜成型，将软化的薄膜覆盖在模样表层上，通过空气孔，在200～400mmHg的真空吸力下，使薄膜紧贴在模型表面；

4)浸涂浆液，将步骤3得到的模样进行面层浸涂浆液，然后进行干燥烘干，使模样粘附厚度为0.2-0.5mm的面层，面层浆液的主要成分为粘结剂、粉状耐火材料、润湿剂和消泡剂；然后将模样继续进行过渡层浸涂浆液，然后进行干燥烘干，使模样粘附厚度为0.5mm的过渡层，过渡层浆液的主要成分为粘结剂、粉状耐火材料和润湿剂；再将模样继续进行背层浸涂浆液，然后进行干燥烘干，使模样粘附厚度不小于0.5-1mm的背层，在体积较大的铸件铸造中，也可以通过增加背层的厚度增加模壳的强度，背层浆液的主要成分为粘结剂、粉状耐火材料、润湿剂和纤维素；上述粉状耐火材料为莫来粉、石英粉和高铝粉的任意一种或任意组合；粉状耐火材料的粒度为200-325目。在本步骤中，也可以在背层沾浆后撒上一层细砂，所述细砂为铸造中常用的莫来砂、石英砂或高铝质砂的任意一种或任意组合，并重复背层沾浆、撒砂和烘干，完成背层制作；本工艺中，含砂的模壳为精壳，不含砂的模壳为浆壳。

5)组壳，将经过步骤1-4处理得到模样表面的壳与模样分离，得到半芯壳；通过步骤1-4，得到剩余的半芯壳；将至少两块半芯壳粘接，形成完整的模壳；将模壳送入熔炉中，分别进行75-100℃预热、135-150℃深度预热、200-220℃液融模样、250-280℃深度液融模样，每个阶段保温15-30分钟，进行低温多阶段模样液化烧壳；本工艺采用较低的温度实现模壳的干燥成型，使模壳结构更加紧密、牢固，并使模壳内部含水量降低，有效的克服了现有技术模壳在脱模步骤中报废率高的问题，低温多阶段模样液化制壳，无高温气化烟的产生，极大的减少了气味的出现，环保过程中用的除尘设备投资小，工序简单，利于环保，节能效果显著；模壳脱水过程中不开裂，不易破碎，成型率高。为进一步增加模壳的强度，也可以在进行低温多阶段模样液化烧壳后，将模壳置入675-725℃熔炉中焙烧，通过进一步的焙烧，有助于去除模壳中的结构水。

6)放砂箱，将步骤5得到的砂箱内加入粒度为100～200目的干砂，这种干砂填充效率较好，然后进行微振，使砂子流动与模壳的各个部位接触，并使砂子紧实至较高的密度；

7)加砂振实，将步骤6得到的砂箱内加入粒度为100～200目的干砂，然后进行微振，使砂子流动与模壳的各个部位接触，并使砂子紧实至较高的密度；

8)盖模，在步骤7的得到砂型开浇口杯，刮平砂层表面，盖上塑料薄膜；

9)冶炼，利用冶炼炉进行原材料熔炼，得到符合要求的配方和性能要求的金属液；本步骤可与步骤1-6同步进行。

10)浇铸，将步骤9得到的金属液从底部取液，通常底部为纯净且无杂质的金属液，利用真空泵使砂箱内的压力保持为-0.03MPa，在此真空的环境下通过浇口将金属液浇注到模壳内，模壳内的气体夹杂沿模壳和砂型中的微孔由负压排出；此过程在微真空的环境下进行，避免了金属液与外部空气接触，从而大大提高了零件的成品率和零件质量；

11)起模，将步骤10浇铸后的砂箱不断进行抽真空，保持真空度保持在-0.03MPa，使铸型在大气压力的作用下硬化；然后释放负压箱真空，砂箱经适当的冷却时间以后取消真空恢复常压状态，使自由流动的砂子流出，存下一个没有砂块，无机械粘砂的带模壳铸件；

12)冷却脱壳，步骤11得到的带模壳铸件在空气中自然冷却过程中，大部分模壳自行逐渐破碎，脱离模型；然后由手工处理未自动脱落的模壳，并对铸件进行清洁，得到符合要求的精密铸件。

本工艺的核心在于在铸造过程中采用了抗弯强度不小于0.25-0.1MPa，透气性不低于35-55％的具有中空空腔的模壳，模壳的空腔为铸件的形状。壳的强度检测方法为，在壳上选取100*50*5的长条状检验片，利用覆膜砂检验机测试抗弯抗剪强度评价，抗弯强度不小于0.25-0.1MPa，透气性的检测方法为，在壳上选取直径为55的圆片，在砂柱砂型透气性检验装备上测试，透气性不低于35-55％。

本申请的先进成形“壳”工艺技术，是在继承和发扬中国传统精密铸造成型工艺基础上，融合融模、V法、消失模于一体的技术，在“为成形制造持续创造物理和无机化学新作用”理念的指导下，通过对温度、重力、压力、真空、振动等物理“场”理论的综合运用，充分挖掘利用“壳”的技术优势，开发适宜不同行业、不同材质、不同结构的金属产品工艺技术，并打造提供先进成形“壳”的产品、材料、装备及金属产品的开发、试制、产业化应用研究与推广的整体化解决方案。

采用本工艺浇注的铸件砂眼气孔少、产品密实度高、表面光洁、轮廓清晰、尺寸准确；其二，节能高效清洁生产，本工艺使用的干砂可以反复利用，不用烘型，耗煤减少，但由于长期真空机作业，耗电量稍有增加，但极大的减少粉尘，节约人力资本，使得铸造工作更加有效，节约劳动力和极大降低劳动强度，在浇注过程中不产生有害气体，真正实现环保生产。

本工艺在生产过程中，只有在模壳烧制过程中有气味，在此过程中产生的气体可以经过水过滤处理消除，其余材料经过利用后收集粉碎作为耐火材料焙层用料，没有固废。

而且本工艺在进行500牌号以上球墨铸铁件铸造，特别是550-06球墨铸铁件铸造时，经过实际铸造过程中发现，在负压成形，壳和包住砂状态下冷却，进行铸造过程中，Mn含量≤0.2％，Cu含量≤0.35％即可实现要求的机械性能，力学性能。而现有技术为保证珠光体的稳定产生，一般需要Mn含量0.35-0.55％，Cu含量0.3-0.6％，因此本技术有效的降低了Mn和Cu的含量，降低了铸造成本。

由于铸件模壳具有一定强度，使得采用本工艺的铸件可以采用垂直浇铸，有利于铸件的成形，有利于铸件的补缩，并使得铸件更加紧实。

另外，真空抽气系统是由真空泵、稳压罐、除尘罐及阀门链接管道所组成。真空泵的真空度及抽气量的选择为V法造型成败的关键。稳压罐是一个密封容器，其作用主要是稳定真空系统压力，缓冲系统压力对造型的影响，同时也起到过滤粉尘的作用。沙箱长时间的回用及浇注铁水对沙箱过滤网的破坏极易造成破损，砂子被吸入真空泵内造成损，最好在进入真空泵前增加除尘器，连接除尘罐最后进入真空泵，以保证真空泵的使用寿命。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其他修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (5)

1.一种中大型精密铸件组壳铸造工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)制模，利用机加工工艺得到模样，把模样放在一块中空的型板上，模样上开有大量的通气孔，当真空作用时，这些孔有助于使塑料薄膜紧贴在模样上；

2)薄膜加热，将拉伸率大、塑性变形率高的塑料薄膜用加热器加热软化。加热温度一般在80～120℃；

3)薄膜成型，将软化的薄膜覆盖在模样表层上，通过空气孔，在200～400mmHg的真空吸力下，使薄膜紧贴在模型表面；

4)浸涂浆液，将步骤3得到的模样进行面层浸涂浆液，然后进行干燥烘干，使模样粘附厚度为0.2-0.5mm的面层，面层浆液的主要成分为粘结剂、粉状耐火材料、润湿剂和消泡剂；然后将模样继续进行过渡层浸涂浆液，然后进行干燥烘干，使模样粘附厚度为0.5mm的过渡层，过渡层浆液的主要成分为粘结剂、粉状耐火材料和润湿剂；再将模样继续进行背层浸涂浆液，然后进行干燥烘干，使模样粘附厚度不小于0.5mm的背层，背层浆液的主要成分为粘结剂、粉状耐火材料、润湿剂和纤维素；

5)组壳，将经过步骤1-4处理得到模样表面的壳与模样分离，得到半芯壳；通过步骤1-4，得到剩余的半芯壳；将至少两块半芯壳粘接，形成完整的模壳；

6)放砂箱，将步骤5得到的模壳置入用于真空铸造的专用砂箱中；

7)加砂振实，将步骤6得到的砂箱内加入粒度为100～200目的干砂，然后进行微振，使砂子流动与模壳的各个部位接触，并使砂子紧实至较高的密度；

8)盖模，在步骤7的得到砂型开浇口杯，刮平砂层表面，盖上塑料薄膜；

9)冶炼，利用冶炼炉进行原材料熔炼，得到符合要求的配方和性能要求的金属液；

10)浇铸，将步骤9得到的金属液从底部取液，在微真空的环境下通过浇口将金属液浇注到模壳内，模壳内的气体夹杂沿模壳和砂型中的微孔由负压排出；

11)起模，将步骤10浇铸后的砂箱不断进行抽真空，在大气压力的作用下使铸型硬化；然后释放负压箱真空，砂箱经适当的冷却时间以后取消真空恢复常压状态，使自由流动的砂子流出，存下一个没有砂块，无机械粘砂的带模壳铸件；

12)冷却脱壳，步骤11得到的带模壳铸件在空气中自然冷却过程中，大部分模壳自行逐渐破碎，脱离模型；然后由手工处理未自动脱落的模壳，并对铸件进行清洁，得到符合要求的精密铸件。

2.根据权利要求1所述的一种中大型精密铸件组壳铸造工艺，其特征在于：步骤4中，粉状耐火材料为莫来粉、石英粉和高铝粉的任意一种或任意组合。

3.根据权利要求1所述的一种中大型精密铸件组壳铸造工艺，其特征在于：步骤4中，粉状耐火材料的粒度为200-325目。

4.根据权利要求1所述的一种中大型精密铸件组壳铸造工艺，其特征在于：步骤4中，背层的厚度为0.5-1mm。

5.根据权利要求1所述的一种中大型精密铸件组壳铸造工艺，其特征在于：步骤10至步骤12中，所述真空状态为有真空泵保持的压力为-0.03MPa。