CN115007799A - 抑制精密铸造用光敏树脂熔模焙烧胀壳的方法 - Google Patents

Abstract

一种抑制精密铸造用光敏树脂熔模焙烧胀壳的方法，设计具有空腔结构的熔模，其中空腔与熔模外部通过排气口连通；将熔模置于真空环境下进行抽气处理后，通过粘结蜡封堵排气口，使熔模内部空腔的气压小于外部气压；在陶瓷型壳焙烧阶段，当熔模受热软化时利用外部气压差使熔模向内收缩，从而消除熔模对型壳壁的膨胀压应力。本发明利用熔模内部与外界压力差，使得在陶瓷型壳焙烧过程中熔模向内收缩，从而对型壳壁不会造成膨胀压应力，根本上解决了光敏树脂熔模在焙烧过程中的胀壳问题。

Description

抑制精密铸造用光敏树脂熔模焙烧胀壳的方法

技术领域

本发明涉及的是一种熔模精密铸造领域的技术，具体是一种抑制精密铸造用光敏树脂熔模焙烧胀壳的方法。

背景技术

随着三维打印技术的发展，基于光固化原理制备的三维打印光敏树脂熔模作为铸件精密铸造用的模样，应用越来越广泛。光固化三维打印光敏树脂熔模具有表面粗糙度低、尺寸精度高和抗变形能力强等优点，但是也存在热膨胀系数大的缺点，导致其在陶瓷型壳高温焙烧过程中，因发生膨胀而对型壳施加较大的压力，致使型壳发生胀裂，导致型壳报废。为了降低胀壳风险，研究者将光敏树脂熔模壁的内部进行了结构抽空处理，在降低光敏树脂用量的同时，希望光敏树脂熔模壁受热后能够向内部凹陷，以减少熔模受热对型壳产生的压力。但是，由于光敏树脂熔模镂空结构中的空气处于封闭状态，当受热时，空气会发生体积膨胀，因此即使采用内部镂空结构的光敏树脂熔模仍难以完全避免型壳焙烧过程中的胀壳问题。

发明内容

本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种抑制精密铸造用光敏树脂熔模焙烧胀壳的方法，利用熔模内部与外界压力差，使得在陶瓷型壳焙烧过程中熔模向内收缩，从而对型壳壁不会造成膨胀压应力，根本上解决了光敏树脂熔模在焙烧过程中的胀壳问题。

本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明涉及一种抑制精密铸造用光敏树脂熔模焙烧胀壳的方法，设计具有空腔结构的熔模，其中空腔与熔模外部通过排气口连通；将熔模置于真空环境下进行抽气处理后，通过粘结蜡封堵排气口，使熔模内部空腔的气压小于外部气压；在陶瓷型壳焙烧阶段，当熔模受热软化时利用外部气压差使熔模向内收缩，从而消除熔模对型壳壁的膨胀压应力。

所述的熔模，即精密铸造用光敏树脂熔模，优选采用光固化三维打印机打印成型，熔模壁的内部为镂空结构。

所述的光敏树脂材料包括但不限于为自由基型光敏树脂、阳离子型光敏树脂、混杂型光敏树脂中的一种或多种。一些实施方式中，所述光敏树脂材料在50-180℃的热膨胀系数可为4.4×10^-3～2.69×10^-2。

所述的排气口，优选位于熔模的浇道、冒口和本体上，排气口的直径优选为1-3mm。

所述的抽气处理，优选通过真空手套箱设置气压低于1kPa，即完成对模组的抽气处理。

所述的陶瓷型壳是指：采用常用的耐火材料配制的浆料在熔模表面涂挂，再撒砂、干燥，反复重复此工艺，直至达到所需厚度，本发明中对型壳材料不作特殊要求。

所述的陶瓷型壳为精密铸造领域常用的型壳，如莫来石-硅溶胶型壳、电熔刚玉-硅溶胶型壳、熔融石英-硅溶胶型壳等。

所述的陶瓷型壳焙烧阶段是指：直接将包裹光敏树脂熔模的型壳置于焙烧炉中，在大气中于600-800℃下进行焙烧1-4h，焙烧过程有两种方式：1)事先将焙烧炉温度升高到最高的焙烧温度，然后将型壳迅速放入焙烧炉中，进行“闪烧”，快速地将树脂熔模烧除；2)将型壳在室温下放入焙烧炉中，然后通过“程序升温”，逐渐加热到所需的最高温度，保温1-4h，使树脂熔模烧除。

所述方法具体包括：

1)按照图纸要求建立光敏树脂熔模的三维打印三维模型文件，然后通过光固化三维打印机进行光敏树脂熔模的三维打印，光敏树脂熔模的表面分散设置若干个排气口，使内部的镂空结构与大气通过排气口形成连通。

2)将光敏树脂熔模进行组树，再将光敏树脂熔模置于真空手套箱中，然后开启真空泵，将手套箱中的空气抽出，即完成对模组的抽气处理，之后，在真空手套箱中，将粘结蜡封堵于小孔表面，然后用刮刀将小孔上的粘结蜡抹平。所有的小孔封堵完毕后，将熔模从手套箱中取出。

3)采用光敏树脂熔模模组进行型壳的制备。

4)直接将型壳置于焙烧炉中进行焙烧。

5)将自然冷却的型壳取出，然后进行渗透测试，以检验型壳是否开裂。

6)将型壳用清水灌注清洗，再置于烘箱中烘干。

7)将型壳从烘箱中取出，包裹保温棉之后，即可用于铸件的浇注。

附图说明

图1为本发明的工艺流程图；

图2为实施例精密铸造用三维打印光敏树脂熔模的镂空结构示意图；

图3为实施例抽气处理后的三维打印光敏树脂熔模照片；

图4为实施例经不同焙烧工艺获得的陶瓷型壳以及铸件实物照片。

具体实施方式

实施例1

本实施例包括以下步骤：

1)选择一种叶轮铸件作为验证件，按照图纸要求建立叶轮精密铸造用光敏树脂熔模的三维打印三维模型文件，然后通过光固化三维打印机进行光敏树脂熔模的三维打印，光敏树脂熔模的表面分散设置若干个排气口，使内部的镂空结构与大气通过排气口形成连通。

2)将光敏树脂熔模进行组树，再将光敏树脂熔模置于真空手套箱中，然后开启真空泵，将手套箱中的空气抽出，当手套箱中的气压低于1kPa之后，即关闭手套箱的阀门，完成对模组的抽气处理。之后，在真空手套箱中，将粘结蜡封堵直径1mm的排气口，然后用刮刀将小排气口上的粘结蜡抹平。所有的排气口封堵完毕后，将熔模从手套箱中取出。

3)采用光敏树脂熔模模组进行型壳的制备，所采用的型壳面层材料为锆英粉、锆英砂，粘结剂为硅溶胶，背层材料为烧结莫来石粉、烧结莫来石砂，粘结剂为硅溶胶，型壳厚度为8-10mm。

4)直接将型壳置于800℃的环境中进行焙烧1h。

5)将自然冷却的型壳取出，然后进行甲基蓝溶液的渗透测试，以检验型壳是否开裂。

所述的渗透测试，是采用甲基蓝水溶液进行型壳的灌注，静置3-5min后，观察型壳外表面是否有蓝色液体渗出，如没有渗出，则证明型壳未开裂。

6)将型壳用自来水灌注清洗，将型壳内部的灰分随自来水排出，然后再置于烘箱中烘干。

所述的清水灌注清洗冲洗是指：将自来水倒入型壳中，然后轻摇型壳，再将自来水从型壳中倒出，次数为1-2次。

所述的烘干是指在烘箱中于150-200℃进行烘干，时间为不低于2h。

7)将型壳从烘箱中取出，包裹保温棉之后，即可用于铸件的浇注。

经过具体实际实验，在实验室(温度25℃，湿度40％)中，利用抽过真空的光敏树脂模型，通过多次沾浆淋砂(共7层)，得到完整的陶瓷型壳。其中：①型壳面层砂为80-100目，过渡层砂为40-60目，背层砂为16-30目；②制备面层后自然风干24h，并通过红外测温仪测试型壳温度以确保面层完全风干；③制备过渡层和背层时间间隔6-10h，将型壳置于风扇或空调的吹风口处以加快风干，并通过红外测温仪测试型壳温度以确保过渡层和背层完全风干。采用甲基蓝水溶液灌注和焙烧炉中焙烧的方法检验型壳是否开裂。结果表明，采用本实施例1中的方法，所制备的陶瓷型壳在焙烧过程中未发生熔模胀裂型壳的问题。

实施例2

本实施例包括以下步骤：

1)选择一种泵壳铸件作为验证件，按照图纸要求建立泵壳精密铸造用光敏树脂熔模的三维打印三维模型文件，然后通过光固化三维打印机进行光敏树脂熔模的三维打印，光敏树脂熔模的表面分散设置若干个排气口，使内部的镂空结构与大气通过排气口形成连通。

2)将光敏树脂熔模进行组树，再将光敏树脂熔模置于真空手套箱中，然后开启真空泵，将手套箱中的空气抽出，当手套箱中的气压低于1kPa之后，即关闭手套箱的阀门，完成对模组的抽气处理，之后，在真空手套箱中，将粘结蜡封堵直径3mm的排气口，然后用刮刀将小排气口上的粘结蜡抹平。所有的排气口封堵完毕后，将熔模从手套箱中取出。

3)采用光敏树脂熔模模组进行型壳的制备，所采用的型壳面层材料为锆英粉、锆英砂，粘结剂为硅溶胶，背层材料为烧结莫来石粉、烧结莫来石砂，粘结剂为硅溶胶，型壳厚度为8-10mm。

4)将型壳置于焙烧炉中，然后以60℃/h的升温速度将焙烧炉升温到600℃，在该温度下保持4h。

5)将自然冷却的型壳取出，然后进行甲基蓝溶液的渗透测试，以检验型壳是否开裂。

6)将型壳用自来水灌注清洗1次，将型壳内部的灰分随自来水排出，然后再置于烘箱中于200℃烘干1h。

7)将型壳从烘箱中取出，包裹保温棉之后，即可用于铸件的浇注。

经过具体实际实验，在实验室(温度25℃，湿度40％)中，利用抽过真空的光敏树脂模型，通过多次沾浆淋砂(共7层)，得到完整的陶瓷型壳。其中：①型壳面层砂为80-100目，过渡层砂为40-60目，背层砂为16-30目；②制备面层后自然风干24h，并通过红外测温仪测试型壳温度以确保面层完全风干；③制备过渡层和背层时间间隔6-10h，将型壳置于风扇或空调的吹风口处以加快风干，并通过红外测温仪测试型壳温度以确保过渡层和背层完全风干。采用甲基蓝水溶液灌注和焙烧炉中焙烧的方法检验型壳是否开裂。结果表明，采用本实施例方法，所制备的陶瓷型壳在焙烧过程中未发生熔模胀裂型壳的问题。

综上，与现有技术相比，本方法将光敏树脂熔模壁的内部进行结构抽空处理；利用熔模内部与外界压力差，使得在陶瓷型壳焙烧过程中熔模向内收缩，从而对型壳壁不会造成膨胀压应力，根本上解决了光敏树脂熔模在焙烧过程中的胀壳问题。根据理想气体状态方程PV＝nRT(P压强，V体积，n摩尔量，R气体常数，T温度)，高温焙烧时，光敏树脂腔体内空气膨胀施加给陶瓷型壳的应力较大，甚至比光敏树脂本身膨胀对陶瓷型壳的影响更严重。如陶瓷型壳从室温25℃(298K)经1000℃(1273K)焙烧，空气膨胀所增加的压强约为3.27个大气压(0.33MPa)，因此，通过在手套箱中通过抽真空的方式，将光敏树脂熔模中镂空结构的空气排出，那么型壳焙烧时，光敏树脂熔模受热软化的瞬间，利用熔模外部空气压力远高于镂空结构中的空气压力，使熔模向内收缩，从而对型壳壁不会造成膨胀压力，根本上解决了光敏树脂熔模在脱蜡和焙烧过程中的胀壳问题。

上述具体实施可由本领域技术人员在不背离本发明原理和宗旨的前提下以不同的方式对其进行局部调整，本发明的保护范围以权利要求书为准且不由上述具体实施所限，在其范围内的各个实现方案均受本发明之约束。

Claims (6)

1.一种抑制精密铸造用光敏树脂熔模焙烧胀壳的方法，其特征在于，设计具有空腔结构的熔模，其中空腔与熔模外部通过排气口连通；将熔模置于真空环境下进行抽气处理后，通过粘结蜡封堵排气口，使熔模内部空腔的气压小于外部气压；在陶瓷型壳焙烧阶段，当熔模受热软化时利用外部气压差使熔模向内收缩，从而消除熔模对型壳壁的膨胀压应力。

2.根据权利要求1所述的抑制精密铸造用光敏树脂熔模焙烧胀壳的方法，其特征是，所述的熔模，即精密铸造用光敏树脂熔模，熔模壁的内部为镂空结构；

所述的光敏树脂材料包括自由基型光敏树脂、阳离子型光敏树脂、混杂型光敏树脂中的一种或多种，在50-180℃的热膨胀系数为4.4×10^-3～2.69×10^-2。

3.根据权利要求1所述的抑制精密铸造用光敏树脂熔模焙烧胀壳的方法，其特征是，所述的排气口，位于熔模的浇道、冒口和本体上，排气口的直径为1-3mm。

4.根据权利要求1所述的抑制精密铸造用光敏树脂熔模焙烧胀壳的方法，其特征是，所述的抽气处理，通过真空手套箱设置气压低于1kPa，即完成对模组的抽气处理。

5.根据权利要求1所述的抑制精密铸造用光敏树脂熔模焙烧胀壳的方法，其特征是，所述的陶瓷型壳焙烧阶段是指：直接将包裹光敏树脂熔模的型壳置于焙烧炉中，在大气中于600-800℃下进行焙烧1-4h。

6.根据权利要求1～5中任一所述的抑制精密铸造用光敏树脂熔模焙烧胀壳的方法，其特征是，具体包括：

1)按照图纸要求建立光敏树脂熔模的三维打印三维模型文件，然后通过光固化三维打印机进行光敏树脂熔模的三维打印，光敏树脂熔模的表面分散设置若干个排气口，使内部的镂空结构与大气通过排气口形成连通；

2)将光敏树脂熔模进行组树，再将光敏树脂熔模置于真空手套箱中，然后开启真空泵，将手套箱中的空气抽出，即完成对模组的抽气处理，之后，在真空手套箱中，将粘结蜡封堵于小孔表面，然后用刮刀将小孔上的粘结蜡抹平；所有的小孔封堵完毕后，将熔模从手套箱中取出；

3)采用光敏树脂熔模模组进行型壳的制备；

4)直接将型壳置于焙烧炉中进行焙烧；

5)将自然冷却的型壳取出，然后进行渗透测试，以检验型壳是否开裂；

6)将型壳用清水灌注清洗，再置于烘箱中烘干；

7)将型壳从烘箱中取出，包裹保温棉之后，即可用于铸件的浇注。

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