CN115255271A - 一种清除性能高的叶轮铸件用陶瓷型壳及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种清除性能高的叶轮铸件用陶瓷型壳及其制作方法，属于熔模铸造相关技术领域。本发明通过对蜡模模组进行面层涂料的涂挂，并撒上面层型砂在室温下干燥，干燥后的蜡模模组进行背层涂料的涂挂，撒上背层型砂后在室温下干燥；并将制得的耐火浇筑浆料倒入叶轮叶片之间的型壳空腔中自然固化干燥；再对模组继续进行背层涂料的涂挂至达到所需型壳厚度后用背层涂料封浆；最后将型壳在高温蒸汽脱蜡釜中进行脱蜡焙烧冷却，制得陶瓷叶轮铸件型壳，本发明的制得的型壳残余强度低，在铸件降低到室温时内部会产生裂纹，无论采用机械还是水力清砂方式，均很容易从叶片之间的位置清除，可大幅度降低铸件的型壳清除难度。
Description
技术领域
本发明涉及熔模铸造相关技术领域，具体为一种清除性能高的叶轮铸件用陶瓷型壳及其制作方法。
背景技术
液力缓速器是一种辅助制动装置，具有制动力矩大、制动平稳、噪声小、寿命长和体积较小等优点，可以降低车辆的行驶速度或使车辆稳定在一定速度范围内，已成为运输行业研究与应用的重点。
国外液力缓速器的研究和应用开展得比较早，技术比较成熟。国内相关企业和科研机构对液力缓速器的研究刚刚起步，自主研发水平比较落后。因此，积极开发研制具有自主知识产权的液力缓速器产品，并不断地改善其性能，对提高我国缓速器行业的竞争力具有现实意义。叶轮作为液力缓速器的核心部件，其前倾一定角度的叶片形成的型腔无法在3轴加工中心上加工，因此通常用熔模铸造的方法来制造。然而，采用常规的硅溶胶～莫来石陶瓷型壳进行叶轮的浇注后，叶轮的叶片之间的型壳非常难以清理，这归因于硅溶胶～莫来石型壳的残余强度较高，也与叶轮的叶片之间为曲面空腔结构，水力清砂时，水枪无法直接冲刷该结构处残余的型壳，不得不再通过手工方式一点点地清除，造成了劳动量的大幅增加，提高的生产成本。
因此，提高叶轮的叶片之间的型壳的清除性能，对于提升叶轮类铸件的生产效率具有重大的促进作用。
发明内容
本发明针对现有技术存在的上述不足，提出一种清除性能高的叶轮铸件用陶瓷型壳及其制作方法，其既能提高叶轮类铸件熔模铸造用陶瓷型壳的制备效率，又能显著降低叶片间的型壳清除难度，降低劳动成本和提高生产效率。
本发明提供一种清除性能高的叶轮铸件用陶瓷型壳的制作方法，包括：
Ⅰ.蜡模模组用蜡模清洗剂清洗，并用压缩空气吹干后备用；
Ⅱ.对清洗后的干燥蜡模模组进行面层涂料的涂挂，并撒上面层型砂在室温下干燥 12～24h；
Ⅲ.将干燥后蜡模模组进行背层涂料的涂挂，并撒上背层型砂，在有空气流动的条件下于室温干燥8～12h；
Ⅳ.将耐火浇筑浆料倒入叶轮叶片之间的型壳空腔中，至涂料完全充满所有的空腔，自然固化后，在有空气流动的条件下于室温干燥8～12h；
Ⅴ.对模组继续进行背层涂料的涂挂，并撒上背层型砂，在有空气流动的条件下于室温干燥8～12h；重复该过程，直至达到所需型壳厚度。
Ⅵ.用背层涂料对模组进行封浆，在有空气流动的条件下于室温干燥8～12h；
Ⅶ.将型壳在高温蒸汽脱蜡釜中进行脱蜡，之后于850℃下焙烧2h，随炉冷却至室温，即得到陶瓷叶轮铸件型壳。
优选或可选的，步骤Ⅰ所述面层涂料为以锆英粉为耐火骨料、以硅溶胶为粘结剂的涂料；所述面层型砂为目数80～120的锆英砂。
优选或可选的，步骤Ⅲ所述背层涂料为以烧结莫来石粉为耐火骨料、以硅溶胶为粘结剂的涂料；所述背层型砂为目数30～60的烧结莫来石砂。
优选或可选的，步骤Ⅳ所述耐火浇注浆料按质量百分比计，包括：熔融石英粉30～44％、熔融石英砂16～26％、木质素纤维1～10％、氯化铵1～3％、硅溶胶29～40％。
优选或可选的，所述熔融石英粉的粒度为325目；所述木质素纤维的长度为100～1000μm；所述氯化铵为粒度1～100μm的分析纯级氯化铵；所述硅溶胶的pH值为8～10，且二氧化硅的质量百分比不低于30％。
优选或可选的，所述耐火浇注浆料的制备方法为：按份数计，将30～44份熔融石英粉、 16～26份熔融石英砂、1～10份木质素纤维、1～3份氯化铵通过干混方式混合，然后倒入29～40 份硅溶胶中，即制得耐火浇注浆料。
本发明还提供一种陶瓷叶轮铸件型壳，基于上述任一项所述清除性能高的叶轮铸件用陶瓷型壳的制作方法所制得。
本发明也提供一种陶瓷叶轮铸件型壳的应用，应用于提高叶轮铸件叶片间陶瓷型壳的清除性能。
有益效果：本发明通过耐火浇注浆料固化产物制备得到叶轮铸造用陶瓷型壳，将熔化完蜡模的耐火浇注浆料固化模取出，再焙烧成陶模，浇注灌入金属熔液在铸件降低到室温时，本陶瓷型壳由于具有更低的残余强度，其内部室温下产生裂纹，容易与铸件发生分离。与现有陶瓷型壳相比，无论采用机械还是水力清砂方式，均很容易从叶片之间的位置清除，大幅度降低了铸件的型壳清除难度。较短长度的木质素纤维在赋予陶瓷型壳轻量，结构多孔的特点的同时，又可降低型壳的分子间作用力。氯化铵可调节釉料的酸碱度，能够有效防止沉淀。
具体实施方式
在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
下面结合实施例，对本发明作进一步说明，所述的实施例的示例旨在解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术和反应条件者，可按照本领域内的文献所描述的技术或条件或产品说明书进行。凡未注明厂商的试剂、仪器或设备，均可通过市售获得。
本发明在传统失蜡法基础上对耐火浇筑浆料配方进行调整，在蜡模上涂耐火浇筑浆料，放入热水中将内部蜡模熔化。将熔化完蜡模的泥模取出再焙烧成型壳。再从浇注口灌入金属熔液，冷却后制得所需零件。由于本陶瓷型壳具有很低的残余强度，室温下型壳内部会产生裂纹，容易与铸件发生分离，与现有陶瓷型壳相比，无论采用机械还是水力清砂方式，均很容易从叶片之间的位置清除，大幅度降低铸件的型壳清除难度。
实施例1
本实施例的陶瓷叶轮铸件型壳采用以下制备步骤：
Ⅰ.对清洗后的干燥蜡模模组进行面层涂料的涂挂，并撒上面层型砂在室温下干燥12h；面层涂料以锆英粉为耐火骨料、硅溶胶为粘结剂；面层型砂为80目锆英砂。
Ⅱ.将干燥后蜡模模组进行背层涂料的涂挂，并撒上背层型砂，在有空气流动的条件下于室温干燥8h；背层涂料以烧结莫来石粉为耐火骨料、硅溶胶为粘结剂，背层型砂为30目烧结莫来石砂。
Ⅲ.将耐火浇筑浆料倒入叶轮叶片之间的型壳空腔中，至涂料完全充满所有的空腔，自然固化后，在有空气流动的条件下于室温干燥8h；
Ⅳ.对模组继续进行背层涂料的涂挂，并撒上背层型砂，在有空气流动的条件下于室温干燥8h；重复该过程，直至达到所需型壳厚度后，用背层涂料封浆，在有空气流动的条件下于室温干燥8h；
Ⅴ.将型壳在高温蒸汽脱蜡釜中进行脱蜡，之后于850℃下焙烧2h，随炉冷却至室温，即得到陶瓷叶轮铸件型壳。
本实施例的耐火浇注浆料按质量百分比计，包括：熔融石英粉30％、熔融石英砂26％、木质素纤维1％、氯化铵3％、硅溶胶40％，其其配制方法为：按照比例将熔融石英粉、熔融石英砂、木质纤维素、氯化铵通过干混方式混合，然后倒入硅溶胶中，搅拌均匀，即得到本实施例耐火浇注浆料。
经使用验证，采用本实施例的提高叶轮类铸件叶片间陶瓷型壳清除性能的方法，可以采用机械震壳方式清除大部分的型壳，叶片间的由浇注浆料固化得到的型壳通过水力冲刷，在 5min之内即可完全清除干净，叶片之间无残留型壳。与之相对比，采用传统的陶瓷型壳浇注的叶轮，清除其叶片间的型壳残留需要1h以上的时间。
实施例2
本实施例的陶瓷叶轮铸件型壳采用以下制备步骤：
Ⅰ.对清洗后的干燥蜡模模组进行面层涂料的涂挂，并撒上面层型砂在室温下干燥18h；面层涂料以锆英粉为耐火骨料、硅溶胶为粘结剂；面层型砂为80目锆英砂。
Ⅱ.将干燥后蜡模模组进行背层涂料的涂挂，并撒上背层型砂，在有空气流动的条件下于室温干燥10h；背层涂料以烧结莫来石粉为耐火骨料、硅溶胶为粘结剂，背层型砂为30目烧结莫来石砂。
Ⅲ.将耐火浇筑浆料倒入叶轮叶片之间的型壳空腔中，至涂料完全充满所有的空腔，自然固化后，在有空气流动的条件下于室温干燥10h；
Ⅳ.对模组继续进行背层涂料的涂挂，并撒上背层型砂，在有空气流动的条件下于室温干燥8h；重复该过程，直至达到所需型壳厚度后，用背层涂料封浆，在有空气流动的条件下于室温干燥10h；
Ⅴ.将型壳在高温蒸汽脱蜡釜中进行脱蜡，之后于850℃下焙烧2h，随炉冷却至室温，即得到陶瓷叶轮铸件型壳。
本实施例的耐火浇注浆料按质量百分比计，包括：熔融石英粉35％、熔融石英砂21％、木质素纤维7％、氯化铵2％、硅溶胶35％，其配制方法为：按照比例将熔融石英粉、熔融石英砂、木质纤维素、氯化铵通过干混方式混合，然后倒入按照比例称量好的硅溶胶中，迅速搅拌均匀，即得到本实施例耐火浇注浆料。
经使用验证，采用本实施例的提高叶轮类铸件叶片间陶瓷型壳清除性能的方法，可以采用机械震壳方式清除大部分的型壳，叶片间的由浇注浆料固化得到的型壳通过水力冲刷，在 3min之内即可完全清除干净，叶片之间无残留型壳。与之相对比，采用传统的陶瓷型壳浇注的叶轮，清除其叶片间的型壳残留需要1h以上的时间。
实施例3
本实施例的陶瓷叶轮铸件型壳采用以下制备步骤：
Ⅰ.对清洗后的干燥蜡模模组进行面层涂料的涂挂，并撒上面层型砂在室温下干燥18h；面层涂料以锆英粉为耐火骨料、硅溶胶为粘结剂；面层型砂为80目锆英砂。
Ⅱ.将干燥后蜡模模组进行背层涂料的涂挂，并撒上背层型砂，在有空气流动的条件下于室温干燥10h；背层涂料以烧结莫来石粉为耐火骨料、硅溶胶为粘结剂，背层型砂为30目烧结莫来石砂。
Ⅲ.将耐火浇筑浆料倒入叶轮叶片之间的型壳空腔中，至涂料完全充满所有的空腔，自然固化后，在有空气流动的条件下于室温干燥10h；
Ⅳ.对模组继续进行背层涂料的涂挂，并撒上背层型砂，在有空气流动的条件下于室温干燥8h；重复该过程，直至达到所需型壳厚度后，用背层涂料封浆，在有空气流动的条件下于室温干燥10h；
Ⅴ.将型壳在高温蒸汽脱蜡釜中进行脱蜡，之后于850℃下焙烧2h，随炉冷却至室温，即得到陶瓷叶轮铸件型壳。
本实施例的耐火浇注浆料按质量百分比计，包括：熔融石英粉44％、熔融石英砂16％、木质素纤维10％、氯化铵1％、硅溶胶29％，其配制方法为：将熔融石英粉、熔融石英砂、木质纤维素、氯化铵通过干混方式混合，然后倒入硅溶胶中，迅速搅拌均匀，即得到本实施例耐火浇注浆料。
经使用验证，采用本实施例的提高叶轮类铸件叶片间陶瓷型壳清除性能的方法，可以采用机械震壳方式清除大部分的型壳，叶片间的由浇注浆料固化得到的型壳通过水力冲刷，在 2min之内即可完全清除干净，叶片之间无残留型壳。与之相对比，采用传统的陶瓷型壳浇注的叶轮，清除其叶片间的型壳残留需要1h以上的时间。
综上，与采用现有陶瓷型壳浇注叶轮的铸造方法相比，实施例1～3制得的陶瓷叶轮铸件型壳，其制得的陶瓷型壳清除性能更佳，清理效率更高，且叶片之间无残留型壳。
另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。
Claims (7)
1.一种清除性能高的叶轮铸件用陶瓷型壳的制作方法，其特征在于，包括：
Ⅰ.蜡模模组用蜡模清洗剂清洗，并用压缩空气吹干后备用；
Ⅱ.对清洗后的干燥蜡模模组进行面层涂料的涂挂，并撒上面层型砂在室温下干燥12～24h；
Ⅲ.将干燥后蜡模模组进行背层涂料的涂挂，并撒上背层型砂，在有空气流动的条件下于室温干燥8～12h；
Ⅳ.将耐火浇筑浆料倒入叶轮叶片之间的型壳空腔中，至涂料完全充满所有的空腔，自然固化后，在有空气流动的条件下于室温干燥8～12h；
Ⅴ.对模组继续进行背层涂料的涂挂，并撒上背层型砂，在有空气流动的条件下于室温干燥8～12h；重复该过程，直至达到所需型壳厚度。
Ⅵ.用背层涂料对模组进行封浆，在有空气流动的条件下于室温干燥8～12h；
Ⅶ.将型壳在高温蒸汽脱蜡釜中进行脱蜡，之后于850℃下焙烧2h，随炉冷却至室温，即得到陶瓷叶轮铸件型壳。
2.根据权利要求1所述清除性能高的叶轮铸件用陶瓷型壳的制作方法，其特征在于，步骤Ⅰ所述面层涂料为以锆英粉为耐火骨料、以硅溶胶为粘结剂的涂料；所述面层型砂为目数80～120的锆英砂。
3.根据权利要求1所述清除性能高的叶轮铸件用陶瓷型壳的制作方法，其特征在于，步骤Ⅲ所述背层涂料为以烧结莫来石粉为耐火骨料、以硅溶胶为粘结剂的涂料；所述背层型砂为目数30～60的烧结莫来石砂。
4.根据权利要求1所述清除性能高的叶轮铸件用陶瓷型壳的制作方法，其特征在于，步骤Ⅳ所述耐火浇注浆料按质量百分比计，包括：熔融石英粉30～44％、熔融石英砂16～26％、木质素纤维1～10％、氯化铵1～3％、硅溶胶29～40％。
5.根据权利要求4所述清除性能高的叶轮铸件用陶瓷型壳的制作方法，其特征在于，所述熔融石英粉的粒度为325目；所述木质素纤维的长度为100～1000μm；所述氯化铵为粒度1～100μm的分析纯级氯化铵；所述硅溶胶的pH值为8～10，且二氧化硅的质量百分比不低于30％。
6.根据权利要求4所述清除性能高的叶轮铸件用陶瓷型壳的制作方法，其特征在于，所述耐火浇注浆料的制备方法为：按份数计，将30～44份熔融石英粉、16～26份熔融石英砂、1～10份木质素纤维、1～3份氯化铵通过干混方式混合，然后倒入29～40份硅溶胶中，即制得耐火浇注浆料。
7.一种清除性能高的叶轮铸件用陶瓷型壳，其特征在于，基于权利要求1～6任一项所述清除性能高的叶轮铸件用陶瓷型壳的制作方法所制得。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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