CN115740364A - 一种利用分层燃烧法制备消失模型壳和铸件的方法、型壳 - Google Patents

一种利用分层燃烧法制备消失模型壳和铸件的方法、型壳 Download PDF

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尹正豪
樊索
高妞
王凯
杜辉
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Abstract

本发明公开了一种利用分层燃烧法制备消失模型壳和铸件的方法、型壳。所述方法包括下列步骤：(1)将泡沫模具的表面涂覆涂料后烘干使得模具完全脱水，得到铸型；(2)将所述铸型沿轴线固定后旋转，并从铸型的浇口位置开始向其表面浇淋有机助燃剂，使得有机助燃剂透过铸型壁并附着于泡沫表面；(3)从浇口处点燃所述铸型，铸型内部泡沫燃烧分解的气体产物向浇口排出，燃烧结束使得泡沫燃烧完全后，得到由耐火材料组成的消失模空心型壳。本发明在浇注前实现泡沫模的消除，能有效消除传统消失模浇注时由于聚苯乙烯等在金属液中分解导致的增碳、增氢、气孔、夹渣、铸件表面不平等缺陷。

Description

一种利用分层燃烧法制备消失模型壳和铸件的方法、型壳
技术领域
本发明属于消失模铸造技术领域，更具体地，涉及一种利用分层燃烧法制备消失模型壳和铸件的方法、型壳。
背景技术
1971年被发明的消失模铸造技术以铸件表面光滑、尺寸精度高、薄壁复杂铸件成型性好且几乎不需要后续机加工的优点，受到诸多铸造工厂的广泛应用。然而时至今日消失模铸造技术仍然存在一些亟待解决的问题：浇注过程伴随着泡沫模样的气化，会对环境造成污染；浇注产气导致铸件气孔缺陷的概率大大增加；消失模用泡沫模样主要气化裂解生成碳氢化物，而有色金属、低碳合金钢等材料对其非常敏感，容易导致铸件产生增碳和氢脆等缺陷恶化铸件的微观结构和力学性能。
例如，在非专利文献《消失模铸钢件增碳缺陷的研究现状》、《中、低碳消失模铸钢件表面增碳规律初探》、《消失模铸造铸钢件表面增碳》等文中已明确述及消失模铸造带来的增碳影响。因此，如何避免铸件产生增碳和氢脆等缺陷是目前亟需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种利用分层燃烧法制备消失模型壳和铸件的方法、型壳，其目的在于利用小分子半径有机助燃剂促进泡沫模样燃烧，并采用逐层助燃使泡沫模样缓慢燃烧分解获得空心型壳，由此解决铸件产生增碳和氢脆等缺陷的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种利用分层燃烧法制备消失模型壳的方法，所述方法包括下列步骤：
(1)将泡沫模具的表面涂覆涂料后烘干使得模具完全脱水，得到铸型；
(2)将所述铸型沿轴线固定后旋转，并从铸型的浇口位置开始向其表面浇淋有机助燃剂，使得有机助燃剂透过铸型壁并附着于泡沫表面；
(3)从浇口处点燃所述铸型，铸型内部泡沫燃烧分解的气体产物向浇口排出，燃烧结束使得泡沫燃烧完全后，得到由耐火材料组成的消失模空心型壳。
需要说明的是，本发明中泡沫模具的制备过程为现有的成熟技术，例如，可以选采用可发性聚苯乙烯(EPS)、可发性甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物(STMMA)、可发性聚甲基丙烯酸甲酯树脂(EPMMA)等泡塑珠粒经过“预发泡—熟化—发泡成型—冷却出模—组合模型簇”工艺、切割或高精度机床加工等方法制备泡沫模样。优选地，所述有机助燃剂的分子半径小于铸型的孔径；优选地，所述有机助燃剂为无水乙醇、甲醇、乙醚或二硫化碳中的至少一种。
优选地，所述有机助燃剂与泡沫模样的体积比为(2-7)：(98-93)。
优选地，所述步骤(2)中浇淋为从浇口位置开始分层浇淋，每次浇淋长度为5-10mm，直至浇淋至铸型底部。
另外，本发明中从浇口处点燃所述铸型可以采用分层浇淋完有机助燃剂后再点燃，也可以采用分层燃烧的方式，即可以待一段长度的泡沫燃烧完再次浇有机助燃剂，可以使得型壳制备过程稳定可控，从而可以实时观察燃烧情况，并结合实际情况做出判断，燃烧制备是否成功、型壳燃烧过程是否破损、燃烧不充分是否需要增加有机助燃剂的添加量等等。
优选地，所述步骤(2)中浇淋为利用针头或喷头进行浇淋。
优选地，所述步骤(3)中，点燃所述铸型后，当未燃烧长度小于2mm时，再次向未燃烧区域浇淋有机助燃剂，直至泡沫燃烧完全。
优选地，所述步骤(3)中在浇口处设置抽气机。
优选地，本发明步骤(1)中将泡沫模具的表面涂覆涂料后烘干使得模具完全脱水，具体为在泡沫模具表面涂挂消失模铸造专用涂料2-4次、设置烘干箱工作温度为60-90℃，放入晾干的模样烘烤12-24h使之完全脱水，得到铸型
优选地，本发明步骤(1)中采用的涂料为消失模铸造专用涂料与水的质量比(1-2)：(2-1)混合配得；所述配置过程为：水倒入搅拌器皿，开启搅拌仪缓慢添加专用砂(添加速度为：400-600g/min)，并增加搅拌仪转速(转速增加速率为：20-40r/s)，直至转速达到1500-1700转时停止转速增加并维持转速，且专用砂添加结束，随后维持原转速20-30分钟，最后降低转速至1100-1300转搅拌360-480min至涂料均匀呈现糊状。其中，上述消失模铸造专用涂料为GLD型号，郑州宏锦铸造材料有限公司购得。
按照本发明的另一个方面，提供了一种消失模型壳。
按照本发明的又一个方面，提供了一种消失模铸造铸件的方法，所述方法包括：
制备得到消失模型壳，然后将所述消失模型壳置于砂箱内，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注金属液得到铸件。
按照本发明的再一个方面，提供了一种铸件。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，至少能够取得下列有益效果。
(1)本发明利用有机助燃剂浇淋泡沫模样促进其燃烧的方法快速制备空心消失模用型壳，操作简单，周期短，空心型壳质量高。消失模铸造用泡沫模成分通常为可发性聚苯乙烯、可发性甲基丙烯酸甲酯-苯乙烯共聚物、可发性聚甲基丙烯酸甲酯树脂等，均为碳氢有机物，燃烧产物主要是CO2、CO、H2O等，高温热分解气化产物主要是短链烃，含苯环的烃，炭黑，氢气等。而现有技术中采用的消失模铸造通常为在制备得到内部含有泡沫的铸型后，直接将该内部含有泡沫的铸型放入砂箱中，进行金属液浇注，金属液浇注时泡沫模样燃烧气化，迅速产生大量气体产物会沿着金属液表面进入金属液，从而造成铸件增碳和增氢。而本发明已经在浇注前实现泡沫模的消除，浇注过程中不会再出现上述泡沫模燃烧气化的问题，
能有效消除传统消失模浇注时由于聚苯乙烯等在金属液中分解导致的增碳、增氢、气孔、夹渣、铸件表面不平等缺陷。
(2)区别于现有高温烘烤泡沫模样中使模样软化并气化消失的方法，高温烘烤的方法制备型壳时间长，不便于批量生产；烘烤温度严苛，能量消耗高；受限于烘烤方法，被烘烤模样不宜过大，只能制备小型模样件。而本发明所述燃烧法生产周期短、能耗低、可制备壁厚相对较小的铸件，经过多次燃烧可以制备大型件。
附图说明
图1是本发明实施例在泡沫模具表面涂挂耐火涂料并烘干后的铸型结构图；
图2是本发明实施例铸型内部泡沫燃烧汽化后的空心型壳的正视图；
图3是本发明实施例铸型内部泡沫部分燃烧汽化后的空心型壳的俯视图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
实施例：
本实施采用本发明提出的快速制备消失模铸造空心型壳的方法制备低碳钢铸件，参见图1-3，包括以下步骤：
步骤1，模样制备：选用聚苯乙烯泡塑珠粒经“预发泡—熟化—发泡成型—冷却出模—组合模型簇”制备尺寸为35*35*100mm的聚苯乙烯泡沫模样；
步骤2，涂料配置：选用在消失模铸造专用涂料与纯净水质量比1：1混合。详细过程如下：500g水倒入搅拌器皿，开启搅拌仪缓慢添加专用砂(添加速度为：500g/min)，并增加搅拌仪转速(转速增加速率为：25r/s)，直至转速达到1600转时停止转速增加并维持转速，且专用砂添加结束，随后维持原转速30分钟，最后降低转速至1200转搅拌480min至涂料均匀呈现糊状；
步骤3，铸型准备：将步骤2所配得涂料均匀涂挂在步骤1所得模样表面(浇口位置除外)，涂挂次数为3次，每两次涂挂之间应实现模样晾干或表面涂料不脱落，随后设置烘干箱工作温度为70℃，放入晾干的模样烘烤12h使之完全脱水；
步骤4，燃烧准备：使步骤3所得铸型模样保持旋转，同时从铸型浇口位置到铸型底部方向浇淋10ml无水乙醇，每次浇淋长度约5-10mm，使得有机助燃剂通过型壳壁浸入内部并与附着于聚苯乙烯上；
步骤5，燃烧模样：点燃附着有机助燃剂的聚苯乙烯使之缓慢燃烧，燃烧分解的气体产物经型壳内部向浇口排出，此过程逐渐向型壳内部推进，使得内部的聚苯乙烯模样全部消除，最终仅剩下由耐火材料组成的空心型壳。
步骤6，浇注：将步骤5所得空心型壳放置于砂箱内，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注得到铸件。
对比例：
本对比例采用传统消失模铸造方法制备低碳钢铸件，包括以下步骤：
步骤1，模样制备：选用聚苯乙烯泡塑珠粒经“预发泡—熟化—发泡成型—冷却出模—组合模型簇”制备尺寸为35*35*100mm的聚苯乙烯泡沫模样；
步骤2，涂料配置：选用在消失模铸造专用涂料与纯净水质量比1：1混合。详细过程如下：500g水倒入搅拌器皿，开启搅拌仪缓慢添加专用砂(添加速度为：500g/min)，并增加搅拌仪转速(转速增加速率为：25r/s)，直至转速达到1600转时停止转速增加并维持转速,且专用砂添加结束，随后维持原转速30分钟，最后降低转速至1200转搅拌480min至涂料均匀呈现糊状；
步骤3，铸型准备：将步骤2所配得涂料均匀涂挂在步骤1所得模样表面(浇口位置除外)，涂挂次数为3次，每两次涂挂之间应实现模样晾干或表面涂料不脱落，随后设置烘干箱工作温度为70℃，放入晾干的模样烘烤12h使之完全脱水；
步骤4，浇注：将步骤3所得铸型放置于砂箱内，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注得到铸件。
对比例为现有技术中常规的消失模铸造方法，由于其直接将该内部含有泡沫的铸型放入砂箱中，进行金属液浇注，金属液浇注时泡沫模样燃烧气化，迅速产生大量气体产物会沿着金属液表面进入金属液，从而造成铸件增碳和增氢。而本发明已经在浇注前实现泡沫模的消除，浇注过程中不会再出现上述泡沫模燃烧气化的问题，能有效消除传统消失模浇注时由于聚苯乙烯等在金属液中分解导致的增碳、增氢、气孔、夹渣、铸件表面不平等缺陷。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种利用分层燃烧法制备消失模型壳的方法，其特征在于，所述方法包括下列步骤：
(1)将泡沫模具的表面涂覆涂料后烘干使得模具完全脱水，得到铸型；
(2)将所述铸型沿轴线固定后旋转，并从铸型的浇口位置开始向其表面浇淋有机助燃剂，使得有机助燃剂透过铸型壁并附着于泡沫表面；
(3)从浇口处点燃所述铸型，铸型内部泡沫燃烧分解的气体产物向浇口排出，燃烧结束使得泡沫燃烧完全后，得到由耐火材料组成的消失模空心型壳。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机助燃剂的分子半径小于铸型的孔径；优选地，所述有机助燃剂为无水乙醇、甲醇、乙醚或二硫化碳中的至少一种。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述有机助燃剂与泡沫模样的体积比为(2-7)：(98-93)。
4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中浇淋为从浇口位置开始分层浇淋，每次浇淋长度为5-10mm，直至浇淋至铸型底部。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(2)中浇淋为利用针头或喷头进行浇淋。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中，点燃所述铸型后，当未燃烧长度小于2mm时，再次向未燃烧区域浇淋有机助燃剂，直至泡沫燃烧完全。
7.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤(3)中在浇口处设置抽气机。
8.一种根据权利要求1-7任一项所述的方法制备得到的消失模型壳。
9.一种消失模铸造铸件的方法，其特征在于，所述方法包括：
利用权利要求1-7任一项所述的方法制备得到消失模型壳，然后将所述消失模型壳置于砂箱内，埋在干石英砂中振动造型，在负压下浇注金属液得到铸件。
10.一种通过权利要求9的方法制备得到的铸件。
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CN116809862A (zh) * 2023-07-03 2023-09-29 华中科技大学 一种消失模铸造用净型壳、制备方法及其应用

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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