CN115971451A - 真空壳型工艺压边补缩的复合浇注工艺 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铸造造型工艺技术领域，具体公开了真空壳型工艺压边补缩的复合浇注工艺，包括制模，制壳，浇铸，脱壳步骤，制模的模样包括铸样，所述铸样的各个易紧缩位置设置有浇铸冒口，各个所述浇铸冒口之间设置有互相连通的横浇道，所述横浇道的中心位置设置有补缩冒口，使得浇铸时，浇铸熔料自补缩冒口进入，通过所述横浇道均匀进入各个所述浇铸冒口，经各个所述浇铸冒口进入铸样。本发明铸造时的壳型具备一定强度，可以采用常规手段不能采用的立式铸造，还在铸造过程中采用横浇道连接多个浇铸冒口，多个浇铸冒口都同时向铸样内注入金属液，一次铸造成型，成型后的产品基本没有砂孔，结构强度大。

Description

真空壳型工艺压边补缩的复合浇注工艺

技术领域

本发明涉及铸造造型工艺技术领域，尤其是涉及真空壳型工艺压边补缩的复合浇注工艺。

背景技术

消失模铸造是一种近无余量的液态金属精确成型的技术，被认为“21世纪的新型铸造技术”及“铸造中的绿色工程”。消失模铸造由于铸样尺寸精度高、表面光洁度好、工艺适应范围广、操作简单、能大大改善铸造工人的劳动强度和环境等一系列优点被铸造界接受和认可，被誉为“铸造工业的绿色革命”。与粘土砂、水玻璃砂、树脂砂铸造相比，消失模铸造之所以称为绿色铸造，主要是由于其所用原砂不加粘结剂，可以95％以上反复回用，降低了旧砂排放、各类粘结剂损耗和环境污染，其次这种铸造方法不需砂芯，几乎不需拔模斜度，切削加工余量减少一半左右，减少金属损耗，降低劳动工时，降低修整铸样打磨及噪音、粉尘等污染排放。同时使铸样外观尺寸精度提高，铸样越复杂效果越好。消失模铸造的现有技术，通常是在泡沫塑料白模上涂覆1 -2遍涂料形成1mm左右厚～的涂层，然后干燥后涂层包覆白模一起埋(装)入专用砂箱中，填充干砂振实造型，在负压状态下，直接往白模上浇注金属液，白模被高温金属液迅速加热气化、燃烧,型腔被金属液置换，金属液冷却成固态铸样。

在浇铸大型件和笼形件时需要多个冒口同时浇铸，或分多次浇铸成形，然而这些方法易造成铸件存在冷缩不均造成应力集中，降低铸件的强度的问题发生，影响铸件质量。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是针对现有技术的不足，提供真空壳型工艺压边补缩的复合浇注工艺，铸造时的壳型具备一定强度，可以采用常规手段不能采用的立式铸造，还在铸造过程中采用横浇道连接多个浇铸冒口，多个浇铸冒口都同时向铸样内注入金属液，使得在大尺寸薄壁铸件、笼形铸件等常规手段较难铸造的铸件时，采用本方案一次铸造成型，成型后的产品基本没有砂孔，结构强度大。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

真空壳型工艺压边补缩的复合浇注工艺，包括以下步骤：

1)制模，制作消失模模样，所述模样包括铸样，所述铸样的各个易紧缩位置设置有浇铸冒口，各个所述浇铸冒口之间设置有互相连通的横浇道，所述横浇道的中心位置设置有补缩冒口，使得浇铸时，浇铸熔料自补缩冒口进入，通过所述横浇道均匀进入各个所述浇铸冒口，经各个所述浇铸冒口进入铸样；

2)制壳，将步骤1得到的模样放入浆液中，使模样外表面粘结浆液，干燥后得到浆液支撑的壳型；

3)浇铸，将步骤2得到的壳型放置在砂箱中，加砂振实，在壳型中浇铸溶解后的金属液体；

4)脱壳，将步骤3得到的带模壳铸样自砂箱中脱离并清理，得到符合要求的工件。

进一步的，步骤1中所述铸样、浇铸冒口、横浇道和补缩冒口均由EPS发泡材料制作并组合形成模样。

进一步的，步骤1中多个所述浇铸冒口水平设置。

进一步的，步骤2所述的制壳工艺包括以下具体步骤：

2.1)面层沾浆，将步骤1得到的模样进行面层沾浆，送入干燥炉内烘干，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；

2.2)过渡层沾浆，将步骤2.1得到的模样继续进行过渡层沾浆，送入干燥炉内烘干，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；

2.3)背层沾浆，将步骤2.2得到模样继续进行背层沾浆，使模样粘附厚度不小于0.5mm的背层，送入干燥炉内烘干，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；

进一步的，步骤2.3中，模样在粘附背层的过程中，不断撒上细砂，使得背层为粘结剂、粉状耐火材料、润湿剂、纤维素和细砂的混合物，使得背层的厚度增加0.5-1mm。

进一步的，步骤2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，粉状耐火材料的粒度为200-325目。

进一步的，步骤2所述的制壳还包括脱模，将沾浆后得到的模壳在合适位置开设排液孔，将排液孔朝下送入熔炉中，分别在90-110℃、140-160℃、190-210℃和250-280℃条件下烘烤15-30分钟，进行低温多阶段模样液化烧壳；

进一步的，步骤2所述的制壳还包括净化，将脱模得到的模壳进行焙烧，焙烧在温度为675-725℃熔炉中进行，对模壳内部进行高温净化，再采用高压空气进行吹气清理，得到内壁整洁的模壳。

进一步的，步骤3中，所述浇铸包括以下步骤：

3.1)加砂振实，将壳型置入用于真空铸造的专用砂箱中，向砂箱内加入粒度为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；

3.2)盖模，在步骤3.1的得到砂型开浇口杯，刮平砂层表面，盖上塑料薄膜；

3.3)浇铸，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，从底部取液，利用真空泵使砂箱内的压力保持为-0.03MPa，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；

3.4)起模，将步骤3.3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，同时将砂箱置于振动台使金属液在震动作用下更均匀进入模壳各个位置。

进一步的，步骤4的具体工艺包括：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，带模壳铸样在空气中自然冷却过程中，大部分模壳自行逐渐破碎，脱离铸件；然后由手工处理未自动脱落的模壳，并对铸样进行清洁，得到符合要求的精密铸样。

本发明的有益效果是：

本发明铸造时的壳型具备一定强度，可以采用常规手段不能采用的立式铸造，还在铸造过程中采用横浇道连接多个浇铸冒口，多个浇铸冒口都同时向铸样内注入金属液，使得在大尺寸薄壁铸件、笼形铸件等常规手段较难铸造的铸件时，采用本方案一次铸造成型，成型后的产品基本没有砂孔，结构强度大。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明的实施状态参考结构示意图；

图2为本发明图1的俯视结构示意图。

图中：1为铸件，2为浇铸冒口，3为横浇道，4为补缩冒口。

具体实施方式

下面将结合附图，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。

实施例1

真空壳型工艺压边补缩的复合浇注工艺，包括以下步骤：

1)制模，制作如图1和图2所示的消失模模样，所述模样包括利用EPS发泡材料制作与铸件1形状相同的铸样，铸样的尺寸与铸件1尺寸相近，预留出相应的补缩余量，所述铸样的各个易紧缩位置设置有浇铸冒口2，各个所述浇铸冒口2之间设置有互相连通的横浇道3，所述横浇道3的中心位置设置有补缩冒口4，使得浇铸时，浇铸熔料自补缩冒口4进入，通过所述横浇道3均匀进入各个所述浇铸冒口2，经各个所述浇铸冒口2进入铸样；所述铸样、浇铸冒口2、横浇道3和补缩冒口4均由EPS发泡材料制作并组合形成模样，铸样也可以通过3D打印等方式制成白模或蜡模；具体制作时，多个所述浇铸冒口2水平设置，使得浇铸时金属液能够尽可能的均匀向各个浇铸冒口2流动。

2)面层沾浆，将步骤1得到的模样进行面层沾浆，送入干燥炉内烘干，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，所述粘结剂优选为硅溶胶，也可以为其他常见的铸造用粘结剂，所述润湿剂为水；

3)过渡层沾浆，将步骤2得到的模样继续进行过渡层沾浆，送入干燥炉内烘干，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，所述粘结剂优选为硅溶胶，也可以为其他常见的铸造用粘结剂，所述润湿剂为水；

4)背层沾浆，将步骤3得到模样继续进行背层沾浆，使模样粘附厚度不小于0.5mm的背层，送入干燥炉内烘干，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；在体积较大的铸样铸造中，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，所述粘结剂优选为硅溶胶，也可以为其他常见的铸造用粘结剂，所述润湿剂为水；

在步骤2-4中，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。

5)脱模，将步骤4得到的模壳在合适位置开设排液孔，将排液孔朝下送入熔炉中，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，并使模壳中的剩余模样残留物挥发，并使模壳中的剩余模样残留物挥发。

6)净化，将步骤5得到的模壳进行焙烧，对模壳内部进行高温净化，再采用高压空气进行吹气清理，得到内壁整洁的模壳。

7)放砂箱，将步骤6得到的模壳置入用于真空铸造的专用砂箱中：

8)加砂振实，将步骤7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；

9)盖模，在步骤8的得到砂型开浇口杯，刮平砂层表面，盖上塑料薄膜；

10)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1-9同步进行。

11)浇铸，将步骤10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，利用真空抽气系统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；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。

12)起模，将步骤11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，留下一个没有砂块，无机械粘砂的带模壳铸样；

13)冷却脱壳，步骤12得到的带模壳铸样在空气中自然冷却过程中，大部分模壳自行逐渐破碎，脱离铸件1；然后由手工处理未自动脱落的模壳，并对铸样进行清洁，得到符合要求的精密铸样。

本工艺的核心在于铸造时的壳型具备一定强度，可以采用常规手段不能采用的立式铸造，还在铸造过程中采用横浇道3连接多个浇铸冒口2，多个浇铸冒口2都同时向铸样内注入金属液，使得在大尺寸薄壁铸件、笼形铸件等常规手段较难铸造的铸件时，采用本方案一次铸造成型，成型后的产品基本没有砂孔，结构强度大。

实施例2

本实施例与实施例1的主要特征相同，其区别在于：步骤4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，此时背层的厚度不大于1.5mm。

可以理解的是，以上关于本发明的具体描述，仅用于说明本发明而并非受限于本发明实施例所描述的技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，仍然可以对本发明进行修改或等同替换，以达到相同的技术效果；只要满足使用需要，都在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.真空壳型工艺压边补缩的复合浇注工艺，其特征在于，包括以下步骤：

1)制模，制作消失模模样，所述模样包括铸样，所述铸样的各个易紧缩位置设置有浇铸冒口，各个所述浇铸冒口之间设置有互相连通的横浇道，所述横浇道的中心位置设置有补缩冒口，使得浇铸时，浇铸熔料自补缩冒口进入，通过所述横浇道均匀进入各个所述浇铸冒口，经各个所述浇铸冒口进入铸样；

2)制壳，将步骤1得到的模样放入浆液中，使模样外表面粘结浆液，干燥后得到浆液支撑的壳型；

3)浇铸，将步骤2得到的壳型放置在砂箱中，加砂振实，在壳型中浇铸溶解后的金属液体；

4)脱壳，将步骤3得到的带模壳铸样自砂箱中脱离并清理，得到符合要求的工件。

2.根据权利要求1所述的真空壳型工艺压边补缩的复合浇注工艺，其特征在于：步骤1中所述铸样、浇铸冒口、横浇道和补缩冒口均由EPS发泡材料制作并组合形成模样。

3.根据权利要求1所述的真空壳型工艺压边补缩的复合浇注工艺，其特征在于：步骤1中多个所述浇铸冒口水平设置。

4.根据权利要求1所述的真空壳型工艺压边补缩的复合浇注工艺，其特征在于：步骤2所述的制壳工艺包括以下具体步骤：

2.1)面层沾浆，将步骤1得到的模样进行面层沾浆，送入干燥炉内烘干，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；

2.2)过渡层沾浆，将步骤2.1得到的模样继续进行过渡层沾浆，送入干燥炉内烘干，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；

2.3)背层沾浆，将步骤2.2得到模样继续进行背层沾浆，使模样粘附厚度不小于0.5mm的背层，送入干燥炉内烘干，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.根据权利要求1所述的真空壳型工艺压边补缩的复合浇注工艺，其特征在于：步骤2.3中，模样在粘附背层的过程中，不断撒上细砂，使得背层为粘结剂、粉状耐火材料、润湿剂、纤维素和细砂的混合物，使得背层的厚度增加0.5-1mm。

6.根据权利要求1所述的真空壳型工艺压边补缩的复合浇注工艺，其特征在于：步骤2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，粉状耐火材料的粒度为200-325目。

7.根据权利要求1所述的真空壳型工艺压边补缩的复合浇注工艺，其特征在于：步骤2所述的制壳还包括脱模，将沾浆后得到的模壳在合适位置开设排液孔，将排液孔朝下送入熔炉中，分别在90-110℃、140-160℃、190-210℃和250-280℃条件下烘烤15-30分钟，进行低温多阶段模样液化烧壳。

8.根据权利要求1所述的真空壳型工艺压边补缩的复合浇注工艺，其特征在于：步骤2所述的制壳还包括净化，将脱模得到的模壳进行焙烧，焙烧在温度为675-725℃熔炉中进行，对模壳内部进行高温净化，再采用高压空气进行吹气清理，得到内壁整洁的模壳。

9.根据权利要求1所述的真空壳型工艺压边补缩的复合浇注工艺，其特征在于：步骤3中，所述浇铸包括以下步骤：

3.1)加砂振实，将壳型置入用于真空铸造的专用砂箱中，向砂箱内加入粒度为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；

3.2)盖模，在步骤3.1的得到砂型开浇口杯，刮平砂层表面，盖上塑料薄膜；

3.3)浇铸，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，从底部取液，利用真空泵使砂箱内的压力保持为-0.03MPa，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；

3.4)起模，将步骤3.3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，同时将砂箱置于振动台使金属液在震动作用下更均匀进入模壳各个位置。

10.根据权利要求1所述的真空壳型工艺压边补缩的复合浇注工艺，其特征在于：步骤4的具体工艺包括：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，带模壳铸样在空气中自然冷却过程中，大部分模壳自行逐渐破碎，脱离铸件；然后由手工处理未自动脱落的模壳，并对铸样进行清洁，得到符合要求的精密铸样。

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