CN1207118C - 浇注成形的型芯用的芯料及用该芯料制作型芯的方法 - Google Patents

Abstract

一种浇注成形的型芯用的芯料，该芯料的组分及含量包括：颗粒小于200目的磷酸二氢铵6～18%、颗粒为30/140目的石英和/或熔融石英30～55%、颗粒小于200目的石英和/或熔融石英20～40%、颗粒小于270目的氧化镁5～12%。用上述芯料制作用于熔模铸造的型芯的方法依次包括制备浆料、浇注、脱模三个工艺步骤，用上述芯料制作用于砂型铸造的型芯的方法除上述三个工艺步骤外，还应增加焙烧除气步骤。由于芯料与水和/或硅溶胶能形成流动性和固化性好的浆料，便于采用浇注成形的方法制作型芯，因而易制作出细薄精细、表面光洁、尺寸准确的型芯，而且此种型芯经强化处理后具有高的常温强度和高温强度。

Description

浇注成形的型芯用的芯料及用该芯料制作型芯的方法

一、技术领域

本发明属于铸造造型工艺领域，特别涉及一种制作细薄型芯和轮廓要求精细的型芯所用的芯料及此类型芯的制作方法。

二、背景技术

据了解，现有形成金属铸件狭窄的或精密的内部空腔的方法有两种，一种是在铸型中设置型芯，另一种是制作延伸到型腔内部的芯块(即自带芯)。

对于砂型铸造，通常采用的型芯为粘土砂芯、有机粘结剂砂芯和水玻璃砂芯，上述材质的型芯强度较低，表面较为粗糙，有的甚至需要施涂涂料才能使用，因而难于制作出符合要求的小尺寸细薄型芯或精密度要求高的型芯。采用砂型铸造，也难于制作出延伸到型腔内部的芯块。

较小的具有狭窄内腔的铸件或内腔要求精密的铸件通常采用熔模铸造工艺，由于涂料的气泡、浮砂及涂挂撒砂易造成通道堵塞，因而难于形成符合要求的自带芯型壳，即使是最新的硅溶胶制壳工艺，由于干燥速度的限制，对于具有狭窄或深孔的铸件也难于制壳，不得不采用预制型芯。熔模铸造用的常规型芯为石英玻璃陶瓷芯，不仅芯料成本高，而且在型芯制作时需要昂贵的专用设备(如热压注设备和高温烧结加热炉等)，同时对操作人员的技术水平要求很高，因而一般仅在军工企业或航空航天企业生产高级精铸件时应用，民用精铸厂一般不轻易使用。其它种类精密型芯多采用普通砂芯的填砂制芯工艺再加以一定的特殊处理，因而难于大批量生产出细薄精密、表面光洁、尺寸准确的型芯。

三、发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种新型的芯料及用该芯料制作型芯的方法，采用此种芯料及相应的方法不仅能制作出细薄精密、表面光洁、尺寸准确的型芯，而且工艺简单，易于操作，成本大幅度降低。

本发明的技术方案如下：

芯料选择了一种易与水或/和硅溶胶形成浆料且流动性、固化性好的组合物，以便采用浇注成形的方法制作型芯。此种芯料的组分及含量包括：

颗粒小于200目的磷酸二氢铵                6～18％

颗粒为30/140目的石英和/或熔融石英        30～55％

颗粒小于200目的石英和/或熔融石英         20～40％

颗粒小于270目的氧化镁                    5～12％

上述百分数均为重量百分数。

为了减少芯料在形成浆料过程中产生的气泡，可在上述组分的基础上增加消泡剂，消泡剂的重量百分数为0.002～0.2％，消泡剂可采用磷酸酯或有机硅。

为了避免结构较为复杂的型芯产生裂纹，还可增加颗粒小于200目的磷酸二氢镁，磷酸二氢镁的重量百分数＜8％。

上述芯料的组分磷酸二氢铵、石英、熔融石英、氧化镁、磷酸酯、有机硅、磷酸二氢镁均为市售商品，可购买备用，将上述组分分别用球磨机磨到规定的粒度，然后按各组分的重要百分数将磨制好的各组分放入搅拌机中混合均匀即制备成芯料，制备好的芯料密封防潮备用。

用上述芯料制作用于熔模铸造的型芯的方法依次包括以下步骤：

1、制备浆料

制备浆料以芯料和水或/和硅溶胶为原料，芯料与水或/和硅溶胶的重量比为芯料∶水或/和硅溶胶＝100∶13～22，在常温常压下用水或/和硅溶胶调拌芯料即形成浆料。芯料和硅溶胶调拌的浆料制作的型芯，焙烧后的强度高但不耐水煮，而芯料和水调拌的浆料所制作的型芯虽然焙烧后强度较前者低但耐水煮，可根据铸造工艺选用。

2、浇注

浇注是将浆料注入芯盒，在常温常压下进行，芯盒可以用硅橡胶、聚四氟乙烯塑料、木材、金属和熔模材料制作。

3、脱模

在注入芯盒的浆料形成型芯且完全固化后即可脱模，完全固化的时间随气温的高低变化，一般为0.5～2小时。

为了进一步提高型芯的常温和高温强度，对于脱模后的型芯可在400～800℃保温焙烧0.5～2小时，然后用硅溶胶浸渍并烘干。

用上述芯料制作用于砂型铸造的型芯的方法与制作用于熔模铸造的型芯的方法相比，还应增加焙烧除气步骤，即将脱模后的型芯在400～800℃焙烧至符合砂型浇注时的发气量限制要求。这是因为砂型铸造用的型芯不象熔模铸造用的型芯会随型壳一起经高温焙烧而除气。若需进一步提高型芯的强度，则应将焙烧除气后的型芯用硅溶胶浸渍并烘干。

为了加速浆料中气泡的上浮速度，制备浆料可在微振下进行；为了有助于浆料在芯盒中充填成形，浇注可在微振下进行。

上述方法制作的型芯，其组分和各组分的含量见下表。

         浇注成形的型芯的组分和各组分的含量(重量百分数)

本发明具有以下有益效果：

1、由于芯料与水或/和硅溶胶能形成流动性和固化性好的浆料，便于采用浇注成形的方法制作型芯，因而易制作出细薄精密、表面光洁、尺寸准确的型芯。

2、由于型芯在常温常压下依靠重力的作用浇注成形，既对芯盒材料无特殊要求，又不需昂贵的专用成形设备，因而可大幅度降低成本。

3、芯料的组分易于获取，型芯的制作方法工艺步骤简单，对操作人员的技术要求不高，便于大批量生产和普及推广。

4、型芯的强化焙烧温度远低于热压注石英玻璃陶瓷型芯的焙烧温度1200℃，因而可节约能源。

5、强化处理后的型芯具有高的常温强度和高温强度，可以预放在熔模铸造的压型中压制熔模，在焙烧型壳和浇注金属时不会软化、变形，长期保存不会出现强度下降和粉化现象。

四、具体实施方式

实施例1：

本实施例制作工业锅炉用的喷嘴铸件的熔模铸造预制精密型芯。工业锅炉用的喷嘴铸件材质为ZGCr₂₅Ni₂₀高镍铬耐热钢，结构特点在于喷口为5毫米厚的狭缝，此狭缝既宽又深、内部为平面，铸造时往往因狭缝内表面鼓包、钻铁又无法打磨清理而导致报废，因而对型芯的质量要求非常高。

本实施例使用的芯料为(重量百分数)：

颗粒小于200目的磷酸二氢铵             9％

颗粒小于200目的磷酸二氢镁             6％

颗粒为30/140目的熔融石英              39.85％

颗粒小于200目的熔融石英               35％

颗粒小于270目的氧化镁                 10％

有机硅(消泡剂)                        0.15％

本实施例中制作型芯的工艺步骤为：

1、制备浆料

每次浇注五个型芯，每次制备浆料一公斤。制备浆料以上述芯料和硅溶胶为原料，芯料与硅溶胶的重量比为芯料∶硅溶胶＝100∶18，将芯料和硅溶胶在常温常压下调拌2分钟即可形成符合流动性要求的浆料。

2、浇注

将用聚四氟乙烯塑料制成的可拆卸式芯盒放在小型振动台上，在微振状态下向芯盒注入浆料，整个浇注过程在常温常压下进行。

3、脱模

在注入芯盒的浆料所形成的型芯完全固化后即可脱模，完全固化的时间为1小时。

4、强化处理

将脱模后的型芯在500℃熔烧1小时后用硅溶胶浸渍，然后在200℃烘干，即得所需型芯。

将此型芯作为预制精密型芯放入压型中压制蜡模，按常规水玻璃制壳工艺涂挂制壳后型芯与型壳成为一体，采用熔模铸造工艺即可生产出质量符合要求的喷嘴铸件。

实施例2：

本实施例制作液压自动回位铁门上的齿芯轴的齿部型芯。齿芯轴的材质为ZG35，结构特点是齿形所处的部位难于进行机械加工，依靠铸造成形，要求一定的精度。

本实施例所使用的芯料为(重量百分数)：

颗粒小于200目的磷酸二氢铵             15％

颗粒为30/140目的石英                  49.9975％

颗粒小于200目的石英                   25％

颗粒小于270目的氧化镁                 10％

有机硅(消泡剂)                        0.0025％

本实施例中制作型芯的工艺步骤为：

1、制备浆料

每次浇注10个型芯，每次制备浆料0.4公斤。制备浆料以上述芯料和水为原料，芯料与水的重量比为芯料∶水＝100∶15，将芯料和水在常温常压下调拌2分钟即可形成符合流动性要求的浆料。

2、浇注

芯盒为易熔模一次性芯盒，将其放在小型振动台上微振浇注，整个浇注过程在常温常压下进行。

3、脱模

浇注后1小时型芯即可完全固化，采用热水脱模取出型芯。

4、强化处理

将脱模后的型芯在700℃熔烧1小时后用硅溶胶浸渍，然后在200℃烘干，即得所需型芯。

将此型芯作为预制型芯放入压型中压制蜡模，按常规水玻璃制壳工艺涂挂制壳后型芯与型壳成为一体，采用熔模铸造工艺即可生产出符合质量要求的齿芯轴。

实施例3：

本实施例制作人造关节内腔型芯。人造关节的材质为ZG1Cr₁₈Ni₉，其结构特点是内腔存在不易拔模的反斜度，使得蜡模压型抽芯困难，用通常的工艺制造熔模将会使模具的结构非常复杂。

本实施例所使用的芯料为(重量百分数)：

颗粒小于200目的磷酸二氢铵             15％

颗粒为50/100目的熔融石英              35.85％

颗粒为50/100目的石英                  17％

颗粒小于200目的石英                   8％

颗粒小于200目的熔融石英               17％

颗粒小于270目的氧化镁                 7％

磷酸酯(消泡剂)                        0.15％

本实施例中制作型芯的工艺步骤为：

1、制备浆料

每次浇注5个型芯，每次制备浆料0.2公斤。制备浆料以上述芯料及水和硅溶胶为原料，每100份重量的芯料加10份重量的水和7份重量的硅溶胶调拌2分钟即形成符合流动性要求的浆料，调拌在常温调压下进行。

2、浇注

芯盒为易熔模一次性芯盒，将其放在小型振动台上微振浇注，整个浇注过程在常温常压下进行。

3、脱模

浇注后1小时型芯即可完全固化，采用蒸汽脱模取出型芯。

4、强化处理

将脱模后的型芯在800℃焙烧0.5小时后用硅溶胶浸渍，然后在200℃烘干，即得所需型芯。

将此型芯作为预制型芯放入压型中压制蜡模，按常规水玻璃制壳工艺涂挂制壳后型芯与型壳成为一体，采用熔模铸造工艺即可生产出质量符合要求的人造关节铸件。

实施例4：

本实施例制作套块的通孔型芯。套块材质为HT200灰口铸铁，基本为块状结构，有一个断面尺寸为6mm×30mm、深度为50mm的通孔，该件的通孔难于用常规熔模铸造的涂挂方式制壳。

本实施例所使用的芯料为(重量百分数)：

颗粒小于200目的磷酸二氢铵            12％

颗粒为50/100目的石英                 49.85％

颗粒小于200目的石英                  28％

颗粒小于270目的氧化镁                10％

磷酸酯(消泡剂)                       0.15％

本实施例中制作型芯的工艺步骤为：

1、制备浆料

每次浇注10个型芯，每次制备浆料0.4公斤。制备浆料以上述芯料和水为原料，每100份重量的芯料加13份重量的水调拌2分钟即可形成符合流动性要求的浆料，调拌时施以微振，调拌在常温常压下进行。

2、浇注

芯盒为易熔模一次性芯盒，将其放在小型振动台上微振浇注，整个浇注过程在常温常压下进行。

3、脱模

浇注后1小时型芯即可完全固化，采用热水脱模取出型芯。

直接将此型芯作为预制型芯放入压型中压制蜡模，按常规熔模铸造方法制壳、脱蜡、焙烧和浇注铸件即可生产出符合要求的套块。

Claims (7)

1、一种浇注成形的型芯用的芯料，其特征在于该芯料的组分及含量包括：

颗粒小于200目的磷酸二氢铵                  6～18％

颗粒为30/140目的石英和/或熔融石英          30～55％

颗粒小于200目的石英和/或熔融石英           20～40％

颗粒小于270目的氧化镁                      5～12％

上述百分数均为重量百分数。

2、根据权利要求1所述的浇注成形的型芯用的芯料，其特征在于该芯料还含有作为消泡剂的有机硅或磷酸酯，其重量百分数为0.002～0.2％。

3、根据权利要求1或2所述的浇注成形的型芯用的芯料，其特征在于该芯料还含有颗粒小于200目的磷酸二氢镁，磷酸二氢镁的重量百分数＜8％。

4、一种制作型芯的方法，其特征在于该方法依次包括以下工艺步骤：

(1)制备浆料

制备浆料以芯料和水或/和硅溶胶为原料，芯料的组分及含量包括：

颗粒小于200目的磷酸二氢铵                6～18％

颗粒为30/140目的石英和/或熔融石英        30～55％

颗粒小于200目的石英和/或熔融石英         20～40％

颗粒小于270目的氧化镁                    5～12％

上述百分数均为重量百分数，

芯料与水或/和硅溶胶的重量比为芯料∶水或/和硅溶胶＝100∶13～22，在常温常压下用水或/和硅溶胶调拌芯料即形成浆料，

(2)浇注

浇注是将浆料注入芯盒，在常温常压下进行，

(3)脱模

在注入芯盒的浆料形成型芯且完全固化后即可脱模。

5、根据权利要求4所述的制作型芯的方法，其特征在于将脱模后的型芯在400～800℃保温焙烧0.5～2小时。

6、根据权利要求5所述的制作型芯的方法，其特征在于将焙烧后的型芯用硅溶胶浸渍并烘干。

7、根据权利要求4或5或6所述的制作型芯的方法，其特征在于制备浆料、浇注在微振下进行。