專利名稱：綠色消失模鑄造工藝的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種消失模鑄造的工藝方法。
背景技術(shù)：
消失模鑄造， 又稱實(shí)型鑄造，通常是用泡沫塑料(EPS、STMMA或EPMMA)高分子材料制作成為與要生產(chǎn)鑄造的零件結(jié)構(gòu)、尺寸完全一樣的實(shí)型模具，經(jīng)過(guò)浸涂耐火涂料(起強(qiáng)化、光潔、透氣作用)并烘干后，埋在干石英砂中經(jīng)三維振動(dòng)造型，澆鑄造型砂箱在負(fù)壓狀態(tài)下澆入熔化的金屬液，使高分子材料模型受熱氣化抽出，進(jìn)而被液體金屬取代冷卻凝固后形成的一次性成型鑄造新工藝生產(chǎn)鑄件的新型鑄造方法。與傳統(tǒng)鑄造技術(shù)相比，消失模鑄造技術(shù)具有無(wú)與倫比的優(yōu)勢(shì)，被國(guó)內(nèi)外鑄造界稱為“21世紀(jì)的鑄造技術(shù)”和“鑄造工業(yè)的綠色革命”。消失模鑄造有下列特點(diǎn)1、鑄件質(zhì)量好，成本低；2、材質(zhì)不限，大小皆宜；3、精度高、表面光潔、減少清理、節(jié)省機(jī)加；4、內(nèi)部缺陷大大減少，鑄件組織致密；5、可實(shí)現(xiàn)大規(guī)模、大批量生產(chǎn)；6、適用于相同鑄件的大批量生產(chǎn)鑄造；7、適用于人工操作與自動(dòng)化流水線生產(chǎn)運(yùn)行控制；8、生產(chǎn)線的生產(chǎn)狀態(tài)符合環(huán)保技術(shù)參數(shù)指標(biāo)要求；9、可以大大改善鑄造生產(chǎn)線的工作環(huán)境與生產(chǎn)條件、降低勞動(dòng)強(qiáng)度、減少能源消耗。現(xiàn)有的消失模鑄造采用金屬液使發(fā)泡模氣化消失，這樣，就有三個(gè)不足，①產(chǎn)生大量污染氣體，污染環(huán)境；②由于大量氣體存在，易產(chǎn)生鑄造缺陷，如氣孔；③產(chǎn)物含有大量碳，會(huì)使合金增碳，改變其化學(xué)成分，使性能惡化。2007年中國(guó)消失模鑄件產(chǎn)量已達(dá)到64. 8萬(wàn)噸，比1995年增長(zhǎng)42. 6倍，就其產(chǎn)量和企業(yè)數(shù)量均列世界第一。但在技術(shù)水平、原輔材料和專用設(shè)備的先進(jìn)性及自動(dòng)化程度上， 與發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有一定差距。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于現(xiàn)有技術(shù)所存在的上述缺陷，本發(fā)明旨在公開(kāi)一種綠色消失模鑄造工藝，它改變了傳統(tǒng)工藝中發(fā)泡模在澆注過(guò)程中氣化消失的方法，而是讓發(fā)泡模消泡縮容。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是這樣實(shí)現(xiàn)的一種綠色消失模鑄造工藝，其特征在于在發(fā)泡模涂刷涂料后，用粘結(jié)劑和砂制作一定厚度的殼，待其硬化；所述粘結(jié)劑為水玻璃、硅溶膠或氯氧鎂等綠色粘結(jié)劑；澆注之前，采用加熱法消泡縮容去除發(fā)泡模，完成型殼制作把帶有殼的發(fā)泡模放入加熱爐，加熱到80 350°C，保溫以使發(fā)泡模消泡縮容，a.對(duì)于待生產(chǎn)的鑄件形狀簡(jiǎn)單的情況，使消泡縮容的模自動(dòng)流出殼體；b.對(duì)于待生產(chǎn)的鑄件形狀中等復(fù)雜的情況，需進(jìn)而采用外力吸出或吹出已消泡縮容的殘模；c.對(duì)于待生產(chǎn)的鑄件形狀復(fù)雜的情況，需進(jìn)而采用牽引絲抽出或牽引絲與吸力結(jié)合，取出已消泡縮容的殘模進(jìn)一步的，為了達(dá)到消泡縮容之目的，所述消泡縮容去除發(fā)泡模的過(guò)程中，采用介質(zhì)加熱，所述介質(zhì)為80 350°C的熱空氣或熱空氣攜帶固體物；所述固體物為鋼瓦和/或砂子，其粒度為00. 5—03.0。更進(jìn)一步的，對(duì)于所述消泡縮容去除發(fā)泡模過(guò)程中尚未去除的殘模，在所述殘模積存處設(shè)計(jì)集渣包或集渣口，用以去除殘模，之后再將所述集渣包或集渣口粘結(jié)封閉再進(jìn)一步的，對(duì)于所述消泡縮容去除發(fā)泡模過(guò)程中尚未去除的少量殘模，進(jìn)而加熱到高于350°C，即發(fā)泡模氣化溫度以上，使所述少量殘模氣化，并吸出氣化后剩余的固體渣。與現(xiàn)有的消失模鑄造工藝相比較，本發(fā)明具有以下顯著特點(diǎn)本發(fā)明打破了消失模鑄造傳統(tǒng)工藝中發(fā)泡模在澆注過(guò)程中氣化消失的工藝過(guò)程， 讓發(fā)泡模消泡縮容，以達(dá)到不排放任何污染氣體之目的，并可回收或循環(huán)使用，具有綠色節(jié)能環(huán)保的顯著特點(diǎn)；同時(shí)，消泡縮容的工藝過(guò)程沒(méi)有或只有很少量的氣體存在，顯著減少了諸如氣孔等鑄造缺陷；而且，發(fā)泡模消泡縮容也減少了鑄件表面的碳含量，避免鑄造過(guò)程中增碳的技術(shù)障礙，打破了傳統(tǒng)消失模鑄造僅用于鑄鐵、鋁合金鑄造生產(chǎn)的限制，擴(kuò)大了消失模鑄造應(yīng)用合金的范圍，例如合金鋼鑄造領(lǐng)域；綜上，本發(fā)明使消失模技術(shù)在我國(guó)得到更加廣泛的應(yīng)用，拓展了其巨大的市場(chǎng)前景。


圖1是綠色消失模鑄造工藝流程圖；圖2是實(shí)施例1的船用螺旋槳綠色消失模鑄造工藝示意圖。圖中，1.熱氣流入口；2.出口
具體實(shí)施例方式現(xiàn)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的具體描述如圖1所示的綠色消失模鑄造工藝，包括如下步驟(1)模型制作通常有兩種情況第一種，采用泡塑珠粒制作，經(jīng)過(guò)預(yù)發(fā)泡_熟化_發(fā)泡成型_冷卻出模；其中，關(guān)于泡塑珠粒的選用問(wèn)題消失模鑄造專用的泡塑珠粒有三種。a.可發(fā)性聚苯乙烯樹(shù)脂珠粒(簡(jiǎn)稱EPS)；b.可發(fā)性甲基丙烯酸甲脂與苯乙烯共聚樹(shù)脂珠粒(簡(jiǎn)稱STMMA)；
c.可發(fā)性聚甲基丙烯酸甲脂樹(shù)脂珠粒(簡(jiǎn)稱EPMMA)。常用可發(fā)性聚苯乙烯樹(shù)脂珠粒(EPS)，用于鑄造有色金屬、灰鐵及一般鑄鋼。珠粒特點(diǎn)半透明珠粒，預(yù)發(fā)泡倍數(shù)40 60，粒徑為0. 18 0. 80毫米(6種尺寸)，一般選用的原始珠粒的粒徑小于或等于鑄件最小壁厚的1/9 1/10。以EPS為例，對(duì)模型制作工藝進(jìn)行具體描述如下①預(yù)發(fā)泡
EPS珠粒在加入模具前，要先進(jìn)行預(yù)發(fā)泡，以使珠粒膨脹到一定尺寸。預(yù)發(fā)泡 過(guò)程決定了模型的密度、尺寸穩(wěn)定性及精度，是關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。適用于EPS 珠粒預(yù)發(fā)泡的方法有三種熱水預(yù)發(fā)泡、蒸汽預(yù)發(fā)泡和真空預(yù)發(fā)泡。真空預(yù)發(fā)泡的珠粒發(fā)泡率高，珠粒干燥，應(yīng)用較多。②熟化經(jīng)預(yù)發(fā)泡的EPS珠粒放置在干燥、通風(fēng)的料倉(cāng)中一定時(shí)間。以便使珠粒泡孔內(nèi)外界壓力平衡，使珠粒具有彈性和再膨脹能力，除去珠粒表面的水分。熟化時(shí)間在8 48小時(shí)。③發(fā)泡成型將預(yù)發(fā)泡且熟化的EPS珠粒填充到金屬模具的型腔內(nèi)，加熱，使珠粒再次膨脹，填滿珠粒間的空隙，并使珠粒間相互融合，形成平滑表面，即模型。出模前必須進(jìn)行冷卻，使模型降溫至軟化溫度以下，模型硬化定形后，才能出模。出模后還應(yīng)有模型干燥及尺寸穩(wěn)定的時(shí)間。設(shè)備有蒸缸及自動(dòng)成形的成型機(jī)兩種。第二種情況，采用泡塑板材制作泡塑板材_電阻絲切割_粘結(jié)_模型對(duì)于簡(jiǎn)單模型，可利用電阻絲切割裝置，將泡塑板材切割成所需的模型。對(duì)于復(fù)雜模型，首先用電阻絲切割裝置，將模型分割成幾個(gè)部分，然后進(jìn)行粘，使之成為整體模型。(2)模型組合成簇將自行加工或外購(gòu)的泡塑模型與澆冒口模型組合粘結(jié)在一起，形成模型簇，這種組合有時(shí)在涂料前進(jìn)行，有時(shí)在涂層制備后埋箱造型時(shí)進(jìn)行。是消失模(實(shí)型)鑄造不可缺少的一道工序。目前使用的粘結(jié)材料橡膠乳液、樹(shù)脂溶劑和熱熔膠及膠帶紙。(3)模型涂層實(shí)型鑄造泡塑模型表面必需涂一層一定厚度的涂料，形成鑄型內(nèi)殼。其涂層的作用是為了提高EPS模型的強(qiáng)度和剛度，提高模型表面抗型砂沖刷能力，防止加砂過(guò)程中模型表面破損及振動(dòng)造型及負(fù)壓定型時(shí)模型的變形，確保鑄件的尺寸精度。外購(gòu)的消失模鑄造專用涂料，在涂料攪拌機(jī)內(nèi)加水?dāng)嚢?，使其得到合適的粘度。攪拌后的涂料放入容器內(nèi)，用浸、刷、淋和噴的方法將模型組涂覆。一般涂?jī)杀椋雇繉雍穸葹?0.5 2mm。據(jù)鑄件合金種類、結(jié)構(gòu)形狀及尺寸大小不同選定。涂層在40 50°C下烘干。(4)消泡縮容①生產(chǎn)簡(jiǎn)單形狀鑄件時(shí)，把帶有殼的發(fā)泡模放入加熱爐，加熱到一定溫度范圍 (消泡起始溫度到發(fā)泡模熱分解溫度)，保溫以使發(fā)泡模消泡縮容，并使消泡縮容的模自動(dòng)流出殼體。②生產(chǎn)中等復(fù)雜鑄件時(shí)，把帶有殼的發(fā)泡模放入加熱爐，加熱到一定溫度范圍 (消泡起始溫度到發(fā)泡模熱分解溫度)，保溫以使發(fā)泡模消泡縮容，采用外力吸出已消泡縮容的殘模。③生產(chǎn)復(fù)雜鑄件時(shí)，把帶有殼的發(fā)泡模放入加熱爐，加熱到一定溫度范圍(消泡起始溫度到發(fā)泡模熱分解溫度)，保溫以使發(fā)泡模消泡縮容，采用牽引絲抽出或牽引絲與吸力結(jié)合，取出已消泡縮容的殘模。5.振動(dòng)造型
常用的一種造型方法(兩種方法之一)。其工序包括如下工序砂床制備_放置模殼_填砂_密封定型①砂床制備將帶有抽氣室的砂箱 放在振動(dòng)臺(tái)上，并卡緊。底部放入一定厚度的底砂(一般砂床厚度在50 IOOmm以上)，振動(dòng)緊實(shí)。型砂為無(wú)粘結(jié)劑、無(wú)填加物、不含水的干石英砂。黑色金屬溫度高，可選用較粗的砂，鋁合金采用較細(xì)砂子。型砂經(jīng)處理后要反復(fù)使用。砂箱為單面開(kāi)口、設(shè)有抽氣室或抽氣管、起吊或行走機(jī)構(gòu)的砂箱。②放置已消泡縮容的模殼振實(shí)后，根據(jù)工藝要求在砂床上放置已消泡縮容的模殼組，并培砂固定。③填砂加入干砂(幾種加砂方法)，同時(shí)施以振動(dòng)(X、Y、Z三個(gè)方向)，時(shí)間一般為30 60秒，使型砂充滿模型的各個(gè)部位，且使型砂的堆積密度增加。④密封定型砂箱表面用塑料薄膜密封，用真空泵將砂箱內(nèi)抽成一定真空，靠大氣壓力與鑄型內(nèi)壓力之差將砂?！罢辰Y(jié)”在一起，維持鑄型澆注過(guò)程不崩散，稱之為“負(fù)壓定型”。6.澆注澆注操作過(guò)程采用慢-快-慢。并保持連續(xù)澆注，防止?jié)沧⑦^(guò)程斷流。澆后鑄型真空維持3 5分鐘后停泵。澆注溫度比砂型鑄造的溫度高30 50°C。7.冷卻清理得所制鑄件冷卻后，實(shí)型鑄造落砂最為簡(jiǎn)單，將砂箱傾斜吊出鑄件或直接從砂箱中吊出鑄件均可，鑄件與干砂自然分離。分離出的干砂處理后重復(fù)使用。采用上述工藝鑄造生產(chǎn)一種船用螺旋槳，如圖2所示，在4個(gè)葉片端部設(shè)置熱氣流入口，吹入熱空氣或用熱空氣攜帶固體物，使螺旋槳內(nèi)部的發(fā)泡模消泡縮容，并由心部的出口排出，使發(fā)泡模不在澆注過(guò)程中汽化，從而達(dá)到綠色鑄造的目的。以上所述，僅為本發(fā)明較佳的具體實(shí)施方式
，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此， 任何熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明披露的技術(shù)范圍內(nèi)，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案及其發(fā)明構(gòu)思加以等同替換或改變，都應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種綠色消失模鑄造工藝，其特征在于在發(fā)泡模涂刷涂料后，用粘結(jié)劑和砂制作一定厚度的殼，待其硬化；澆注之前，采用加熱法消泡縮容去除發(fā)泡模，完成型殼制作把帶有殼的發(fā)泡模放入加熱爐，加熱到80 350°C，保溫以使發(fā)泡模消泡縮容，a.對(duì)于待生產(chǎn)的鑄件形狀簡(jiǎn)單的情況，使消泡縮容的模自動(dòng)流出殼體；b.對(duì)于待生產(chǎn)的鑄件形狀中等復(fù)雜的情況，需進(jìn)而采用外力吸出或吹出已消泡縮容的殘模；c.對(duì)于待生產(chǎn)的鑄件形狀復(fù)雜的情況，需進(jìn)而采用牽引絲抽出或牽引絲與吸力結(jié)合， 取出已消泡縮容的殘模。
2.如權(quán)利要求1所述的綠色消失模鑄造工藝，其特征在于所述消泡縮容去除發(fā)泡模的過(guò)程中，采用介質(zhì)加熱，所述介質(zhì)為80 350°C的熱空氣或熱空氣攜帶固體物。
3.如權(quán)利要求2所述的綠色消失模鑄造工藝，其特征在于所述固體物為鋼瓦和/或砂子，其粒度為00. 5-03. 0。
4.如權(quán)利要求1所述的綠色消失模鑄造工藝，其特征在于所述粘結(jié)劑為水玻璃、硅溶膠或氯氧鎂。
5.如權(quán)利要求1所述的綠色消失模鑄造工藝，其特征在于對(duì)于所述消泡縮容去除發(fā)泡模過(guò)程中尚未去除的殘模，在所述殘模積存處設(shè)計(jì)集渣包或集渣口，用以去除殘模，之后再將所述集渣包或集渣口粘結(jié)封閉。
6.如權(quán)利要求1-5任一所述的綠色消失模鑄造工藝，其特征在于對(duì)于所述消泡縮容去除發(fā)泡模過(guò)程中尚未去除的少量殘模，進(jìn)而加熱到高于350°C，即發(fā)泡模氣化溫度以上，使所述少量殘模氣化，并吸出氣化后剩余的固體渣。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種新型綠色消失模鑄造工藝，核心就是不讓發(fā)泡模在澆注過(guò)程中氣化消失，而是讓它消泡縮容，以便回收利用，不排放污染氣體，從而達(dá)到綠色環(huán)保的目的。無(wú)發(fā)泡模的氣化，可顯著消除鑄造缺陷(如氣孔類缺陷)，避免合金的增碳，提高鑄件質(zhì)量。通過(guò)在發(fā)泡模涂刷涂料后，再在其外面用環(huán)保粘結(jié)劑和砂制作一定厚度的殼，待殼完全硬化后，對(duì)其進(jìn)行加熱消泡縮容，然后針對(duì)不同形狀鑄件，采用相應(yīng)的方法取出已縮容的殘模，來(lái)完成殼型制作，最后根據(jù)澆注金屬液的張力，選擇直接殼型澆注、埋砂(普通干砂、鐵丸等)、磁力澆注和真空澆注等。該工藝綠色環(huán)保無(wú)污染，顯著提高消失模鑄件的質(zhì)量，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)生產(chǎn)中。
文檔編號(hào)B22C9/04GK102366821SQ20111032586
公開(kāi)日2012年3月7日 申請(qǐng)日期2011年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年10月24日
發(fā)明者劉趙銘, 戴紅, 楊莉, 閻志明 申請(qǐng)人:大連交通大學(xué)