一种复杂薄壁零件快速熔模铸造方法技术

本发明专利技术公开了一种薄壁复杂零件快速熔模铸造方法。属精密铸造技术领域。该方法利用聚苯乙烯快速成形技术制作出复杂形状的薄壁聚苯乙烯泡沫塑料熔模铸造模样和浇注系统，通过表面低温渗蜡工艺改进铸造模样的表面质量，再在经过表面处理后的泡沫塑料模组多次挂浆制的熔模型壳，在高温下焙烧使泡沫塑料完全气化，最后浇注金属得到精密铸件。本发明专利技术与传统熔模铸造方法比较，具有无需制造金属模具压型，铸件成形效率高，精度好，生产周期短的优点，特别适合于复杂形状精密铸件的中、小批量快速制造以及新产品的试制。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于精密铸造
具体是一种薄壁复杂零件快速熔模铸造方法。是 一种基于聚苯乙烯泡沫塑料快速成形技术的薄壁复杂零件熔模铸造方法。
技术介绍
熔模精密铸造又称失蜡法铸造，是铸造行业中的一项优异的工艺技术，其应用非 常广泛。它不仅适用于各种类型、各种合金的铸造，而且生产出的铸件尺寸精度、表面质量 比其它铸造方法要高，甚至其它铸造方法难于成形的复杂、耐高温、不易于加工的铸件，均 可采用熔模精密铸造。一般而言，熔模工艺流程是用易熔材料，例如蜡料制成可熔性模型(简称熔模或 模型)，在其上涂覆若干层特制的耐火涂料，经过干燥和硬化形成一个整体型壳后，再用蒸 汽或热水从型壳中熔掉模型，然后将型壳置于砂箱中，在其四周填充干砂造型，最后将铸型 放入焙烧炉中经过高温焙烧后，于其中浇注熔融金属而得到铸件。目前国内铸造企业普遍采用金属模具压型获得零件的蜡模，存在制模周期长、成 本昂贵、低温蜡料制成的蜡模容易变形等问题。同时，在熔模铸造的脱蜡工序中模壳型腔容 易掉入型砂，致使在浇注后出现铸件产品落砂缺陷，铸件的成品率低等缺陷。这些问题的存 在严重制约了熔模铸造技术的发展。快速成型技术(RP)是近十年来迅速发展起来的一种新的成形技术，能够快速将 CAD模型转换成三维实体模型。目前有SLA光固化原型技术、FDM熔化沉积制造、SLS激光 选区烧结技术、LOM分层实体制造、ERP聚苯乙烯快速成形技术等系统。RP技术已成功地应 用于熔模铸造生产中，各种RP技术能够快速制造出熔模铸造的“熔模”，从而省去金属压型 设计制造，缩短了生产周期。如FDM和SLS直接制造的蜡模，LOM的纸质熔模，SLA的树脂 熔模以及ERP的泡沫塑料模均可以代替传统蜡模，用于精密铸造。其中，ERP制作的聚苯乙 烯泡沫塑料模样具有尺寸精度高，制作成本低，焙烧气化充分、残余物少等优点，最适合替 代传统蜡模作为熔模铸造模样。
技术实现思路
为了解决传统熔模铸造制壳工艺的复杂、生产周期长、材料繁杂、成本高和环境污 染的问题，本专利技术提供一种薄壁复杂零件快速熔模铸造方法。该方法无需制造金属模具压 型，模样成形效率高，精度好，生产周期短，特别适合于复杂形状精密铸件的中、小批量快速 制造以及新产品的试制。本专利技术采用的技术方案是，具体步骤是1)聚苯乙烯泡沫塑料模样制备根据需要制备的零件进行造型设计出三维实体模型；然后选用刚度和强度较好的 密度> 26Kg/m3聚苯乙烯泡沫塑料板，采用聚苯乙烯快速成形设备制作出零件的泡沫塑料 模样；利用聚苯乙烯快速成形设备制作浇注系统。将泡沫塑料模型和浇注系统粘结在一 起组成熔模铸造模样；2)采用低温渗蜡技术对聚苯乙烯泡沫塑料模样进行表面处理；由于商品聚苯乙烯泡沫塑料板材均是由一个个聚苯乙烯珠粒二次发泡粘结形成， 泡沫塑料模表面必然存在网格状发泡珠粒界面。这些微凸的界面使得泡沫塑料模样表面粗 糙降低。如果不对这样的熔模铸造模样表面处理，则会使铸件表面光洁度达不到精密铸造 质量要求。因此，为了增加零件表面光洁度，便于后续加工，需对已制备的泡沫塑料模样进 行渗蜡处理。传统渗蜡方法是将零件浸入熔融蜡液中，保温一定时间来完成。但是由于快速 成形制备的泡沫塑料模样强度较低，蜡液温度过高时泡沫塑料模样易收缩变形，影响后续 熔模铸造加工精度。因此，必须降低渗蜡的温度保证熔模的完整性，考虑到蜡的熔点很低 (60°C左右)，远低于水的沸点和聚苯乙烯泡沫塑料的收缩温度(120°C左右)，而且蜡不溶 于水，故本专利技术采用一种新表面渗蜡工艺，具体工艺步骤为①先将工业用蜡和一定比例的 水同时放入加热容器中；②将水加热到80 90°C，使蜡完全溶化并浮于水面；③将泡沫塑 料熔模模样表面浸蜡，然后将其放置在10 40°C的通风环境下自然干燥。通过上述表面处 理，即增加了泡沫塑料模样的表面光洁度，又增加了模型强度，为后续制壳工序带来便利。3)制壳在聚苯乙烯泡沫塑料模样上涂挂多层高固相、低粘度耐火浆料，以获得 坚固的耐火熔模型壳。本专利技术的耐火浆料由耐火材料、水玻璃粘结剂混和而成，从内层浆料 到外层浆料，耐火材料中砂粒从70目到20目、粉料从270目到200目逐层变化。总的来说， 面层粒度要细、加固层则采用较粗的粒度以提高型壳的透气性和退让性。每层固相体积分 数不小于浆料体积的60%，总涂挂六层，型壳厚度达8mm左右。模组上每层涂浆料需充分干燥硬化后再涂挂下一层。面层采用自然干燥，干燥时 间大于lh ；后续各层采用化学硬化方法，将已涂挂耐火浆料的模组浸入氯化铵水溶液中， 使氯化铵与水玻璃粘结剂中的Na20发生化学反应，促使了水玻璃的胶凝，其反应为Na20. mSi02+2NH4Cl+nH20 = mSi02. (n_l) H20+2NaCl+2NH40H。4)焙烧待熔模型壳干燥硬化后，将其放入焙烧炉中，以50°C /h的升温速度自室 温升至150°C，再以200°C/h的升温速度自150°C升至850°C，在850°C保温2小时。经焙烧 后，不仅聚苯乙烯泡沫塑料模组被完全气化，而且型壳中的水分、残留蜡料、NH4C1及盐分等 也被除去，进一步提高了型壳的强度和透气性。5)精密铸造成形浇注液态金属，待冷却后，得到最终的精密铸件。本专利技术的聚苯乙烯泡沫塑料模组中在铸造模样末端预留一敞开型冒口，在型壳焙 烧冷却后，通过此冒口引入压缩空气将熔模型腔内残渣清除；耐火浆料中的粒料为电熔刚 玉、氧化硅、石英砂、氧化锆或莫来石中的一种或一种以上的按任意比量的混合物，粉料主 要成分为石英粉。本专利技术利用聚苯乙烯快速成形技术制作出复杂形状的薄壁聚苯乙烯泡沫塑料熔 模铸造模样和浇注系统，通过表面低温渗蜡工艺改进铸造模样的表面质量，再在经过表面 处理后的泡沫塑料模组多次挂浆制的熔模型壳，在高温下焙烧使泡沫塑料完全气化，最后 浇注金属得到精密铸件。有益效果是本专利技术与传统熔模铸造方法比较，无需金属压型模具就可实现复杂4形状熔模的制备，同时省略了脱蜡工序，缩短了精密铸件的生产周期，降低了生产成本，减 轻了工人的劳动强度。附图说明图1是本专利技术的工艺流程；图2是复杂薄壁零件的主视3是图2的侧视图；图4是复杂薄壁零件的泡沫塑料模组图。具体实施例方式下面结合附图和实施例对本专利技术作进一步详细说明。如图1所示，本专利技术的工艺过程是利用聚苯乙烯快速成形技术制作出复杂形状 的薄壁聚苯乙烯泡沫塑料熔模铸造模样和浇注系统，通过表面低温渗蜡工艺改进铸造模样 的表面质量，再在经过表面处理后的泡沫塑料模组多次挂浆制的熔模型壳，在高温下焙烧 使泡沫塑料完全气化，最后浇注金属得到精密铸件。实施例是高速列车头部的复杂曲面薄壁夹层零件。参照图2和图3所示的高速列车头部的复杂曲面薄壁夹层结构，由于该零件具有 复杂曲面结构，且其最厚壁厚为3mm，其金属压型模具很难设计，因此制造比较困难。而利用 本专利技术中提出的工艺方法则能很好解决这一问题。具体实施步骤如下1)制备泡沫塑料模组应用三维造型软件Pro/E对图2和图3所示的零件造型， 然后利用聚苯乙烯快速成形设备制作出零件的泡沫塑料模型；利用聚苯乙烯快速成形设备制作出浇注系统的泡沫塑料模型；将零件和浇注系统的泡沫塑料模型粘结形成图4所示的熔模铸造模组。2)表面处理采用表面渗蜡工艺进行表面处理。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种复杂薄壁零件快速熔模铸造方法，其特征在于：具体步骤是：１）聚苯乙烯泡沫塑料铸造模样制备；根据需要制备的零件进行造型设计出三维实体模型；然后选用刚度和强度较好的密度＞２６Ｋｇ／ｍ↑［３］聚苯乙烯泡沫塑料板，采用聚苯乙烯快速成形设备制作出零件的泡沫塑料模样；２）采用低温渗蜡技术对聚苯乙烯泡沫塑料模样进行表面处理；３）制壳：在聚苯乙烯泡沫塑料模样上涂挂多层高固相低粘度耐火浆料，获得坚固的耐火熔模型壳；４）焙烧：待熔模型壳干燥硬化后，将其放入焙烧炉中，以５０℃／ｈ的升温速度自室温升至１５０℃，再以２００℃／ｈ的升温速度自１５０℃升至８５０℃，在８５０℃保温２小时；经焙烧后，聚苯乙烯泡沫塑料模组被完全气化；５）精密铸造成形。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：孙琨，鲍崇高，方亮，王治国，岑启宏，齐笑冰，
申请(专利权)人：徐州胜海机械制造科技有限公司，
类型：发明
国别省市：32[中国|江苏]