熔模精密鑄造用填料模料的製作方法

2023-09-21 18:12:45 2

專利名稱：熔模精密鑄造用填料模料的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種熔模精密鑄造用填料模料，適用於大型薄壁熔模精密鑄件及對表面質量要求較高的飾品熔模精密鑄件。
背景技術：
熔模精密鑄造又稱為失蠟鑄造，其工藝步驟是用蠟 質材料製作出所要鑄成器物的模樣，在模樣上焊接澆注系統製備好蠟模，然後在蠟模上覆蓋以耐火塗料，等耐火塗料乾燥凝固後，進行脫模，蠟模全部熔化流失，只剩型殼，再從澆注口灌入金屬液，冷卻後去除耐火塗料型殼，就得到所需的金屬鑄件。熔模精密鑄造的產品尺寸精確，接近於零件最後的形狀，不經加工或只經少量加工就能直接使用。現代熔模鑄件的發展方向是大型、薄壁、複雜、精密現代航空和軍工產品是熔模精密鑄造的主力方向，其產品的特點是薄壁而複雜；而飾品則對表面質量和尺寸精度要求苛刻。熔模精密鑄造作為近淨成形的鑄造方法，可以勝任其它的加工方法不能達到的上述幾類產品的性能要求，日益顯現出其不可替代的重要性。熔模精密鑄件的尺寸精度水平主要受三個因素影響其一是金屬的凝固收縮，其二是模殼的熱脹冷縮，其三是熔模本身特性導致鑄件尺寸變化。前二者基本可以準確量化，因此，熔模本身即模料則成為影響熔模精密鑄件尺寸精度的關鍵因素；另一方面，模料表面質量直接影響模殼質量，進而影響鑄件的表面質量。因此，想要得到質量合格的熔模精密鑄件，其模料必須具備以下主要特性(I)熔點適中，澆注後有良好的流動性，以便順利充滿壓型型腔，成形外表面完整的模樣，且在脫模時能夠順利流出模型；(2)較低的收縮/膨脹率，模料在溫度發生變化時，尺寸變化應儘量小，以保證模樣的成型精度，保證模殼不因模料脹型而變形或裂開；(3)合適的強度和穩定性，能夠在一定溫度下，在成型過程中和成型後保持形狀和尺寸的穩定；(4)良好的塗掛性，能夠在模料的外表面很好地塗掛粘結劑和掛砂，形成質量可靠的完好的模殼；(5)較低的灰分，模料焙燒後的灰分應儘可能的小，就可以使型腔內殘留灰分少，
提聞廣品的表面質量。中國專利CN1103352C公布了一種飾品熔模鑄造用超精細模料。該模料包含石蠟34-50 %，其他蠟18-32 %，改性松香樹脂15-33 %，高分子聚合物6-12 %，助溶劑O. 5-1 %。模料強度為7-9MPa，線收縮率為I. 2%。中國專利CN1325566C公布了一種精密鑄造模料。該模料包含20-70 %石蠟，20-70%石油樹脂，1-8%高分子聚合物，1-15%礦物蠟、動物蠟和植物蠟。模料主要性能指標為強度為7-10MPa，線收縮率為O. 5-0. 7%，灰分小於O. 02%。中國專利CN101074320B公布了一種飾品精密鑄造模料。該模料包含20_60%氫化微晶蠟，10-40%石蠟，20-60%石油樹脂，1-8%高分子聚合物，1_15 %礦物蠟、動物蠟和植物蠟。模料主要性能指標為:強度為7-10MPa，線收縮率為O. 4-0. 6%，灰分小於O. 02%。中國專利CN101074320B公布的模料性能較CN1325566C和CN1103352C有一定提高，但總體而言，這些模料的線收縮率和灰分仍處較高水平，難以滿足精密薄壁或飾品鑄件對尺寸精度和表面質量越來越高的要求。上述中國專利公布的模料主要是蠟基和松香基模料，為了滿足模料低收縮率的要求，通常在熔模蠟料中加入填料，以減小模料因室溫變化而引起的尺寸變化。熔模精密鑄造用填料模料主要有三類其一為空氣填 料，採用攪拌方式在模料中引入空氣作為填料，但引入的空氣量越大模料的熔化溫度區間越大，熔模表面質量越差，當空氣混入量超過25%時，甚至產生局部縮坑；其二是水溶性填料，該類填料加入量超過8 %，制殼時填料會被塗料中的水所溶解，導致鑄件表面粗糙，且這種填料在脫蠟時會全部溶於水中不可回收，造成材料的浪費和水汙染；其三是固體粉末填料，該類填料可以得到最好的工藝效果。以下是固體粉末模料的文獻摘錄US4411075(1979)公布了一種環六亞甲基四胺(HMTA)作為填料的熔模精密鑄造模料，還包括0-15%的植物蠟(巴西棕櫚蠟和小燭樹蠟)，20-60%石油蠟。US5006583(1991)公布了一種苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物作為填料的熔模精密鑄造模料，包括0-15%植物蠟，20-60%石油蠟混合物，1-12%合成蠟，13-70%烴類樹脂。US5518537(1996)公布了一種採用醋酸纖維素酯的熱塑性樹脂粉末作為填料的熔模精密鑄造模料，其填料質量百分比為15-25 %，還包括0-15 %植物蠟，20-60 %石油蠟混合物，1-12%合成蠟，13-79%烴類樹脂。US6326429(2001)公布了一種採用高分子有機碳酸酯作為填料的熔模精密鑄造模料，該填料的有效地降低了模料的膨脹率，可達到以尿素作為填料的模料水平。US6485553(2002)公布了一種採用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)作為填料的熔模精密鑄造模料，包括0-15%植物蠟，20-60%石油蠟混合物，1-15%合成蠟，15-70%烴類樹脂。上述固體粉末填料強度較高，這些填料的加入會引起其他問題，如填料加入量和類型選擇造成與基體蠟相溶性不好，模料流動性不佳，焙燒後殘留灰分仍然維持一定的數量等。此外，這幾種填料價格較高，不利於最終鑄件產品成本的降低。US4758613(1988)公布了以石蠟、微晶蠟、巴西棕櫚蠟為基體，添加玉米、小麥、大米等原澱粉的熔模精密鑄造模料。該模料強度較高，可達到20MPa左右，但線收縮率普遍高於O. 5 %，難以達到高尺寸精度精密鑄件對模料的需求；模料中的澱粉粒度較大，對最終產品的表面質量有不利影響；而且，作為填料的澱粉來源於玉米、小麥和大米等人類主要的糧食作物，在目前國際糧食短缺的今天，其在實際熔模鑄造中的應用價值大打折扣。

發明內容
本發明針對現有技術存在的問題，提供一種強度較高，線收縮率小，灰分小的熔模精密鑄造用填料模料。本發明具體技術方案如下本發明的模料組分配比以質量百分比計如下
(I) 5-70%石油蠟；(2) 5-70% 樹脂；(3) 1-20%有機高分子聚合物；(4) 1-40%木薯澱粉。以下是本發明的詳細組分及選用說明

(I)本發明採用的石油蠟作為基體材料之一，選用的石油蠟為62#全精鍊石蠟、62#半精鍊石蠟、64#全精鍊石蠟、64#半精鍊石蠟、66#全精鍊石蠟、66#半精鍊石蠟中的一種或幾種的混合物，其熔點為56-70°C，優選用量範圍為10-60%。全精煉和半精鍊石蠟是正構烷烴，在低於200°C下具有較好的化學的穩定性，對於配製熔模鑄造模料十分有益的，為主要選用材料之一。(2)本發明採用樹脂作為基體材料之一，選用樹脂為普通松香、聚合松香、氫化松香、歧化松香、松香酯以及松香其他衍生物中的一種或幾種，其軟化點為95-170°C，其優選用量範圍為10-60%。石蠟是晶型物質，單純石蠟晶粒比較粗大，採用適量的松香與石蠟熔合，可以很好地改變石蠟脆性特徵；並且在優選範圍內，松香和石蠟互溶性好，不會出現懸浮相，對模料的流動性影響較小。(3)本發明採用的有機高分子聚合物作為組元之一，選用聚合物為聚乙烯、聚苯乙烯(PS)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)中的一種或幾種混合物，其分子量總和為1000-40000，優選用量為1-10%。有機高分子聚合物主要作用在於進一步提升基體的強度和韌性，使得熔模組在一定受力條件下能夠保持形狀不變形，能夠在外力卸除後回復原形；選用有一定結晶度的有機高分子聚合物，與基體之間有較好的互溶性，熔點與基體接近，保持蠟質基體的良好流動性。(4)本發明採用的木薯澱粉符合中華人民共和國輕工業部工業薯類澱粉標準(QB1840-93)，達到工業一級品及以上品質，通過200目標準篩網，80%以上通過230目標準篩網，50%以上通過270標準目篩網，其優選用量範圍為5-15%。較之其他類型的高分子聚合物的粉末填料，木薯澱粉能夠被熔融石蠟很好地潤溼，對蠟質基體材料的流動性影響甚微；木薯澱粉加入模料，能很好地起到支撐作用，降低模料整體的線收縮率，提高模料的強度。以下是本發明模料的製備工藝過程說明(I)首先將蠟質材料加熱到120°C，最好將加熱溫度維持在100°C以下熔化蠟料，溫度過高蠟料易發煙；(2)蠟料化清後，分步加入松香，並攪拌熔體，溫度維持在120°C左右，以防溫度過高發煙；(3)松香全部熔(溶)清後，添加有機高分子聚合物，攪拌至全部熔(溶)清；(4)最後添加填料，溫度維持在100°C左右，慢速攪拌，直至木薯澱粉全部均勻分散在熔體。不能快速攪拌，否則木薯澱粉在被潤溼過程中易隨蠟料溢出加熱容器，導致實施失敗；(5)模料在I. 18±0· 20MPa壓力，64±1°C溫度下壓注成型。模料必須保證在模料熔點附近或者略低於熔點壓注，否則模料冷卻後，易形成較大收縮，影響實施效果。模料壓注成型可參考HB 5350系列標準中製備熔模試樣的相關參數來確定。
本發明製備的模料性能指標為熔滴點為55_70°C，抗彎強度為大於5MPa，線收縮率小於O. 4%，熱穩定性溫度不低於40°C，灰分小於O. 015%。模料無機械雜質，無腐蝕性和毒性，適合製備對鑄件尺寸精度及表面質量要求高的熔模模樣。本發明的填料模料與前述專利中的其它模料相比，有顯著實質性特點和進步(I)模料強度大，既能滿足模料組支撐和精細部位要求，又不至於強度過大而不利於模組的修整與焊接；

(2)模料的線收縮率不到O. 4%，成型的模組尺寸精度高，同時能夠很好的避免模料脹殼的危險；(3)模料熱穩定性溫度高於40°C，模料能夠在車間較高溫度下保存不易變形，適應性好；(4)模料灰分少，能夠提高型殼質量，能夠很好的滿足鑄件高表面質量的要求(5)模料無腐蝕性和毒性，不會對產生設備和人身產生不良影響。
以下結合附圖
對本發明進行說明。本發明實施例中的模料顯微組織均在偏光顯微鏡上放大200倍拍攝得出。圖I為實施例I中未加填料的模料顯微組織(200X)；圖2為實施例I的添加填料的模料顯微組織(200 X)；圖3為實施例2中未加填料的模料顯微組織(200X)；圖4為實施例2的添加填料的模料顯微組織(200 X)；圖5為實施例3中未加填料的模料顯微組織(200X)；圖6為實施例3的添加填料的模料顯微組織(200 X)；圖7為實施例4中未加填料的模料顯微組織(200X)；圖8為實施例4的添加填料的模料顯微組織(200 X)；從圖I至圖8可以看出，未添加填料的模料顯微組織中可見粗大的方向性明顯的石蠟晶粒，本發明的填料模料顯微組織中則未見粗大結晶條出現，組織細密，良好的內部組織為模料優良性能提供了保證。
具體實施例方式以下通過具體實施例，對本發明的熔模精密鑄造用填料模料，作進一步說明，但具體實施例不作為限制性實例使用。實施例中的熔模精密鑄造用填料模料測試方法如下熔滴點GB/T14235. 1-1993線收縮率HB 5350. 1-2004熱穩定性溫度HB 5350. 2-2004抗彎強度HB 5350. 3-2004灰分HB 5350. 5-2004實施例中的百分比為質量百分比。實施例I :
66#全精鍊石蠟10%64#全精鍊石蠟10%62#全精鍊石蠟15%氫化松香，高度氫化一級30%EVA，熔融指數 505% 木薯澱粉，工業優級15%實施例2 62#半精鍊石蠟42%115# 聚合松香40%EVA，熔融指數 4510%木薯澱粉，工業一級8%實施例3 64#全精鍊石蠟15%62#全精鍊石蠟35%140# 聚合松香10%氫化松香，普通氫化一級30%PET，熔融指數 503%EVA，熔融指數 355%木薯澱粉，工業優級12%實施例4 66#半精鍊石蠟15%64#半精鍊石蠟10%62#半精鍊石蠟15%95#聚合松香30%聚苯乙烯，熔融指數354%EVA，熔融指數 406%木薯澱粉，工業一級20%實施例的檢測結果如表I所示表I實施例的理化檢測結果
權利要求
1.一種熔模精密鑄造用填料模料，以質量百分比計包含5-70%石油蠟，5-70%樹脂，1-20%有機高分子聚合物，填料為5-30%的澱粉。
2.按照權利要求I所述的模料，其特徵在於所述的石油蠟為62#全精鍊石蠟、62#半精鍊石蠟、64#全精鍊石蠟、64#半精鍊石蠟、66#全精鍊石蠟、66#半精鍊石蠟的一種或幾種，其熔點為55-70°C，用量為10-60%。
3.按照權利要求I所述的模料，其特徵在於所述的樹脂為為松香聚合松香、氫化松香、歧化松香、松香酯以及松香其他衍生物中的一種或幾種，其軟化點為95-170°C，用量為10-60%。
4.按照權利要求I所述的模料，其特徵在於所述有機高分子聚合物為聚乙烯、聚苯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)的一種或幾種，其分子量總和為 2000-30000，用量為 1-10%。
5.按照權利要求I所述的模料，其特徵在於所述的作為模料填料的澱粉為木薯澱粉。
6.按照權利要求I和或5所述的模料，其特徵在於所述木薯澱粉用量為5-15%。
7.按照權利要求I、和或5、和或6所述的模料，其特徵在於所述木薯澱粉通過200目標準篩網，80%以上通過230目標準篩網，50%以上通過270目標準篩網。
8.按照權利要求I所述的模料，其特徵在於所述的模料性能指標為熔滴點為55-70°C，熱穩定性溫度為40-50°C，線收縮率小於O. 4%，灰分小於O. 015%，抗彎強度為5_10MPa，無異質顆粒雜質，無毒性，無腐蝕性。
全文摘要
本發明涉及一種熔模精密鑄造用填料模料。該模料包含作為填料的澱粉，還包含石油蠟，有機高聚物，松香。該模料中包含質量分數為5-20％的木薯澱粉。木薯澱粉的加入，能有效控制模料的收縮率和膨脹率，對於熔模精密鑄造鑄件尺寸精度的控制十分重要。木薯澱粉來源廣泛，比其它填料模料成本更低，與熔模鑄造型殼不發生反應。本發明的模料線收縮率和灰分低，強度較高，塗掛性和流動性較好，適用於製作大型薄壁熔模精密鑄件和表面質量要求較高的飾品鑄件的模型蠟。
文檔編號C08L67/02GK102876054SQ20121031895
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月3日 優先權日2012年9月3日
發明者許徵兵, 曾建民, 王友彬, 顧紅, 龐興志 申請人:廣西大學