一種熔模鑄造型殼的脫蠟方法與流程
2023-05-29 20:09:51 2
本發明屬於熔模鑄造技術領域，具體涉及一種快速成型熔模鑄造型殼的脫蠟方法。
背景技術：
熔模鑄造是一種採用可熔性一次模料製得型殼並澆注鑄件的方法。熔模鑄造的工藝過程是，在熔模組表面塗覆一層由耐火粉與粘結劑組成的漿料，然後撒一層耐火砂，重複多次直至形成一定厚度的型殼，然後經過乾燥、脫蠟、焙燒後澆注，並對脫殼後的鑄件進行一定的清理、檢驗及熱處理，完成熔模鑄件的製造。
傳統的熔模鑄造所用蠟模多採用壓型壓制，而採用選擇性雷射燒結(sls)技術可以根據用戶提供的二維、三維圖形，或通過對實物進行掃描所得到的文件數據，而不需要製備壓蠟的模具，迅速、精確地製造出原形件，極大地縮短了熔模鑄造周期，並且可製作形狀幾乎任意複雜的零件，因此受到了高度的關注，在熔模鑄造領域已得到了廣泛的運用。
聚苯乙烯(ps)等高分子材料，製造精度較高，常被用來做sls模料，但其還存在力學強度較低、表面光潔度不足的問題，因此sls原型件必須經過浸蠟後處理。常用的浸蠟材料是石蠟，在石蠟的熔點溫度以上，將燒結件浸入石蠟，液態石蠟便會快速滲透燒結件內部的孔隙。隨著溫度降低石蠟冷卻凝固，燒結件內部與表面的孔隙會被填補而變得更加緊密光滑，從而提高了原型件的強度與光潔度。
楊勁松等人在《sls模料特性及熔模鑄造工藝研究》(特種鑄造及有色合金2007年第27卷第1期)中提到，sls模料為以聚苯乙烯為主的高分子材料，聚苯乙烯在分解溫度以上受熱時會分解成苯乙烯等化學結構極不飽合的單體，當單體進入氣相燃燒時，由於雙鍵、苯環燃燒的需氧量大，所以即便是在敞開的空氣中也會因燃燒不完全而冒出大量黑煙。這會對空氣造成極大的汙染。另一方面，如果在燃燒過程中氧含量不足，就會形成一層緻密的碳化層覆蓋於模料的表面，阻礙sls模料的進一步分解和燃燒，使得模料脫除不完全，在其後的澆注工藝中造成鑄件夾渣。
在公開號為cn103722127a的發明創造中提出了一種基於光固化(sl)的快速熔模鑄造方法，該方法把複雜零件用的蠟型採用成本較高的光固化(sl)方式的3d列印樹脂製作，再通過蠟澆注系統和光固化樹脂原型形成複合模組。該方法脫蠟時只脫去澆道蠟，樹脂在焙燒過程中脫去，採用高溫入爐，使樹脂原型快速燃燒，但是仍有可能發生不完全燃燒，對環境造成比較嚴重的汙染。
在公開號為cn103128229a的發明創造中提出了一種基於選區雷射粉末燒結快速成型技術應用的熔模鑄造型腔清潔方法，其技術方案是：模組組裝工序時,在蠟模的頂端和次頂端焊接排渣道和集渣器，經制殼、脫蠟工序後，在焙燒工序可以有效地控制液態蠟模的流動排除和餘留殘渣的聚集，從而獲得清潔的型腔。該方法可以用來解決蠟模在焙燒過程中滯留於型腔內形成殘渣的問題，避免鑄件鑄造缺陷的產生，但實施不方便，也有可能對環境造成比較嚴重的汙染。
技術實現要素：
為克服現有技術中存在的對環境造成比較嚴重的汙染的不足，把發明提出了一種熔模鑄造型殼的脫蠟方法。
本發明的具體過程是：
步驟1，澆口處脫蠟。把塗掛好的型殼放入電熱鼓風乾燥箱中，調節電熱鼓風乾燥箱的溫度，使型殼在150℃保溫60min。
步驟2，石蠟和聚苯乙烯的脫出。調節電熱鼓風乾燥箱的溫度，使型殼以2～3個溫度梯度的階梯升溫方式升溫至170～190℃，並在每個溫度梯度分別保溫60～120min；完成對型殼的脫蠟。
所述階梯升溫的具體過程是：第一個溫度梯度為170～180℃，第二個溫度梯度為>180℃≤190℃,第三個溫度梯度＝190℃。
在所述保溫脫蠟中，每30min將溶化並後流入容器中的蠟料清倒一次，以避免溶化後的蠟料在乾燥箱內分解。
本發明針對目前塗掛在快速成形蠟模上的型殼脫蠟困難，若直接焙燒又汙染嚴重的問題，而尋求的一種少汙染、操作方便的脫蠟方法，以達到清潔鑄造、綠色鑄造的目的。
本發明的脫蠟方法在乾燥箱或焙燒爐等設備中進行，脫蠟設備內應放置盛蠟容器，並每0.5～1小時拿出來傾倒一次以避免流出的蠟在脫蠟設備中分解，步驟中的保溫時間應根據鑄件的大小和結構來調整。
本發明針對sls模料直接焙燒對環境汙染大、易產生蠟模殘渣的問題，設置一個有效的加熱脫蠟過程。由於石蠟和聚苯乙烯的熔點差別較大，石蠟熔點約為62℃，聚苯乙烯熔點約為180℃，且在熔模中兩者是裹在一起的，不可能先完全脫掉石蠟再升溫去脫掉聚苯乙烯。由附圖1可知，石蠟在150℃左右開始分解，ps粉在230℃左右開始分解。當脫蠟溫度低於150℃時，石蠟和聚苯乙烯基本不能流動，脫蠟效率低；當脫蠟溫度高於190℃時，石蠟就開始分解冒煙。因此考慮可以利用150—190℃這一段溫度段進行脫蠟。脫蠟開始階段，考慮先在較低溫度保溫一段時間使澆口處的熔模變軟整體掉落，為後面在較高溫度下脫蠟做好準備。隨後升溫到較高溫度保溫一段時間使石蠟和聚苯乙烯不間斷流出，這樣就可以減少型殼在後續焙燒過程中對環境造成的汙染。
為了驗證脫蠟工藝的保溫溫度和保溫時間，採用了大量的實驗，最終發現，第一階段的脫蠟過程在150℃保溫1小時即可以使澆口處的蠟整體掉落，此溫度下基本沒有聚苯乙烯流出所以保溫時間不需要太長。第二階段在170～190℃分段保溫3～5個小時即可以使大部分石蠟和聚苯乙烯流出。分段保溫的目的是逐漸升高溫度，儘量使石蠟和聚苯乙烯在不分解的情況下流出，減少環境汙染；若保溫時間太長則會導致脫蠟工序時間太長，不利於工業生產。
採用本發明方法後的有益效果是，脫蠟過程中石蠟和聚苯乙烯可以順利不間斷流出，脫蠟結束後型殼內的熔模殘留少，脫蠟效率較高。採用稱重法對脫蠟的效率進行計算，脫蠟效率＝(乾燥後型殼的質量-脫蠟後型殼的質量)/蠟模總質量×100％，發現型殼的脫蠟效率均在70％以上。本發明的脫蠟方法適用於各種脫蠟設備，脫蠟過程中可能會有少量的石蠟分解，但石蠟的分解率在10％以內，基本沒有聚苯乙烯的分解。與其他不經過脫蠟過程或脫蠟時只脫掉石蠟的工藝過程相比，本發明極大地減少了型殼在焙燒過程中對空氣的汙染。
附圖說明
圖1是石蠟和聚苯乙烯模料在空氣氣氛下升溫過程中的熱重曲線，圖中1是石蠟在空氣氣氛下升溫過程中的熱重曲線，2是聚苯乙烯模料在空氣氣氛下升溫過程中的熱重曲線。
圖2是實施例一中150℃保溫1小時後的脫蠟效果圖。
圖3是實施例一中分別在180℃、190℃保溫2小時後的脫蠟效果圖。
圖4是本發明的流程圖。
具體實施方式
實施例一
本實施例是一種快速成型熔模鑄造型殼的脫蠟方法，具體實施步驟如下：
步驟1，澆口處脫蠟。把塗掛好的型殼放入電熱鼓風乾燥箱中，調節電熱鼓風乾燥箱的溫度，使型殼在150℃保溫60min。保溫中，在型殼的澆口和排氣孔的下方放置用於承接蠟料的容器，每過半小時清倒掉裡面的蠟液，及時把流出的蠟液拿出乾燥箱，以避免其在乾燥箱內分解。
步驟2，石蠟和聚苯乙烯的脫出。調節電熱鼓風乾燥箱的溫度，使型殼以2個溫度梯度的階梯升溫方式升溫至180～190℃，並在每個溫度梯度分別保溫100min；完成對型殼的脫蠟。在保溫脫蠟中，每30min將溶化並後流入容器中的蠟液清倒一次，以避免蠟液在乾燥箱內分解。本實施例中，將型殼升溫至180℃並保溫100min。待保溫結束後，型殼繼續升溫至190℃保溫100min後完成對型殼的脫蠟。
本實施例中，型殼在150℃保溫1小時後的脫蠟效果如附圖2所示，可以看到蠟模變軟，澆口處的蠟模整體掉落，並且伴有有石蠟流出。型殼脫蠟結束時的脫蠟效果如附圖3所示，可以看到，石蠟已基本流完，存在聚苯乙烯沿著澆口壁、排氣孔成股流出的痕跡。脫蠟完成後，通過脫臘公式:
脫蠟效率＝(乾燥後型殼的質量-脫蠟後型殼的質量)/蠟模總質量×100％。
計算出本實施例的脫蠟效率為85％。
實施例二
本實施例是一種快速成型熔模鑄造型殼的脫蠟方法，具體實施步驟如下：
步驟1，澆口處脫蠟。把塗掛好的型殼放入電熱鼓風乾燥箱中，調節電熱鼓風乾燥箱的溫度，使型殼在150℃保溫60min。保溫中，在型殼的澆口和排氣孔的下方放置用於承接蠟料的容器，每過半小時清倒掉裡面的蠟液，及時把流出的蠟液拿出乾燥箱，以避免其在乾燥箱內分解。
步驟2，石蠟和聚苯乙烯的脫出。調節電熱鼓風乾燥箱的溫度，使型殼以2個溫度梯度的階梯升溫方式升溫至175～180℃，並在每個溫度梯度分別保溫120min；完成對型殼的脫蠟。在保溫脫蠟中，每30min將溶化並後流入容器中的蠟液清倒一次，以避免蠟液在乾燥箱內分解。本實施例中，將型殼升溫至175℃並保溫120min。待保溫結束後，型殼繼續升溫至180℃保溫120min後完成對型殼的脫蠟。
脫蠟完成後，通過脫臘公式:
脫蠟效率＝(乾燥後型殼的質量-脫蠟後型殼的質量)/蠟模總質量×100％。
計算出本實施例的脫蠟效率為75％。
實施例三
本實施例是一種快速成型熔模鑄造型殼的脫蠟方法，具體實施步驟如下：
步驟1，澆口處脫蠟。把塗掛好的型殼放入電熱鼓風乾燥箱中，調節電熱鼓風乾燥箱的溫度，使型殼在150℃保溫60min。保溫中，在型殼的澆口和排氣孔的下方放置用於承接蠟料的容器，每過半小時清倒掉裡面的蠟液，及時把流出的蠟液拿出乾燥箱，以避免其在乾燥箱內分解。
步驟2，石蠟和聚苯乙烯的脫出。調節電熱鼓風乾燥箱的溫度，使型殼以3個溫度梯度的階梯升溫方式升溫至170～190℃，並在每個溫度梯度分別保溫90min；完成對型殼的脫蠟。在保溫脫蠟中，每30min將溶化並後流入容器中的蠟液清倒一次，以避免蠟液在乾燥箱內分解。本實施例中，將型殼升溫至170℃並保溫90min。待保溫結束後，型殼繼續升溫至180℃並保溫90min後，再次將型殼繼續升溫至190℃保溫90min後完成對型殼的脫蠟。在保溫脫蠟中，每30min將溶化並後流入容器中的蠟液清倒一次，以避免蠟液在乾燥箱內分解。
脫蠟完成後，通過脫臘公式:
脫蠟效率＝(乾燥後型殼的質量-脫蠟後型殼的質量)/蠟模總質量×100％。
計算出本實施例的脫蠟的脫蠟效率為76％。