一種鑄件的負壓澆鑄方法

2023-05-02 17:35:16

專利名稱：一種鑄件的負壓澆鑄方法
技術領域：
本發明涉及一種金屬鑄造方法，具體地說，涉及一種採用負壓澆鑄方 法的金屬鑄造工藝。
技術背景目前，公知的熔模鑄造方法主要有兩種， 一種是採用易熔材料制模， 利用耐火材料與粘接劑配製的塗料一在蠟模外表面塗掛，然後撒砂獲得單 層型殼，多次重複制殼過程，從而得到具有一定厚度和強度的耐火材料型 殼。將蠟模從型殼中脫除後，將金屬液注入型腔而獲得最終的精密鑄件。 另一種是目前珠寶首飾業廣泛採用的石膏型熔模失蠟鑄造，主要應用於金、 銀、銅或鋁等低熔點金屬材料製作珠寶首飾及工藝品等方面的小型鑄件成型。其特點是以石膏為主體耐火材料，澆鑄溫度多在78(TC以下(因石膏 在80(TC以上時會發生氣化)。上述兩種方法都無法解決不鏽鋼(鐵)、碳鋼的小型長孔複雜鑄件的鑄 造問題。型殼熔模鑄造由於鑄件的孔隙和彎角，塗料無法撒砂塗掛，而無 法製得合格鑄件；石膏型熔模失蠟鑄造因石膏不能耐高溫(130(TC — 1700 °C)也不能製得高溫合金鑄件。八十年代後期，日本、美國等發達國家在高溫失蠟鑄造領域進行了廣 泛探索，現有塗料(耐火材料)及設備工藝已經可以解決鉑金、鈀金、銥 金等珠寶首飾鑄造。但因其塗料的強度限制、合金材料的氧化條件限制， 尚無法採用石膏型灌漿失蠟鑄造方式鑄造單件重量在3g — 3000g之間的 不鏽鋼(鐵)、碳鋼複雜長於孔精密鑄件。也由此造成了我國在鑄造領域不能製作型芯、製作配套設備的受制於人的被動局面。"十一五"期間，國家 將提高鑄造水平列入重點扶持項日，出臺了包括經費補貼、減免稅等一系 列優惠政策。可以預見，改善鑄件的負壓澆鑄方法將對我國合金精密鑄造 業的快速發展產生深遠的歷史影響，意義十分重大。 發明內容本發明重點解決以下問題第一、熔模鑄造領域中存在的鑄造微小件 或大件細長孔鑄件的內腔中沾掛塗料和撒砂困難，不易制出合格的型殼問 題；第二、在型殼鑄造過程中製取小件，由於採用矽溶膠作粘接劑，殘留 強度高、鑄件表而除砂困難問匙第三、目前的矽溶膠型殼透氣性差，在 澆注複雜的微小合金鑄件時因型腔排氣不暢影響充型問題；第四、因採用 石膏型灌漿失蠟鑄造方法而導致的耐高溫強度不夠，合金材料在熔煉過程 中出現的氧化問題；第五、因重複制殼乾燥造成的生產周期過長問題；第 六、因採用型殼熔模鑄造方式需懸掛掛槳而造成的澆鑄水口過大、澆道過 長影響的出成率過低問題。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是 一種鑄件的負壓澆鑄方法，其生產按下列步驟實施① 按生產的鑄件形狀製備壓制蠟模用的模具，模具採用金屬或矽橡膠 材料；② 利用金屬模具或橡膠模具壓制蠟模，並焊製成蠟樹；③ 將蠟樹置於鋼盅內，灌入陶瓷漿料；將蠟樹固定在卡紙上用封好膠 紙的鋼盅套在蠟樹上，用蠟封好鋼盅與卡紙交接處；將經抽真空破泡之漿 料灌入鋼盅內，抽真空3 —8分鐘；取出鋼盅放在鋪平的吸水粉上固化，其中吸水粉厚度為5 — 50cm，並處於乾燥狀態。④ 等鋼盅內陶瓷漿料通過破泡振動抽真空及自然固化後；置於電加熱 設備中，採用焙燒階梯升溫、降溫，使蠟料脫除使模型提高高溫強度和低 溫強度；⑤ 採用惰性氣體保護或除渣精煉方式熔化欲澆注的合金，將脫除蠟模 的鋼盅安裝到吸鑄機吸鑄口上，開啟抽真空設備，負壓保持在0.02 — 0. 3MPa，將採用精煉除渣或惰性氣體保護的金屬液倒入鋼盅內蠟模脫除後 留下的空腔內；◎待金屬凝固後，取出鋼盅置於水中，輕輕撞擊晃動鑄型散開，獲得 鑄件樹，切割後獲得鑄件。'所述一種鑄件的負壓澆鑄方法中的陶瓷漿料由耐火材料和粘接材料組 成，其中耐火材料為鋯英、剛玉、熔融石英、方石英、普通石英、氧化鎂、 石墨、矽灰、鋯灰、氧化鋅、煅燒莫來石、煤矸石、鋁礬土其中之一或混 合料；粘接材料為磷酸鹽類粘合劑或矽溶膠。所述一種鑄件的負壓澆鑄方法中的陶瓷漿料按如下比例配製取鋯英、 剛玉、熔融石英、方石英、普通石英、氧化鎂、石墨、矽灰、鋯灰、氧化 鋅、煅燒莫來石、煤矸石和鋁礬土中的兩種以上粉體材料，材料粒徑為70 目一1250目，按粉水粘接劑為1公斤260ml —360ml : 15ml-25ml 的比例配料，經低速、高速攪拌製成陶瓷漿料。所述一種鑄件的負壓澆鑄方法中的自然固化是指在室溫8 — 38'C情況 下，通過自然吸水沉澱乾燥，達到漿料自然硬化，漿料乾燥時間在3—20小 時之間。所述一種鑄件的負壓澆鑄方法中的焙燒階梯升溫一般在8CTC — 18(TC 之間恆溫l小時，完成脫蠟，再升溫至28(TC—38(TC，恆溫1一2小時，再升溫至500°C—650°C，恆溫1小時，再升溫至900。C一110(TC,恆溫1 小時，焙燒階梯降溫可根據鑄件大小降至800。C一700。C一650。C一600。C一 550°C—400。C一300。C250。C一200。C，恆溫1小時後澆鑄。本發明採用灌漿的辦法代替傳統的制殼過程。由於漿料流動性很好， 可以很好地複製易熔模上的微細花紋，獲得形狀準確的鑄型。採用非石膏 型耐火材料，可以使鑄造難度較大的不鏽鋼，碳鋼、鑄鐵等小型複雜精密 鑄件簡單化。同時，該方法鑄型的製作因為有鋼盅的固定作用，因此對鑄 型中陶瓷型的高溫強度要求有所降低，這樣有利於通過材料優化，有效降 低鑄型的殘留強度。方便從鑄件上清除鑄型，降低清理難度。在傳統的熔模鑄造方法中，型殼要分層製造，重複多次，制殼周期長， 影響整個生產周期。而本發明的鑄型製備過程得到簡化，只需要一個工步， 提高了生產效率，也大大節約了人工和設備開支。本發明採用澆注時抽負壓的辦法，提高了液態金屬的充型能力。保證 澆注時液態金屬很好地複印鑄型，獲得理想的鑄件形狀。現在生產中經常 採用的非重力澆注方法，還有低壓鑄造、差壓鑄造、擠壓鑄造、壓力鑄造 等。其中低壓鑄造和差壓鑄造採用反重力澆注方式，對設備要求高，生產 效率低。擠壓鑄造不適合做複雜鑄件。普通壓力鑄造方法的鑄件易產生氣 孔，不能進行熱處理，壓鑄設備和工裝比較複雜，目前還不適合熔點高的 黑色金屬和小批量生產。本發明中的澆注方法則具有設備簡單，操作方便， 生產效率高，適合小件生產的特點。與傳統熔模鑄造重力澆注相比，金屬液充型和補縮能力得到提高，生 產周期縮短了75%，從而提高了工藝出品率近3倍，減少了人員開支，節 約了生產成本。本發明的有益效果是第一、解決了熔模鑄造領域中存在的鑄造微小 件或大件細長孔鑄件的內腔中沾掛塗料和撒砂困難，不易制出合格的型殼 問題；第二、解決了在型殼鑄造過程中製取小件，由於採用矽溶膠作粘接 劑，殘留強度高、鑄件表面除砂困難的問題第三、解決了目前的矽溶膠 型殼透氣性差，在澆注複雜的微小合金鑄件時因型腔排氣不暢影響充型的 問題；第四、解決了因採用石膏型灌漿失蠟鑄造方法而導致的耐高溫強度 不夠，合金材料在熔煉過程中出現的氧化問題；第五、解決了因重複制殼 乾燥造成的生產周期過長的問題；第六、解決了因採用型殼熔模鑄造方式 需懸掛掛漿而造成的澆鑄水口過大、澆道過長影響的出成率過低的問題。


圖1為傳統的熔模鑄造方法的生產工藝流程圖。 圖2為本發明一種鑄件的負壓澆鑄方法的生產工藝流程圖。 圖3為本發明生產工藝中焙燒階梯升溫與時間關係的曲線圖。
具體實施方式
下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。圖1和圖2是傳統的熔 模鑄造方法的生產工藝流程與本發明一種鑄件的負壓澆鑄方法的生產工藝 流程對比。圖3為本發明一種鑄件的負壓澆鑄方法的生產工藝中焙燒階梯 升溫與時間關係的曲線圖。實例一制蠟樹120件，設計鑄件重量單件11.3g蠟件與蠟樹杆呈45度角焊接，計種蠟10排，每排12件，用5吋X9 吋鋼盅，取鑄粉(耐火材料"鑄模王"粉)4Kg，加水1120ml，加磷酸鹽 粘接劑120ml ，將鑄粉、水、粘接劑一起放入攪拌桶內慢速攪拌3分鐘， 再快速攪拌5 — 8分鐘，將蠟樹置於鋼盅內焊接到位，底部用吸水紙密封，鋼盅壁孔用膠帶封閉，將攪拌好的漿體灌入鋼盅內，振動抽真空3—8分 鍾，將鋼盅置於吸水粉上，底部用吸水粉深埋3 — 10cm ，自然沉澱乾燥0.5 一12小時，打開焙燒爐，將鋼盅置於焙燒爐內(焙燒爐配溫控儀，可調控 溫度)，升溫到16(TC，恆溫l小時脫蠟；再升溫到35(TC，恆溫l小時； 再升溫到500°C，恆溫1小時；再升溫到780°C，恆溫1小時；再升溫到 900°C，恆溫1小時。降溫至500°C，恆溫1小時，開高頻爐，熔煉316L 鋼2Kg，加除渣劑封蓋除渣，熔煉時間為8分鐘，夾出鋼盅，將鋼盅置於 吸鑄機吸鑄口內，開吸鑄機，負壓在0.06MPa，將鋼液沿鋼盅壁勻速倒入 鋼盅內，關吸鑄機，夾出鋼盅，5分鐘後放入水池中，輕輕晃動鋼盅，鑄 粉與鑄件實現完全脫離，用切割機將鑄件沿澆道結合處切開，取得合格鑄 件。實例二用5吋X 9吋鋼盅種10件單件重140克(不鏽鋼重量)的蠟件，與蠟主杆呈45度角種； 種25件單件重50克(不鏽鋼重量)的蠟件，與蠟主杆呈45度角種。 將蠟底座封在一張18吋X18吋的卡紙上(卡紙必須濾水性好)，再把 種好的蠟樹焊接在蠟底座上，用封好膠紙的5吋X 9吋鋼盅放在種好蠟樹 的卡紙上，用蠟封好鋼盅卡紙的交接處，稱4. 5Kg的鑄粉、1350ml水、90ml 粘接劑，先把水與粘接劑倒入攪拌桶內混勻，再倒入鑄粉，先低速攪拌5 分鐘，再高速攪拌10分鐘，然後取出放入抽真空機內抽5分鐘，然後再將 抽好的漿倒入鋼盅內，再抽5分鐘，取出放在鋪平的吸水粉上固化。(注 吸水粉厚度必須大於15釐米)待完全固化好後，取出去掉卡紙，放入鋦爐內按升溫程序焙燒升溫 到18(TC,恆溫l小時脫蠟，再升溫到350°C，恆溫2小時，再升溫到600°C，恆溫l小時；再升溫到800°C，恆溫l小時；再升溫到900。C，恆溫l 小時。降溫至600。C ，恆溫1小時，鑄造開始。可以利用3Kg的高頻感應電爐熔煉，坩堝用石英坩堝，大約用15分鐘 左右可以完全熔化，熔煉前先用鋼料重量的5%的精煉劑鋪底，再放入鋼 料，熔煉開始，待完全化光後，加入除渣劑，完全蓋住鋼液即可，再把除 渣劑撥出(可用熔融石英棒)，打開吸鑄機，夾出鋼盅，放入吸鑄機，啟動 吸鑄，夾出坩堝，倒入鋼液，待鋼液凝固後，關閉吸鑄，夾出鋼盅，冷卻 5分鐘後，放入水池中撞擊除砂，除砂後的鑄件放入1:1的氫氟酸內浸泡 半小時至1小時，夾出直接放入1:1的硝酸內浸泡半小時，夾出鑄件，用 清水洗去酸液。噴砂、切割、磨水口，取得合格鑄件(合格率100% )。本發明不局限於上述最佳實施方式，任何人在本發明的啟示下得出的 其他任何與本發明相同或相近似的方法，均落在本發明的保護範圍之內。
權利要求
1、一種鑄件的負壓澆鑄方法，其特徵在於其生產按下列步驟實施①按生產的鑄件形狀製備壓制蠟模用的模具，模具採用金屬或矽橡膠材料；②利用金屬模具或橡膠模具壓制蠟模，並焊製成蠟樹；③將蠟樹置於鋼盅內，灌入陶瓷漿料；將蠟樹固定在卡紙上用封好膠紙的鋼盅套在蠟樹上，用蠟封好鋼盅與卡紙交接處；將經抽真空破泡之漿料灌入鋼盅內，抽真空3-8分鐘；取出鋼盅放在鋪平的吸水粉上固化，其中吸水粉厚度為5-50cm，並處於乾燥狀態；④等鋼盅內陶瓷漿料通過破泡振動抽真空及自然固化後；置於電加熱設備中，採用焙燒階梯升溫、降溫，使蠟料脫除使模型提高高溫強度和低溫強度；⑤採用惰性氣體保護或除渣精煉方式熔化欲澆注的合金，將脫除蠟模的鋼盅安裝到吸鑄機吸鑄口上，開啟抽真空設備，負壓保持在0.02-0.3MPa，將採用精煉除渣或惰性氣體保護的金屬液倒入鋼盅內蠟模脫除後留下的空腔內；⑥待金屬凝固後，取出鋼盅置於水中，輕輕撞擊晃動鑄型散開，獲得鑄件樹，切割後獲得鑄件。
2、 根據權利要求l所述的一種鑄件的負壓澆鑄方法，其特徵在於所 述陶瓷漿料由耐火材料和粘接材料組成，其中耐火材料為鋯英、剛玉、熔 融石英、方石英、普通石英、氧化鎂、石墨、矽灰、鋯灰、氧化鋅、煅燒 莫來石、煤矸石、鋁礬土其中之一或混合料；粘接材料為磷酸鹽類粘合劑 或矽溶膠。
3、 根據權利要求1和2所述的一種鑄件的負壓澆鑄方法，其特徵在於:所述陶瓷漿料按如下比例配製取鋯英、剛玉、熔融石英、方石英、普通 石英、氧化鎂、石墨、矽灰、鋯灰、氧化鋅、煅燒莫來石、煤矸石和鋁礬 土中的兩種以上粉體材料，材料粒徑為70目一1250目，按粉水粘接劑為1公斤260ml — 360ml : 15ml-25ml的比例配料，經低速、高速攪 拌製成陶瓷漿料。
4、 根據權利要求1所述的一種鑄件的負壓澆鑄方法，其特徵在於所 述自然固化是指在室溫8 — 38"C情況下，通過自然吸水沉澱乾燥，達到漿 料自然硬化，槳料乾燥時間在3—20小時之間。
5、 根據權利要求l所述的一種鑄件的負壓澆鑄方法，其特徵在於焙 燒階梯升溫一般在80。C一18(TC之間恆溫1小時，完成脫蠟，再升溫至280 。C一380。C，恆溫1一2小時，再升溫至500。C一650。C，恆溫1小時，再升 溫至900。C一110(TC，恆溫1小時，焙燒階梯降溫可根據鑄件大小降至800 °C—700°C—650°C—600°C—550°C—400°C —300。C250。C—200°C，恆溫1 小時後澆鑄。
全文摘要
本發明公開了一種鑄件的負壓澆鑄方法，它涉及一種不鏽鋼(鐵)、碳鋼小型複雜長孔精密鑄造的新方法及使用的新材料。利用非石膏型高溫耐火材料與磷酸鹽、矽溶膠類粘接劑製漿灌漿，採用負壓澆注方式，通過攪拌、破泡、固化、焙燒、負壓澆鑄取得合格鑄件，可以鑄造單件重量在0.03g-3000g之間的所有鑄件。本發明提高了熔模鑄造領域中存在的鑄造微小件或大件細長孔鑄件型殼的合格率；鑄件殘留強度低、表面除砂方便；澆注複雜的微小合金鑄件時成型好；合金材料在熔煉過程無氧化，生產周期短，成品率高。
文檔編號B22D18/04GK101332500SQ20071012952
公開日2008年12月31日 申請日期2007年6月28日 優先權日2007年6月28日
發明者呂志剛, 張克堅, 邱志敏 申請人:張克堅