CN105499502A - 提高关节密封装置的密封性能的蜡模精密铸造法 - Google Patents

Abstract

一种提高关节密封装置的密封性能的蜡模精密铸造法，包括制作钢模；熔蜡；成型蜡模；粘砂；脱蜡；制备合金熔液；熔液浇注；壳型破碎步骤，在粘砂步骤中，使用不同粒度的砂粒混合得到粘度不同的砂浆，砂粒的粒度最小达到5um，相应粘度为20mpa.s，粘砂时，先粘接砂粒粒度最小、粘度最小的砂浆，然后分别粘接40um、300um混合成的粘度较大、粘度最大的砂浆，通过砂浆的砂粒粒度、粘度、浸入顺序的合理配合，在蜡模表面形成一定厚度和数层粒度、黏度不同的型壳，该型壳不仅强度、硬度很高，其致密性、光滑度、精细度均很高，型壳之间结合紧密、透气性好。

Description

提高关节密封装置的密封性能的蜡模精密铸造法

技术领域

本发明属于石蜡熔模精密铸造技术领域，尤其涉及一种提高关节密封装置的密封性能的蜡模精密铸造法。

背景技术

锅炉回转式空气预热器的关节密封装置在制作时多采用石蜡熔模精密铸造法得到，由于该关节密封装置的特殊结构，其密封部位的间隙要求非常小，从而达到漏风现象最小，密封效果最好，这就对铸造方法的精细度提出更高的要求。

现有技术中普遍使用的精密铸造方法，通常是从模具制作、制蜡模、制壳模、焙烧、浇注金属而得到铸件，对于一些结构较复杂的铸件，例如关节密封装置，其壁厚薄厚程度不一，普通的铸造方法中的砂层型壳的强度、精细度不能达到其工艺要求，制得的铸件的质量也很难得到保障。

申请号为201510223047.9的铸件精密铸造工艺中提及一种在蜡模表面图设多层面层，以提高面层的强度，但其采用的锆粉的粒度为120目，马来粉的粒度为小于30～60目，粒度均较大，如此形成的面层的光滑度、精细度均较差，铸件的致密性、光滑度也较差。

发明内容

有必要提出一种能在蜡模表面形成一层更加光滑、更加精细、透气性更好的砂层型壳的提高关节密封装置的密封性能的蜡模精密铸造法。

一种提高关节密封装置的密封性能的蜡模精密铸造法，包括以下步骤：

制作钢模：根据铸件的形状尺寸和性能,设计近形尺寸的钢模；

熔蜡：将石蜡放置于加热容器中，加热熔化得到液体石蜡，熔化过程中使用搅拌装置进行搅拌，熔化后保温静置；

成型蜡模：将液体石蜡泵入所述钢模中，通过机械压制得到近产品尺寸蜡模；

粘砂：将近产品尺寸蜡模依次浸入砂浆，所述砂浆是由砂粒、聚乙烯醇、水混合而成的粘度不同的砂浆，按照砂浆中砂粒的粒度不同，将近产品尺寸蜡模先浸入粒度最小的浆料，再浸入粒度较小的浆料，最后浸入粒度最大的浆料中，再经过干燥后得到浸砂浆蜡模，所述干燥是在恒温恒湿条件进行；

脱蜡：将浸砂浆蜡模置于马弗炉内升温加热，除去蜡模，形成砂层型壳；

制备合金熔液：将合金钢锭及配料置于熔炼炉内熔炼，得到熔液；

熔液浇注：将熔液浇注至砂层型壳中，得到铸件；

型壳破碎：待铸件冷却后，破碎砂层型壳，得到产品，然后对产品表面进行抛丸处理，获得表面清洁光滑的铸件坯锭。

本发明通过合理的工艺设计，使用不同粒度的砂粒混合得到粘度不同的砂浆，砂粒的粒度最小达到5um，相应粘度为20mpa.s，粘砂时，先粘接砂粒粒度最小、粘度最小的砂浆，然后分别粘接40um、300um混合成的粘度较大、粘度最大的砂浆，通过砂浆的砂粒粒度、粘度、浸入顺序的合理配合，在蜡模表面形成一定厚度和数层粒度、黏度不同的型壳，该型壳不仅强度、硬度很高，其致密性、光滑度、精细度均很高，型壳之间结合紧密、透气性好。

具体实施方式

以下对本发明的技术方案和实施效果做进一步的说明。

提高关节密封装置的密封性能的蜡模精密铸造法，包括以下步骤：

制作钢模：根据铸件的形状尺寸和性能,设计近形尺寸的钢模，其中，钢模材质为T10工具钢，钢模的表面洛氏硬度不低于50，表面粗糙度≤R1.6。

熔蜡：将石蜡放置于加热容器中，加热熔化得到液体石蜡，熔化过程中使用搅拌装置进行搅拌，熔化后保温静置。

成型蜡模：将液体石蜡泵入钢模中，通过机械压制得到近产品尺寸蜡模，操作时，液体石蜡被自动计量泵入钢模模腔内，泵速为5～10m3/分钟，然后采用压机进行半自动机械压制，再脱模得到蜡模。其中，机械压制速率为6～10米/分钟，优选8米/分钟，脱模速率为20～30米/分钟，优选25米/分钟。

粘砂：将近产品尺寸蜡模依次浸入砂浆，砂浆是由砂粒、聚乙烯醇、水混合而成的粘度不同的砂浆，按照砂浆中砂粒的粒度不同，将近产品尺寸蜡模先浸入粒度最小的浆料，再浸入粒度较小的浆料，最后浸入粒度最大的浆料中，浸入遍数为三遍，经过干燥后在蜡模表面形成砂层型壳，得到浸砂浆蜡模，干燥是在恒温恒湿条件进行。

脱蜡：将浸砂浆蜡模置于250℃～350℃的马弗炉内升温加热，除去蜡模，形成砂层型壳，马弗炉中设计有熔化石蜡收集装置。

制备合金熔液：将合金钢锭及配料置于熔炼炉内熔炼，得到熔液。

熔液浇注：将熔液浇注至砂层型壳中，得到铸件。

型壳破碎：待铸件冷却后，破碎砂层型壳，得到产品，然后对产品表面进行抛丸处理，获得表面清洁光滑的铸件坯锭。

进一步，在粘砂步骤中，砂浆混合时按照砂粒的粒度不同分别混合而成，砂粒的粒度为300um、40um、5um三种，将三种粒度的砂粒分别与聚乙烯醇、水按照重量比为1:0.2:5、1:0.2:8、1:0.2:10的比例分别混合后，为了混合均匀,混合操作时使用搅拌器进行搅拌，得到粘度分别为200mpa.s、100mpa.s、20mpa.s的三种砂浆。

浸入砂浆时，先浸入最小粒度为5um的砂粒混合成的砂浆中，该粒度最小的砂粒混合成的砂浆的粘度为20mpa.s，粘砂后，会在蜡模表面形成一层细腻、致密、光滑的型壳，之后再分别粘接粒度较大的40um、300um混合成的砂浆，如此，依次按照粒度细、中、粗的顺序，粘度为最小、较大、最大的顺序进行粘砂，在蜡模表面形成一定厚度和数层粒度、黏度不同的型壳，型壳致密、光滑、精细，型壳之间结合紧密，型壳透气性好。

依据常识，120目对应的颗粒度的粒径为120um，目数越小，对应的颗粒度越大，所以，现有技术中图设的第一次面层的锆粉为120目，后续几层图设的面层使用的锆粉、马来芬的目数更小，而本发明中的砂浆的砂粒的粒度很小，达到5um，其粘度为20mpa.s，粘砂时，第一遍浸入该粒度最小、粘度最小的砂浆中，形成的砂层型壳的内壁光滑、细腻、致密，如此，形成的铸件的表面更加光滑、精细，铸件的结构更加致密，精度更高，性能更好。

其中，粘砂后的干燥是在恒温恒湿条件下进行，温度14℃～20℃，湿度保持在30%～50%，干燥时间为12h～48h，其中，第一遍和第二遍浸入砂浆后的干燥时间为12h～24h，第三遍浸入砂浆后的干燥时间为24h～48h。最后一遍浸入砂浆后需完全干透，所以干燥时间最长，而第一遍和第二遍之间未彻底干透，更有利于后续遍数的浸入时的砂浆型壳之间的粘接，最终在蜡模表面形成一定厚度、且多层粒度、黏度不同的、致密无裂纹缺陷的砂层。其中，干燥时的温度优选为18℃，湿度优选为40%。

进一步，熔蜡步骤中，石蜡熔化过程中的搅拌速度为10～30转/分钟，优选20转/分钟。

其中，熔蜡步骤之后，对熔化的石蜡进行保温静置，保温的温度为250℃～350℃，静置时间为20分钟～40分钟。操作时，在250℃～350℃缓慢熔化石蜡，最大装炉量为100公斤，保温静置的温度优选为300℃,时间优选为30分钟，熔炼过程中使用搅拌装置进行搅拌并配有排烟装置，使溶液充分脱气并预均匀化。熔化过程设置过热保护装置，以防止温度太高或急剧温升造成液蜡飞溅溢出。

进一步，在制备合金熔液的步骤中，将合金钢锭和配料放入熔炼炉的坩埚内熔炼时，先将配料铺满坩埚底部，然后将合金钢锭放置在配料上面，再在合金钢锭的四周、顶部覆盖配料。在坩埚内熔炼时，合金锭和配料在坩埚中放置的位置非常重要，应先将配料熔化，再由配料熔液逐渐侵蚀合金钢锭，这样可以保证合金钢锭熔化的稳定性和成份的均匀性，使合金熔化、过热度以及熔液的流动性保持最好，完全避免飞溅现象的发生，熔炼温度为1350℃～1450℃，最佳温度为1400℃。

其中，熔炼过程中采用中频感应炉熔炼，并且配制使用磁力搅拌装置对熔液进行搅拌，搅拌速度为10～20转/分钟。使用磁力搅拌装置对熔液进行搅拌，不但可以使合金成分更均匀，而且有利于将液体中的气体快速排除和造渣，使熔液充分脱气并预均匀合金化，更好解决了铸锭内部气孔和夹杂现象，同时辅助磁力搅拌能够提高熔炼效率，节约能源。搅拌装置对熔液的搅拌速度优选为15转/分钟。

进一步，熔液浇注步骤中，采用半自动炉外顶浇注方式浇注，浇注速度为80公斤～120公斤/分钟。浇注速度优选为100公斤/分钟，浇注前，先静置熔液，浇注后自然冷却至室温。

进一步，型壳破碎步骤中，采用机械震动和掏料结合的方式进行破碎。使用专门设计的机械震动装置来破碎砂层型壳，得到素坯产品，同时采用特殊机械掏料方式将素坯产品表面砂余处理干净。操作时，将冷却后的带型壳的铸件放置于一个专门设计的振动机中，进行振动破碎，型壳破碎后自动被分离筛下，得到铸件产品。然后对铸件产品表面进行抛丸处理，获得清洁光滑的坯锭表面。

进一步，提高关节密封装置的密封性能的蜡模精密铸造法还包括无损探伤检测步骤，无损探伤检测步骤是对型壳破碎后得到的铸件坯锭的内部缺陷、尺寸进行检测。该步骤使用超声探伤方法进行产品内部缺陷检测。

利用本发明的方法铸造得到的关节密封装置的铸件，其抗拉强度为320MPa～400MPa，表面硬度为HRC48～62，尺寸精度或尺寸公差为±0.02mm。

Claims (10)

1.一种提高关节密封装置的密封性能的蜡模精密铸造法，其特征在于，包括以下步骤：

制作钢模：根据铸件的形状尺寸和性能,设计近形尺寸的钢模；

熔蜡：将石蜡放置于加热容器中，加热熔化得到液体石蜡，熔化过程中使用搅拌装置进行搅拌，熔化后保温静置；

成型蜡模：将液体石蜡泵入所述钢模中，通过机械压制得到近产品尺寸蜡模；

粘砂：将近产品尺寸蜡模依次浸入砂浆，所述砂浆是由砂粒、聚乙烯醇、水混合而成的粘度不同的砂浆，按照砂浆中砂粒的粒度不同，将近产品尺寸蜡模先浸入粒度最小的浆料，再浸入粒度较小的浆料，最后浸入粒度最大的浆料中，再经过干燥后得到浸砂浆蜡模，所述干燥是在恒温恒湿条件进行；

脱蜡：将浸砂浆蜡模置于马弗炉内升温加热，除去蜡模，形成砂层型壳；

制备合金熔液：将合金钢锭及配料置于熔炼炉内熔炼，得到熔液；

熔液浇注：将熔液浇注至砂层型壳中，得到铸件；

壳型破碎：待铸件冷却后，破碎砂层型壳，得到产品，然后对产品表面进行抛丸处理，获得表面清洁光滑的铸件坯锭。

2.如权利要求1所述的提高关节密封装置的密封性能的蜡模精密铸造法，其特征在于：在粘砂步骤中，所述砂浆混合时按照砂粒的粒度不同分别混合而成，所述砂粒的粒度为300um、40um、5um三种，将所述三种粒度的砂粒分别与聚乙烯醇、水按照重量比为1:0.2:5、1:0.2:8、1:0.2:10的比例分别混合后，得到粘度分别为200mpa.s、100mpa.s、20mpa.s的三种砂浆。

3.如权利要求2所述的提高关节密封装置的密封性能的蜡模精密铸造法，其特征在于：所述恒温恒湿条件的温度14℃～20℃，湿度保持在30%～50%，干燥时间为12h～48h，其中，第一遍和第二遍浸入砂浆后的干燥时间为12h～24h，第三遍浸入砂浆后的干燥时间为24h～48h。

4.如权利要求2所述的提高关节密封装置的密封性能的蜡模精密铸造法，其特征在于：所述熔蜡步骤中，石蜡熔化过程中的搅拌速度为10～30转/分钟。

5.如权利要求4所述的提高关节密封装置的密封性能的蜡模精密铸造法，其特征在于：所述熔蜡步骤之后，对熔化的石蜡进行保温静置，保温的温度为250℃～350℃，静置时间为20分钟～40分钟。

6.如权利要求2所述的提高关节密封装置的密封性能的蜡模精密铸造法，其特征在于：在所述制备合金熔液的步骤中，将合金钢锭和配料放入熔炼炉的坩埚内熔炼时，先将配料铺满坩埚底部，然后将合金钢锭放置在配料上面，再在合金钢锭的四周、顶部覆盖配料。

7.如权利要求6所述的提高关节密封装置的密封性能的蜡模精密铸造法，其特征在于：所述熔炼过程中采用中频感应炉熔炼，并且配制使用磁力搅拌装置对熔液进行搅拌，搅拌速度为10～20转/分钟。

8.如权利要求2所述的提高关节密封装置的密封性能的蜡模精密铸造法，其特征在于：所述熔液浇注步骤中，采用半自动炉外顶浇注方式浇注，浇注速度为80公斤～120公斤/分钟。

9.如权利要求2所述的提高关节密封装置的密封性能的蜡模精密铸造法，其特征在于：所述型壳破碎步骤中，采用机械震动和掏料结合的方式进行破碎。

10.如权利要求2所述的提高关节密封装置的密封性能的蜡模精密铸造法，其特征在于：所述提高关节密封装置的密封性能的蜡模精密铸造法还包括无损探伤检测步骤，所述无损探伤检测步骤是对壳型破碎后得到的所述铸件坯锭的内部缺陷、尺寸进行检测。