CN110860658B - 一种筒形薄壁复杂构件蜡模石膏型芯制备方法 - Google Patents

一种筒形薄壁复杂构件蜡模石膏型芯制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种筒形薄壁复杂构件蜡模石膏型芯制备方法，具体包括：3D打印构件蜡模，制备工装蜡模，将石膏浆料灌入工装蜡模，脱蜡，焙烧，得到筒形薄壁复杂构件石膏型芯。本发明一种筒形薄壁复杂构件蜡模石膏型芯制备方法，可应用于各类筒形复杂构件产品铸造用内腔石膏型芯的制作；利用了石膏型芯强度、尺寸精度和表面光洁度高的特点，提高了产品的内腔质量；对实现筒形薄壁复杂构件砂型与熔模的复合造型具有至关重要的作用，尤其适用于结构复杂、紧凑，精度高、壁厚小、复杂腔体结构的铸件，对于该类内腔结构复杂、加工难度大的铸件，采用该石膏型芯可以提高铸件内部非加工面尺寸精度及表面质量，能达到净终成形的目的。

Description

一种筒形薄壁复杂构件蜡模石膏型芯制备方法
技术领域
本发明属于铸造技术领域，涉及一种筒形薄壁复杂构件蜡模石膏型芯制备方法。
背景技术
随着装备的发展，铸造产品需要充分发挥材料的综合性能，产品的要求外观光洁度高、整体轻量化、少加工或不加工，并满足使用功能要求。作为筒形薄壁复杂构件要求较高尺寸精度和表面质量，采用砂型芯铸造，铸件公差等级一般只能达到CT9-CT12，表面粗糙度只能达到12.5μm以上，难以满足筒形薄壁复杂构件内腔非加工面尺寸精度和表面质量的要求。而熔模铸造，铸件尺寸公差等级能达到CT4-CT6，表面粗糙度能达到1.6-6.3μm，尺寸精度和表面质量可达到要求。随着技术的发展，铸型方式逐渐由单一砂型向多种铸型复合的方向发展，即用熔模方式制得型芯，与砂型外模和浇注***组合可以有效利用两者优点，既解决了砂型内腔尺寸精度不高的问题，又解决了表面质量差的问题，同时，型芯可以整体成形，降低了复杂构件砂型芯定位和组芯的难度。因此需要提出一种型芯制备的方法，既能简化型芯制作的难度，又具有型芯尺寸精度高和可操作性强的优点。
中国专利《一种复杂薄壁壳体的复合铸型成形方法》(申请日：2014.09.12，申请号：201410465373.6，公开日：2014.12.10，公开号：CN104190875A)公开了蜡模型芯制备方法，涉及到的是采用水玻璃挂砂方式进行铸件型芯的制作，反复挂砂操作过程复杂、难度大，且对蜡模的强度要求高，制芯时容易发生变形，进而导致型芯尺寸精度差等问题。中国专利《一种大型叶轮铸造使用的石膏型芯制作方法以及***》(申请日：2016.08.11，申请号：201610659394.0，公开日：2016.10.26，公开号：CN106040990A)公开了，将石膏浆料直接灌入模具中制作石膏型芯的制备方法。上述两专利中石膏型直接灌入模具中制作型芯方式存在以下问题：其一，模具的拔模斜度会增加铸件后续的尺寸加工或者不满足设计要求；其二，石膏浆料灌入模具中后，由于石膏材料自身物理特性，石膏浆料在硬化过程中会产生体积膨胀，使得石膏与模具接触面紧密结合，导致石膏型难以出模；其三，构件内腔存在许多搭子，制作的模具由许多活块组成，各活块之间定位难容易影响铸件相对尺寸精度。
现有专利中制备型芯方法对于内腔尺寸精度要求高、少加工或不加工的筒形薄壁复杂构件的存在明显不足。
发明内容
本发明的目的是提供一种筒形薄壁复杂构件蜡模石膏型芯制备方法，有效提高了型芯尺寸精度。
本发明所采用的技术方案是，一种筒形薄壁复杂构件蜡模石膏型芯制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、采用3D打印方式制作筒形薄壁复杂构件蜡模，构件蜡模与构件结构一致；
步骤2、根据筒形构件外形设计随形工装，随形工装将构件蜡模完全包裹并固定，得到工装蜡模；
步骤3、将石膏与水真空搅拌，得到石膏浆料，将石膏浆料灌入工装蜡模内腔；
步骤4、待石膏浆料硬化后，对工装蜡模进行脱蜡；
步骤5、脱蜡完成后，拆掉工装，对所剩的石膏型进行焙烧处理，得到筒形薄壁复杂构件石膏型芯。
本发明的特点还在于，
随形工装由多个相同工装分件构成。
步骤2中，通过紧固环将随形工装固定在构件蜡模表面。
随形工装上设置有吊装杆。
步骤3具体为，取定量的水和石膏通过搅拌机真空搅拌，得到石膏浆料，水的质量是石膏质量的30％～40％，水温为40～50℃，搅拌时相对真空度为-0.05～-0.1MPa。
搅拌机转速为550～800r/min，搅拌时间为3～5min。
步骤4具体为，待石膏浆料硬化后，通过将吊装杆将工装蜡模吊装到100-120℃的电炉中，上下翻转后放置进行脱蜡。
放置工装蜡模后电炉的保温时间为4-5h。
步骤5中焙烧处理具体为，电炉升温至600-700℃对石膏型进行焙烧，每小时升温不超过50℃，随炉冷却后取出，得到筒形薄壁复杂构件石膏型芯。
本发明的有益效果是：
本发明一种筒形薄壁复杂构件蜡模石膏型芯制备方法，可应用于各类筒形复杂构件产品铸造用内腔石膏型芯的制作；利用了石膏型芯强度、尺寸精度和表面光洁度高的特点，提高了产品的内腔质量；对实现筒形薄壁复杂构件砂型与熔模的复合造型具有至关重要的作用，尤其适用于结构复杂、紧凑，精度高、壁厚小、复杂腔体结构的铸件，对于该类内腔结构复杂、加工难度大的铸件，采用该石膏型芯可以提高铸件内部非加工面尺寸精度及表面质量，能达到净终成形的目的。
附图说明
图1是本发明一种筒形薄壁复杂构件蜡模石膏型芯制备方法中工装蜡模灌入石膏浆料后的结构示意图。
图中，1.随形工装，2.紧固环，3.吊装杆，4.定位芯头，5.构件蜡模，6.石膏浆料。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明一种筒形薄壁复杂构件蜡模5石膏型芯制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、采用3D打印方式制作筒形薄壁复杂构件蜡模5，构件蜡模5与构件结构一致。
步骤2、根据筒形构件外形设计随形工装，随形工装1由多个相同工装分件构成，随形工装将构件蜡模5完全包裹并通过紧固环2固定在构件蜡模5表面，随形工装1上设置有吊装杆3，并在构件蜡模5中设置定位芯头4，如图1所示，得到工装蜡模。
步骤3、取定量的水和石膏通过搅拌机真空搅拌，得到石膏浆料6，水的质量是石膏质量的30％～40％，水温为40～50℃，搅拌时相对真空度为-0.05～-0.1MPa，搅拌机转速为550～800r/min，搅拌时间为3～5min。
步骤4、待石膏浆料6硬化后，通过将吊装杆3将工装蜡模吊装到100-120℃的电炉中，上下翻转后放置进行脱蜡，放置工装蜡模后电炉的保温时间为4-5h。
步骤5、脱蜡完成后，拆掉工装，对所剩的石膏型进行焙烧处理，焙烧处理具体为，电炉升温至600-700℃对石膏型进行焙烧，每小时升温不超过50℃，随炉冷却后取出，得到筒形薄壁复杂构件石膏型芯。
实施例1
本实施例提供一种筒形薄壁复杂构件蜡模5石膏型芯制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、采用3D打印方式制作筒形薄壁复杂构件蜡模5，构件蜡模5与构件结构一致。
步骤2、根据筒形构件外形设计随形工装，随形工装1由多个相同工装分件构成，随形工装将构件蜡模5完全包裹并通过紧固环2固定在构件蜡模5表面，随形工装1上设置有吊装杆3，如图1所示，得到工装蜡模。
步骤3、取定量的水和石膏通过搅拌机真空搅拌，得到石膏浆料6，水的质量是石膏质量的30％，水温为40℃，搅拌时相对真空度为-0.05MPa，搅拌机转速为550r/min，搅拌时间为3min。
步骤4、待石膏浆料6硬化后，通过将吊装杆3将工装蜡模吊装到100℃的电炉中，上下翻转后放置进行脱蜡，放置工装蜡模后电炉的保温时间为4-5h。
步骤5、脱蜡完成后，拆掉工装，对所剩的石膏型进行焙烧处理，焙烧处理具体为，电炉升温至600℃对石膏型进行焙烧，每小时升温40℃，随炉冷却后取出，得到筒形薄壁复杂构件石膏型芯。
本实施例制得的筒形薄壁复杂构件石膏型芯经检测表面质量和尺寸精度均良好。
实施例2
本实施例提供一种筒形薄壁复杂构件蜡模5石膏型芯制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、采用3D打印方式制作筒形薄壁复杂构件蜡模5，构件蜡模5与构件结构一致。
步骤2、根据筒形构件外形设计随形工装，随形工装1由多个相同工装分件构成，随形工装将构件蜡模5完全包裹并通过紧固环2固定在构件蜡模5表面，随形工装1上设置有吊装杆3，如图1所示，得到工装蜡模。
步骤3、取定量的水和石膏通过搅拌机真空搅拌，得到石膏浆料6，水的质量是石膏质量的35％，水温为45℃，搅拌时相对真空度为-0.08MPa，搅拌机转速为700r/min，搅拌时间为4min。
步骤4、待石膏浆料6硬化后，通过将吊装杆3将工装蜡模吊装到110℃的电炉中，上下翻转后放置进行脱蜡，放置工装蜡模后电炉的保温时间为4.5h。
步骤5、脱蜡完成后，拆掉工装，对所剩的石膏型进行焙烧处理，焙烧处理具体为，电炉升温至650℃对石膏型进行焙烧，每小时升温45℃，随炉冷却后取出，得到筒形薄壁复杂构件石膏型芯。
本实施例制得的筒形薄壁复杂构件石膏型芯经检测表面质量和尺寸精度均良好。
实施例3
本实施例提供一种筒形薄壁复杂构件蜡模5石膏型芯制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、采用3D打印方式制作筒形薄壁复杂构件蜡模5，构件蜡模5与构件结构一致。
步骤2、根据筒形构件外形设计随形工装，随形工装1由多个相同工装分件构成，随形工装将构件蜡模5完全包裹并通过紧固环2固定在构件蜡模5表面，随形工装1上设置有吊装杆3，如图1所示，得到工装蜡模。
步骤3、取定量的水和石膏通过搅拌机真空搅拌，得到石膏浆料6，水的质量是石膏质量的40％，水温为50℃，搅拌时相对真空度为-0.1MPa，搅拌机转速为800r/min，搅拌时间为5min。
步骤4、待石膏浆料6硬化后，通过将吊装杆3将工装蜡模吊装到120℃的电炉中，上下翻转后放置进行脱蜡，放置工装蜡模后电炉的保温时间为5h。
步骤5、脱蜡完成后，拆掉工装，对所剩的石膏型进行焙烧处理，焙烧处理具体为，电炉升温至600-700℃对石膏型进行焙烧，每小时升温50℃，随炉冷却后取出，得到筒形薄壁复杂构件石膏型芯。
本实施例制得的筒形薄壁复杂构件石膏型芯经检测表面质量和尺寸精度均良好。
实施例4
本实施例提供一种筒形薄壁复杂构件蜡模5石膏型芯制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、采用3D打印方式制作筒形薄壁复杂构件蜡模5，构件蜡模5与构件结构一致。
步骤2、根据筒形构件外形设计随形工装，随形工装1由多个相同工装分件构成，随形工装将构件蜡模5完全包裹并通过紧固环2固定在构件蜡模5表面，随形工装1上设置有吊装杆3，如图1所示，得到工装蜡模。
步骤3、取定量的水和石膏通过搅拌机真空搅拌，得到石膏浆料6，水的质量是石膏质量的33％，水温为42℃，搅拌时相对真空度为-0.06MPa，搅拌机转速为680r/min，搅拌时间为3min。
步骤4、待石膏浆料6硬化后，通过将吊装杆3将工装蜡模吊装到115℃的电炉中，上下翻转后放置进行脱蜡，放置工装蜡模后电炉的保温时间为4h。
步骤5、脱蜡完成后，拆掉工装，对所剩的石膏型进行焙烧处理，焙烧处理具体为，电炉升温至640℃对石膏型进行焙烧，每小时升温38℃，随炉冷却后取出，得到筒形薄壁复杂构件石膏型芯。
本实施例制得的筒形薄壁复杂构件石膏型芯经检测表面质量和尺寸精度均良好。
实施例5
本实施例提供一种筒形薄壁复杂构件蜡模5石膏型芯制备方法，具体按照以下步骤实施：
步骤1、采用3D打印方式制作筒形薄壁复杂构件蜡模5，构件蜡模5与构件结构一致。
步骤2、根据筒形构件外形设计随形工装，随形工装1由多个相同工装分件构成，随形工装将构件蜡模5完全包裹并通过紧固环2固定在构件蜡模5表面，随形工装1上设置有吊装杆3，如图1所示，得到工装蜡模。
步骤3、取定量的水和石膏通过搅拌机真空搅拌，得到石膏浆料6，水的质量是石膏质量的37％，水温为46℃，搅拌时相对真空度为-0.09MPa，搅拌机转速为780r/min，搅拌时间为5min。
步骤4、待石膏浆料6硬化后，通过将吊装杆3将工装蜡模吊装到117℃的电炉中，上下翻转后放置进行脱蜡，放置工装蜡模后电炉的保温时间为5h。
步骤5、脱蜡完成后，拆掉工装，对所剩的石膏型进行焙烧处理，焙烧处理具体为，电炉升温至680℃对石膏型进行焙烧，每小时升温43℃，随炉冷却后取出，得到筒形薄壁复杂构件石膏型芯。
本实施例制得的筒形薄壁复杂构件石膏型芯经检测表面质量和尺寸精度均良好。

Claims (3)

1.一种筒形薄壁复杂构件蜡模石膏型芯制备方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、采用3D打印方式制作筒形薄壁复杂构件蜡模，所述构件蜡模与构件结构一致；
步骤2、根据筒形构件外形设计随形工装，所述随形工装上设置有吊装杆，通过紧固环将随形工装固定在构件蜡模表面，随形工装将构件蜡模完全包裹并固定，得到工装蜡模；
步骤3、将石膏与水真空搅拌，得到石膏浆料，将石膏浆料灌入工装蜡模内腔；
所述步骤3具体为，取定量的水和石膏通过搅拌机真空搅拌，得到石膏浆料，水的质量是石膏质量的30%～40%，水温为40～50℃，搅拌时相对真空度为-0.05～-0.1MPa；
步骤4、待石膏浆料硬化后，对工装蜡模进行脱蜡；
所述步骤4具体为，待石膏浆料硬化后，通过吊装杆将工装蜡模吊装到100-120℃的电炉中，上下翻转后放置进行脱蜡，所述放置工装蜡模后电炉的保温时间为4-5h；
步骤5、脱蜡完成后，拆掉工装，对所剩的石膏型进行焙烧处理，得到筒形薄壁复杂构件石膏型芯，所述焙烧处理具体为，电炉升温至600-700℃对石膏型进行焙烧，每小时升温不超过50℃，随炉冷却后取出，得到筒形薄壁复杂构件石膏型芯。
2.根据权利要求1所述的一种筒形薄壁复杂构件蜡模石膏型芯制备方法，其特征在于，所述随形工装由多个相同工装分件构成。
3.根据权利要求1所述的一种筒形薄壁复杂构件蜡模石膏型芯制备方法，其特征在于，所述搅拌机转速为550～800r/min，搅拌时间为3～5min。
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