CN111922286B - 一种熔模铸造材料及熔模铸造方法 - Google Patents

一种熔模铸造材料及熔模铸造方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及熔模铸造技术领域，具体公开一种熔模铸造材料及熔模铸造方法。所述熔模铸造材料包括模样材料和型壳材料；所述模样材料为聚乙烯醇，其聚合度≤300；所述型壳材料包括如下重量份的组分：硅酸盐水泥10‑15份、膨胀蛭石5‑8份、岩棉4‑10份、二氧化锆20‑35份、二氧化硅溶胶5‑15份和水20‑30份。本发明的熔模铸造材料可实现模样的水溶脱模过程，且用时短、精密度高，最终得到的铸件的品质好，克服了传统的高温熔模过程产生的缺陷。

Description

一种熔模铸造材料及熔模铸造方法
技术领域
本发明涉及熔模铸造技术领域，尤其涉及一种熔模铸造材料及熔模铸造方法。
背景技术
熔模铸造是一种新的净成形先进工艺，通常是在成型的蜡模模样表面涂上数层耐火材料，待其硬化干燥后，将其中的蜡模高温熔去，留下的耐火材料形成型壳，型壳经过焙烧后，进行浇注，浇注液冷却后获得铸件。该铸造方法获得的产品精密度好，接近于零件最后的形状，可不加工或很少加工就直接使用，应用非常广泛。
但传统的熔模精密铸造方法在高温熔模过程受温度影响，其收缩率发生变化，一定程度上会影响铸件的精密度，导致模型参数发生改变，且高温熔模过程耗时长，成本高，型壳内易残留模样材料，影响铸件的品质，因此，迫切需要寻找一种精密度好且快速简单的熔模铸造方法，来代替目前传统的熔模制作方式。
发明内容
针对现有熔模铸造方法高温熔模耗时长、成本高、影响铸件精密度和品质的问题，本发明提供一种熔模铸造材料及熔模铸造方法。
为达到上述发明目的，本发明实施例采用了如下的技术方案：
一种熔模铸造材料，包括模样材料和型壳材料；
所述模样材料为聚乙烯醇，其聚合度≤300，具体可选用PVA03-99；
所述型壳材料包括如下重量份的组分：硅酸盐水泥10-15份、膨胀蛭石5-8份、岩棉4-10份、二氧化锆20-35份、二氧化硅溶胶5-15份和水20-30份。
本发明提供的熔模铸造材料采用聚乙烯醇作为模样材料，聚乙烯醇为水溶性材料，在熔模过程中，直接浸入水中就可将其完全溶解，实现模样材料的充分脱除，相对于现有技术，本发明克服了传统蜡质模样等需要较长时间的加热熔融操作；由于水性耐火涂料的耐高温性能好，传统的型壳材料都为水性耐火涂料，在模样加入水中溶解的过程中，传统的型壳材料必定会受到一定程度的损坏，影响后续浇注过程，而本发明提供的型壳材料具有较高的耐高温性能且在水中不会溶解，能够避免其在型壳材料溶解过程中受到损坏。
另一方面，型壳材料中的各组分混合形成的胶体物质，可将水分锁定，避免涂覆过程型壳材料中的水分子对模样产生侵蚀而影响铸件的精度。该型壳材料与上述模样材料配合，可实现模样材料的简单加水溶解，操作简单且模样溶解速度较快。
同时，型壳材料中二氧化锆和二氧化硅溶胶合用，可以增加二氧化锆的活性，提升型壳材料的耐高温性能，使其满足浇筑过程对温度的需求。
优选的，所述型壳材料包括如下重量份的组分：硅酸盐水泥12份、膨胀蛭石6份、岩棉8份、二氧化锆25份、二氧化硅溶胶10份和水25份。
优选的，所述型壳材料的制备方法为：将所述硅酸盐水泥、膨胀蛭石、岩棉和水混合均匀得到浆料；将所述二氧化锆和二氧化硅溶胶在50-80℃下搅拌均匀后，加入所述浆料，混合均匀并研磨至细度小于20μm，得到所述型壳材料。
上述优选的型壳材料的制备方法将二氧化锆和二氧化硅溶胶单独混合，能够进一步提高二氧化锆的活性，从而进一步提升所得型壳材料的耐高温性。所得混合物与其余组分的混合所得的浆料混合，可以提高型壳材料形成的型壳表面的光滑度，提高铸件的精度，省去铸件的后期打磨和精细加工过程。
本发明还提供利用所述熔模铸造材料进行熔模铸造的方法，该方法，至少包括以下步骤：
a、根据所需铸件的形状用模样材料制备铸件的三维模型；
b、在所述三维模样表面涂覆所述型壳材料，预留浇注口，涂覆完成后在50-80℃下进行干燥；
c、将涂覆型壳材料的三维模样浸入20-50℃的水中，使所述三维模样溶解，留下型壳材料形成的型壳；
d、将所述型壳加热升温至400-600℃进行焙烧，焙烧完成后，浇注液通过所述型壳上的浇注口进行浇注，冷却后去除所述型壳，得到铸件。
相对于现有技术，本发明提供的熔模铸造的方法，模样溶解快且不易残留，省去模样的加热熔融步骤，操作简单，设备要求低，原料成本低，可广泛推广使用。
优选的，步骤a中所述的制备铸件的三维模型的具体方法为：扫描获取铸件的三维模型数据，根据所述三维模型数据获得铸件的三维图形，采用熔融沉积技术，以所述聚乙烯醇为打印材质，打印出铸件的三维模样；所述打印速度为35-40mm/s。
上述优选的打印速度，可使形成的模样即有较好的成型特性，又保证较高的水溶速度。
优选的，步骤b中所述型壳材料的涂覆厚度为2-10mm。
上述优选的型壳材料的涂覆厚度，即可保证形成的型壳的浇注性能，又可保证其脆性，使铸件冷却后可轻易脱除。
优选的，步骤b中所述干燥温度为55-65℃，所述干燥时间为4-6h。
优选的，步骤c中所述三维模样的溶解过程为超声溶解。
超声过程可进一步加快模样的溶解过程。
优选的，步骤d中所述的加热升温速率为10-15℃/min。
优选的，步骤d中所述的焙烧时间为1-2h。
上述优选的升温条件和焙烧温度，可进一步提高型壳的耐高温性能，保证浇注过程的顺利进行。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
一种三通接头的熔模铸造的方法，包括以下工艺步骤：
a、扫描获取三通接头的三维模型数据，根据所述三维模型数据获得三通接头的三维图形；采用熔融沉积技术，以PVA03-99为打印材质，以40mm/s的打印速度打印出三通接头的三维模样；
b、将12份硅酸盐水泥、6份膨胀蛭石、8份岩棉和25份水混合均匀得到浆料；将25份二氧化锆和10份二氧化硅溶胶在60℃下搅拌均匀后，加入所述浆料，混合均匀并研磨至细度小于20μm，得到型壳材料；在所述三维模样表面涂覆型壳材料，涂覆厚度为8mm，留出浇注口，涂覆完成后，在60℃下干燥5h；
c、将涂覆型壳材料的三维模样浸入30℃的水中，在超声作用下使三维模样溶解，留下型壳材料形成的型壳；
d、将型壳以12℃/min的升温速率升温至500℃，焙烧1h，并将浇注液通过型壳上预留的浇注口进行浇注，浇注完成后，冷却并去除轻轻敲碎型壳，剥除型壳，得到三通接头。该三通接头精密度较高，无需打磨过程，可直接使用。
实施例2
一种三通接头的熔模铸造的方法，包括以下工艺步骤：
a、扫描获取三通接头的三维模型数据，根据所述三维模型数据获得三通接头的三维图形；采用熔融沉积技术，以聚乙烯醇为打印材质，以35mm/s的打印速度打印出三通接头的三维模样；
b、将10份硅酸盐水泥、5份膨胀蛭石、4份岩棉和20份水混合均匀得到浆料；将20份二氧化锆和5份二氧化硅溶胶在50℃下搅拌均匀后，加入上述浆料，混合均匀并研磨至细度小于20μm，得到型壳材料；在所述三维模样表面涂覆型壳材料，涂覆厚度为2mm，留出浇注口，涂覆完成后，在50℃下干燥4h；
c、将涂覆型壳材料的三维模样浸入20℃的水中，在超声作用下使三维模样溶解，留下型壳材料形成的型壳；
d、将型壳以10℃/min的升温速率升温至400℃，焙烧1.5h，并将浇注液通过型壳上预留的浇注口进行浇注，浇注完成后，冷却并去除轻轻敲碎型壳，剥除型壳，得到三通接头。该三通接头精密度较高，无需打磨过程，可直接使用。
实施例3
一种三通接头的熔模铸造的方法，包括以下工艺步骤：
a、扫描获取三通接头的三维模型数据，根据所述三维模型数据获得三通接头的三维图形；采用熔融沉积技术，以聚乙烯醇为打印材质，以40mm/s的打印速度打印出三通接头的三维模样；
b、将15份硅酸盐水泥、8份膨胀蛭石、10份岩棉和30份水混合均匀得到浆料；将35份二氧化锆和15份二氧化硅溶胶在80℃下搅拌均匀后，加入上述浆料，混合均匀并研磨至细度小于20μm，得到型壳材料；在所述三维模样表面涂覆型壳材料，涂覆厚度为10mm，留出浇注口，涂覆完成后，在55℃下干燥6h；
c、将涂覆型壳材料的三维模样浸入50℃水中，在超声作用下使三维模样溶解，留下型壳材料形成的型壳；
d、将型壳以15℃/min的升温速率升温至600℃，焙烧2h，并将浇注液通过型壳上预留的浇注口进行浇注，浇注完成后，冷却并去除轻轻敲碎型壳，剥除型壳，得到三通接头。该三通接头精密度较高，无需打磨过程，可直接使用。
实施例4
一种三通接头的熔模铸造的方法，包括以下工艺步骤：
a、扫描获取三通接头的三维模型数据，根据所述三维模型数据获得三通接头的三维图形；采用熔融沉积技术，以PVA03-99为打印材质，以40mm/s的打印速度打印出三通接头的三维模样；
b、将12份硅酸盐水泥、6份膨胀蛭石、8份岩棉和25份水混合均匀得到浆料；将25份二氧化锆和10份二氧化硅溶胶在60℃下搅拌均匀后，加入所述浆料，混合均匀并研磨至细度小于20μm，得到型壳材料；在所述三维模样表面涂覆型壳材料，涂覆厚度为8mm，留出浇注口，涂覆完成后，在65℃下干燥5h；
c、将涂覆型壳材料的三维模样浸入40℃的水中，在超声作用下使三维模样溶解，留下型壳材料形成的型壳；
d、将型壳以12℃/min的升温速率升温至500℃，焙烧1h，并将浇注液通过型壳上预留的浇注口进行浇注，浇注完成后，冷却并去除轻轻敲碎型壳，剥除型壳，得到三通接头。该三通接头精密度较高，无需打磨过程，可直接使用。
实施例5
一种三通接头的熔模铸造的方法，包括以下工艺步骤：
a、扫描获取三通接头的三维模型数据，根据所述三维模型数据获得三通接头的三维图形；采用熔融沉积技术，以PVA03-99为打印材质，以40mm/s的打印速度打印出三通接头的三维模样；
b、将12份硅酸盐水泥、6份膨胀蛭石、8份岩棉和25份水混合均匀得到浆料；将25份二氧化锆和10份二氧化硅溶胶在60℃下搅拌均匀后，加入所述浆料，混合均匀并研磨至细度小于20μm，得到型壳材料；在所述三维模样表面涂覆型壳材料，涂覆厚度为8mm，留出浇注口，涂覆完成后，在80℃下干燥5h；
c、将涂覆型壳材料的三维模样浸入30℃的水中，在超声作用下使三维模样溶解，留下型壳材料形成的型壳；
d、将型壳以12℃/min的升温速率升温至500℃，焙烧1h，并将浇注液通过型壳上预留的浇注口进行浇注，浇注完成后，冷却并去除轻轻敲碎型壳，剥除型壳，得到三通接头。该三通接头精密度较高，无需打磨过程，可直接使用。
由此可见，本申请中提供的特定的模样材料和型壳材料，可以实现模样的水溶脱模过程，且不会对型壳产生影响，本发明的熔模铸造方法用时短、精密度高，最终得到的铸件的品质好，克服了传统的高温熔模过程产生的缺陷。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换或改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种熔模铸造的方法，其特征在于：包括以下工艺步骤：
a、根据所需铸件的形状用模样材料制备铸件的三维模样；
b、在所述三维模样表面涂覆型壳材料，预留浇注口，涂覆完成后在50-80℃下进行干燥；
c、将涂覆型壳材料的三维模样浸入20-50℃的水中，使所述三维模样溶解，留下型壳材料形成的型壳；
d、将所述型壳加热升温至400-600℃进行焙烧，焙烧完成后，浇注液通过所述型壳上的浇注口进行浇注，冷却后去除所述型壳，得到铸件；
所述模样材料为聚乙烯醇，其聚合度≤300；
所述型壳材料包括如下重量份的组分：硅酸盐水泥10-15份、膨胀蛭石5-8份、岩棉4-10份、二氧化锆20-35份、二氧化硅溶胶5-15份和水20-30份；
所述型壳材料的制备方法为：将所述硅酸盐水泥、膨胀蛭石、岩棉和水混合均匀得到浆料；将所述二氧化锆和二氧化硅溶胶在50-80℃下搅拌均匀后，加入所述浆料，混合均匀并研磨至细度小于20μm，得到所述型壳材料。
2.如权利要求1所述的熔模铸造的方法，其特征在于：所述型壳材料包括如下重量份的组分：硅酸盐水泥12份、膨胀蛭石6份、岩棉8份、二氧化锆25份、二氧化硅溶胶10份和水25份。
3.如权利要求1所述的熔模铸造的方法，其特征在于：步骤a中所述的制备铸件的三维模样的具体方法为：扫描获取铸件的三维模型数据，根据所述三维模型数据获得铸件的三维图形，采用熔融沉积技术，以所述聚乙烯醇为打印材质，打印出铸件的三维模样；所述打印速度为35-40mm/s。
4.如权利要求1所述的熔模铸造的方法，其特征在于：步骤b中所述型壳材料的涂覆厚度为2-10mm。
5.如权利要求1所述的熔模铸造的方法，其特征在于：步骤b中所述干燥温度为55-65℃，所述干燥时间为4-6h。
6.如权利要求1所述的熔模铸造的方法，其特征在于：步骤c中所述三维模样的溶解过程为超声溶解。
7.如权利要求1所述的熔模铸造的方法，其特征在于：步骤d中所述的加热升温速率为10-15℃/min。
8.如权利要求1所述的熔模铸造的方法，其特征在于：步骤d中所述的焙烧时间为1-2h。
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