CN115069980A - 利用排蜡塞和陶瓷堵塞制备熔模铸造型壳的方法及其应用 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及熔模铸造技术领域，具体而言，涉及利用排蜡塞和陶瓷堵塞制备熔模铸造型壳的方法及其应用。所述方法包括：排蜡塞与蜡模模组连接后在其表面涂挂涂料、撒砂，得到型壳；将型壳依次进行脱蜡和焙烧，得到焙烧型壳；排蜡塞主要由蜡经压制制得，排蜡塞的形状包括圆柱和/或圆台；压制陶瓷堵塞并进行焙烧；陶瓷堵塞主要由第一耐火材料和蜡经过压制制得，陶瓷堵塞的形状包括圆台；将陶瓷堵塞放入焙烧型壳的排蜡口内，然后在陶瓷堵塞和排蜡口的表面包覆耐火泥，待耐火泥硬化后，得到熔模铸造型壳；耐火泥主要由第二耐火材料和粘结剂组成。设置排蜡塞可使蜡液及时流出；采用陶瓷堵塞封堵排蜡口，再配合以耐火泥，能够防止外来杂物进入型壳。
Description
技术领域
本发明涉及熔模铸造技术领域，具体而言，涉及利用排蜡塞和陶瓷堵塞制备熔模铸造型壳的方法及其应用，更具体地，涉及一种利用排蜡塞和陶瓷堵塞制备熔模铸造型壳的方法和一种熔模铸件的制备方法。
背景技术
航空、航天领域的涡轮导向器、喷口位置的承温零件和透平叶片，一般采用高温合金熔模铸造方法成型，零件结构复杂，铸造难度极大。为保证铸件的充型及补缩条件，其浇注***十分复杂，蜡模融化流出困难，脱蜡后的型壳容易存在蜡料残留、型壳胀裂等问题。
为保证脱蜡彻底，需在型壳排蜡不畅部位安装排蜡口，待脱蜡、焙烧后再对排蜡口进行封堵。目前采用的方法是脱蜡前使用钻头打孔或者蜡模组合时安装一段长约20mm、直径3～10mm的圆柱形蜡棒，脱蜡时将其切掉或者掰掉，焙烧后使用涂料将其堵死。但是，使用涂料进行封堵时，容易产生涂料塞入排蜡口内部或者直接掉入型壳内部的问题，从而造成铸件夹杂报废。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的第一目的在于提供一种利用排蜡塞和陶瓷堵塞制备熔模铸造型壳的方法，通过设置排蜡塞，蜡液可及时流出；采用陶瓷堵塞封堵排蜡口，再配合以耐火泥，能够防止外来杂物进入型壳。解决了排蜡不畅、容易产生型壳胀裂以及涂料掉入型壳内部导致的铸件夹杂的问题。
本发明的第二目的在于提供一种熔模铸件的制备方法。
为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：
本发明提供了一种利用排蜡塞和陶瓷堵塞制备熔模铸造型壳的方法，包括如下步骤：
(a)、将排蜡塞与蜡模模组连接后，在其表面(即连接后的排蜡塞与蜡模模组的表面)涂挂涂料(挂浆)、撒砂，得到型壳；然后将所述型壳依次进行脱蜡和焙烧，得到焙烧型壳。
在本发明一些具体的实施方式中，所述排蜡塞的个数可采用任意、常规的个数，也可根据实际需要进行设定，优选为所述排蜡塞的个数≥1个，包括但不限于2个、3个、4个、5个、6个、7个、8个、9个、10个、12个、14个、16个、17个、18个、20个、24个、26个、30个中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
其中，步骤(a)中，所述排蜡塞主要由蜡经过压制制得，所述排蜡塞的形状包括圆柱和/或圆台。
在本发明一些具体的实施方式中，所述排蜡塞的形状可以是圆柱，也可以是圆台，还可以是圆柱和圆台的组合体(结合体)。优选地，所述排蜡塞的形状为圆柱和圆台的组合体，如图1和图2所示。其中，所述圆柱的底面(上底面或下底面)直径>所述圆台中直径较大的底面的直径。
在本发明一些具体的实施方式中，在将所述型壳进行所述脱蜡之前，先将所述排蜡塞在远离所述蜡模模组一端的端部进行切割，为后续进行所述脱蜡做准备，解决排蜡不畅的问题。优选地，所述排蜡塞在远离所述蜡模模组一端的端部的形状为圆柱体，在所述切割之后，所述圆柱体的高度不大于2mm(包括但不限于2mm、1.9mm、1.8mm、1.6mm、1.5mm、1.3mm、1.1mm、1.0mm、0.8mm、0.5mm、0.3mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)，更优选为1～2mm。优选地，沿着平行于所述圆柱体的底面(上底面或下底面)的方向进行所述切割。更优选地，采用角磨机或者钢锯条进行所述切割。
在本发明一些具体的实施方式中，使用电热蒸汽脱蜡釜进行所述脱蜡，其中，压力为0.6～0.9MPa(包括但不限于0.65MPa、0.7MPa、0.8MPa、0.85MPa中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)，脱蜡时间为10～20min(包括但不限于11min、13min、15min、18min、19min中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)。
在本发明一些具体的实施方式中，步骤(a)中，所述焙烧的温度为800～1000℃，包括但不限于820℃、850℃、880℃、900℃、910℃、920℃、940℃、950℃、970℃、990℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值；步骤(a)中，所述焙烧的保温时间为2～4h，包括但不限于2.5h、3h、3.5h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。优选地，采用马弗炉进行所述步骤(a)中的所述焙烧。其中，所述马弗炉包括滑底式马弗炉。
在本发明一些具体的实施方式中，步骤(a)中，在所述焙烧之后，清理掉开口处的飞边毛刺，并使用压缩空气吹掉内腔的粉尘。
在本发明一些具体的实施方式中，步骤(a)中，所述涂料可以采用任意的、常规的、能够通过购买获得的料浆。优选地，所述涂料主要由锆英粉、刚玉粉和莫来石粉中的至少一种与硅溶胶制得。
在本发明一些具体的实施方式中，步骤(a)中，所述撒砂所用的砂可以采用任意的、常规的、能够通过购买获得的砂。例如，刚玉砂和莫来砂。
(b)、压制陶瓷堵塞，并将其进行焙烧。
其中，步骤(b)中，所述陶瓷堵塞主要由第一耐火材料和蜡经过压制制得，所述陶瓷堵塞的形状包括圆台，如图3所示。
在本发明一些具体的实施方式中，所述形状为圆台的所述陶瓷堵塞的横截面中包括两个圆角，即所述陶瓷堵塞的第一底面与侧面的连接处具有一定的弧度，如图4所示，这样更便于将所述陶瓷堵塞放入焙烧型壳的排蜡口内。
在本发明一些具体的实施方式中，上述步骤(a)和步骤(b)无先后顺序，可以先进行步骤(a)，可以先进行步骤(b)，还可以同时进行步骤(a)和步骤(b)。
(c)、参见图5，将步骤(b)得到的所述陶瓷堵塞放入步骤(a)得到的所述焙烧型壳的排蜡口内，其中，所述排蜡口为所述排蜡塞在脱蜡之后形成的孔洞结构(腔体结构)，然后在所述陶瓷堵塞和所述排蜡口的表面均包覆耐火泥，待所述耐火泥硬化后，得到所述熔模铸造型壳。
在本发明一些具体的实施方式中，所述排蜡口能够至少部分容纳所述陶瓷堵塞，优选为完全容纳所述陶瓷堵塞。
同时，所述陶瓷堵塞的尺寸也不能过于小于所述排蜡口的尺寸，这样容易使所述陶瓷堵塞脱落。
优选地，所述排蜡塞的圆台的上底面的直径<所述陶瓷堵塞的第一底面的直径，所述陶瓷堵塞的第二底面的直径<所述所述排蜡塞的圆台的下底面的直径。
可选地，在所述将步骤(b)得到的所述陶瓷堵塞放入步骤(a)得到的所述焙烧型壳的排蜡口内的过程中，轻轻按压，使所述陶瓷堵塞的外壁与设置有所述排蜡口处的所述焙烧型壳的内壁相贴合。
在本发明一些具体的实施方式中，在所述型壳在经过所述焙烧后，将制得的所述陶瓷堵塞安装(放置)在所述排蜡塞脱蜡后的对应位置，即将所述陶瓷堵塞放置在所述排蜡塞在脱蜡之后形成的孔洞结构(腔体结构)中，然后使用耐火泥进行固定，可防止浇注金属液过程将陶瓷堵塞冲掉，发生漏钢，并解决了由于封堵排蜡开口造成的铸件夹杂问题。
其中，步骤(c)中，所述耐火泥主要由第二耐火材料和粘结剂组成。
本发明通过采用排蜡塞及与之配套的陶瓷堵塞，能够使蜡液及时、快速地流出，还能够防止外来杂物进入型壳内部。不仅解决了现有技术中型壳在排蜡(脱蜡)过程中产生的型壳胀裂的问题，而且还解决了现有技术中因在后续封堵排蜡口造成涂料掉入型壳而导致的铸件夹杂问题。
具体地，本发明提供的排蜡塞及陶瓷堵塞，可以一次性生产多个，尺寸多样，可适应各种模组和不同尺寸浇道，在组合模组时将排蜡塞粘接在浇道上，便于生产。
并且，采用与排蜡塞配套的陶瓷堵塞封堵排蜡口，再配合以耐火泥，能够防止外来杂物进入型壳，从而避免了铸件产生夹杂缺陷。
此外，由于铸件浇注***复杂，现有技术在型壳脱蜡过程中，远离浇口杯部位熔融的蜡料难以快速从型壳中流出，容易将型壳胀裂。而本发明在安装排蜡塞后，蜡料(蜡液)能够快速从浇口杯及多个排蜡塞处流出，从而加快了脱蜡效率和质量，减少了型壳中蜡料的残留，并且能够减少脱蜡过程中型壳的裂纹。
优选地，步骤(a)中，所述排蜡塞主要由低温蜡和/或中温蜡经过压制制得。其中，所述低温蜡的熔点小于所述中温蜡的熔点。
使用低温蜡和/或中温蜡制得的排蜡塞，方便后续蜡液的排出。
优选地，所述低温蜡的熔点<60℃，包括但不限于59℃、58℃、56℃、55℃、53℃、51℃、50℃、48℃、45℃、43℃、40℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值；和/或，所述中温蜡的熔点为70～80℃，包括但不限于71℃、72℃、73℃、74℃、75℃、76℃、77℃、78℃、79℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
其中，所述排蜡塞可由低温蜡直接压制而成，也可以采用中温蜡进行压制。在本发明一些具体的实施方式中，当采用所述中温蜡进行所述压制时，在所述压制之后，还包括在所述中温蜡的表面涂挂所述低温蜡的步骤。优选地，在所述涂挂的过程中，所述低温蜡的温度为90～100℃；包括但不限于91℃、92℃、93℃、94℃、95℃、96℃、97℃、98℃、99℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。更优选地，所述涂挂的所述低温蜡的厚度≤0.2mm，包括但不限于0.2mm、0.18mm、0.15mm、0.13mm、0.1mm、0.08mm、0.06mm、0.05mm、0.03mm、0.01mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
若直接采用低温蜡进行压制，脱蜡时排蜡塞的蜡可以先于零件融化流出，方便零件浇道部位蜡的排出。
若低温蜡没有现成的压蜡机，也可以压制中温蜡，再沾(涂挂)一层低温蜡，脱蜡时，低温蜡先融化流出，出现缝隙，可以加快排蜡塞的融化。
在本发明一些具体的实施方式中，在压制所述排蜡塞之前，还包括制得排蜡塞压型模的步骤。优选地，所述排蜡塞压型模可以采用任意常规的材质制得，例如铝合金，优选为锻铝合金。所述排蜡塞压型模的型腔个数为4～6个。
优选地，步骤(a)中，所述排蜡塞的形状为依次相连接的第一圆柱、圆台和第二圆柱的组合体。即，在该组合体中，圆台设置在第一圆柱和第二圆柱之间，参见图2。
在本发明一些具体的实施方式中，第一圆柱用于与蜡模模组连接。圆台所形成的空腔用于放置陶瓷堵塞，圆台结构可以让相同形状的陶瓷堵塞完美贴合，避免线接触造成局部应力过大而损坏陶瓷塞，或浇注过程漏钢问题。第二圆柱用于提示切割位置，放置圆台长度不足，不能彻底固定陶瓷堵塞。
优选地，参见图2，所述圆台包括上底面和下底面，所述上底面的直径<所述下底面的直径；其中，所述上底面的直径≥所述第一圆柱的底面直径；和/或，所述下底面的直径<所述第二圆柱的底面直径。即，所述第一圆柱的底面直径<所述第二圆柱的底面直径。
优选地，所述第一圆柱的底面直径为3～20mm，包括但不限于4mm、5mm、7mm、9mm、10mm、12mm、14mm、15mm、16mm、18mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
和/或，所述第一圆柱的高为5～50mm，包括但不限于7mm、9mm、10mm、13mm、15mm、18mm、20mm、22mm、25mm、28mm、30mm、33mm、35mm、38mm、40mm、42mm、45mm、48mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
优选地，所述第二圆柱的底面直径为6～40mm，包括但不限于8mm、10mm、13mm、15mm、18mm、20mm、23mm、25mm、28mm、30mm、33mm、35mm、38mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
和/或，所述第二圆柱的高为2～15mm，包括但不限于3mm、4mm、5mm、6mm、7mm、8mm、9mm、10mm、11mm、12mm、13mm、14mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
优选地，所述圆台的轴线与所述圆台的母线所在直线之间的夹角α为5°～30°，包括但不限于6°、8°、10°、12°、15°、18°、20°、23°、25°、28°中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
在本发明一些具体的实施方式中，所述排蜡塞与所述蜡模模组的连接方法具体包括：将所述排蜡塞设置有所述第一圆柱的一端粘接在所述蜡模模组上。优选地，采用粘接蜡进行所述粘接。其中，所述粘接蜡可采用任意地、常规地、能够通过购买获得的粘接蜡。例如，135粘接蜡，509粘接蜡等。优选地，所述粘接的位置包括任意地、常规的排蜡口位置，更优选粘接在所述蜡模模组排蜡困难(排蜡不畅)以及容易开裂的位置。其中，在排蜡的过程中，排蜡塞的开口朝下，使其符合“水往低处流”的原理，以达到排蜡顺畅的目的。
在本发明一些具体的实施方式中，所述排蜡塞在与所述蜡模模组连接之前，经过弯折处理。即，将所述排蜡塞的第一圆柱进行弯曲，以满足蜡模模组空间上的要求。具体可采用任意地常规的弯曲方式，可根据实际需要进行选择。
在本发明一些具体的实施方式中，所述排蜡塞的轴线与所述蜡模模组的轴线所形成的夹角γ为0°～90°，包括但不限于85°、80°、75°、70°、65°、60°、55°、50°、45°、40°、35°、30°、25°、20°、15°、10°、5°、3°、2°、1°、0°中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值；优选为γ≤80°，更优选为γ≤60°。该夹角γ越小，脱蜡时越有利于蜡液的流出。
优选地，步骤(b)中，所述陶瓷堵塞的形状为实心的圆台，参见图3和图4，或者，所述陶瓷堵塞的形状为空心的圆台，参见图6。
在本发明一些具体的实施方式中，当所述陶瓷堵塞的形状为空心的圆台时，所述陶瓷堵塞的横截面的形状为V形。
优选地，所述陶瓷堵塞的第一底面的直径为3～20mm，包括但不限于5mm、8mm、10mm、12mm、15mm、18mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。和/或，所述陶瓷堵塞的第二底面的直径为10～30mm，包括但不限于12mm、15mm、18mm、20mm、23mm、25mm、28mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。其中，所述第一底面的直径与所述第二底面的直径不相等。优选地，所述第一底面的直径<所述第二底面的直径。
优选地，所述陶瓷堵塞的轴线与其母线所在直线之间的夹角β为5°～30°。
优选地，当所述陶瓷堵塞的第二底面的直径>15mm(包括但不限于16mm、18mm、20mm、22mm、24mm、25mm、27mm、29mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)时，所述陶瓷堵塞的形状为空心的圆台，参见图6。更优选地，所述陶瓷堵塞的厚度≥4mm(包括但不限于5mm、7mm、9mm、10mm、12mm、14mm、16mm、18mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)。更进一步优选地，空心的所述陶瓷堵塞在沿其轴线方向上的厚度，与，所述陶瓷堵塞在沿垂直于其母线方向上的厚度相同。
将所述陶瓷堵塞制成空心的圆台，可以增加烧成的合格率，更利于后续使用。因为实心的陶瓷堵塞收缩较大，容易出现开裂，容易导致其无法与排蜡塞相匹配使用。
在本发明一些具体的实施方式中，步骤(b)中，在所述压制陶瓷堵塞之前，还包括制得陶瓷堵塞压型模的步骤，所述该压型模陶瓷堵塞压型模可采用任意的、常规的材质，例如钢，优选为45#钢。更优选地，所述陶瓷堵塞压型模的型腔个数为4～6个。
优选地，所述排蜡塞的所述圆台的轴线与其母线所在直线之间的夹角α等于所述陶瓷堵塞的轴线与其母线所在直线之间的夹角β。这样能使所述陶瓷堵塞的外表面与所述焙烧型壳的内表面相贴合。
优选地，步骤(b)中，所述第一耐火材料包括氧化硅、氧化铝和氧化锆中的至少一种，更优选为氧化硅、氧化铝和氧化锆这三种材料的混合。
采用上述种类的第一耐火材料制得的陶瓷堵塞的耐火度高，稳定性能好。
优选地，所述陶瓷堵塞主要由按重量份数计的如下组分(经过压制)制成：氧化硅30～50份(包括但不限于33份、35份、38份、40份、42份、45份、48份中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)，氧化铝40～60份(包括但不限于42份、44份、45份、47份、49份、50份、52份、55份、57份、59份中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)，氧化锆5～15份(包括但不限于6份、7份、8份、9份、10份、11份、12份、13份、14份中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)，以及，蜡15～25份(包括但不限于16份、17份、19份、20份、22份、24份中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)。
采用上述用量制得的陶瓷堵塞的耐火度进一步提高，稳定性能更好。
优选地，所述蜡包括蜂蜡。其中，蜂蜡是由蜜蜂(工蜂)腹部四对蜡腺分泌出来的蜡，蜂蜡(蜜蜡)的化学成分主要包括：酯类、游离酸类、游离醇类和烃类。蜂蜡所起的作用是润滑，使材料具有流动性，并起到粘结剂的作用。
在本发明一些具体的实施方式中，所述氧化硅的粒度为200～300目，包括但不限于220目、250目、270目中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。优选地，所述氧化铝的粒度为100～200目，包括但不限于120目、150目、170目中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。优选地，所述氧化锆的粒度为300～350目，包括但不限于300目、325目、350目中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。采用该粒度范围的各原料，有利于进一步提高制得的陶瓷堵塞的耐火度和稳定性。
优选地，步骤(b)中，所述焙烧的温度为300～1200℃(包括但不限于350℃、400℃、450℃、500℃、550℃、600℃、650℃、700℃、750℃、800℃、850℃、900℃、950℃、1000℃、1050℃、1100℃、1150℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)，所述焙烧的时间为4～11h(包括但不限于5h、6h、6.5h、7h、7.5h、8h、8.5h、9h、10h、10.5h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)。
优选地，步骤(b)中，所述焙烧具体包括：先于250～350℃(包括但不限于270℃、290℃、300℃、320℃、340℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)焙烧0.5～1.5h(包括但不限于0.5h、1h、1.5h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)，然后于450～550℃(包括但不限于470℃、490℃、500℃、520℃、540℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)焙烧0.5～1.5h(包括但不限于0.5h、1h、1.5h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)，再于650～750℃(包括但不限于670℃、690℃、700℃、720℃、740℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)焙烧0.5～1.5h(包括但不限于0.5h、1h、1.5h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)，然后于1120～1200℃(包括但不限于1130℃、1150℃、1170℃、1180℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)焙烧3～6h(包括但不限于3.5h、4h、4.5h、5h、5.5h中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)，最后随炉降温至200℃以下(小于200℃，包括但不限于180℃、150℃、130℃、100℃、70℃、50℃、30℃、20℃中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)取出。
采用上述焙烧曲线(多阶段升温)，能够避免所述陶瓷堵塞产生烧结开裂、烧结不充分以及尺寸不稳定的问题，从而避免了在后续型壳预热和浇注时存在将型壳胀裂、掉入碎屑而导致的铸件夹杂报废的风险。
在本发明一些具体的实施方式中，在所述焙烧的过程中，先将所述陶瓷堵塞置于装有氧化铝粉的匣钵中，然后在所述陶瓷堵塞的表面覆盖一层厚度为100～150mm(包括但不限于105mm、110mm、120mm、130mm、140mm、145mm中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)的氧化铝粉后，再将匣钵放入马弗炉中，进行所述焙烧。优选地，所述氧化铝粉的粒度为100～200目，包括但不限于110目、120目、130目、140目、150目、160目、180目中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。这样焙烧的目的是使氧化铝粉吸收陶瓷堵塞中的粘结剂(蜂蜡)，同时起到让陶瓷堵塞受热均匀的作用。
优选地，步骤(c)中，所述第二耐火材料包括莫来石；和/或，所述粘结剂包括硅溶胶。
在本发明一些具体的实施方式中，所述莫来石的粒度为30～350目，包括但不限于30目、40目、50目、60目、100目、150目、200目、270目、300目、325目中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
优选地，所述耐火泥包括按重量份数计的如下组分：莫来石60～100份(包括但不限于65份、70份、75份、80份、85份、90份、95份中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)和硅溶胶15～25份(包括但不限于17份、19份、20份、22份、24份中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)。
在本发明一些具体的实施方式中，所述耐火泥包括按重量份数计的如下组分：莫来石粉50～70份(包括但不限于53份、55份、58份、60份、63份、65份、68份中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)，莫来石砂15～25份(包括但不限于17份、19份、20份、22份、24份中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)和硅溶胶15～25份(包括但不限于17份、19份、20份、22份、24份中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)。其中，所述莫来石粉的粒度小于所述莫来石砂的粒度。优选地，所述莫来石粉的粒度为270～325目(包括但不限于270目、300目、325目中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)；所述莫来石砂的粒度为30～60目(包括但不限于30目、40目、50目、60目中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值)。
通过采用具有特定组成的耐火泥，尤其是加入不同粒度的莫来石粉和莫来石砂，可以减少耐火泥的烧结收缩，防止在加热过程中开裂。
其中，耐火泥不易过稀，用手捏成团后放在水平地面，以不散开、不塌陷为宜。
优选地，步骤(c)中，所述硅溶胶中还包括(混合有)有机化合物，更优选为可燃有机化合物。其中，所述硅溶胶为纳米二氧化硅颗粒在水中的分散液。在本发明一些具体的实施方式中，将所述有机化合物与所述硅溶胶混合均匀，即可得到包括有机化合物的硅溶胶。
在所述硅溶胶中混合所述有机化合物，有利于后续点燃所述耐火泥，使其硬化。
优选地，所述有机化合物的质量为所述硅溶胶总质量的20％～30％，包括但不限于21％、22％、23％、24％、25％、26％、27％、28％、29％中的任意一者的点值或任意两者之间的范围值。
优选地，所述有机化合物包括甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇和丙酮中的至少一种。
优选地，步骤(c)中，所述硬化的方法包括：将所述耐火泥点燃，使所述耐火泥硬化。待所述耐火泥硬化后，所述熔模铸造型壳即可使用，也可放置12～24h待其干燥后使用。
本发明还提供了一种熔模铸件的制备方法，包括如上所述的利用排蜡塞和陶瓷堵塞制备熔模铸造型壳的方法。
采用该方法制得的熔模铸件的合格率高，报废率低。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
(1)本发明通过设置排蜡塞，能够使蜡液及时、快速地流出，解决了排蜡不畅的问题。
(2)本发明通过设置与排蜡塞相配套的陶瓷堵塞，能够防止外来杂物进入型壳内部，避免了铸件产生夹杂缺陷，降低了铸件报废率。
(3)本发明通过采用由特定组成制成的耐火泥对陶瓷堵塞进行固定，可防止浇注金属液过程将陶瓷堵塞冲掉，发生漏钢。
(4)本发明所提供的具有特定组成的陶瓷堵塞，具有耐火度高和稳定性好的优点。
(5)本发明提供的排蜡塞及陶瓷堵塞，可以一次性生产多个，尺寸多样，可适应各种模组和不同尺寸浇道，在组合模组时将排蜡塞粘接在浇道上，便于生产。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明提供的排蜡塞的主视图；
图2为本发明提供的另一排蜡塞的主视图；
图3为本发明提供的陶瓷堵塞的主视图；
图4为本发明提供的另一陶瓷堵塞的主视图；
图5为本发明提供的陶瓷堵塞放置位置示意图；
图6为本发明提供的又一陶瓷堵塞的主视图；
图7为本发明实施例1提供的蜡模模组的结构示意图；
图8为本发明实施例2提供的蜡模模组的结构示意图；
图9为本发明实施例3提供的蜡模模组的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，但是本领域技术人员将会理解，下列所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品。
以下各实施例和各对比例主要用于说明排蜡塞和陶瓷堵塞的制备方法及其使用方法，因此各实施例和各对比例中未注明具体条件者，均按照常规原料及其用量、常规条件或常规参数进行。
图1为本发明提供的排蜡塞的主视图；图2为本发明提供的另一排蜡塞的主视图；图3为本发明提供的陶瓷堵塞的主视图；图4为本发明提供的另一陶瓷堵塞的主视图；图5为本发明提供的陶瓷堵塞放置位置示意图；图6为本发明提供的又一陶瓷堵塞的主视图；图7为本发明实施例1提供的蜡模模组的结构示意图，其中还示出了部分排蜡塞的粘接位置；图8为本发明实施例2提供的蜡模模组的结构示意图，其中还示出了部分排蜡塞的粘接位置；图9为本发明实施例3提供的蜡模模组的结构示意图，其中还示出了排蜡塞的粘接位置。
实施例1
本实施例提供的利用排蜡塞和陶瓷堵塞制备熔模铸造型壳的方法包括如下步骤：
(1)制备排蜡塞压型模，该压型模为锻铝材质，型腔4～6个。
然后压制排蜡塞：使用中温蜡，蜡缸及注射管温度为55～65℃，注射压力1MPa，注射时间30s，保压20s，从模具中取出，放入水中冷却。彻底冷却后在温度为90～100℃的低温蜡缸中快速浸入并立即拿出，在中温蜡的表面涂挂低温蜡，表面不能出现流淌现象。涂挂的低温蜡的厚度为0.1～0.2mm。
其中，各个所述排蜡塞的形状为依次相连接的第一圆柱、圆台和第二圆柱的组合体，参见图2。其中，圆台的上底面的直径为10mm，圆台的轴线与圆台的母线所在直线之间的夹角α为16°；第一圆柱的底面直径为10mm，第一圆柱的高为5mm；第二圆柱的底面直径为20mm，第二圆柱的高为5mm。
(2)组合好蜡模模组后，将排蜡塞采用粘接蜡粘接在如图7所示的直径300环形蜡模模组的一端，对称均匀分布，排蜡塞的个数共为4个(图7中仅示出部分排蜡塞，还有部分排蜡塞未示出)，排蜡塞的轴线与蜡模模组的轴线所形成的夹角γ＝80°。
(3)涂制型壳：使用锆英粉硅溶胶涂料(其中，锆英粉和硅溶胶的质量比为4～4.5：1)制作面层，撒刚玉砂；使用莫来石硅溶胶涂料(其中，莫来石和硅溶胶的质量比为2～2.5：1)制作加固层，撒莫来砂，加固层挂浆、撒砂、干燥过程重复6次；最后进行使用莫来石硅溶胶涂料进行封层，得到型壳。
(4)脱蜡：脱蜡前使用角磨机或者钢锯条将排蜡塞在远离蜡模模组一端的第二圆柱进行切割，使其露出里面的蜡，切割后第二圆柱的高度为2mm。其中，沿着平行于第二圆柱体的底面(上底面或下底面)的方向进行切割。然后，在高温蒸汽脱蜡釜中进行脱蜡，压力0.9MPa，脱蜡时间10min，脱蜡后检查型壳无开裂。
其中，排蜡塞在脱蜡之后形成的孔洞结构(腔体结构)即为排蜡口。
(5)型壳焙烧：在滑底式马弗炉中进行型壳焙烧，焙烧温度900℃，保温时间为3h，随炉冷却至室温，得到焙烧型壳。
(6)制作陶瓷堵塞：首先配制原料(芯料)：40份粒度为200～300目的氧化硅，50份粒度为100～200目的氧化铝，10份粒度为325目的氧化锆，以及，蜂蜡18份。然后使用压芯机和压型模压制陶瓷堵塞，该压型模中有6个型腔，可以获得三种尺寸的陶瓷堵塞，具体如下：
1#：陶瓷堵塞的形状为空心的圆台(参见图6，陶瓷堵塞的第一底面与侧面的连接处具有一定的弧度)，第一底面的直径为12mm，第二底面的直径为20mm，陶瓷堵塞的轴线与其母线所在直线之间的夹角β为16°，陶瓷堵塞在沿其轴线方向上的厚度为5mm，陶瓷堵塞在沿垂直于其母线方向上的厚度为5mm。
2#：陶瓷堵塞的形状为空心的圆台(参见图6，陶瓷堵塞的第一底面与侧面的连接处具有一定的弧度)，第一底面的直径为20mm，第二底面的直径为30mm，陶瓷堵塞的轴线与其母线所在直线之间的夹角β为10°，陶瓷堵塞在沿垂直于其母线方向上的厚度为5mm。
3#：陶瓷堵塞的形状为实心的圆台(参见图4，陶瓷堵塞的第一底面与侧面的连接处具有一定的弧度)，第一底面的直径为4mm，第二底面的直径为10mm，陶瓷堵塞的轴线与其母线所在直线之间的夹角β为5°。
然后，将上述各压制后的陶瓷堵塞分散摆放在装有氧化铝粉的匣钵中，上面再覆盖一层厚度为100～150mm的氧化铝粉，再将匣钵放入马弗炉中，按照300℃×1h+500℃×1h+700℃×1h+(1120～1200)℃×(3～6)h的焙烧曲线进行焙烧(即，于300℃焙烧1h后，于500℃焙烧1h，然后于700℃焙烧1h，再于1120～1200℃焙烧3～6h)，随炉降温至200℃以下取出，备用。其中，氧化铝粉的粒度为100～200目。
(7)封堵排蜡口：将步骤(5)中得到的焙烧型壳外部飞边清理干净，特别是将排蜡口周围飞边去掉，然后将步骤(6)中得到的1#陶瓷堵塞分别放入各排蜡口内，轻轻按压，使陶瓷堵塞的外壁与焙烧型壳的内壁相贴合(贴紧)。
(8)固定陶瓷堵塞：首先配制耐火泥，其组分如下：粒度为270目的莫来石粉60份，粒度为30～60目的莫来石砂20份和硅溶胶20份。其中，所述硅溶胶中包括乙醇，且乙醇的质量为硅溶胶总质量的25％。配制过程中，先将莫来石粉和莫来石砂混合均匀，然后再向其中加入含有乙醇的硅溶胶，使用搅拌器将其搅拌均匀后，即得到耐火泥。其中，耐火泥不易过稀，用手捏成团后放在水平地面，以不散开、不塌陷为宜。
然后，采用上述配制好的耐火泥先将陶瓷堵塞周围填满，然后用手将耐火泥捏为薄片状后用其将整个排蜡塞和陶瓷堵塞包住，并轻轻按压，使耐火泥与型壳贴紧。再使用打火机点燃耐火泥，待所述耐火泥硬化后，得到熔模铸造型壳。
实施例2
本实施例提供的利用排蜡塞和陶瓷堵塞制备熔模铸造型壳的方法包括如下步骤：
(1)制备排蜡塞压型模，该压型模为锻铝材质，型腔4～6个。
然后压制排蜡塞：使用低温蜡，蜡缸及注射管温度为50～60℃，注射压力1.2MPa，注射时间20s，保压20s，从模具中取出，放入水中冷却。
其中，各个所述排蜡塞的形状为依次相连接的第一圆柱、圆台和第二圆柱的组合体，参见图2。其中，圆台的上底面的直径为20mm，圆台的轴线与圆台的母线所在直线之间的夹角α为10°；第一圆柱的底面直径为20mm，第一圆柱的高为10mm；第二圆柱的底面直径为35mm，第二圆柱的高为15mm。
(2)组合好蜡模模组后，将排蜡塞采用粘接蜡粘接在如图8所示的直径900环形蜡模模组的底部以及侧面，对称均匀分布，排蜡塞的个数共为16个(图8中未示出全部排蜡塞)。其中，远离浇口杯一端的排蜡塞的轴线与蜡模模组的轴线(也为浇口杯的轴线)所形成的夹角γ＝80°，位于侧面的排蜡塞的轴线与蜡模模组的轴线(也为浇口杯的轴线)所形成的夹角γ＝60°，靠近浇口杯一端的排蜡塞的轴线与蜡模模组的轴线(也为浇口杯的轴线)所形成的夹角γ＝0°。
(3)涂制型壳：与实施例1的步骤(3)基本相同，区别仅在于，加固层挂浆、撒砂、干燥过程重复7次。
(4)脱蜡：脱蜡前使用角磨机或者钢锯条将排蜡塞在远离蜡模模组一端的第二圆柱进行切割，使其露出里面的蜡，切割后第二圆柱的高度为1mm。其中，沿着平行于第二圆柱体的底面(上底面或下底面)的方向进行切割。然后，在高温蒸汽脱蜡釜中进行脱蜡，压力0.6MPa，脱蜡时间20min，脱蜡后检查型壳无开裂。
其中，排蜡塞在脱蜡之后形成的孔洞结构(腔体结构)即为排蜡口。
(5)型壳焙烧：在滑底式马弗炉中进行型壳焙烧，焙烧温度800℃，保温时间为4h，随炉冷却至室温，得到焙烧型壳。
(6)制作陶瓷堵塞：首先配制原料(芯料)：50份粒度为200～300目的氧化硅，40份粒度为100～200目的氧化铝，5份粒度为325目的氧化锆，以及，蜂蜡15份。然后使用压芯机和压型模压制陶瓷堵塞，该压型模中有6个型腔，所获得的三种不同尺寸的陶瓷堵塞均与实施例1相同，然后将其进行焙烧，焙烧的步骤、条件以及参数均与实施例1相同。
(7)封堵排蜡口：将步骤(5)中得到的焙烧型壳外部飞边清理干净，特别是将排蜡口周围飞边去掉，然后将上述步骤(6)中得到的2#陶瓷堵塞分别放入各排蜡口内，轻轻按压，使陶瓷堵塞的外壁与焙烧型壳的内壁相贴合(贴紧)。
(8)固定陶瓷堵塞：首先配制耐火泥，其组分如下：粒度为270目的莫来石粉70份，粒度为30～60目的莫来石砂15份和硅溶胶15份。其中，所述硅溶胶中包括甲醇，且甲醇的质量为硅溶胶总质量的30％。配制过程中，先将莫来石粉和莫来石砂混合均匀，然后再向其中加入含有甲醇的硅溶胶，使用搅拌器将其搅拌均匀后，即得到耐火泥。其中，耐火泥不易过稀，用手捏成团后放在水平地面，以不散开、不塌陷为宜。
然后，采用上述配制好的耐火泥先将陶瓷堵塞周围填满，然后用手将耐火泥捏为薄片状后用其将整个排蜡塞和陶瓷堵塞包住，并轻轻按压，使耐火泥与型壳贴紧。再使用打火机点燃耐火泥，待所述耐火泥硬化后，得到熔模铸造型壳。
实施例3
本实施例提供的利用排蜡塞和陶瓷堵塞制备熔模铸造型壳的方法包括如下步骤：
(1)制备排蜡塞压型模，该压型模为锻铝材质，型腔4～6个。
然后压制排蜡塞：使用低温蜡，蜡缸及注射管温度为50～60℃，注射压力1.5MPa，注射时间20s，保压20s，从模具中取出，放入水中冷却。
其中，所述排蜡塞的形状均为依次相连接的第一圆柱、圆台和第二圆柱的组合体，参见图2。但是，所述排蜡塞的尺寸大小不同，其中，第一种排蜡塞的尺寸与实施例2相同。而第二种排蜡塞的尺寸为：圆台的上底面的直径为3mm，圆台的轴线与圆台的母线所在直线之间的夹角α为5°；第一圆柱的底面直径为3mm，第一圆柱的高为10mm；第二圆柱的底面直径为8mm，第二圆柱的高为3mm。
(2)组合好模组(蜡模模组)后，将排蜡塞采用粘接蜡粘接在如图9所示的长约500mm透平叶片模组的底部和侧面，对称均匀分布，排蜡塞的个数共为6个。其中，4个第二种排蜡塞(即尺寸较小的排蜡塞)分别安装在两个叶身的侧面，2个第一种排蜡塞(即尺寸较大的排蜡塞)的尺寸安装在底部。其中，位于底部的第一种排蜡塞(即尺寸较大的排蜡塞)的轴线与蜡模模组的轴线(也为浇口杯的轴线)所形成的夹角γ＝60°，位于侧面的第二种排蜡塞(即尺寸较小的排蜡塞)的轴线与蜡模模组的轴线(也为浇口杯的轴线)所形成的夹角γ＝45°。
(3)涂制型壳：与实施例2的步骤(3)相同。
(4)脱蜡：与实施例2的步骤(4)基本相同，区别仅在于，将切割后第二圆柱的高度替换为1.5mm。
(5)型壳焙烧：在滑底式马弗炉中进行型壳焙烧，焙烧温度1000℃，保温时间为2h，随炉冷却至室温，得到焙烧型壳。
(6)制作陶瓷堵塞：首先配制原料(芯料)：30份粒度为200～300目的氧化硅，60份粒度为100～200目的氧化铝，15份粒度为300目的氧化锆，以及，蜂蜡25份。然后使用压芯机和压型模压制陶瓷堵塞，该压型模中有6个型腔，所获得的三种不同尺寸的陶瓷堵塞均与实施例1相同，然后将其进行焙烧，焙烧的步骤、条件以及参数均与实施例1相同。
(7)封堵排蜡口：将步骤(5)中得到的焙烧型壳外部飞边清理干净，特别是将排蜡口周围飞边去掉，然后将上述步骤(6)中得到的2#陶瓷堵塞和3#陶瓷堵塞分别放入各排蜡口内，轻轻按压，使陶瓷堵塞的外壁与焙烧型壳的内壁相贴合(贴紧)。
(8)固定陶瓷堵塞：首先配制耐火泥，其组分如下：粒度为270目的莫来石粉50份，粒度为30～60目的莫来石砂25份和硅溶胶25份。其中，所述硅溶胶中包括丙酮，且丙酮的质量为硅溶胶总质量的20％。配制过程中，先将莫来石粉和莫来石砂混合均匀，然后再向其中加入含有丙酮的硅溶胶，使用搅拌器将其搅拌均匀后，即得到耐火泥。其中，耐火泥不易过稀，用手捏成团后放在水平地面，以不散开、不塌陷为宜。
然后，采用上述配制好的耐火泥先将陶瓷堵塞周围填满，然后用手将耐火泥捏为薄片状后用其将整个排蜡塞和陶瓷堵塞包住，并轻轻按压，使耐火泥与型壳贴紧。再使用打火机点燃耐火泥，待所述耐火泥硬化后，得到熔模铸造型壳。
对比例1
本对比例提供的利用排蜡棒制备熔模铸造型壳的方法包括如下步骤：
(1)压制排蜡棒：使用中温蜡，蜡缸及注射管温度为55～65℃，注射压力1MPa，注射时间30s，保压20s，从模具中取出，放入水中冷却。其中，排蜡棒的尺寸为
(2)组合好蜡模模组后，将排蜡棒采用粘接蜡粘接在如图7所示的直径300环形蜡模模组的底部，对称均匀分布，排蜡棒的个数共为4个，排蜡棒的轴线与蜡模模组的轴线(也为浇口杯的轴线)所形成的夹角为90°。
(3)涂制型壳：与实施例1中的步骤(3)相同。
(4)脱蜡：脱蜡前使用钳子将排蜡棒掰掉一半，露出里面的蜡，然后在高温蒸汽脱蜡釜中进行脱蜡，压力0.6～0.9MPa，脱蜡时间10～20min。脱蜡后检查型壳局部开裂。
(5)型壳焙烧：与实施例1中的步骤(5)相同。
(6)使用粒度为270目的莫来石粉与硅溶胶按照质量比5:1配制涂料，然后将该涂料直接封堵排蜡口，待所述涂料干燥后，得到熔模铸造型壳。
尽管已用具体实施例来说明和描述了本发明，然而应意识到，以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；本领域的普通技术人员应当理解：在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围；因此，这意味着在所附权利要求中包括属于本发明范围内的所有这些替换和修改。
Claims (10)
1.利用排蜡塞和陶瓷堵塞制备熔模铸造型壳的方法，其特征在于，包括如下步骤：
(a)、排蜡塞与蜡模模组连接后，在其表面涂挂涂料、撒砂，得到型壳；将所述型壳依次进行脱蜡和焙烧，得到焙烧型壳；
其中，所述排蜡塞主要由蜡经过压制制得，所述排蜡塞的形状包括圆柱和/或圆台；
(b)、压制陶瓷堵塞，并将其进行焙烧；
其中，所述陶瓷堵塞主要由第一耐火材料和蜡经过压制制得，所述陶瓷堵塞的形状包括圆台；
(c)、将步骤(b)得到的所述陶瓷堵塞放入步骤(a)得到的所述焙烧型壳的排蜡口内，然后在所述陶瓷堵塞和所述排蜡口的表面包覆耐火泥，待所述耐火泥硬化后，得到所述熔模铸造型壳；
其中，所述耐火泥主要由第二耐火材料和粘结剂组成。
2.根据权利要求1所述的利用排蜡塞和陶瓷堵塞制备熔模铸造型壳的方法，其特征在于，步骤(a)中，所述排蜡塞主要由低温蜡和/或中温蜡经过压制制得；
优选地，所述低温蜡的熔点<60℃；和/或，所述中温蜡的熔点为70～80℃。
3.根据权利要求1所述的利用排蜡塞和陶瓷堵塞制备熔模铸造型壳的方法，其特征在于，步骤(a)中，所述排蜡塞的形状为依次相连接的第一圆柱、圆台和第二圆柱的组合体；
优选地，所述圆台包括上底面和下底面，所述上底面的直径<所述下底面的直径；其中，所述上底面的直径≥所述第一圆柱的底面直径；和/或，所述下底面的直径<所述第二圆柱的底面直径；
优选地，所述第一圆柱的底面直径为3～20mm；和/或，所述第一圆柱的高为5～50mm；
优选地，所述第二圆柱的底面直径为6～40mm；和/或，所述第二圆柱的高为2～15mm；
优选地，所述圆台的轴线与所述圆台的母线所在直线之间的夹角α为5°～30°。
4.根据权利要求3所述的利用排蜡塞和陶瓷堵塞制备熔模铸造型壳的方法，其特征在于，步骤(b)中，所述陶瓷堵塞的形状为实心的圆台或空心的圆台；
优选地，所述陶瓷堵塞的第一底面的直径为3～20mm，和/或，所述陶瓷堵塞的第二底面的直径为10～30mm；
优选地，所述陶瓷堵塞的轴线与其母线所在直线之间的夹角β为5°～30°；
优选地，当所述陶瓷堵塞的第二底面的直径>15mm时，所述陶瓷堵塞的形状为空心的圆台；其中，所述陶瓷堵塞的厚度≥4mm。
5.根据权利要求4所述的利用排蜡塞和陶瓷堵塞制备熔模铸造型壳的方法，其特征在于，所述夹角α与所述夹角β相等。
6.根据权利要求1所述的利用排蜡塞和陶瓷堵塞制备熔模铸造型壳的方法，其特征在于，步骤(b)中，所述第一耐火材料包括氧化硅、氧化铝和氧化锆中的至少一种；
优选地，所述陶瓷堵塞主要由按重量份数计的如下组分制成：氧化硅30～50份，氧化铝40～60份，氧化锆5～15份和蜡15～25份；
优选地，所述蜡包括蜂蜡。
7.根据权利要求1所述的利用排蜡塞和陶瓷堵塞制备熔模铸造型壳的方法，其特征在于，步骤(b)中，所述焙烧的温度为300～1200℃，所述焙烧的时间为4～11h；
优选地，步骤(b)中，所述焙烧具体包括：先于250～350℃焙烧0.5～1.5h，然后于450～550℃焙烧0.5～1.5h，再于650～750℃焙烧0.5～1.5h，然后于1120～1200℃焙烧3～6h。
8.根据权利要求1所述的利用排蜡塞和陶瓷堵塞制备熔模铸造型壳的方法，其特征在于，步骤(c)中，所述第二耐火材料包括莫来石；和/或，所述粘结剂包括硅溶胶；
优选地，所述耐火泥包括按重量份数计的如下组分：莫来石60～100份和硅溶胶15～25份。
9.根据权利要求1所述的利用排蜡塞和陶瓷堵塞制备熔模铸造型壳的方法，其特征在于，步骤(c)中，所述硅溶胶中包括有机化合物；
优选地，所述有机化合物的质量为所述硅溶胶总质量的20％～30％；
优选地，所述有机化合物包括甲醇、乙醇、乙二醇、异丙醇和丙酮中的至少一种；
优选地，步骤(c)中，所述硬化的方法包括：将所述耐火泥点燃，使所述耐火泥硬化。
10.熔模铸件的制备方法，包括如权利要求1～9任一项所述的利用排蜡塞和陶瓷堵塞制备熔模铸造型壳的方法。
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