專利名稱：澆注成形的型芯用的芯料及用該芯料制作型芯的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鑄造造型工藝領(lǐng)域，特別涉及一種制作細薄型芯和輪廓要求精細的型芯所用的芯料及此類型芯的制作方法。
對于砂型鑄造，通常采用的型芯為粘土砂芯、有機粘結(jié)劑砂芯和水玻璃砂芯，上述材質(zhì)的型芯強度較低，表面較為粗糙，有的甚至需要施涂涂料才能使用，因而難于制作出符合要求的小尺寸細薄型芯或精密度要求高的型芯。采用砂型鑄造，也難于制作出延伸到型腔內(nèi)部的芯塊。
較小的具有狹窄內(nèi)腔的鑄件或內(nèi)腔要求精密的鑄件通常采用熔模鑄造工藝，由于涂料的氣泡、浮砂及涂掛撒砂易造成通道堵塞，因而難于形成符合要求的自帶芯型殼，即使是最新的硅溶膠制殼工藝，由于干燥速度的限制，對于具有狹窄或深孔的鑄件也難于制殼，不得不采用預(yù)制型芯。熔模鑄造用的常規(guī)型芯為石英玻璃陶瓷芯，不僅芯料成本高，而且在型芯制作時需要昂貴的專用設(shè)備(如熱壓注設(shè)備和高溫燒結(jié)加熱爐等)，同時對操作人員的技術(shù)水平要求很高，因而一般僅在軍工企業(yè)或航空航天企業(yè)生產(chǎn)高級精鑄件時應(yīng)用，民用精鑄廠一般不輕易使用。其它種類精密型芯多采用普通砂芯的填砂制芯工藝再加以一定的特殊處理，因而難于大批量生產(chǎn)出細薄精密、表面光潔、尺寸準確的型芯。
本發(fā)明的技術(shù)方案如下
芯料選擇了一種易與水或/和硅溶膠形成漿料且流動性、固化性好的組合物，以便采用澆注成形的方法制作型芯。此種芯料的組分及含量包括顆粒小于200目的磷酸二氫銨 6～18％顆粒為30/140目的石英和/或熔融石英 30～55％顆粒小于200目的石英和/或熔融石英20～40％顆粒小于270目的氧化鎂 5～12％上述百分數(shù)均為重量百分數(shù)。
為了減少芯料在形成漿料過程中產(chǎn)生的氣泡，可在上述組分的基礎(chǔ)上增加消泡劑，消泡劑的重量百分數(shù)為0.002～0.2％，消泡劑可采用磷酸酯或有機硅。
為了避免結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的型芯產(chǎn)生裂紋，還可增加顆粒小于200目的磷酸二氫鎂，磷酸二氫鎂的重量百分數(shù)＜8％。
上述芯料的組分磷酸二氫銨、石英、熔融石英、氧化鎂、磷酸酯、有機硅、磷酸二氫鎂均為市售商品，可購買備用，將上述組分分別用球磨機磨到規(guī)定的粒度，然后按各組分的重要百分數(shù)將磨制好的各組分放入攪拌機中混合均勻即制備成芯料，制備好的芯料密封防潮備用。
用上述芯料制作用于熔模鑄造的型芯的方法依次包括以下步驟1、制備漿料制備漿料以芯料和水或/和硅溶膠為原料，芯料與水或/和硅溶膠的重量比為芯料∶水或/和硅溶膠＝100∶13～22，在常溫常壓下用水或/和硅溶膠調(diào)拌芯料即形成漿料。芯料和硅溶膠調(diào)拌的漿料制作的型芯，焙燒后的強度高但不耐水煮，而芯料和水調(diào)拌的漿料所制作的型芯雖然焙燒后強度較前者低但耐水煮，可根據(jù)鑄造工藝選用。
2、澆注澆注是將漿料注入芯盒，在常溫常壓下進行，芯盒可以用硅橡膠、聚四氟乙烯塑料、木材、金屬和熔模材料制作。
3、脫模在注入芯盒的漿料形成型芯且完全固化后即可脫模，完全固化的時間隨氣溫的高低變化，一般為0.5～2小時。
為了進一步提高型芯的常溫和高溫強度，對于脫模后的型芯可在400～800℃保溫焙燒0.5～2小時，然后用硅溶膠浸漬并烘干。
用上述芯料制作用于砂型鑄造的型芯的方法與制作用于熔模鑄造的型芯的方法相比，還應(yīng)增加焙燒除氣步驟，即將脫模后的型芯在400～800℃焙燒至符合砂型澆注時的發(fā)氣量限制要求。這是因為砂型鑄造用的型芯不象熔模鑄造用的型芯會隨型殼一起經(jīng)高溫焙燒而除氣。若需進一步提高型芯的強度，則應(yīng)將焙燒除氣后的型芯用硅溶膠浸漬并烘干。
為了加速漿料中氣泡的上浮速度，制備漿料可在微振下進行；為了有助于漿料在芯盒中充填成形，澆注可在微振下進行。
上述方法制作的型芯，其組分和各組分的含量見下表。
澆注成形的型芯的組分和各組分的含量(重量百分數(shù)) 本發(fā)明具有以下有益效果1、由于芯料與水或/和硅溶膠能形成流動性和固化性好的漿料，便于采用澆注成形的方法制作型芯，因而易制作出細薄精密、表面光潔、尺寸準確的型芯。
2、由于型芯在常溫常壓下依靠重力的作用澆注成形，既對芯盒材料無特殊要求，又不需昂貴的專用成形設(shè)備，因而可大幅度降低成本。
3、芯料的組分易于獲取，型芯的制作方法工藝步驟簡單，對操作人員的技術(shù)要求不高，便于大批量生產(chǎn)和普及推廣。
4、型芯的強化焙燒溫度遠低于熱壓注石英玻璃陶瓷型芯的焙燒溫度1200℃，因而可節(jié)約能源。
5、強化處理后的型芯具有高的常溫強度和高溫強度，可以預(yù)放在熔模鑄造的壓型中壓制熔模，在焙燒型殼和澆注金屬時不會軟化、變形，長期保存不會出現(xiàn)強度下降和粉化現(xiàn)象。
具體實施例方式
實施例1本實施例制作工業(yè)鍋爐用的噴嘴鑄件的熔模鑄造預(yù)制精密型芯。工業(yè)鍋爐用的噴嘴鑄件材質(zhì)為ZGCr25Ni20高鎳鉻耐熱鋼，結(jié)構(gòu)特點在于噴口為5毫米厚的狹縫，此狹縫既寬又深、內(nèi)部為平面，鑄造時往往因狹縫內(nèi)表面鼓包、鉆鐵又無法打磨清理而導(dǎo)致報廢，因而對型芯的質(zhì)量要求非常高。
本實施例使用的芯料為(重量百分數(shù))顆粒小于200目的磷酸二氫銨 9％顆粒小于200目的磷酸二氫鎂 6％顆粒為30/140目的熔融石英 39.85％顆粒小于200目的熔融石英 35％顆粒小于270目的氧化鎂 10％有機硅(消泡劑)0.15％本實施例中制作型芯的工藝步驟為1、制備漿料每次澆注五個型芯，每次制備漿料一公斤。制備漿料以上述芯料和硅溶膠為原料，芯料與硅溶膠的重量比為芯料∶硅溶膠＝100∶18，將芯料和硅溶膠在常溫常壓下調(diào)拌2分鐘即可形成符合流動性要求的漿料。
2、澆注將用聚四氟乙烯塑料制成的可拆卸式芯盒放在小型振動臺上，在微振狀態(tài)下向芯盒注入漿料，整個澆注過程在常溫常壓下進行。
3、脫模在注入芯盒的漿料所形成的型芯完全固化后即可脫模，完全固化的時間為1小時。
4、強化處理將脫模后的型芯在500℃熔燒1小時后用硅溶膠浸漬，然后在200℃烘干，即得所需型芯。
將此型芯作為預(yù)制精密型芯放入壓型中壓制蠟?zāi)?，按常?guī)水玻璃制殼工藝涂掛制殼后型芯與型殼成為一體，采用熔模鑄造工藝即可生產(chǎn)出質(zhì)量符合要求的噴嘴鑄件。
實施例2本實施例制作液壓自動回位鐵門上的齒芯軸的齒部型芯。齒芯軸的材質(zhì)為ZG35，結(jié)構(gòu)特點是齒形所處的部位難于進行機械加工，依靠鑄造成形，要求一定的精度。
本實施例所使用的芯料為(重量百分數(shù))顆粒小于200目的磷酸二氫銨 15％顆粒為30/140目的石英 49.9975％顆粒小于200目的石英 25％顆粒小于270目的氧化鎂 10％有機硅(消泡劑)0.0025％本實施例中制作型芯的工藝步驟為1、制備漿料每次澆注10個型芯，每次制備漿料0.4公斤。制備漿料以上述芯料和水為原料，芯料與水的重量比為芯料∶水＝100∶15，將芯料和水在常溫常壓下調(diào)拌2分鐘即可形成符合流動性要求的漿料。
2、澆注芯盒為易熔模一次性芯盒，將其放在小型振動臺上微振澆注，整個澆注過程在常溫常壓下進行。
3、脫模澆注后1小時型芯即可完全固化，采用熱水脫模取出型芯。
4、強化處理將脫模后的型芯在700℃熔燒1小時后用硅溶膠浸漬，然后在200℃烘干，即得所需型芯。
將此型芯作為預(yù)制型芯放入壓型中壓制蠟?zāi)＃闯Ｒ?guī)水玻璃制殼工藝涂掛制殼后型芯與型殼成為一體，采用熔模鑄造工藝即可生產(chǎn)出符合質(zhì)量要求的齒芯軸。
實施例3本實施例制作人造關(guān)節(jié)內(nèi)腔型芯。人造關(guān)節(jié)的材質(zhì)為ZG1Cr18Ni9，其結(jié)構(gòu)特點是內(nèi)腔存在不易拔模的反斜度，使得蠟?zāi)盒统樾纠щy，用通常的工藝制造熔模將會使模具的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。
本實施例所使用的芯料為(重量百分數(shù))顆粒小于200目的磷酸二氫銨 15％顆粒為50/100目的熔融石英35.85％顆粒為50/100目的石英17％顆粒小于200目的石英 8％顆粒小于200目的熔融石英 17％顆粒小于270目的氧化鎂 7％磷酸酯(消泡劑) 0.15％本實施例中制作型芯的工藝步驟為1、制備漿料每次澆注5個型芯，每次制備漿料0.2公斤。制備漿料以上述芯料及水和硅溶膠為原料，每100份重量的芯料加10份重量的水和7份重量的硅溶膠調(diào)拌2分鐘即形成符合流動性要求的漿料，調(diào)拌在常溫調(diào)壓下進行。
2、澆注芯盒為易熔模一次性芯盒，將其放在小型振動臺上微振澆注，整個澆注過程在常溫常壓下進行。
3、脫模澆注后1小時型芯即可完全固化，采用蒸汽脫模取出型芯。
4、強化處理將脫模后的型芯在800℃焙燒0.5小時后用硅溶膠浸漬，然后在200℃烘干，即得所需型芯。
將此型芯作為預(yù)制型芯放入壓型中壓制蠟?zāi)?，按常?guī)水玻璃制殼工藝涂掛制殼后型芯與型殼成為一體，采用熔模鑄造工藝即可生產(chǎn)出質(zhì)量符合要求的人造關(guān)節(jié)鑄件。
實施例4本實施例制作套塊的通孔型芯。套塊材質(zhì)為HT200灰口鑄鐵，基本為塊狀結(jié)構(gòu)，有一個斷面尺寸為6mm×30mm、深度為50mm的通孔，該件的通孔難于用常規(guī)熔模鑄造的涂掛方式制殼。
本實施例所使用的芯料為(重量百分數(shù))顆粒小于200目的磷酸二氫銨 12％顆粒為50/100目的石英 49.85％顆粒小于200目的石英28％顆粒小于270目的氧化鎂 10％磷酸酯(消泡劑) 0.15％本實施例中制作型芯的工藝步驟為1、制備漿料每次澆注10個型芯，每次制備漿料0.4公斤。制備漿料以上述芯料和水為原料，每100份重量的芯料加13份重量的水調(diào)拌2分鐘即可形成符合流動性要求的漿料，調(diào)拌時施以微振，調(diào)拌在常溫常壓下進行。
2、澆注芯盒為易熔模一次性芯盒，將其放在小型振動臺上微振澆注，整個澆注過程在常溫常壓下進行。
3、脫模澆注后1小時型芯即可完全固化，采用熱水脫模取出型芯。
直接將此型芯作為預(yù)制型芯放入壓型中壓制蠟?zāi)?，按常?guī)熔模鑄造方法制殼、脫蠟、焙燒和澆注鑄件即可生產(chǎn)出符合要求的套塊。
權(quán)利要求
1.一種澆注成形的型芯用的芯料，其特征在于該芯料的組分及含量包括顆粒小于200目的磷酸二氫銨 6～18％顆粒為30/140目的石英和/或熔融石英 30～55％顆粒小于200目的石英和/或熔融石英 20～40％顆粒小于270目的氧化鎂 5～12％上述百分數(shù)均為重量百分數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的澆注成形的型芯用的芯料，其特征在于該芯料還含有消泡劑，消泡劑的重量百分數(shù)為0.002～0.2％。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的澆注成形的型芯用的芯料，其特征在于該芯料還含有顆粒小于200目的磷酸二氫鎂，磷酸二氫鎂的重量百分數(shù)＜8％。
4.一種用權(quán)利要求1～3所述的芯料制作型芯的方法，其特征在于該方法依次包括以下工藝步驟(1)制備漿料制備漿料以芯料和水或/和硅溶膠為原料，芯料與水或/和硅溶膠的重量比為芯料∶水或/和硅溶膠＝100∶13～22，在常溫常壓下用水或/和硅溶膠調(diào)拌芯料即形成漿料，(2)澆注澆注是將漿料注入芯盒，在常溫常壓下進行，(3)脫模在注入芯盒的漿料形成型芯且完全固化后即可脫模。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的制作型芯的方法，其特征在于將脫模后的型芯在400～800℃保溫焙燒0.5～2小時，然后用硅溶膠浸漬并烘干。
6.一種用權(quán)利要求1～3所述的芯料制作型芯的方法，其特征在于該方法依次包括以下工藝步驟(1)制備漿料制備漿料以芯料和水或/和硅溶膠為原料，芯料與水或/和硅溶膠的重量比為芯料∶水或/和硅溶膠＝100∶13～22，在常溫常壓下用水或/和硅溶膠調(diào)拌芯料即形成漿料，(2)澆注澆注是將漿料注入芯盒，在常溫常壓下進行，(3)脫模在注入芯盒的漿料所形成型芯且完全固化后即可脫模，(4)焙燒除氣焙燒除氣是將脫模后的型芯在400～800℃焙燒至符合砂型澆注時的發(fā)氣量限制要求。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的制作型芯的方法，其特征在于將焙燒除氣后的型芯用硅溶膠浸漬并烘干。
8.根據(jù)權(quán)利要求4或5或6或7所述的制作型芯的方法，其特征在于制備漿料、澆注在微振下進行。
全文摘要
一種澆注成形的型芯用的芯料，該芯料的組分及含量包括顆粒小于200目的磷酸二氫銨6～18％、顆粒為30/140目的石英和/或熔融石英30～55％、顆粒小于200目的石英和/或熔融石英20～40％、顆粒小于270目的氧化鎂5～12％。用上述芯料制作用于熔模鑄造的型芯的方法依次包括制備漿料、澆注、脫模三個工藝步驟，用上述芯料制作用于砂型鑄造的型芯的方法除上述三個工藝步驟外，還應(yīng)增加焙燒除氣步驟。由于芯料與水和/或硅溶膠能形成流動性和固化性好的漿料，便于采用澆注成形的方法制作型芯，因而易制作出細薄精細、表面光潔、尺寸準確的型芯，而且此種型芯經(jīng)強化處理后具有高的常溫強度和高溫強度。
文檔編號B22C1/18GK1394706SQ02133570
公開日2003年2月5日 申請日期2002年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月2日
發(fā)明者閔小俊 申請人:四川大學(xué)