專利名稱：基于泡沫塑料模的消失模殼型鑄造振動(dòng)凝固方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及精密鑄造領(lǐng)域，具體是一種基于泡沫塑料模的消失模殼型鑄造振動(dòng)凝固方法。
背景技術(shù)：
消失模鑄造是一種近無余量、精確成形的新技術(shù)，被稱為“21世紀(jì)的鑄造新技術(shù)”和“鑄造中的綠色工程”，當(dāng)前得到了較大發(fā)展和廣泛應(yīng)用。然而，消失模鑄造也存在一定的問題，比如采用的泡沫塑料模樣在澆注過程中由于分解會帶來氣孔、皺皮、夾雜和增碳等諸多缺陷，還導(dǎo)致澆注溫度較高，致使最終鑄件晶粒粗大，鑄件性能偏低，尤其對于鋁、鎂合金的消失模鑄造。消失模殼型鑄造是將消失模鑄造與熔模鑄造相結(jié)合發(fā)展而來的一種新的復(fù)合鑄造工藝，其采用消失模鑄造的泡沫塑料模樣，之后在泡沫模上制備較薄型殼，型殼經(jīng)脫去泡沫模和焙燒后，型殼裝入砂箱，往砂箱中填砂振動(dòng)緊實(shí)后進(jìn)行澆注，從而獲得精密鑄件的新方法。該工藝具有消失模鑄造泡沫模樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活、尺寸穩(wěn)定、收縮小和成本低，能夠進(jìn)行中大型復(fù)雜薄壁鑄件的生產(chǎn)，同時(shí)由于澆注前脫去了泡沫塑料模樣，因此可避免消失模鑄件易出現(xiàn)的氣孔、皺皮、夾雜和增碳等缺陷，并可克服傳統(tǒng)熔模鑄造不能生產(chǎn)大型鑄件以及成本偏高的問題，鑄件又具有熔模鑄造的精度和表面質(zhì)量。雖然消失模殼型鑄造解決了消失模鑄造和熔模鑄造的一些問題，但其自身也存在一定問題，由于金屬液僅在重力下 自然凝固，并且造型的散干砂散熱速度較慢，使得最終鑄件組織呈現(xiàn)明顯的樹枝晶，晶粒尺寸偏大。而鑄件的晶粒尺寸對鑄件的力學(xué)性能具有重要影響，其晶粒尺寸越小，其強(qiáng)度和硬度就越高，鑄件的性能就越優(yōu)良。因此，實(shí)現(xiàn)鑄件晶粒尺寸的細(xì)化是提高鑄件性能的重要手段。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種基于泡沫塑料模的消失模殼型鑄造振動(dòng)凝固方法，解決現(xiàn)有消失模殼型鑄件晶粒尺寸粗大的問題，目的在于細(xì)化消失模殼型鑄件晶粒尺寸、提高鑄件性能的方法。本發(fā)明解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是基于泡沫塑料模的消失模殼型鑄造振動(dòng)凝固方法，其特征在于包括以下步驟
1)首先制作泡沫塑料模，泡沫塑料模浸沾涂料，之后在其上撒砂，待干燥后反復(fù)進(jìn)行以上操作2-3次，從而得到表面具有2-3層陶瓷型殼的泡沫塑料模；
2)將步驟I)所得表面具有2-3層陶瓷型殼的泡沫塑料模經(jīng)失去泡沫塑料模及焙燒后，放入底抽式砂箱中，底抽式砂箱與振動(dòng)臺通過固定螺釘連接；然后往底抽式砂箱中填充造型散干砂，將散干砂通過振動(dòng)臺進(jìn)行振動(dòng)緊實(shí)后，關(guān)閉振動(dòng)臺，并在底抽式砂箱上部覆蓋一層塑料薄膜，之后在底抽式砂箱上部放置澆口杯待澆；
3)開啟真空裝置和振動(dòng)臺，將金屬液經(jīng)澆口杯注入陶瓷型殼，使其在振動(dòng)下凝固，待金屬液全部凝固成鑄件后關(guān)閉振動(dòng)臺和真空裝置，開箱清理后即可獲得高性能鑄件。按上述方案，造型散干砂為寶珠砂或硅砂。按上述方案，振動(dòng)臺的振動(dòng)方向?yàn)樗椒较蚧虼怪狈较?。按上述方案，振?dòng)臺的振動(dòng)頻率為25-500HZ，振幅為0.04-4 mm，加速度為2-16 g。本發(fā)明的基于泡沫塑料模的消失模殼型鑄造振動(dòng)凝固方法，適合于鋁合金、鎂合金等有色金屬的消失模殼型鑄造，也適合于鑄鐵、鑄鋼等黑色金屬的消失模殼型鑄造。本發(fā)明的有益效果在于(1)本發(fā)明對消失模殼型鑄造過程中金屬液的凝固過程進(jìn)行振動(dòng)，使得凝固初期形成的枝晶臂被剪切而折斷、破碎與增殖，達(dá)到細(xì)化消失模殼型鑄造鑄件晶粒尺寸，提高鑄件性能的目的，晶粒尺寸經(jīng)過振動(dòng)后可降低到未振動(dòng)前的 35-45%； (2)同時(shí)，本發(fā)明可以解決普通消失模鑄造易于出現(xiàn)的氣孔、增碳、夾雜等鑄造缺陷，克服傳統(tǒng)熔模鑄造不能生產(chǎn)大型鑄件以及成本偏高的問題，具有消失模鑄造泡沫模樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)靈活、尺寸穩(wěn)定、收縮小和成本低，以及熔模鑄造的高精度和優(yōu)良表面質(zhì)量等優(yōu)點(diǎn)，能夠進(jìn)行中大型復(fù)雜薄壁精密鑄件的生產(chǎn)，再結(jié)合振動(dòng)凝固，最終可獲得表面質(zhì)量好、尺寸精度高、內(nèi)部質(zhì)量優(yōu)良和力學(xué)性能高的中大型復(fù)雜薄壁精密鑄件；(3)本發(fā)明工藝簡單、成本較低、操作方便、環(huán)境友好，可為消失模殼型鑄造企業(yè)提供一種方便快捷、成本較低、環(huán)保的細(xì)化鑄件晶粒尺寸，提高鑄件性能的有效方法，大大提高消失模殼型鑄造生產(chǎn)高質(zhì)量中大型復(fù)雜薄壁精密鑄件的競爭力，具有廣泛的應(yīng)用前景，可以實(shí)現(xiàn)大規(guī)模的工業(yè)生產(chǎn)。


圖I為本發(fā)明的具體實(shí)例示意 I、振動(dòng)臺；2、固定螺釘；3、隔離層；4、底抽式砂箱；5、散干砂；6、陶瓷型殼；7、金屬液；
8、抽真空口 ；9、塑料薄膜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)的說明，但是此說明不會構(gòu)成對本發(fā)明的限制。實(shí)施例I :
AZ91D鎂合金消失模殼型鑄造振動(dòng)凝固
(1)制備泡沫塑料模樣，泡沫模浸沾涂料，之后撒砂，待干燥后反復(fù)進(jìn)行如上操作2次，在泡沫模表面形成2層陶瓷型殼；
(2)陶瓷型殼6經(jīng)失去泡沫塑料模和焙燒后，放入底抽式砂箱4中，底抽式砂箱與振動(dòng)臺通過固定螺釘2連接，然后往底抽式砂箱中填充散干寶珠砂5，散干砂經(jīng)振動(dòng)臺I振動(dòng)緊實(shí)后，關(guān)閉振動(dòng)臺，砂箱上部覆蓋一層塑料薄膜9，之后砂箱上部放置澆口杯待澆；
(3)開啟真空裝置和振動(dòng)臺，所述的真空裝置通過抽真空口8和由底抽式砂箱與隔離層3組成的空間實(shí)施抽真空，設(shè)定振動(dòng)工藝參數(shù)為振動(dòng)頻率25 Hz、振幅為4.0 mm、振動(dòng)加速度為10 g、振動(dòng)方向?yàn)樗椒较?。將AZ91D鎂合金金屬液7，在熔化、精煉、靜止并達(dá)到澆注溫度后澆入陶瓷型殼中，待鑄件全部凝固后關(guān)閉振動(dòng)臺和真空裝置8，開箱清理后即可獲得AZ91D鎂合金鑄件，鑄件抗拉強(qiáng)度和延伸率分別較未振動(dòng)條件下提高15-20%和20-25%，分別達(dá)到 175-185 MPa 和 2. 5-3. 5%。實(shí)施例2
A356鋁合金消失模殼型鑄造振動(dòng)凝固
(1)制備泡沫塑料模樣，泡沫模浸沾涂料，之后撒砂，待干燥后反復(fù)進(jìn)行如上操作2次，在泡沫模表面形成2層陶瓷型殼；
(2)陶瓷型殼6經(jīng)失去泡沫塑料模樣和焙燒后，放入底抽式砂箱4中，底抽式砂箱與振動(dòng)臺通過固定螺釘2連接，然后往底抽式砂箱中填充寶珠砂5，散干砂經(jīng)振動(dòng)臺I振動(dòng)緊實(shí)后，關(guān)閉振動(dòng)臺，砂箱上部覆蓋一層塑料薄膜9，之后砂箱上部放置澆口杯待澆； (3)開啟真空裝置和振動(dòng)臺，所述的真空裝置通過抽真空口8和由底抽式砂箱與隔離層3組成的空間實(shí)施抽真空，設(shè)定振動(dòng)工藝參數(shù)為振動(dòng)頻率50 Hz、振幅為4.0 mm、振動(dòng)加速度為15 g、振動(dòng)方向?yàn)榇怪狈较?。將A356鋁合金金屬液7，在熔化、精煉、靜止并達(dá)到澆注溫度后澆入陶瓷型殼中，迅速開動(dòng)振動(dòng)臺，待鑄件全部凝固后關(guān)閉振動(dòng)臺和真空裝置，開箱清理后即可獲得A356鋁合金鑄件，鑄件抗拉強(qiáng)度和延伸率分別較未振動(dòng)條件下提高13-20% 和 18-25%，分別達(dá)到 180-195 MPa 和 3-5% 實(shí)施例3:
灰鑄鐵消失模殼型鑄造振動(dòng)凝固
(1)制備泡沫塑料模樣，泡沫模浸沾涂料，之后撒砂，待干燥后反復(fù)進(jìn)行如上操作3次，在泡沫模表面形成3層陶瓷型殼；
(2)陶瓷型殼6經(jīng)失去泡沫塑料模樣和焙燒后，放入底抽式砂箱4中，底抽式砂箱與振動(dòng)臺通過固定螺釘2連接，然后往底抽式砂箱中填充散干寶珠砂5，散干砂經(jīng)振動(dòng)臺I振動(dòng)緊實(shí)后，關(guān)閉振動(dòng)臺，砂箱上部覆蓋一層塑料薄膜9，之后砂箱上部放置澆口杯待澆；
(3)開啟真空裝置和振動(dòng)臺，所述的真空裝置通過抽真空口8和由底抽式砂箱與隔離層3組成的空間實(shí)施抽真空，設(shè)定振動(dòng)工藝參數(shù)為振動(dòng)頻率100 Hz、振幅為0.8 mm、振動(dòng)加速度為16 g、振動(dòng)方向?yàn)榇怪狈较?。將灰鑄鐵金屬液7在熔化、靜止并達(dá)到澆注溫度后澆入陶瓷型殼中，迅速開動(dòng)振動(dòng)臺，待鑄件全部凝固后關(guān)閉振動(dòng)臺和真空裝置，開箱清理后即可獲得灰鑄鐵鑄件，鑄件抗拉強(qiáng)度和硬度分別較未振動(dòng)條件下提高15-20%和18-22%。實(shí)施例4:
低碳鋼零件消失模殼型鑄造振動(dòng)凝固
(1)制備泡沫塑料模樣，泡沫模浸沾涂料，之后撒砂，待干燥后反復(fù)進(jìn)行如上操作3次，在泡沫模表面形成3層陶瓷型殼；
(2)陶瓷型殼6經(jīng)失去泡沫塑料模樣和焙燒后，放入底抽式砂箱4中，底抽式砂箱與振動(dòng)臺通過固定螺釘2連接，然后往底抽式砂箱中填充散干寶珠砂5，散干砂經(jīng)振動(dòng)臺I振動(dòng)緊實(shí)后，關(guān)閉振動(dòng)臺，砂箱上部覆蓋一層塑料薄膜9，之后砂箱上部放置澆口杯待澆；
(3)開啟真空裝置和振動(dòng)臺，所述的真空裝置通過抽真空口8和由底抽式砂箱與隔離層3組成的空間實(shí)施抽真空，設(shè)定振動(dòng)工藝參數(shù)為振動(dòng)頻率500 Hz、振幅為0.04 mm、振動(dòng)加速度為15 g、振動(dòng)方向?yàn)榇怪狈较?，將低碳鋼金屬?熔化、靜止并達(dá)到澆注溫度后澆入陶瓷型殼中。待鑄件全部凝固后關(guān)閉振動(dòng)臺和真空裝置，開箱清理后即可獲得低碳鋼鑄件，鑄件不存在增碳缺陷，且鑄件抗拉強(qiáng)度和硬度分別較未振動(dòng)條件下提高12-18%和15-20%。
權(quán)利要求
1.基于泡沫塑料模的消失模殼型鑄造振動(dòng)凝固方法，其特征在于包括以下步驟 1)首先制作泡沫塑料模，泡沫塑料模浸沾涂料，之后在其上撒砂，待干燥后反復(fù)進(jìn)行以上操作2-3次，從而得到表面具有2-3層陶瓷型殼的泡沫塑料模； 2)將步驟I)所得表面具有2-3層陶瓷型殼的泡沫塑料模經(jīng)失去泡沫塑料模及焙燒后，放入底抽式砂箱中，底抽式砂箱與振動(dòng)臺通過固定螺釘連接；然后往底抽式砂箱中填充造型散干砂，將散干砂通過振動(dòng)臺進(jìn)行振動(dòng)緊實(shí)后，關(guān)閉振動(dòng)臺，并在底抽式砂箱上部覆蓋一層塑料薄膜，之后在底抽式砂箱上部放置澆口杯待澆； 3)開啟真空裝置和振動(dòng)臺，將金屬液經(jīng)澆口杯注入陶瓷型殼，使其在振動(dòng)下凝固，待金屬液全部凝固成鑄件后關(guān)閉振動(dòng)臺和真空裝置，開箱清理后即可獲得高性能鑄件。
2.如權(quán)利要求I所述的基于泡沫塑料模的消失模殼型鑄造振動(dòng)凝固方法，其特征在于造型散干砂為寶珠砂或硅砂。
3.如權(quán)利要求I或2所述的基于泡沫塑料模的消失模殼型鑄造振動(dòng)凝固方法，其特征在于，振動(dòng)臺的振動(dòng)方向?yàn)樗椒较蚧虼怪狈较颉?br> 4.如權(quán)利要求I或2所述的基于泡沫塑料模的消失模殼型鑄造振動(dòng)凝固方法，其特征在于振動(dòng)臺的振動(dòng)頻率為25-500HZ，振幅為0. 04-4 mm，加速度為2_16 g。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于泡沫塑料模的消失模殼型鑄造振動(dòng)凝固方法，包括以下步驟1)首先制作表面具有陶瓷型殼的泡沫塑料模；2)泡沫塑料模經(jīng)失去泡沫塑料模及焙燒后，放入底抽式砂箱中；然后往底抽式砂箱中填充造型散干砂，將散干砂通過振動(dòng)臺進(jìn)行振動(dòng)緊實(shí)后，關(guān)閉振動(dòng)臺，并在底抽式砂箱上部覆蓋一層塑料薄膜，之后在底抽式砂箱上部放置澆口杯待澆；3)開啟真空裝置和振動(dòng)臺，將金屬液經(jīng)澆口杯注入陶瓷型殼，振動(dòng)凝固，待金屬液全部凝固成鑄件后關(guān)閉振動(dòng)臺和真空裝置，開箱清理后即可。本發(fā)明工藝簡單、成本較低、操作方便、環(huán)境友好，可為消失模殼型鑄造企業(yè)提供一種方便快捷、成本較低、環(huán)保的細(xì)化鑄件晶粒尺寸，提高鑄件性能的有效方法。
文檔編號B22C9/04GK102744367SQ20121024689
公開日2012年10月24日 申請日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者吳和保, 樊自田, 董選普, 蔣文明 申請人:武漢工程大學(xué)