有色金属石膏型快速精密铸造方法技术

本发明专利技术涉及一种有色金属石膏型快速精密铸造方法，其特征在于包括的步骤为：用3D打印机制作待铸零件的快速原型件、浇道快速原型件、冒口快速原型件及气道快速原型件并将它们放入配制的石膏浆料中，气管接头嵌件套入气道快速原型件中；将干燥后的石膏型加热，将零件快速原型件、浇道快速原型件、冒口快速原型件、气道快速原型件烧掉，这样在石膏铸型内形成了零件型腔、浇道、气道及冒口；将石膏铸型放在铸造箱内并在其四周填充干砂，在浇道的上端开口处放置浇口杯，通过压梁和橡胶压块对石膏铸型进行固定后进行振动并振实，然后对零件型腔、浇道、气道及冒口抽真空；在振动的同时浇入有色金属铸液，浇注完毕，停止振动，将石膏铸型取出，得到所要的铸件。其能提高有色金属零件铸造质量，具有操作简便等优点。

【技术实现步骤摘要】
有色金属石膏型快速精密铸造方法
本专利技术涉及一种有色金属石膏型快速精密铸造方法，特别是涉及一种施加负压与变频振动辅助浇注的有色金属石膏型快速精密铸造方法，其适用于大型复杂薄壁件的快速精密铸造成型。
技术介绍
石膏型快速精密铸造技术是近年发展起来的一项新技术，是石膏型精密铸造和快速成型技术相结合的产物。由于石膏铸型无需分型面和拔模斜度，因此可铸造出用其它铸造方法以及锻造、焊接、机械加工等手段很难制造的形状复杂、尺寸精度和表面粗糙度要求都较高的零件。而快速成型技术与石膏型铸造相结合，用FDM、SLS等快速成型工艺制作塑料型、树脂型或蜡型等，或用这类快速原型来翻制硅胶模，再用硅胶模翻制蜡型或树脂型，然后加热至较高温度后烧除或融掉原型从而得到具有原型形状内腔的铸型，经浇铸后得到所需要的金属零件，这种方法不但可提高铸件制造的柔性，实现复杂金属零件的近净成形，还可以大幅度缩短制造周期和降低成本，因而在工程上应用越来越多。然而目前石膏型快速精密铸造技术仍存在一些不足：（1）石膏铸型透气性差，金属液内部气体难逸出，致使铸件成形比较困难，易产生欠铸（缺肉）、气孔等现象，尤其是薄壁的大平面铸件；（2）石膏型的导热性差，且一般采用热型浇注以及某些合金的结晶间隔宽，故浇注后铸件的结晶凝固时间长，铸件产生疏松、缩孔的倾向大，也易导致铸件晶粒粗大、机械性能下降；（3）铸造大型复杂薄壁零件时金属液冷却速度快，从而使金属液粘度增大，流动性变差，充型能力相应下降，易产生各种铸造缺陷。为了解决石膏铸型透气性差和大型复杂薄壁件金属液充型能力差的问题，已有人在石膏型铸造中采用施加负压的方法，主要方法有两种：（1）将石膏型置于真空罐（箱）中，抽真空后直接在真空罐（箱）中进行浇注；这种方法需要专用真空罐（箱），设备成本高，抽真空时间长，操作麻烦。（2）在石膏型中预埋钢管用于抽真空；这种方法的不足是制造石膏型时预埋的钢管易被石膏浆料堵塞，清理困难甚至无法清理，另外管道连接、密封均较麻烦。因此，需要研究一种更简便、灵活的施加负压方法来取代这两种方法。另一方面，为了解决铸件晶粒粗大、机械性能差的问题，现有铸造技术中常用旋转振荡、搅拌、振动等动态方法来细化晶粒，其主要原理是在金属液凝固过程中施加外力,从而达到破碎枝晶的目的，同时外力造成金属液的波动,有助于减小铸件中心部位和边缘部位的温度梯度，促使形成均匀的等轴晶，从而达到细化晶粒的目的。然而在石膏型精密铸造中，由于对石膏铸型施加振动易导致铸型塌掉，且其在振动台上固定困难，因此目前石膏型铸造中很少有人通过施加振动来细化晶粒，需要研究出一种可行的方法，使之在保证石膏铸型不塌掉的前提下，能够在石膏型浇注时施加振动。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服上述有色金属石膏型精密铸造技术的不足而提供一种有色金属石膏型快速精密铸造方法，其利用负压与变频振动辅助浇注成型，通过这种方法提高有色金属零件铸造质量，具有操作简便，效果好等优点，特别适用于大型复杂薄壁有色金属零件的铸造成型。为了达到上述目的，本专利技术是这样实现的，其是一种有色金属石膏型快速精密铸造方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一快速原型件制作用3D打印机制作待铸零件的快速原型件、浇道快速原型件、冒口快速原型件及气道快速原型件，快速原型件、浇道快速原型件、冒口快速原型件及气道快速原型件的材料均可以为ABS塑料、PLA塑料、树脂或蜡；步骤二制作石膏型配制石膏浆料，将待铸零件的快速原型件放入配制的石膏浆料中，并根据待铸零件的结构在需补缩位置及排气位置放置冒口快速原型件和气道快速原型件，冒口快速原型件、气道快速原型件及气管接头嵌件依次串联，气管接头嵌件套入气道快速原型件中，调整气管接头嵌件的位置使气管接头嵌件高出石膏型表面4至6mm，将气道快速原型件高出气管接头嵌件端面部分切除，得到所需的石膏型；步骤三烘干石膏型待步骤二的石膏型硬化后，将石膏型移入烘箱进行干燥；步骤四烧除快速原型件将干燥后的石膏型放入高温烘箱或烘炉中加热，升温速度控制在（2±0.5）℃/min内，并每升高（50±5）℃保温20~40分种，升高至450℃~600℃后温度保持不变，将零件快速原型件、浇道快速原型件、冒口快速原型件、气道快速原型件烧掉，得到所需的石膏铸型，在所述石膏铸型内形成了零件型腔、浇道、气道及冒口；步骤五石膏铸型安装与连接清理零件型腔、浇道、气道及冒口，将铸造箱放置在振动台上用螺栓固定，将石膏铸型放在铸造箱内，在铸造箱内位于石膏铸型的底部及四周填充干砂，在浇道的上端开口处放置浇口杯，通过压梁和橡胶压块对石膏铸型进行固定后，以5HZ~15HZ的频率及2mm~6mm的振幅振实，然后用气管将各个气管接头嵌件与真空罐连接，所述真空罐与真空泵连接；步骤六抽真空预先将抽气阀、排真空阀关闭，将真空罐抽至-40kPa~-60kPa的真空度，真空表可以观察真空罐内的压力，再将真空泵的启动压力设置为-25~-30kPa，真空泵的停止压力设置为-50~-65kPa，将浇口杯的开口密封，启动真空泵，然后打开抽气阀对零件型腔、浇道、气道及冒口抽真空，并保证真空度稳定；步骤七浇注启动振动台，先采用的振动频率为5Hz~15Hz，振幅为1mm~3mm，然后通过浇口杯浇入有色金属铸液，利用该振动频率提高铸液的流动性及排气；待金属液充满零件型腔后，先将振动频率升至20Hz~30Hz，振幅为0.5mm~1mm，振动2~5分钟，然后每30±5秒将振动频率提高3Hz~5Hz，提高至50Hz~70Hz后，保持振动10~20分钟，以达到振动细晶的目的；浇注完毕，停止振动，关闭抽气阀及真空泵阀，打开排真空阀去除真空；步骤八后处理石膏铸型冷却后拔掉气管，将石膏铸型取出，用高压水枪清除石膏，回收气管接头嵌件，切除冒口，得到所要的铸件。所述气管接头嵌件预埋在石膏铸型表层气道快速原型件末端，用于连接抽气管。所述气管接头嵌件为钢制件，在气管接头嵌件上开有一个或多个环形槽，所述环形槽使气管接头嵌件与石膏铸型连接可靠，并能承受接、拔管时的轴向力。所述气管插入气管接头嵌件的孔时，在气管与孔中间设有一个锥形橡胶套，用于保证连接处不会漏气。在本技术方案中，在工作时，所述型腔、浇道、气道及冒口真空度的值为-25kPa~-60kPa。本专利技术与现有技术相比，具有如下优点：（1）通过同时施加变频振动与负压的方式，可有效提高铸造的流动性、减少气孔及提高铸件的机械性能，提高有色金属零件铸造质量；（2）通过设置气道、气管接头嵌件对型腔直接施加负压，根据待铸零件的形状灵活安排冒口与气道位置、数量，工艺简单，操作方便；（3）在真空泵与浇注系统中间设置真空罐，可预先将罐内真空度抽至设定值，从而减小铸型抽真空时间，有利于铸型温度的保持，并能保证浇注过程真空度平稳；（4）浇注初期采用较低振动频率，金属液充满型腔后，逐级采用较高振动频率，可避免石膏型塌掉，并可得到较细晶粒的铸造组织。附图说明图1是本专利技术的铸造工艺系统结构示意图。图中：1―振动台，2―铸造箱，3―干砂，4―石膏铸型，5―冒口，6―浇道，7―浇口杯，8―压梁，9―气管接头嵌件，10―气道，11―橡胶压块，12―电机外壳型腔，13―气管，14―气管接头，15―排真空阀，16―抽气阀，17―真空罐，18―真空本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种有色金属石膏型快速精密铸造方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一  快速原型件制作用3D打印机制作待铸零件的快速原型件、浇道快速原型件、冒口快速原型件及气道快速原型件，所有的快速原型件的材料可以为ABS塑料、PLA塑料、树脂或蜡；步骤二  制作石膏型配制石膏浆料，将待铸零件的快速原型件放入配制的石膏浆料中，并根据待铸零件的结构在需补缩位置及排气位置放置冒口快速原型件和气道快速原型件，所述冒口快速原型件、气道快速原型件及气管接头嵌件（9）依次串联，气管接头嵌件（9）套入气道快速原型件中，调整气管接头嵌件（9）的位置使气管接头嵌件高出石膏型表面4至6mm，将气道快速原型件高出气管接头嵌件端面部分切除，得到所需的石膏型； 步骤三  烘干石膏型待步骤二的石膏型硬化后，将石膏型移入烘箱进行干燥；步骤四  烧除快速原型件将干燥后的石膏型放入高温烘箱或烘炉中加热，升温速度控制在2±0.5℃/ min内，并每升高50±5℃保温20~40分种，升高至450℃~600℃后温度保持不变，将零件快速原型件、浇道快速原型件、冒口快速原型件、气道快速原型件烧掉，得到所需的石膏铸型（4），在所述石膏铸型（4）内形成了零件型腔（12）、浇道（6）、气道（10）及冒口（5）；步骤五  石膏铸型安装与连接清理零件型腔（12）、浇道（6）、气道（10）及冒口（5），将铸造箱（2）放置在振动台（1）上用螺栓固定，将石膏铸型（4）放在铸造箱（2）内，在铸造箱（2）内位于石膏铸型（4）的底部及四周填充干砂（3），在浇道（6）的上端开口处放置浇口杯（7），通过压梁（8）和橡胶压块（11）对石膏铸型（4）进行固定后，以5HZ~15HZ的频率及2mm~6mm的振幅振实，然后用气管（13）将各个气管接头嵌件（9）与真空罐（17）连接，所述真空罐（17）与真空泵（20）连接；步骤六  抽真空预先将抽气阀（16）、排真空阀（15）关闭，将真空罐（17）抽至‑40kPa ~‑60kPa的真空度，真空表（18）可以观察真空罐（17）内的压力，再将真空泵（20）的启动压力设置为‑25~ ‑30kPa，真空泵（20）的停止压力设置为‑50~ ‑65kPa，将浇口杯（7）的开口密封，启动真空泵（20），然后打开抽气阀（16）对零件型腔（12）、浇道（6）、气道（10）及冒口（5）抽真空，并保证真空度稳定；步骤七  浇注启动振动台（1），先采用的振动频率为5Hz~15Hz，振幅为1mm~3mm，然后通过浇口杯（7）浇入有色金属铸液，利用该振动频率提高铸液的流动性及排气；待金属液充满零件型腔（12）后，先将振动频率升至20 Hz ~30Hz，振幅为0.5mm~1mm，振动2~5分钟，然后每30±5秒将振动频率提高3Hz~5Hz，提高至50Hz~70Hz后，保持振动10~20分钟，以达到振动细晶的目的；浇注完毕，停止振动，关闭抽气阀（16）及真空泵阀（19），打开排真空阀（15）去除真空；步骤八 后处理石膏铸型（4）冷却后拔掉气管（13），将石膏铸型取出，用高压水枪清除石膏，回收气管接头嵌件（9），切除冒口，得到所要的铸件。...

【技术特征摘要】
1.一种有色金属石膏型快速精密铸造方法，其特征在于包括如下步骤：步骤一快速原型件制作用3D打印机制作待铸零件的快速原型件、浇道快速原型件、冒口快速原型件及气道快速原型件，待铸零件的快速原型件、浇道快速原型件、冒口快速原型件及气道快速原型件的材料均为树脂或蜡；步骤二制作石膏型配制石膏浆料，将待铸零件的快速原型件放入配制的石膏浆料中，并根据待铸零件的结构在需补缩位置及排气位置放置冒口快速原型件和气道快速原型件，冒口快速原型件、气道快速原型件及气管接头嵌件（9）依次串联，气管接头嵌件（9）套入气道快速原型件中，调整气管接头嵌件（9）的位置使气管接头嵌件高出石膏型表面4至6mm，将气道快速原型件高出气管接头嵌件端面部分切除，得到所需的石膏型；步骤三烘干石膏型待步骤二的石膏型硬化后，将石膏型移入烘箱进行干燥；步骤四烧除快速原型件将干燥后的石膏型放入高温烘箱或烘炉中加热，升温速度控制在2±0.5℃/min内，并每升高50±5℃保温20~40分种，升高至450℃~600℃后温度保持不变，将待铸零件的快速原型件、浇道快速原型件、冒口快速原型件、气道快速原型件烧掉，得到所需的石膏铸型（4），在所述石膏铸型（4）内形成了零件型腔（12）、浇道（6）、气道（10）及冒口（5）；步骤五石膏铸型安装与连接清理零件型腔（12）、浇道（6）、气道（10）及冒口（5），将铸造箱（2）放置在振动台（1）上用螺栓固定，将石膏铸型（4）放在铸造箱（2）内，在铸造箱（2）内位于石膏铸型（4）的底部及四周填充干砂（3），在浇道（6）的上端开口处放置浇口杯（7），通过压梁（8）和橡胶压块（11）对石膏铸型（4）进行固定后，以5HZ~15HZ的频率及2mm~6mm的振幅振实，然后用气管（13）将各个气管接头嵌件（9）与真空罐（17）连接，所述真空罐（17）与真空泵（20）连接；步骤六抽真空...

【专利技术属性】
技术研发人员：许中明，王鸿博，陈学锋，杨亘，
申请(专利权)人：顺德职业技术学院，
类型：发明
国别省市：广东;44