一种熔模铸造用型壳制备方法技术

本发明专利技术涉及一种熔模铸造用型壳制备方法，该方法包括加强杆确定、加强型熔模模组制备、型壳制备、脱除加强杆、脱除熔模和型壳焙烧。根据铸件结构以及熔模受力情况及充型凝固过程计算机模拟确定加强杆位置，有利于防止熔模和型壳变形，并对熔模和型壳形成支撑。通过脱除加强杆在熔模内形成孔道和脱模口，使型壳无需翻转即可脱模，提高了型壳的内腔表面质量。

A method of making shell for investment casting

The invention relates to a method for preparing mould shell for investment casting. The method comprises determination of reinforcing rod, preparation of reinforcing mould module, preparation of mould shell, removal of reinforcing rod, removal of investment mould and shell roasting. According to the casting structure, the stress of the melting die and the computer simulation of the filling and solidification process, the position of the reinforcing rod is determined, which is helpful to prevent the deformation of the melting die and the shell, and to support the melting die and the shell. By removing the reinforcing rod to form a hole and demoulding port in the melting die, the shell can be demoulded without turning over, and the surface quality of the inner cavity of the shell can be improved.

【技术实现步骤摘要】
一种熔模铸造用型壳制备方法
本专利技术涉及一种高尺寸精度、复杂结构熔模铸造用型壳制备方法，可应用于熔模铸造和消失模铸造领域。
技术介绍
熔模铸造是工业制造高尺寸精度、复杂结构产品的主要方法，已被广泛用于制造石油、电子、化工、汽车和航空航天等领域部件。熔模铸造工艺主要是采用易熔材料制成可熔性模型(熔模)，在其上涂覆若干层特制的耐火涂料(加撒沙)，经过干燥与化学硬化形成一个整体模组，再从模组中熔失熔模而获得中空的型壳，然后将型壳进行高温焙烧，制成浇注用的型壳，最后在型壳内浇注熔融的金属，制备出铸件。因而熔模精密铸造主要包括熔模制备、型壳制备和熔炼浇注三个主要过程。其中型壳制备是其中最重要的过程，型壳质量直接影响铸件的表面质量和内部冶金缺陷控制。型壳的发展主要经历了金属型、石墨型和氧化物陶瓷型壳三个阶段，目前精密铸件采用的型壳主要为氧化物陶瓷型壳。为满足铸件对尺寸精度和冶金质量的要求，型壳的质量应该满足以下3个方面要求：(1)能够准确的复制出熔模的外形，保证尺寸精确，表面光洁；(2)有足够的常温和高温刚度，避免在脱蜡、焙烧、浇注过程中受复杂应力作用变形、产生裂纹或破损；(3)具有高的化学稳定性，良好的退让性和溃散性，即型壳的强度既要保证熔炼浇注过程中型壳不破裂，同时在浇注后，又便于去除铸件表面型壳。随着铸件向大型化、复杂化和整体化方向发展，熔模精密铸件用熔模尺寸和复杂性不断增加，由于型壳的制备过程需要在熔模表面进行多层涂覆，因而型壳重量可能达到熔模的几倍到几十倍。大尺寸和高重量对型壳内部表面质量和型壳强度提出较高的要求。对于型壳，其铸造工艺中使用的型壳需进行脱模处理，利用诸如蒸汽脱模、热水脱模或电热脱模等方法将热量作用于型壳内的熔模，使熔模熔化或挥发，进而将熔模脱除。对于体积较大、壁厚较大或内部结构复杂的熔模，型壳脱模时间长，生产成本较高，易出现脱模不彻底的现象，使残余熔模成为后期型壳使用中的外来物。如果需要通过倾斜型壳或多次翻转型壳进行脱模，会对型壳造成破损，在型壳内腔表面形成微裂纹，进而影响铸件表面质量。同时，长时间脱模会对内部有填充物或涂层的型壳产生影响，导致填充物和涂层出现受热氧化或型壳热胀变形、开裂等问题，如通过涂覆在熔模表面，进而作用于型壳内表面形成的涂层，会由于脱模时间长使涂层出现成分变化及开裂问题，影响后期产品质量。公开号为JPS63194842A的日本专利技术专利提供了一种熔模铸造中的脱模方法，该方法在熔模内加入金属芯，金属芯起吊挂和协助后期型壳翻转的作用，可用于小型熔模铸件的制备，但对于大型熔模铸件型壳，通过多次翻转脱模会对型壳内腔表面质量造成影响。公开号为CN201310741021.4的中国专利技术专利提供了一种脱模方法，在制备型壳的过程中通过采用金属芯的方法可以减少脱模量，但该方法中未提及可以避免型壳翻转过程，并且金属芯的设置方式未能考虑对熔模和铸型尺寸精度的影响。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种模铸造用型壳制备方法，有利于增强大型熔模和型壳的结构强度，减少铸件变形量，无需翻转即可脱模，并大幅度降低脱模时间，使得型壳有较优的性能和内腔表面质量。为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方法，一种熔模铸造用型壳制备方法，所述制备方法包括加强杆确定、加强型熔模模组制备、型壳制备、脱除加强杆、脱除熔模和型壳焙烧五个步骤。具体步骤如下；(1)加强杆确定，根据结构强度计算和计算机仿真模拟的结果，进行加强杆选择和放置位置确定；(2)加强型熔模模组制备，根据铸件和加强杆结构设计模具，进行含有加强杆的熔模模组制备，使熔模包覆在加强杆外，并且加强杆有露在熔模外的部分；(3)型壳制备，使型壳包覆在加强型熔模外，并且加强杆有露在型壳外的部分；(4)脱除加强杆，加热加强杆露在型壳外的部分，使加强杆周围的熔模熔化或软化或挥发，然后抽出加强杆，在型壳内形成空腔并形成脱模口；(5)脱除熔模，将型壳内的残余熔模脱除，熔模沿着加强杆脱除后形成的空腔流动，并从脱模口或者浇注系统的预设脱模口流出；(6)型壳焙烧，除主浇口外，对脱模口或预设脱膜口进行封堵，对封堵后的型壳进行焙烧。优选地，步骤(1)所述的加强杆确定包含以下分步骤：分步骤(1.1)，在计算机仿真模拟的状态下，进行铸件浇注系统设计，完成铸件熔模和浇注系统组合，形成带浇注系统的熔模模组；分步骤(1.2)，对带浇注系统的熔模模组进行结构强度计算，确定熔模模组的关键受力分布点或分布区域；分步骤(1.3)，在计算机仿真模拟的状态下，在带浇注系统的熔模模组受力关键分布点或分布区域设置加强杆，形成带加强杆的熔模模组，根据熔模结构、受力关键分布点或分布区域确定加强杆的形状和尺寸；分步骤(1.4)，对带加强杆的熔模模组的熔模充型凝固过程进行计算机仿真模拟，预测熔模模组结构发生收缩变形超过0.5％以上的位置，并设置加强杆；分步骤(1.5)，对带加强杆的熔模模组进行金属液浇注凝固过程进行计算机数值模拟，预测金属液收缩变形超过1％以上的位置，并设置加强杆；分步骤(1.6)，减少加强杆数量，重复步骤(1.1)到步骤(1.5)，多次循环迭代，选择加强杆的数量、形状、尺寸和设置位置的最佳方案，直至铸件变形率降低至预期值，并且使用的加强杆的数量最少、总重量最轻的要求。优选地，根据分步骤1.3到分步骤1.5确定的带加强杆的熔模模组为对称结构时，加强杆也对称设置。优选地，在关键分布点，熔模收缩位置、铸件收缩位置及其对称区域分别设置加强杆。优选地，根据分步骤1.3到分步骤1.5确定的加强杆设置位置，该位置铸件为非对称结构时，仅在确定的关键分布点，熔模收缩位置、铸件收缩位置设置加强杆，加强杆不进行对称设置。优选地，非对称设置的加强杆数量不超过15个。优选地，在浇注系统的直浇道和横浇道设置加强杆。优选地，分步骤1.6所述预期值为20％以上，即铸件变形率降低20％以上。优选地，加强杆的材料为导热金属，熔点高于熔模和型壳材料，且不与熔模及型壳材料发生反应。优选地，加强杆为金属钢、铁、铜、铝。优选地，加强杆的数量介于1～50个之间。优选地，加强杆的横截面形状为规则的圆柱或长方体；加强杆的杆部平直、光滑，在脱除加强杆时，被脱除的加强杆的形状和尺寸不会对型壳其余部分造成破坏。优选地，加强杆为实心结构、空心结构或者二者结合使用。优选地，当含加强杆的熔模模组重量超过200kg时，浇道结构选择实心加强杆。优选地，脱模方式选择采用旋转型壳的方式脱模或将型壳置于高压环境降低熔模熔化温度或消失模的挥发温度。优选地，采用电脱模时，脱除熔模工艺参数优选为，采用分段加热的方式进行熔模脱除，第一阶段加热温度为：熔模熔点温度+(20～30)℃，保温10～20分钟；第二阶段为熔模熔点温度+(80～100)℃，保温10～20分钟；第三阶段为熔模熔点温度+(120～150)℃，保温直到熔模脱除。优选地，采用与脱模口尺寸和形状相配合的堵头先进行封堵，然后在堵头表面涂覆型壳背层材料，型壳材料完全覆盖堵头。优选地，采用分段加热的方式，第一阶段的加热温度在150～250℃之间，保温30～60分钟。第二阶段及之后的型壳焙烧加热阶段采用常规方式进行。本专利技术具有的优点和有益效果：(1)通过结构强度计算和计算机数值模拟，可有效的识别铸件的应力集中位置、熔模本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种熔模铸造用型壳制备方法，其特征在于：所述制备方法包括加强杆确定、加强型熔模模组制备、型壳制备、脱除加强杆、脱除熔模和型壳焙烧五个步骤。

【技术特征摘要】
1.一种熔模铸造用型壳制备方法，其特征在于：所述制备方法包括加强杆确定、加强型熔模模组制备、型壳制备、脱除加强杆、脱除熔模和型壳焙烧五个步骤。2.根据权利要求1所述的熔模铸造用型壳制备方法，其特征在于，具体步骤如下；(1)加强杆确定，根据结构强度计算和计算机仿真模拟的结果，进行加强杆选择和放置位置确定；(2)加强型熔模模组制备，根据铸件和加强杆结构设计模具，进行含有加强杆的熔模模组制备，使熔模包覆在加强杆外，并且加强杆有露在熔模外的部分；(3)型壳制备，使型壳包覆在加强型熔模外，并且加强杆有露在型壳外的部分；(4)脱除加强杆，加热加强杆露在型壳外的部分，使加强杆周围的熔模熔化或软化或挥发，然后抽出加强杆，在型壳内形成空腔并形成脱模口；(5)脱除熔模，将型壳内的残余熔模脱除，熔模沿着加强杆脱除后形成的空腔流动，并从脱模口或者浇注系统的预设脱模口流出；(6)型壳焙烧，除主浇口外，对脱模口或预设脱膜口进行封堵，对封堵后的型壳进行焙烧。3.根据权利要求2所述的熔模铸造用型壳制备方法，其特征在于：步骤(1)所述的加强杆确定包含以下分步骤：分步骤(1.1)，在计算机仿真模拟的状态下，进行铸件浇注系统设计，完成铸件熔模和浇注系统组合，形成带浇注系统的熔模模组；分步骤(1.2)，对带浇注系统的熔模模组进行结构强度计算，确定熔模模组的关键受力分布点或分布区域；分步骤(1.3)，在计算机仿真模拟的状态下，在带浇注系统的熔模模组受力关键分布点或分布区域设置加强杆，形成带加强杆的熔模模组，根据熔模结构、受力关键分布点或分布区域确定加强杆的形状和尺寸；分步骤(1.4)，对带加强杆的熔模模组的熔模充型凝固过程进行计算机仿真模拟，预测熔模模组结构发生收缩变形超过0.5％以上的位置，并设置加强杆；分步骤(1.5)，对带加强杆的熔模模组进行金属液浇注凝固过程进行计算机数值模拟，预测金属液收缩变形超过1％以上的位置，并设置加强杆；分步骤(1.6)，减少加强杆数量，重复步骤(1.1)到步骤(1.5)，多次循环迭代，选择加强杆的数量、形状、尺寸和设置位置的最佳方案，直至铸件变形率降低至预期值，并且使用的加强杆的数量最少、总重量最轻的要求。4.根据权利要求3所述的熔模铸造用型壳制备方法，其特征在于：根据分步骤1.3到分步骤1.5确定的带加强杆的熔模模组为对称结构时，加强杆也对称设置。5.根据权利要求4所述的熔模铸造用型壳制备方法，其特征在于：在关键分布点，熔模收缩位置、铸件收缩位置及其对称区域分别设置加强杆。6.根...

【专利技术属性】
技术研发人员：郄喜望，张美娟，南海，
申请(专利权)人：中国航发北京航空材料研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11