热作模具近终形铸造方法技术

本发明专利技术涉及一种热作模具近终形精铸成型方法。其目的是克服现用各种模具铸造成型工艺存在的粘砂、缺肉裂纹等缺点，提供一种工艺简单、成本低廉、型砂可重复使用、无污染、符合绿色铸造要求的热作模具近终形精铸成型技术。该方法是用独特的Ｖ法近终形精密铸造成型工艺，并将非占位涂料、非切割保温发热冒口及铸造成形过程中各阶段真空度等工艺参数动态控制技术与之集成。其工艺各阶段压力控制为：覆模与造型时为０．０４～０．０７ＭＰａ，浇注过程中为０．０３～０．０６ＭＰａ，浇注结束时为０．０８～０．０９ＭＰａ，浇注结束７～１５分钟后，撤去真空，压力恢复至０．１ＭＰａ。（*该技术在2023年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种热作模具近终形铸成型方法。
技术介绍
模具是现代工业产品制造的重要工艺装备，热作模具在整个模具市场中占有较大份额。随着世界各国工业化发展步伐的加快，产品更新换代频繁，热作模具需求量将急剧增加，发展势头强劲，市场潜力巨大。但目前各国热作模具制造仍多采用锻造模块经机加工制模的传统工艺，不仅能源消耗大、烧损合金、污染环境、易产生锻造废品，而且材料利用率低、切削加工量大、制造周期长、废弃模具及切屑、料头等难以回收利用，造成Cr、Mo、Ni等大量贵重合金资源的浪费。废弃模具的积存也将加大，能源、动力、原材料供应将日趋紧张，环保问题更为突出。为改变目前较为落后的模具制造技术与生产发展不相适应的严峻现实，加速开发研究新的模具成型制造技术及废弃模具再生回用技术已成为当务之急。铸造技术直接由液态金属成形，成本低廉、适应性强，可制成形状复杂、其它方法无法加工、有特殊要求的铸件，从最初的原材料开始直到制成成品，能够很方便地实现材料的循环使用和再生回用，是最重要、最经济、最便捷的材料成形工艺之一。因此，以铸代锻、用铸造方法制造模具不仅是材料工作者多年梦寐以求的宿愿，也是模具制造技术新的发展方向。实现这一目标的关键是发挥铸造材料设计灵活、高强韧化、高功能化的特点，开发新的精密成型技术即净形、近终型铸造成型技术，大幅度提高铸件的尺寸精度和表面光洁度，实现绿色铸造。自二十世纪八十年代以来，用铸造方法制造复杂高精度、低粗糙度热锻模具已得到世界各国的高度重视，被誉之为锻造生产的革命性转变。迄今为止，已用于模具制造的精铸成型技术主要包括熔模铸造、陶瓷型铸造、热固性树脂砂型铸造、涂层转移法铸造等。熔模铸造又称失蜡铸造，是最重要的精密铸造成型方法之一。该法首先用易熔材料制成精确光洁的模样，在其上涂覆多层耐火材料或灌注耐高温陶瓷浆料，硬化干燥后制成型壳，然后使铸型中模样熔化流出，最后把熔化的金属液浇入焙烧后的铸型，得到精确光洁的铸件。尺寸精度可达CT5～7，表面粗糙度可达Ra1.6～12.5μm。此种方法适合于铸造形状复杂、精度要求高或其它方法难以加工成型的小型精密铸件。许多国家都采用该法铸造模具，包括小型锻模、玻璃模具以及压铸模镶嵌件等。该法的缺点是工艺过程较复杂，不易控制，使用和消耗的材料也较贵，型壳用砂不能回用，且较大型铸件难以生产。陶瓷型铸造又称肖氏铸造法，是五十年代由英国人诺尔.肖氏首先研究成功的。其实质是以耐火度高、热膨胀系数小的耐火材料作为骨料，用经过水解的硅酸乙脂作为粘结剂而配制成的陶瓷型浆料，在碱性催化剂作用下，经过灌浆、结胶、硬化、起模、喷烧、焙烧等一系列工序制成表面光洁、尺寸精度高的陶瓷铸型，最后浇入液态金属。该法所得铸件尺寸精度可达CT4～8级，表面粗糙度可达Ra3.2～12.5μm。在美国第64届铸造年会上，该工艺就被认为是当时制造铸造模具最适宜的方法之一。据介绍， 60年代末期美国在锤锻模、挤压模和热墩模方面的铸造模具已大量应用。此外，一些塑料制品用模，压铸模、金属型以及多种金属模型，芯盒，切削工具等都采用铸造方法生产。在其它国家，如英国、德国、日本等国家用陶瓷型生产各种工模具也日见普遍。我国从70年代开始用陶瓷型铸造方法生产柴油机摇臂锻模、合金钢连杆模具等，型腔预留加工量很少，大大缩短了制模周期，成本比机加工模明显降低。该法的缺点是造型工艺过程较复杂，周期长，每个过程都要严格控制，使用和消耗的材料昂贵，造型材料不能回用，且铸型表面容易发生宏观裂纹，铸件表面有一定厚度的脱碳层。涂层转移法是70年代末日本小松制作所专利技术的“先上涂料后造型”的工艺方法，当时称此法为小松(Komatsu)-山西(Yama mishi)法，简称K-Y法。以后经过进一步发展成为新K-Y法。该方法是先将液态涂料倒入芯盒，然后倾转芯盒，使其表面均匀地涂挂上一层涂料，倒出多余涂料，用树脂砂充填芯盒后移至微波炉内加热，待树脂砂固化后取出砂芯。制得的砂芯不仅具有足够的强度，而且表面已牢牢附着一层光滑的转移过来的涂层。由于涂料膜能精确复制出芯盒的内腔表面，因此所得铸件表面光滑、尺寸精确，使砂型铸造实现了精密化。前苏联在上个世纪80年代开始此项研究，开发出适于树脂覆膜砂的涂层转移法。我国这方面的研究主要从90年代开始，在涂料转移部位(模样-砂型、芯盒-砂芯)、施涂方法(刷、喷、流、浸)、造型用砂(树脂砂、水玻璃覆膜砂等)、涂层固化方法(微波加热、化学自硬等)各个方面的研究都取得一定成效，近年来正试验用于简单的模具制造(如上海交大铸造实验室用涂层转移法铸造模具的试验工作)。热固性树脂砂型铸造是由前苏联汽车工艺研究所开发的，也称为热反应一次性组合型铸造工艺，它属于壳型铸造的一种变形。采用干的机械混合或覆膜的造型材料，直接投入预热到200～250℃的金属模型上以制造半型。在造型炉内加热700℃以下固化，脱模整个周期很短。上下铸型具有与金属型完全相同的型腔轮廓，组合后(不用砂箱)直接浇注。在凝固与随后冷却过程中，砂型大多自动碎裂，使用后造型材料在沸腾床装置中(750～900℃)进行热法再生，烧去粘结剂。造型材料主要采用锆砂(ZrO2·SiO2)，ZrO2含量约65％。粘结剂采用热反应型树脂лк-104，是酚醛树脂与乌托品的粉状混合物。若采用机械混合方式制备型砂时，一般还用煤油做浸润剂，但采用覆膜砂时，不需浸润剂。该工艺在莫斯科汽车厂、卡马河汽车厂和明斯克汽车厂等广泛采用，若用标准工艺装备，可以达到相当高的机械化水平，前苏联约有80％的铸造热锻模具使用这种工艺。但热固性树脂砂型精密铸造法对型砂的要求较高，所用型砂的耐火度要高、热膨胀系数要小，无多晶型转变，并具有优良的矿物学特性，型砂的配制和再生设备价格昂贵，需要的投资大，且浇注时有气体污染环境。综上所述，陶瓷型在铸造热作模具生产中应用最为普遍，熔模铸造也常用来制造形状复杂的小型精密模具，热固性树脂砂铸造模具在前苏联用的较多，涂层转移法铸造模具近年来也有报导。但上述各种方法几乎都是化学成型方法，因而带来一些难以克服的弱点1)造型工艺复杂，操作要求严格，易出铸造废品；2)所用化学粘结剂、固化剂等消耗多、价格贵，产生有害气体污染环境，难以实现绿色铸造；3)对型砂的粒度、纯净度等均有较高的要求，不易实现低成本生产；4)砂处理设备和工艺复杂、旧砂回用困难、浪费资源及能源，废弃的旧砂亦造成较大的环境负担。V法铸造又称真空密封铸造、真空薄膜造型、减压造型或负压铸造。它通过真空吸力把加热呈塑性的塑料薄膜附着在模样或模板上并精确复制其形状，然后向特制的砂箱内填入无粘结剂的干砂，借助真空造成的砂型内外压力差使型砂紧实、成型，起模后下芯、合箱即可浇注。该法1971年出现于日本，1974年以后研究者增多。但作为一种新的物理成型方法，V法铸造还处在持续开发研制阶段，系统的工艺理论尚未建立，实际应用时常出现塌箱、粘砂、裂纹等问题，工艺过程各阶段可供参考的工艺参数如真空度及其保持时间等还不成熟，对V法精铸成型产生的缺陷如铸造裂纹、粘砂、缺肉等还未解决，尚待进一步研究。尤其是采用V法来直接制造热作模具至今尚未见报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现用各种模具铸造成型工艺存在的上述缺点，提供一种工艺简单、成本低廉、型本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种热作模具近终形铸造方法，其特征是用独特的Ｖ法近终形精密铸造成型工艺，其工艺各阶段压力控制为：覆模与造型时为０．０４～０．０７Ｍｐａ，浇注过程中为０．０３～０．０６Ｍｐａ，浇注结束时为０．０８～０．０９Ｍｐａ，浇注结束７～１５分钟后，撤去真空，压力恢复至０．１Ｍｐａ。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：赵宇光，姜启川，夏振佳，赵玉谦，张瑞卿，李国清，方健儒，王树奇，关庆丰，王春生，金胜灿，侯骏，王惠远，王金国，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：82[中国|长春]