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免烧结陶瓷型芯的制作工艺

2021-02-16 07:37:04

免烧结陶瓷型芯的制作工艺

  技术领域

  本发明涉及陶瓷型芯的制作工艺,尤其涉及免烧结陶瓷型芯的制作工艺。

  背景技术

  型芯,是做出铸件内腔形状的一次性模具。在传统型芯制作工艺中,考虑到使用型芯在铸造过程中的刚性问题,均会对型芯采用烧结工艺,以保证型芯在使用过程中的强度和硬度。

  以下是利用型芯制作产品的传统成熟工艺:熔模铸造,也称失蜡铸造。该工艺过程为:1、制蜡模:选用适宜的熔模材料(如石蜡)制作熔模;2、制壳:在熔模上重复沾耐火涂料与撒耐火砂工序,硬化型壳及干燥;3、脱蜡:再将内部的熔模溶化掉,获得型腔;4、焙烧:焙烧型壳以获得足够的强度,及烧掉残余的熔模材料;5、浇铸:浇注所需要的金属材料,凝固冷却;6、脱壳、清理型芯:清除壳后清理型芯,从而获得高精度的成品。

  以上工艺在第6步的清理型芯过程,是极其艰难的,最主要原因是型芯采用了烧结工艺,导致烧结后的型芯硬度和强度都很大,用物理方法如震动、抛丸、喷砂、喷高压水、超声波等进行清理极为困难,只能采用酸、碱腐蚀等化学方式来清理。而采用化学方式清理型芯的同时也会对铸件产品本身产生腐蚀,造成铸件损坏,甚至还要考虑环境污染的问题。

  烧结后的型芯在铸造过程中还会带来后续问题,主要体现在烧结后的型芯退让性是不足的,容易在金属液体凝固时产生裂纹,导致铸件成品有瑕疵,内表面不光滑等问题。

  受固有思维影响,既然需要对型芯进行烧结,那么现有技术中采用的型芯原材料基本上是二氧化硅(石英)、氧化镁加烧结剂(矿化剂)或氧化铝为基材的型芯(这些型芯统称为烧结型陶瓷型芯),利用这些原材料烧结而出的型芯,又会重复产生型芯清理困难,铸件瑕疵的问题。

  因此,有必要提供一种克服技术偏见而免烧结的陶瓷型芯,使型芯在使用过后既容易清理又不污染环境。

  发明内容

  本发明旨在解决上述问题而提供一种免烧结陶瓷型芯制作工艺,该工艺调整了陶瓷型芯的配方,使利用该配方材料在80-130摄氏度的成型模具压制成型即可,其具备常温状态下的强度,方便保存、运输,又免去了高温烧结的步骤。极大的提高了生产效率,降低了生产成本。

  为实现上述目的,本发明的免烧结陶瓷型芯的制作工艺,包括如下步骤:

  S1:取质量份数78-82份的氧化镁粉末、质量份数为15-17份的有机胶粘剂、质量份数为0.3-1份的纤维搅拌40-80分钟,使之均匀混合成粘稠状物料;

  S2:将粘稠状物料注入温度为80-130摄氏度的成型模具,并保温150-300秒使粘稠状物料成型;

  S3:将成型后的物料开模取出后修整,形成陶瓷型芯。

  进一步的,所述的有机胶粘剂包括水性丙烯酸树脂、润湿剂、脱模剂和润滑剂,按质量百分比,其中水性丙烯酸树脂占65%-70%,润湿剂占5%-12%,脱模剂占0.5%-3%,润滑剂占13%-21%。

  进一步的,所述的氧化镁粉末纯度为98%-100%。

  进一步的,所述的纤维为塑料纤维、黄麻纤维的其中一种或二者的组合。

  进一步的,步骤S2中所述的成型模具的成型压力为110Kg/cm2-160Kg/cm2。

  本发明的贡献在于提供了一种免烧结陶瓷型芯制作工艺,该工艺中将陶瓷型芯的配方进行了调整,利用膨胀系数大的氧化镁作为主材,并将有机胶粘剂和氧化镁进行均匀混合,加入纤维加强混合物料的强度。上述物质均匀混合后注入80-130摄氏度的成型模具,并保温150-300秒使粘稠状物料成型形成型芯。免去了传统型芯制作的烧结工艺,极大的提高了生产效率,降低了生产成本。

  利用该工艺制作的型芯具备以下性能:

  1、在常温状态下,压制成型的型芯使存储和运输不受任何影响,同时还可保证型芯满足制做蜡膜需要的低温强度。

  2、在使用型芯制作铸件的焙烧和浇铸阶段,具备型芯所需的高温强度,焙烧使型芯的树脂和纤维被烧掉,留下空隙被氧化镁颗粒膨胀而部分填充。氧化镁颗粒在浇铸过程随着温度升高膨胀,其膨胀率比壳体材料高几倍,使得颗粒挤在一起紧密接触,这样获得高温强度。

  3、在浇铸后凝固阶段,具备金属液体收缩凝固成型收缩时的退让性,使铸件成型收缩时不受阻。

  4、在脱壳阶段,具备松散的低强度,由于克服了技术偏见,免去了对型芯的烧结工艺,从而使得型芯材料在浇铸后硬度低,使用物理方法如震动、抛丸、喷砂、喷高压水、超声波等就可以将型芯清理掉。无需采用酸碱腐蚀等化学方式清理型芯,保证铸件不受化学损伤的同时防止环境污染。

  附图说明

  图1为本发明的步骤流程图。

  图2为型芯成型——焙烧的型芯内部结构状态示意图。

  图3为利用本发明工艺制作的型芯产品图。

  具体实施方式

  下列实施例是对本发明的进一步解释和补充,对本发明不构成任何限制。

  实施例1

  本实施例的免烧结陶瓷型芯的制作工艺,如图1所示,包括如下步骤:

  S1:取质量份数80份的氧化镁粉末、质量份数为16份的有机胶粘剂、质量份数为0.5份的纤维搅拌60分钟,使之均匀混合成粘稠状物料;

  S2:将粘稠状物料注入温度为120摄氏度的成型模具,并保温240秒使粘稠状物料成型;

  S3:将成型后的物料开模取出后修整,形成陶瓷型芯。

  该工艺中将陶瓷型芯的配方进行了调整,利用膨胀系数大的氧化镁作为主材,并将有机胶粘剂和氧化镁进行均匀混合,加入纤维加强混合物料的强度。上述物质均匀混合后注入120摄氏度的成型模具,并保温240秒使粘稠状物料成型形成型芯。本实施例的陶瓷型芯制作工艺,克服了型芯制作需要烧结的技术偏见,免去了传统型芯制作的烧结工艺,极大的提高了生产效率,降低了生产成本。利用该工艺形成的型芯产品如图3所示。

  如图2所示,利用该工艺制作的陶瓷型芯,在常温状态下,氧化镁粉末被树脂包裹,具备以下效果:压制成型的型芯使存储和运输不受任何影响,同时还可保证型芯满足制做蜡膜需要的低温强度。强度标准:以直径3.93mm,长度25mm的圆形棒为测试样品,在跨度20mm的支点测试剪切力大于1.5公斤。

  在使用型芯制作铸件的焙烧和浇铸阶段,具备型芯所需的高温强度。如图2所示,焙烧过程使型芯的树脂和纤维被烧掉,从而留下空隙,空隙被氧化镁颗粒膨胀而填充。氧化镁颗粒在浇铸过程随着温度升高膨胀,其膨胀率比壳体材料(壳体材料一般为莫来石:显示在图2中左右两端的材料)高几倍,使得颗粒挤在一起紧密接触,从而获得型芯需要的高温强度,氧化镁膨胀系数大于壳体的膨胀系数是氧化镁颗粒间距缩小直至接触的关键。

  在浇铸后凝固阶段,具备金属液体收缩凝固成型收缩时的退让性,使铸件成型收缩时不受阻。从而保证铸件不会出现裂缝,而且内表面也光滑,成品合格率高。

  在焙烧和浇铸阶段,配方中的有机胶粘剂也会被烧掉,从而使得氧化镁粉末之间仅存在松散的邻接,并无粘接现象,依靠膨胀力保证型芯的高温强度。而在脱壳阶段,氧化镁粉末之间膨胀度降低,从而使得型芯松散,具备清理型芯需要的低强度。使用物理方法如震动、抛丸、喷砂、喷高压水、超声波等就可以将型芯清理掉。无需采用酸碱腐蚀等化学方式清理型芯,保证铸件不受化学损伤的同时防止环境污染。

  实施例2

  本实施例中有机胶粘剂包括水性丙烯酸树脂、润湿剂、脱模剂和润滑剂。

  有机胶粘剂的组成成分如下表1:

  表1、有机胶粘剂组成成分表(质量百分比,%)

  

  水性丙烯酸树脂在常温状态下将氧化镁包裹并初步定型成型芯;润湿剂用于降低氧化镁粉末的表面能,使氧化镁粉末达到更好的润湿效果;脱模剂有利于型芯成型后的脱模,脱模过程不产生粘接;润滑剂的作用在于减少充模过程中的摩擦力,使粘稠状物料可顺利充满模具。本领域的技术人员为实现有机胶粘剂的其他性能(如热塑性、热固性),添加相应制剂而不需要付出创造性的劳动即可联想的其它实施方式,这些方式都将落入本实施例的的保护范围之内。

  实施例3

  所述的纤维为塑料纤维、黄麻纤维的其中一种或二者的组合。纤维用于支撑常温状态下型芯定型后的强度。在高温状态下,纤维被烧掉并腾出氧化镁膨胀的空间。

  实施例4

  步骤S2中所述的成型模具的成型压力为110Kg/cm2-160Kg/cm2。

  尽管通过以上实施例对本发明进行了揭示,但本发明的保护范围并不局限于此,在不偏离本发明构思的条件下,对以上各构件所做的变形、替换等均将落入本发明的权利要求范围内。

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