专利名称:用于熔模铸造的型芯，制备这种型芯的方法，以及制备内部包含所述型芯的熔模铸造铸型 ...的制作方法
本发明涉及用于熔模铸造工艺的型芯以及制备这种型芯的方法，还进一步涉及装有这种型芯的熔模铸造铸型的制备方法。
安装在熔模铸造工艺的铸型中的陶瓷型芯应具有足够光滑的表面、能经受住压制蜡模的高强度，还应具有足够的高温强度，以便在烧结或浇注的高温环境下保持型芯的完整性。用于此目的现有型芯，通常由骨料成型，这种骨料包含矾土、锆或煅烧石英，然后将成型的型芯单独烧制或烧结。然而这种方法的生产率或操作效率低，并且制成的型芯尺寸精度差，特别是制备大尺寸的型芯时，获得精确的尺寸非常困难，成本也较高。
另外，传统的烧结型芯在用完之后难于破碎，不能用机械振动或冲击去除。因此，去除这些型芯，工作繁重，效率低下。
此外，传统型芯需要烧结，以获得还要的强度和完整性，而由于在烧结中所遇到的困难，使得在型芯的生产中，一些廉价的骨料，如石英砂，不能用作始料。
本发明的目的之一是提供一种型芯，它具有适于压制蜡模的光滑表面，并且具有在压制蜡模时能经受住高温操作的足够的热强度。
本发明的目的之二，是提供一种型芯，它具有高的生产率，低的成本，并且不经烧结就可使用，因此，用完之后，型芯可容易地用机械方法破碎去除。
本发明的目的之三，是提供一种用廉价石英砂制备的型芯。
本发明的第二个方面，是提供制备这种型芯的方法。
本发明的第三个方面，是提供一种制备熔模铸造铸型的方法。
根据上述目的，本发明所提供的型芯，含有一个芯体、一个含粘结剂层、一个涂层和一个石蜡层，其中，芯体基本由骨料和无机粘结剂构成，含粘结剂层由所述芯体的表面浸渍而成，涂层是将浆料涂挂在所述粘结剂层上面而成，石蜡层覆盖在所述涂层的外表面。
根据本发明的第二个方面所提供的制备型芯的方法包括如下步骤(a)将骨料与无机粘结剂混合;
(b)将混合后的骨料和无机粘结剂注入芯盒中，使之在其中固化，制得芯体;
(c)将固化的芯体浸入一个粘结剂槽中，使芯体的表面浸渗粘结剂;
(d)用浆料涂挂已浸渗粘结剂的芯体，随后干燥，形成涂层;
(e)用石蜡覆盖所述的涂层。
根据本发明的第三个方面所提供的制备熔模铸造铸型的方法包括如下步骤(a)将骨料与无机粘结剂混合;
(b)将混合后的骨料、无机粘结剂注入芯盒中，使之在其中硬化，制得芯体;
(c)将硬化的芯体浸入一个粘结剂槽中，使芯体的表面浸渗粘结剂;
(d)用浆料涂挂在步骤(c)浸渗过的芯体，随后干燥，形成涂层;
(e)用石蜡覆盖所说的涂层，制得型芯;
(f)将型芯放在一个压型内定位，然后往压型中注入构成熔模的材料，形成包含所说型芯的熔模;
(g)交替涂挂浆料、撒砂若干次，形成耐火材料层，然后干燥;
(h)脱去熔模，得到最后的铸型;
(i)同时焙烧所说的型芯和耐火层。
图1是依据本发明制备型芯的工艺流程图;
图2(A)-2(G)说明制备本发明型芯的步骤和制备应用该型芯的熔模铸造工艺的步骤。
下面参照图1和图2，对本发明的一个实施例进行具体描述。
第一步，将骨料和无机粘结剂混合在一起，可以用于本发明的一种骨料包含下列组分石英砂 75～100%(重量)石英粉 0～25%(重量)最好使用90%重量的石英砂和10%重量的石英粉。组分中所用的石英砂，其颗粒的大小相当于JIS G-5901(1954)标准中规定的＃7级则更为可取。
一种较好的无机粘结剂是JIS＃3硅酸钠(水玻璃)，将其慢慢加入主要组分即石英砂中，加入量为骨料总重的5～15%，最好是8～10%，然后混合(步骤100)。
骨料与无机粘结剂最好是在室温约20℃、相对湿度约55%的条件下混合约20分钟，混合完毕后立即将容器密封，防止水玻璃与大气中的二氧化碳反应而使混合料固化。
将混毕的骨料混合物注入一个芯盒(未画出)中，制得一个芯体10(参见图2(A))，在该步骤中，往模型中吹入热空气(约140℃～150℃)以促进芯体10的固化。此外，芯体10也可以用CO2法固化，此时，芯体10用一个加热到60°～80℃的木型成型，然后经吹气孔或木型分型面上的缝隙吹入二氧化碳气体，使木型中的芯体固化。固化后的无机粘结剂的粘结力，使得制备的芯体具有足够的强度和完整性，以便在蜡模压制成型期间保持其形状和尺寸。
第二步，是将芯体10浸入一个盛有粘结剂的槽中，使芯体10的表面被浸渗粘结剂层12所覆盖(见图1的步骤104和图2(B))。用于该步骤的一种较好的粘结剂是硅酸乙酯和胶态硅石，这样一种粘结剂从芯体10的表面浸渗到适当的深度，以增加芯体的高温强度。加有水玻璃并在上述的步骤100和102固化的骨料，在大约200℃以下具有足够的强度，但当温度超过200℃时，硬化的水玻璃对骨料的粘结强度突然下降，而在步骤104的浸渗有粘结剂的芯体，却在200°～1000℃的温度范围内具有足够的强度，保持芯体的完整。
浸渗粘结剂的芯体涂挂浆料(见步骤106和图2(C))。浆料要含有粘结剂和填料，例如，用于步骤106的一种浆料具有如下成分硅酸乙酯(粘结剂) 50%(重量)锆英粉＃350(填料) 50%(重量)浆料的涂挂，可以用浸渍的方法，将芯体10浸入一个浆料容器中，或用喷涂的方法，将浆料喷射到芯体的表面上，还可使用静电涂挂的方法，在芯体10和喷咀之间施加一个静电位差，使浆料雾珠沉积到芯体10的表面。例如，当浆料用浸渍法涂挂时，芯体10要在浆料容器中浸约60秒钟。在用浆料涂挂(步骤106)之前，已形成浸渗有粘结剂层12的芯体10可以干燥。
因此，在含粘结剂层12表面涂挂浆料，就形成了浆料涂层14，涂层14表面光滑，改善了芯体10的表面状况。提供这样一种涂层14也使浇注阶段铸型与熔融金属之间的相互作用得到改善，还能使型芯的高温强度进一步提高。涂挂浆料后将型芯体干燥，例如，在28℃及50%的相对湿度条件下用流速为1米/秒的空气吹3小时左右，大尺寸型芯还可用微波另外加热约10分钟使其干燥。
然后，使干燥的芯体10涂挂石蜡(步骤108和图2(D))。将挂有涂层14的芯体10浸入温度为80°～90℃的熔融石蜡中约10分钟，于是在涂层14的表面形成一个蜡层16，从而防止涂层14的碎裂或脱落。蜡层16也用来增加型芯的强度，防止其在运送过程中断裂，并且，能防止型芯在储存期间吸湿。
经过上述步骤，即芯体10浸渗粘结剂，形成含粘结剂层12，然后依次在含粘结剂层12的外表面形成涂层14和蜡层16，制得图2(D)所示的成品型芯10A。
用传统的方法使型芯10A在压型18中安装定位，向由型芯10A和压型18所限定的型腔中压注形成熔模的材料，如蜡或泡沫聚苯乙烯，形成一个熔模20(步骤110;图2(E))，然后从压型18中取出熔模20，并在其表面涂挂耐火材料，步骤是将熔模20在一个盛浆料的容器中浸渍浆料(步骤112)后，再在浆料涂层外面撒砂(步骤114)，重复该操作过程若干次，即形成一个具有所需厚度的耐火材料层22(图2(F))。耐火材料层22充分干燥之后(步骤116)，用脱蜡法去除熔模20(步骤118)，然后焙烧耐火材料层22(步骤120)。在脱蜡步骤中，型芯10A上的蜡层16也被熔去，从而使涂层14暴露于型芯10A的表面。在焙烧阶段(步骤120)，失去蜡层16的型芯10A也随壳型的耐火材料层22一起同时焙烧，经过上述顺序的操作，形成一个内部包含芯体10的陶瓷壳型24，芯体10上具有一个浸渗粘结剂层12，在层12上还覆盖着一个涂层14(图2(F))。
将熔融金属浇入陶瓷壳型24的型腔，即由陶瓷壳型24的耐火材料层22的内壁与型芯10的涂层14的外表面所限定的空腔中(步骤122)，冷却后，去除外部的壳型(步骤124)，再去除芯体10和涂层14(步骤126)。芯体10的涂层14的去除，是先用机械振动或冲击的方法去掉大部分型芯，随后将浇成的金属件浸入苛性钠溶液或热熔苛性钠中，溶去芯体和涂层的剩余部分，从而得到最终的铸造产品，如图2(G)所示，本发明的这种方法的一个重要优点是芯体在步骤126中容易破碎去除，这是因为浸渗粘结剂层12的深度自发地控制在适当的程度，而不使芯体10的心部浸有粘结剂。
在上述实施例的两个独立步骤104和106中，芯体10是分别浸渗粘结剂(步骤104)和涂挂浆料(步骤106)的，但这两个步骤可以合并成一步来处理芯体10，这可以通过下述措施来实现。即，使所用的浆料含有在步骤104中使用的粘结剂，并增加芯体在浆料容器中的浸渍时间，以使浸入芯体的粘结剂达到所要求的深度。
虽然在上文涉及的本发明实施例中所制备的型芯是与陶瓷壳型配合使用的，但是，对于熟知本领域的人员来说，很明显，本发明的型芯也可以方便地用于其他熔模铸造工艺，如整体铸型工艺。
可用于本发明的骨料和粘结剂不只局限于上面实施例专门涉及的那些材料，例如，作为骨料的石英砂可以部分或全部地用矾土、煅烧石英、锆石或煅烧莫来石代替，磷酸盐粘结剂可以用作无机粘结剂加到骨料中与之混合。
本发明所提供的型芯具有能经受住蜡模压制成型操作的强度，并且在铸型焙烧和熔融金属的浇注阶段也具有足够的高温强度，而型芯在装入外部壳型之前并不需要烧结。由于摈弃了型芯的烧结步骤，从而简化了整个工艺过程，提高了生产率，降低了成本，还有一个优点是，可比较容易地控制型芯的尺寸。使用同样的材料制备型芯和外部壳型也是可能的，这样可使型芯和外部壳型的热膨胀系数基本相同，从而精确控制成品铸件的尺寸，这对于生产大尺寸的铸件尤为合适。
本发明的另一个重要特点是，浸入芯体的粘结剂限制到一个适当的深度，因此使用后的型芯易于破碎或溃散而去除。
涂层用于使成型芯体的粗糙表面变得平滑，并且在以后的浇注阶段抑制熔融金属与型芯之间发生的相互作用，以便防止形成粗糙的铸件表面。由于涂层的存在，使得型芯在焙烧和浇注阶段的高温强度进一步增加，从而提高了整个铸造过程的铸件实收率。
蜡层用于防止涂层的脱落，并增加型芯的强度，以防型芯在运送过程中断裂，此外，蜡层还用于防止型芯在储存期间吸湿。
权利要求
1.一种型芯，它包含一个基本由骨料和无机粘结剂构成的芯体、一个在所述芯体表面的浸渗粘结剂层、一个在所述粘结剂层上涂挂浆料而形成的涂层和一个覆盖在所述涂层外表面的石蜡层。
2.一种制备型芯的方法，包括下列步骤(a)将骨料和无机粘结剂混合;(b)将混合后的骨料和无机粘结剂注入芯盒中，使之在模型中固化，制得芯体;(c)将固化的芯体浸入一个粘结剂槽中，使芯体的表面浸渗粘结剂;(d)用浆料涂挂已浸渗粘结剂的芯体，随后干燥，形成涂层;(e)用石蜡覆盖所述的涂层。
3.按照权利要求
2所述的方法，其特征为，所说的用于步骤(a)中的骨料主要由石英砂组成，用于步骤(a)中的无机粘结剂主要由水玻璃组成。
4.按照权利要求
2所述的方法，其特征为，用于步骤(a)的骨料包括石英砂和硅石粉。
5.按照权利要求
2所述的方法，其特征为，用于步骤(c)的粘结剂至少包括硅酸乙酯和胶态硅石二组分之一。
6.按照权利要求
2所述的方法，其特征为，用于步骤(d)中的浆料包括硅酸乙酯粘结剂和锆英石粉填料。
7.按照权利要求
2所述的方法，其特征为，所述步骤(d)，浆料的涂挂由静电涂覆来完成。
8.按照权利要求
2所述的方法，其特征为，将所述芯体浸入一个浆料槽中，使之涂挂浆料。
9.按照权利要求
2所述的方法，其特征为，在步骤(d)中，所述的浆料被喷射到芯体上，以使所述的芯体涂挂浆料。
10.一种制备熔模铸造铸型的方法，包括如下步骤(a)将骨料与无机粘结剂混合;(b)将混合后的骨料和无机粘结剂注入芯盒中，使之在模型中固化，制得芯体;(c)将硬化的芯体浸入一个粘结剂槽中，使芯体的表面浸渗粘结剂;(d)用浆料涂挂在步骤(c)浸渗过的芯体，随后干燥，形成涂层;(e)用石蜡覆盖所述的涂层，制得型芯;(f)将型芯放在一个压型内定位，然后往所述的压型中注入构成熔模的材料，形成包含所说型芯的熔模;(g)交替地涂挂浆料、撒砂若干次，形成耐火材料层，然后干燥;(h)脱去所述熔模，得到最后的铸型;(i)同时焙烧所说的型芯和耐火层。
专利摘要
本发明提供了一种与熔模铸造工艺型壳相配合的型芯，该型芯包含一个基本由骨料和无机粘结剂构成的芯体、一个在所述芯体表面的浸渗粘结剂层、一个在所述粘结剂层上涂挂浆料而形成的涂层和一个覆盖在所述涂层外表面的石蜡层。此外，本发明还提供了制备这种型芯，以及制备装有这种型芯的熔模铸造铸型的方法。
文档编号B22C1/00GK87105530SQ87105530
公开日1988年4月13日 申请日期1987年8月12日
发明者佐佐木信义 申请人:佐佐木信义导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan