一种熔模铸造型壳的脱蜡方法与流程

本发明属于熔模铸造技术领域，具体涉及一种快速成型熔模铸造型壳的脱蜡方法。

背景技术：

熔模铸造是一种采用可熔性一次模料制得型壳并浇注铸件的方法。熔模铸造的工艺过程是，在熔模组表面涂覆一层由耐火粉与粘结剂组成的浆料，然后撒一层耐火砂，重复多次直至形成一定厚度的型壳，然后经过干燥、脱蜡、焙烧后浇注，并对脱壳后的铸件进行一定的清理、检验及热处理，完成熔模铸件的制造。

传统的熔模铸造所用蜡模多采用压型压制，而采用选择性激光烧结(sls)技术可以根据用户提供的二维、三维图形，或通过对实物进行扫描所得到的文件数据，而不需要制备压蜡的模具，迅速、精确地制造出原形件，极大地缩短了熔模铸造周期，并且可制作形状几乎任意复杂的零件，因此受到了高度的关注，在熔模铸造领域已得到了广泛的运用。

聚苯乙烯(ps)等高分子材料，制造精度较高，常被用来做sls模料，但其还存在力学强度较低、表面光洁度不足的问题，因此sls原型件必须经过浸蜡后处理。常用的浸蜡材料是石蜡，在石蜡的熔点温度以上，将烧结件浸入石蜡，液态石蜡便会快速渗透烧结件内部的孔隙。随着温度降低石蜡冷却凝固，烧结件内部与表面的孔隙会被填补而变得更加紧密光滑，从而提高了原型件的强度与光洁度。

杨劲松等人在《sls模料特性及熔模铸造工艺研究》(特种铸造及有色合金2007年第27卷第1期)中提到，sls模料为以聚苯乙烯为主的高分子材料，聚苯乙烯在分解温度以上受热时会分解成苯乙烯等化学结构极不饱合的单体，当单体进入气相燃烧时，由于双键、苯环燃烧的需氧量大，所以即便是在敞开的空气中也会因燃烧不完全而冒出大量黑烟。这会对空气造成极大的污染。另一方面，如果在燃烧过程中氧含量不足，就会形成一层致密的碳化层覆盖于模料的表面，阻碍sls模料的进一步分解和燃烧，使得模料脱除不完全，在其后的浇注工艺中造成铸件夹渣。

在公开号为cn103722127a的发明创造中提出了一种基于光固化(sl)的快速熔模铸造方法，该方法把复杂零件用的蜡型采用成本较高的光固化(sl)方式的3d打印树脂制作，再通过蜡浇注系统和光固化树脂原型形成复合模组。该方法脱蜡时只脱去浇道蜡，树脂在焙烧过程中脱去，采用高温入炉，使树脂原型快速燃烧，但是仍有可能发生不完全燃烧，对环境造成比较严重的污染。

在公开号为cn103128229a的发明创造中提出了一种基于选区激光粉末烧结快速成型技术应用的熔模铸造型腔清洁方法，其技术方案是：模组组装工序时,在蜡模的顶端和次顶端焊接排渣道和集渣器，经制壳、脱蜡工序后，在焙烧工序可以有效地控制液态蜡模的流动排除和余留残渣的聚集，从而获得清洁的型腔。该方法可以用来解决蜡模在焙烧过程中滞留于型腔内形成残渣的问题，避免铸件铸造缺陷的产生，但实施不方便，也有可能对环境造成比较严重的污染。

技术实现要素：

为克服现有技术中存在的对环境造成比较严重的污染的不足，把发明提出了一种熔模铸造型壳的脱蜡方法。

本发明的具体过程是：

步骤1，浇口处脱蜡。把涂挂好的型壳放入电热鼓风干燥箱中，调节电热鼓风干燥箱的温度，使型壳在150℃保温60min。

步骤2，石蜡和聚苯乙烯的脱出。调节电热鼓风干燥箱的温度，使型壳以2～3个温度梯度的阶梯升温方式升温至170～190℃，并在每个温度梯度分别保温60～120min；完成对型壳的脱蜡。

所述阶梯升温的具体过程是：第一个温度梯度为170～180℃，第二个温度梯度为>180℃≤190℃,第三个温度梯度＝190℃。

在所述保温脱蜡中，每30min将溶化并后流入容器中的蜡料清倒一次，以避免溶化后的蜡料在干燥箱内分解。

本发明针对目前涂挂在快速成形蜡模上的型壳脱蜡困难，若直接焙烧又污染严重的问题，而寻求的一种少污染、操作方便的脱蜡方法，以达到清洁铸造、绿色铸造的目的。

本发明的脱蜡方法在干燥箱或焙烧炉等设备中进行，脱蜡设备内应放置盛蜡容器，并每0.5～1小时拿出来倾倒一次以避免流出的蜡在脱蜡设备中分解，步骤中的保温时间应根据铸件的大小和结构来调整。

本发明针对sls模料直接焙烧对环境污染大、易产生蜡模残渣的问题，设置一个有效的加热脱蜡过程。由于石蜡和聚苯乙烯的熔点差别较大，石蜡熔点约为62℃，聚苯乙烯熔点约为180℃，且在熔模中两者是裹在一起的，不可能先完全脱掉石蜡再升温去脱掉聚苯乙烯。由附图1可知，石蜡在150℃左右开始分解，ps粉在230℃左右开始分解。当脱蜡温度低于150℃时，石蜡和聚苯乙烯基本不能流动，脱蜡效率低；当脱蜡温度高于190℃时，石蜡就开始分解冒烟。因此考虑可以利用150—190℃这一段温度段进行脱蜡。脱蜡开始阶段，考虑先在较低温度保温一段时间使浇口处的熔模变软整体掉落，为后面在较高温度下脱蜡做好准备。随后升温到较高温度保温一段时间使石蜡和聚苯乙烯不间断流出，这样就可以减少型壳在后续焙烧过程中对环境造成的污染。

为了验证脱蜡工艺的保温温度和保温时间，采用了大量的实验，最终发现，第一阶段的脱蜡过程在150℃保温1小时即可以使浇口处的蜡整体掉落，此温度下基本没有聚苯乙烯流出所以保温时间不需要太长。第二阶段在170～190℃分段保温3～5个小时即可以使大部分石蜡和聚苯乙烯流出。分段保温的目的是逐渐升高温度，尽量使石蜡和聚苯乙烯在不分解的情况下流出，减少环境污染；若保温时间太长则会导致脱蜡工序时间太长，不利于工业生产。

采用本发明方法后的有益效果是，脱蜡过程中石蜡和聚苯乙烯可以顺利不间断流出，脱蜡结束后型壳内的熔模残留少，脱蜡效率较高。采用称重法对脱蜡的效率进行计算，脱蜡效率＝(干燥后型壳的质量-脱蜡后型壳的质量)/蜡模总质量×100％，发现型壳的脱蜡效率均在70％以上。本发明的脱蜡方法适用于各种脱蜡设备，脱蜡过程中可能会有少量的石蜡分解，但石蜡的分解率在10％以内，基本没有聚苯乙烯的分解。与其他不经过脱蜡过程或脱蜡时只脱掉石蜡的工艺过程相比，本发明极大地减少了型壳在焙烧过程中对空气的污染。

附图说明

图1是石蜡和聚苯乙烯模料在空气气氛下升温过程中的热重曲线，图中1是石蜡在空气气氛下升温过程中的热重曲线，2是聚苯乙烯模料在空气气氛下升温过程中的热重曲线。

图2是实施例一中150℃保温1小时后的脱蜡效果图。

图3是实施例一中分别在180℃、190℃保温2小时后的脱蜡效果图。

图4是本发明的流程图。

具体实施方式

实施例一

本实施例是一种快速成型熔模铸造型壳的脱蜡方法，具体实施步骤如下：

步骤1，浇口处脱蜡。把涂挂好的型壳放入电热鼓风干燥箱中，调节电热鼓风干燥箱的温度，使型壳在150℃保温60min。保温中，在型壳的浇口和排气孔的下方放置用于承接蜡料的容器，每过半小时清倒掉里面的蜡液，及时把流出的蜡液拿出干燥箱，以避免其在干燥箱内分解。

步骤2，石蜡和聚苯乙烯的脱出。调节电热鼓风干燥箱的温度，使型壳以2个温度梯度的阶梯升温方式升温至180～190℃，并在每个温度梯度分别保温100min；完成对型壳的脱蜡。在保温脱蜡中，每30min将溶化并后流入容器中的蜡液清倒一次，以避免蜡液在干燥箱内分解。本实施例中，将型壳升温至180℃并保温100min。待保温结束后，型壳继续升温至190℃保温100min后完成对型壳的脱蜡。

本实施例中，型壳在150℃保温1小时后的脱蜡效果如附图2所示，可以看到蜡模变软，浇口处的蜡模整体掉落，并且伴有有石蜡流出。型壳脱蜡结束时的脱蜡效果如附图3所示，可以看到，石蜡已基本流完，存在聚苯乙烯沿着浇口壁、排气孔成股流出的痕迹。脱蜡完成后，通过脱腊公式:

脱蜡效率＝(干燥后型壳的质量-脱蜡后型壳的质量)/蜡模总质量×100％。

计算出本实施例的脱蜡效率为85％。

实施例二

本实施例是一种快速成型熔模铸造型壳的脱蜡方法，具体实施步骤如下：

步骤1，浇口处脱蜡。把涂挂好的型壳放入电热鼓风干燥箱中，调节电热鼓风干燥箱的温度，使型壳在150℃保温60min。保温中，在型壳的浇口和排气孔的下方放置用于承接蜡料的容器，每过半小时清倒掉里面的蜡液，及时把流出的蜡液拿出干燥箱，以避免其在干燥箱内分解。

步骤2，石蜡和聚苯乙烯的脱出。调节电热鼓风干燥箱的温度，使型壳以2个温度梯度的阶梯升温方式升温至175～180℃，并在每个温度梯度分别保温120min；完成对型壳的脱蜡。在保温脱蜡中，每30min将溶化并后流入容器中的蜡液清倒一次，以避免蜡液在干燥箱内分解。本实施例中，将型壳升温至175℃并保温120min。待保温结束后，型壳继续升温至180℃保温120min后完成对型壳的脱蜡。

脱蜡完成后，通过脱腊公式:

脱蜡效率＝(干燥后型壳的质量-脱蜡后型壳的质量)/蜡模总质量×100％。

计算出本实施例的脱蜡效率为75％。

实施例三

本实施例是一种快速成型熔模铸造型壳的脱蜡方法，具体实施步骤如下：

步骤1，浇口处脱蜡。把涂挂好的型壳放入电热鼓风干燥箱中，调节电热鼓风干燥箱的温度，使型壳在150℃保温60min。保温中，在型壳的浇口和排气孔的下方放置用于承接蜡料的容器，每过半小时清倒掉里面的蜡液，及时把流出的蜡液拿出干燥箱，以避免其在干燥箱内分解。

步骤2，石蜡和聚苯乙烯的脱出。调节电热鼓风干燥箱的温度，使型壳以3个温度梯度的阶梯升温方式升温至170～190℃，并在每个温度梯度分别保温90min；完成对型壳的脱蜡。在保温脱蜡中，每30min将溶化并后流入容器中的蜡液清倒一次，以避免蜡液在干燥箱内分解。本实施例中，将型壳升温至170℃并保温90min。待保温结束后，型壳继续升温至180℃并保温90min后，再次将型壳继续升温至190℃保温90min后完成对型壳的脱蜡。在保温脱蜡中，每30min将溶化并后流入容器中的蜡液清倒一次，以避免蜡液在干燥箱内分解。

脱蜡完成后，通过脱腊公式:

脱蜡效率＝(干燥后型壳的质量-脱蜡后型壳的质量)/蜡模总质量×100％。

计算出本实施例的脱蜡的脱蜡效率为76％。