一种脱芯设备及水溶蜡芯的脱芯方法与流程

[0001]
本发明涉及蜡膜制造技术领域，特别涉及一种脱芯设备及水溶蜡芯的脱芯方法。


背景技术：

[0002]
水溶蜡是精密铸造行业使用的一种特殊蜡料，一般由不溶于水的尺寸小于1μm的一种或几种蜡颗粒(如动物蜡，植物蜡，石化蜡，合成蜡等)与填充在蜡颗粒中间充当粘结剂的可溶于水的弱酸盐(如聚丙烯酸钠盐，海藻酸钠等)组成，其用来形成具有复杂内腔结构蜡模，并降低模具设计的难度。使用水溶蜡首先需要使用水溶蜡注射形成水溶蜡芯，然后将水溶蜡芯放在模具中注射最终蜡模。然后包裹水溶蜡芯的蜡模放置在含有柠檬酸或稀盐酸中将水溶蜡芯溶解去除，最终得到最终蜡模本体。水溶蜡芯在溶解过程中，会消耗脱芯酸溶液中的h
+
，溶解速度逐渐降低，因此对溶解液进行搅拌，保证水溶蜡芯附件的h
+
浓度对脱芯效率至关重要。水溶蜡芯根据尺寸及与溶剂接触面积大小不同，溶解时间可以在几小时至十几小时不等，严重影响生产效率。
[0003]
超声波是一种频率高于20000hz的声波，它具有方向性好，穿透能力强，易于获得集中的声能，在水中传播距离远等特点，在医学、军事、工业、农业上又很多应用。超声波清洗是利用超声波在液体中的空化作用，使清洗物产生震动，剥离，使污染层被分散、乳化、搅拌而达到清洗的目的。超声波能够促使溶解的水溶蜡颗粒脱离本体，提高脱除效率。但超声波发生器长时间工作会导致清洗槽内液体升温，影响槽内蜡模尺寸稳定性。
[0004]
为此，特提出本发明。


技术实现要素：

[0005]
本发明的第一目的在于提供一种脱芯设备，该脱芯设备可用于水溶蜡芯脱芯，通过增加超声波及气泡搅拌大幅增加了脱芯效率，同时具有温控功能，能够保证槽内液体温度稳定，因而通过多重措施保证蜡模尺寸稳定。
[0006]
本发明的另一目的在于提供一种水溶蜡芯的脱芯方法，该方法采用超声波及气泡两种搅拌措施促进蜡芯溶解，大幅提高了脱芯效率，同时在超声过程中控制温度避免温度过高，从而保证蜡模尺寸稳定。
[0007]
为了实现以上目的，本发明提供了以下技术方案：
[0008]
一种脱芯设备，包括：
[0009]
脱芯槽，
[0010]
与所述脱芯槽连接的超声波换能器，
[0011]
与所述超声波换能器匹配的超声波发生器，
[0012]
设置于所述脱芯槽内的热电偶，
[0013]
分别与所述热电偶和超声波发生器连接的控制器，所述控制器用于：所述热电偶检测所述脱芯槽的温度超过预设温度后，控制所述超声波发生器关闭；
[0014]
以及设置于所述脱芯槽内的通气管，所述通气管的一端通过气体压缩泵与所述脱
芯槽的外界连通，并且所述通气管位于所述脱芯槽内的部分设有多个通孔。
[0015]
该脱芯设备可用于水溶蜡芯脱芯，通过增加超声波及气泡搅拌大幅增加了脱芯效率，同时具有温控功能，能够保证槽内液体温度稳定，因而通过多重措施保证蜡模尺寸稳定，其工作原理如下。
[0016]
向脱芯槽内注入脱芯液(通常根据蜡芯材料而定，例如对于水溶蜡芯常采用柠檬酸或稀盐酸溶液)，然后将含有水溶蜡芯的蜡膜置于脱芯槽内。之后开启超声波发生器使超声波换能器工作产生超声波，同时利用气体压缩泵向通气管内通入压缩空气，从而使气泡从脱芯槽的脱芯液中溢出，在超声波和压缩气泡的双重搅拌作用下，脱芯液加速对蜡芯溶解，从而高效率地脱除蜡芯。在此过程中，根据蜡膜的耐高温性设定一个温度上限，当热电偶检测到脱芯槽的温度超过预设温度后，控制所述超声波发生器关闭，从而保证蜡膜始终处于安全温度范围内，由此保证蜡膜尺寸稳定。
[0017]
由此可见，本发明的脱芯设备不仅提高了脱芯效率，还保证了蜡膜尺寸稳定。
[0018]
在一些优选实施方式中，所述通气管在所述脱芯槽内呈回字形分布或迂回分布。
[0019]
这样可以提高水管在脱芯槽内的分布密度，从而增大气泡产生量，促进溶解快速进行。
[0020]
在一些优选实施方式中，所述通气管位于所述脱芯槽内底部。通气管设置在底部方便蜡膜的放置。
[0021]
在一些优选实施方式中，所述脱芯槽内还设有循环冷却水管，所述冷却水管连接有水泵。
[0022]
当脱芯槽内的温度高于预设温度后，可以开启冷却水循环，使快速降温。
[0023]
在一些优选实施方式中，还包括沥水篮，所述沥水篮可放置于所述脱芯槽内，并且所述沥水篮侧壁上设有多个沥水孔。
[0024]
设置沥水篮方便蜡膜的放置和取出，以便从脱芯槽中取放蜡膜对其造成破坏。
[0025]
在一些优选实施方式中，所述水泵与所述控制器连接，所述控制器还用于：所述热电偶检测所述脱芯槽的温度低于预设温度后，控制所述水泵关闭。
[0026]
这样可以保证脱芯槽的温度处理更合适的范围内，利于溶解快速进行。
[0027]
本发明还提供了一种水溶蜡芯的脱芯方法，包括：
[0028]
将待脱芯的蜡膜置于脱芯液中，进行超声处理，同时向所述脱芯液中通入压缩气泡直至所述蜡膜中的蜡芯完全溶解；所述超声处理过程中，若脱芯液温度高于25℃，则停止超声处理。
[0029]
在以上方法中，利用脱芯液(典型的脱芯液主要指酸液)与水溶蜡成分中充当粘结剂作用的的弱酸盐发生化学反应，形成溶于水的弱酸与强酸盐，加速水溶蜡芯的溶解。除此之外，增加超声波和气动搅拌，通过超声波加剧脱芯液分子的运动，加速水溶蜡芯中微米蜡颗粒的脱落，特别是对常规机械或气泡搅拌效果不好的狭窄内腔区域保持较高的脱芯效率。同时，为了避免超声波机械震动导致的脱芯液温度上升，通过在脱芯液内部放置冷却水管来保证脱芯液的温度保持恒定，保证了脱芯液中蜡模的强度，避免了其在脱芯过程中发生变形。
[0030]
可见，该方法也是采用超声波及气泡两种搅拌措施促进蜡芯溶解，大幅提高了脱芯效率，同时在超声过程中控制温度避免温度过高，从而保证蜡模尺寸稳定。
[0031]
在一些优选实施方式中，所述超声处理的工艺条件为：40000hz，300～500w。
[0032]
在一些优选实施方式中，所述压缩气泡的压力0.4～0.6mpa，气体流速为0.01～0.1m3/s。
[0033]
在一些优选实施方式中，还包括：若脱芯液温度高于25℃，则采用循环冷却水对脱芯液进行冷却。
[0034]
在一些优选实施方式中，蜡膜在所述脱芯液中溶解完全后，取出蜡膜，用清水清洗1～5分钟，然后使用压缩空气将蜡模表面水分吹干。
[0035]
在一些优选实施方式中，所述脱芯液为硝酸、柠檬酸或盐酸的水溶液。
[0036]
在一些优选实施方式中，所述脱芯液中酸的浓度为10％～30％。
[0037]
综上，与现有技术相比，本发明达到了以下技术效果：
[0038]
(1)提高了脱芯效率；
[0039]
(2)保证蜡膜尺寸稳定。
附图说明
[0040]
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
[0041]
图1为本发明提供的脱芯设备的主视图；
[0042]
图2为本发明提供的脱芯设备的立体图；
[0043]
图3为本发明提供的脱芯槽的透视图；
[0044]
图4为本发明提供的脱芯槽的俯视图；
[0045]
图5为本发明提供的含有水溶蜡芯的蜡膜示意图；
[0046]
图6为图5蜡膜脱芯后的示意图；
[0047]
图7为蜡膜在不同温度下的抗弯强度和相较于20℃下的强度损失；
[0048]
附图标记：
[0049]
1-脱芯槽，2-超声波换能器，3-热电偶，4-超声波发生器，5-控制器，6-水泵，7-冷却水管，8-通气管，9-沥水篮。
具体实施方式
[0050]
下面将结合实施例对本发明的实施方案进行详细描述，但是本领域技术人员将会理解，下列实施例仅用于说明本发明，而不应视为限制本发明的范围。实施例中未注明具体条件者，按照常规条件或制造商建议的条件进行。所用原药、试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市售购买获得的常规产品或者可以根据现有技术制备得到。
[0051]
在本发明的一个实施方式中，提供了一种脱芯设备，如图1至4所示，其包括：
[0052]
脱芯槽1，
[0053]
与所述脱芯槽1连接的超声波换能器2，
[0054]
与所述超声波换能器2匹配的超声波发生器4，
[0055]
设置于所述脱芯槽1内的热电偶3，
[0056]
分别与所述热电偶3和超声波发生器4连接的控制器5，所述控制器5用于：所述热
电偶3检测所述脱芯槽1的温度超过预设温度后，控制所述超声波发生器4关闭；
[0057]
以及设置于所述脱芯槽1内的通气管8，所述通气管8的一端与所述脱芯槽1的外界连通，并且所述通气管8位于所述脱芯槽1内的部分设有多个通孔。
[0058]
该脱芯设备可用于水溶蜡芯脱芯，通过增加超声波及气泡搅拌大幅增加了脱芯效率，同时具有温控功能，能够保证槽内液体温度稳定，因而通过多重措施保证蜡模尺寸稳定，其工作原理如下。
[0059]
向脱芯槽1内注入脱芯液(通常根据蜡芯材料而定，例如对于水溶蜡芯常采用柠檬酸或稀盐酸溶液)，然后将含有水溶蜡芯的蜡膜置于脱芯槽1内。之后开启超声波发生器4使超声波换能器2工作产生超声波，同时向通气管8内通入空气(优选压缩空气)，从而使气泡从脱芯槽1的脱芯液中溢出，在超声波和气泡的双重搅拌作用下，脱芯液加速对蜡芯溶解，从而高效率地脱除蜡芯。在此过程中，根据蜡膜的耐高温性设定一个温度上限，当热电偶3检测到脱芯槽1的温度超过预设温度后，控制所述超声波发生器4关闭，从而保证蜡膜始终处于安全温度范围内，由此保证蜡膜尺寸稳定。
[0060]
由此可见，上述脱芯设备不仅提高了脱芯效率，还保证了蜡膜尺寸稳定。
[0061]
在其他实施方式中，还可以对通气管8的形状、结构作进一步改进。例如：
[0062]
在一些优选实施方式中，所述通气管8在所述脱芯槽1内可以呈回字形分布或迂回分布，如图4中的通气管8呈迂回分布，也可以是螺旋形，z形等，其目的在于提高水管在脱芯槽1内的分布密度，从而增大气泡产生量，促进溶解快速进行。
[0063]
所述通气管8可以位于所述脱芯槽1内底部。通气管8设置在底部方便蜡膜的放置。
[0064]
或者，将通气管8设置于脱芯槽1的侧壁上。
[0065]
在一些优选实施方式中，所述通气管8使所述脱芯槽1与外界连通的一端连接有气体压缩泵。
[0066]
压缩气体能产生更大的机械能，从而增加搅拌力度。
[0067]
在其他实施方式中，还可以增设冷却水管7，在脱芯液温度过高时可以快速降温，具体为：
[0068]
在一些优选实施方式中，所述脱芯槽1内还设有循环冷却水管7，所述冷却水管7连接有水泵6。
[0069]
当脱芯槽1内的温度高于预设温度后，可以开启冷却水循环，使快速降温。
[0070]
在一些优选实施方式中，所述水泵6与所述控制器5连接，所述控制器5还用于：所述热电偶3检测所述脱芯槽1的温度低于预设温度后，控制所述水泵6关闭，以避免脱芯槽1内脱芯液温度过低。
[0071]
在其他实施方式中，还可以增设沥水篮9，所述沥水篮9可放置于所述脱芯槽1内，并且所述沥水篮9侧壁上设有多个沥水孔。设置沥水篮9方便蜡膜的放置和取出，以便从脱芯槽1中取放蜡膜对其造成破坏。
[0072]
在一些实施方式中，脱芯槽1和沥水篮9的形状是任意的，只要匹配蜡膜形状即可。
[0073]
在一些实施方式中，超声波换能器2与脱芯槽1的连接位置是任意的，例如典型的连接是：将超声波换能器2设置在脱芯槽1的底部外壁。
[0074]
在一些实施方式中，热电偶3的设置数量是任意的。
[0075]
本发明还提供了脱芯工艺的实施例，均基于图1至4所示的设备完成，具体过程如
下。
[0076]
实施例1至12
[0077]
第一步、配置脱芯液，用水稀释柠檬酸、盐酸或硝酸，得到脱芯液，将其倒入脱芯槽；
[0078]
第二步、将蜡膜(型号:sl-260)置于沥水篮中，蜡膜脱芯前的结构如图5所示，并放置于脱芯槽内，开启超声波发生器和气体压缩泵，进行超声波搅拌、气泡搅拌(不同实施例可选择性地采取不同措施，具体情况见表1)，在此过程中控温，达到恒温脱芯；若脱芯液温度过高(设置为25℃)，关闭超声波，同时开启冷却水管的水泵，进行冷却，当水温低于下限(设置为19℃，关闭水泵；冷却水的温度宜设置在16～18℃之间。
[0079]
第三步、待蜡膜中蜡芯完全溶解后，取出沥水篮，再取出蜡膜，用水清洗1～5分钟，然后使用压缩空气将蜡模表面水分吹干，脱芯后的蜡膜结构如图6，内部留有空腔。
[0080]
实施例1至12在搅拌手段、脱芯液配方或冷却水温等方面有差异，得到的脱芯结果如表1所示。
[0081]
表1
[0082][0083]
本发明还考察了上述实施例中蜡膜在不同温度下抗弯强度的变化，结果如图7和表2所示，模型蜡抗弯强度随温度下降很快，35℃三点弯曲强度已经较20℃时下降60％。而到45℃，模型蜡已经完全丧失强度，在自重下即开始变形弯曲，因此脱芯液的温度应与蜡模存放时间保持恒定。
[0084]
表2
[0085][0086]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。