专利名称：一种利用陶瓷模型制备金属磨球模具的方法
技术领域：
本发明涉及一种利用陶瓷模型制备金属磨球模具的方法，尤其是铸造表面质量要求高且加工困难的复杂曲面的金属磨球模具，属于铸造模具技术领域。
背景技术：
球磨机所用的磨球其使用工况要求其表面硬度高、硬度均勻、圆整度好，传统的磨球模具采用简单的几何体造型，只能通过精加工来保证磨球模具内表面的光洁度和圆整度，因此会加工切除掉具有最好的力学性能和使用性能的等轴细晶粒组织的金属型表面， 不但增加机加工量，反而降低使用寿命。随着经济的发展和加工行业的需求量增加，要求磨球模具具有较低的表面粗糙度；具有较高的力学性能和使用性能；同时还要求提高其使用寿命。陶瓷型铸造技术产生于上世纪五十年代。陶瓷型铸造具有如下优点①生产的铸件尺寸精度高，表面粗糙度低；②陶瓷型的耐火度高，高温稳定性好，因此可用来浇注多种合金；③陶瓷型铸造模具的使用寿命常高于机械加工的模具。本发明中选用的陶瓷浆料的骨料为耐火材料，耐火材料的粒度不同，其浆料的流动性很好，因此陶瓷型表面粗糙度较低。陶瓷型精密铸造的铸件尺寸精度可达CT5飞T8级。 陶瓷型铸件只需进行清砂、打磨、抛光，模具表面不需进行机加工，只对配合面进行稍加工即可。
发明内容
本发明的目的是提出一种利用陶瓷模型制备金属磨球模具的方法，用于铸造出难以加工的复杂曲面、生产表面光洁度高的陶瓷型模具。本发明的陶瓷型铸造磨球模具的制备方法是先采用普通木模制备水玻璃砂芯， 然后将制备好的陶瓷浆料浇注入模型中制作陶瓷型，待其胶凝后放在一定温度条件下烘烤，经合箱后向该陶瓷型围成的铸造型腔内浇注金属液以获取铸件，即可得到陶瓷型磨球模具。其具体步骤经过如下
A、水玻璃砂芯的制备制作陶瓷型所使用的母模由外模和内模组成，(制作下模时)将下模外模1和下模内模2组装在一起，置于砂箱的适当位置；取山砂重量69Γ9%的水玻璃， 倒入山砂中，搅拌均勻，然后将混好的水玻璃砂铲入下砂箱3中造型(如图3所示)，在上砂箱4上留出陶瓷型浆料浇料口 6，造型完后在水玻璃砂上扎孔，充入(X)2气体，待水玻璃砂硬化后，得到水玻璃砂芯5 ；
B、陶瓷浆料的制备先将陶瓷型增强材料加入到粘接剂中搅散，边搅拌边加入催化剂， 形成悬浮液，然后将骨料加入混合溶液中，搅拌均勻，形成流动性好的陶瓷型浆料；
C、陶瓷型的制作将步骤A中制得的水玻璃砂芯模具中的下模内模2取出，合上上砂箱4和下砂箱3，然后将步骤B中制得的陶瓷型浆料从砂型的浇料口 6注入水玻璃砂芯和下模外模1围成的型腔中，待其自然胶凝后将会与水玻璃砂芯形成一个整体(如图4所示)，再将其从砂箱中取出，放入温度为350°C飞00°C的条件下烘烤，保温池，自然冷却后得到陶瓷型；
D、陶瓷型铸造磨球模具(如图5所示)先将下砂箱3中的下模外模1取出，再将陶瓷型放入砂箱中，合上上砂箱4和下砂箱3，并向该陶瓷型围成的铸造型腔内浇注金属液，自然冷却后得到的铸件，即为陶瓷型铸造的金属磨球模具。所述母模是由普通木模制成，外模内表面粗糙度Ra < 1. 6 μ m(要求外模的内表面光洁度较高)。所述水玻璃的模数M为2 3. 3，密度为1. 2^1. 7g/ml。所述山砂来自市售，粒度为45 100目。所述陶瓷型材料的骨料为纯度为90%以上的石英砂、刚玉粉、锆英砂中的任意一种耐火材料。耐火材料的粒度及其质量百分比分别为1(Γ50目占99Γ10%、5(Γ200目占 0 22%、200 320目占37% 40%，其余为粒度10 300目的耐火材料，加入量为陶瓷浆料的 46wt. % 72wt. %。所述陶瓷型增强材料为零售的耐火纤维硅酸铝纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维中的任意一种，加入的耐火纤维为陶瓷浆料的0. 05wt. °Γθ. 2 wt. %。所述粘接剂为含SiO2质量分数为30%的硅溶胶，加入量为陶瓷浆料的 25wt. % 30wt. %。所述催化剂为浓度为15%的NH4Cl溶液，加入量为陶瓷浆料的1. 5wt. °Γ2. 8wt. %。所述步骤(3)中浇注的金属液为普通铸铁液、铸钢液中任意一种。本发明最终制得的金属磨球模具分为上模和下模(如图1和图2、图6和图7所示)，上模和下模合在一起构成一套完整的模球模具，下模按步骤(1)至步骤(4)制得，制备上模时，将所述内模1换为内模8，外模2换为外模9，再按步骤(1)至步骤(4)制得。与传统的金属磨球模具的简单的几何体造型相比，陶瓷型铸造具有以下显著优点和积极效果
1、本发明的陶瓷型铸造的金属铸件表面不需进行机加工，可以为铸件保留具有最好的力学性能和使用性能的等轴细晶粒组织的金属型铸造表面；还可以节省原材料成本和机加工成本费。2、本发明的陶瓷型铸造的金属铸件特别适用于生产难于机加工成形(硬度大)的材料的模具，可以提高模具的使用寿命。
图1是本发明陶瓷型模具下模俯视示意图； 图2是本发明图1中A-A截面的剖面示意图； 图3是本发明上模制作水玻璃砂芯示意图4是本发明上模制作陶瓷型浆料示意图； 图5是本发明陶瓷型铸造金属模球模具示意图； 图6是本发明陶瓷型模具上模俯视示意图； 图7本发明图6中A-A截面的剖面示意图。图中各标号为1-下模外模，2-下模内模，3-下砂箱，4-上砂箱，5-水玻璃砂芯，6-陶瓷浆料浇料口，7-焙烧后的陶瓷型，8-上模内模，9-上模外模。
具体实施例方式以下结合实施例对本发明做进一步阐述，但本发明的保护范围不限于所述内容。实施例1 本发明的陶瓷型磨球模具的下模制备方法是
(1)水玻璃砂芯的制备如图1和图2所示，制作陶瓷型所使用的母模(由普通木模制成，要求外模的内表面光洁度较高，粗糙度Ra为1. 6 μ m)下模外模1、下模内模2组成，将下模外模1和下模内模2组装在一起，将其置于砂箱的适当位置；取山砂重量6%的水玻璃(模数M为2，密度为1.5g/ml)，倒入山砂(市售，粒度为45、0目)中，搅拌均勻，然后将混好的水玻璃砂铲入下砂箱3中造型(如图3所示)，在上砂箱4上留出陶瓷型浆料浇料口 6，造型完后在水玻璃砂上扎孔，充入CO2气体，待水玻璃砂硬化后，得到水玻璃砂芯5 ；
(2)陶瓷浆料的制备先将陶瓷型增强材料(硅酸铝纤维，加入的耐火纤维为陶瓷浆料的0. 05wt. %)加入到粘接剂(含SW2质量分数为30%的硅溶胶，加入量为陶瓷浆料的^wt. %)中搅散，边搅拌边加入催化剂(浓度为15%的NH4Cl溶液，加入量为陶瓷浆料的 2wt.%)，形成悬浮液，然后将骨料(纯度为90%以上的石英砂，粒度及其质量百分比分别为 10 50目占9%、50 200目占18%、200 320目占37%，其余为粒度10 300目的耐火材料， 加入量为陶瓷型浆料骨料的46wt%)加入混合溶液中，搅拌均勻，形成流动性好的陶瓷型浆料；
(3)陶瓷型的制作将步骤(1)中制得的水玻璃砂芯模具中的下模内模2取出，合上上砂箱4和下砂箱3，然后将步骤(2)中制得的陶瓷型浆料从砂型的浇料口 6注入水玻璃砂芯和下模外模1围成的型腔中，待其自然胶凝后将会与水玻璃砂芯形成一个整体(如图4所示)，再将其从砂箱中取出，放入温度为350°C的条件下烘烤，保温2h，自然冷却后得到陶瓷型。(4)陶瓷型铸造磨球模具(如图5所示)先将下砂箱3中的下模外模1取出，再将陶瓷型放入砂箱中，合上上砂箱4和下砂箱3，并向该陶瓷型围成的铸造型腔内浇注普通铸铁液，自然冷却后得到的铸件，即为陶瓷型铸造的金属磨球模具。实施例2 本发明的陶瓷型磨球模具的下模制备方法是
(1)水玻璃砂芯的制备如图1和图2所示，制作陶瓷型所使用的母模(由普通木模制成，要求外模的内表面光洁度较高，粗糙度Ra为1. 2 μ m)下模外模1、下模内模2组成，将下模外模1和下模内模2组装在一起，将其置于砂箱的适当位置；取山砂重量8%的水玻璃(模数M为3，密度为1.7g/ml)，倒入山砂(市售，粒度为45飞0目)中，搅拌均勻，然后将混好的水玻璃砂铲入下砂箱3中造型(如图3所示)，在上砂箱4上留出陶瓷型浆料浇料口 6，造型完后在水玻璃砂上扎孔，充入CO2气体，待水玻璃砂硬化后，得到水玻璃砂芯5 ；
(2)陶瓷浆料的制备先将陶瓷型增强材料(莫来石纤维，加入的耐火纤维为陶瓷浆料的0. 1 wt. %)加入到粘接剂(含S^2质量分数为30%的硅溶胶，加入量为陶瓷浆料的 25wt. %)中搅散，边搅拌边加入催化剂(浓度为15%的NH4Cl溶液，加入量为陶瓷浆料的 1.5wt.%)，形成悬浮液，然后将骨料(纯度为90%以上的刚玉粉，耐火材料的粒度及其质量百分比分别为10 50目占9. 2%, 200^320目占38%，其余为粒度10 300目的耐火材料，加入量为陶瓷型浆料的55wt%)加入混合溶液中，搅拌均勻，形成流动性好的陶瓷型浆料；
5(3)陶瓷型的制作将步骤(1)中制得的水玻璃砂芯模具中的下模内模2取出，合上上砂箱4和下砂箱3，然后将步骤(2)中制得的陶瓷型浆料从砂型的浇料口 6注入水玻璃砂芯和下模外模1围成的型腔中，待其自然胶凝后将会与水玻璃砂芯形成一个整体(如图4所示)，再将其从砂箱中取出，放入温度为400°C的条件下烘烤，保温2h，自然冷却后得到陶瓷型。(4)陶瓷型铸造磨球模具(如图5所示)先将下砂箱3中的下模外模1取出，再将陶瓷型放入砂箱中，合上上砂箱4和下砂箱3，并向该陶瓷型围成的铸造型腔内浇注普通铸钢液，自然冷却后得到的铸件，即为陶瓷型铸造的金属磨球模具。实施例3 本发明的陶瓷型磨球模具的上模制备方法是
(1)水玻璃砂芯的制备如图1和图2所示，制作陶瓷型所使用的母模(由普通木模制成，要求外模的内表面光洁度较高，粗糙度Ra为1. 5 μ m)上模外模9、上模内模8组成，将上模外模9和上模内模8组装在一起，将其置于砂箱的适当位置；取山砂重量9%的水玻璃 (模数M为3. 3，密度为1. 2g/ml )，倒入山砂(市售，粒度为6(Tl00目)中，搅拌均勻，然后将混好的水玻璃砂铲入下砂箱3中造型(如图3所示)，在上砂箱4上留出陶瓷型浆料浇料口 6，造型完后在水玻璃砂上扎孔，充入(X)2气体，待水玻璃砂硬化后，得到水玻璃砂芯5 ；
(2)陶瓷浆料的制备先将陶瓷型增强材料(氧化铝纤维，加入的耐火纤维为陶瓷浆料的0. 2wt. %)加入到粘接剂(含SiO2质量分数为30%的硅溶胶，加入量为陶瓷浆料的30wt. %) 中搅散，边搅拌边加入催化剂(浓度为15%的NH4Cl溶液，加入量为陶瓷浆料的2. 8wt. %)， 形成悬浮液，然后将骨料(纯度为90%以上的锆英砂，耐火材料的粒度及其质量百分比分别为10 50目占10%、50 200目占22%、200 320目占40%，其余为粒度10 300目的耐火材料，加入量为陶瓷型浆料的72wt%)加入混合溶液中，搅拌均勻，形成流动性好的陶瓷型浆料；
(3)陶瓷型的制作将步骤(1)中制得的水玻璃砂芯模具中的上模内模8取出，合上上砂箱4和下砂箱3，然后将步骤(2)中制得的陶瓷型浆料从砂型的浇料口 6注入水玻璃砂芯和下模外模1围成的型腔中，待其自然胶凝后将会与水玻璃砂芯形成一个整体(如图4所示)，再将其从砂箱中取出，放入温度为500°C的条件下烘烤，保温池，自然冷却后得到陶瓷型。(4)陶瓷型铸造磨球模具(如图5所示)先将下砂箱3中的下模外模1取出，再将陶瓷型放入砂箱中，合上上砂箱4和下砂箱3，并向该陶瓷型围成的铸造型腔内浇注铸铁液，自然冷却后得到的铸件，即为陶瓷型铸造的金属磨球模具。
权利要求
1.一种利用陶瓷模型制备金属磨球模具的方法，其特征在于具体制备步骤如下A、水玻璃砂芯的制备制作陶瓷型所使用的母模由外模、内模组成，将外模和内模组装在一起，将其置于砂箱的适当位置；取山砂重量69Γ9%的水玻璃，倒入山砂中，搅拌均勻，然后将混好的水玻璃砂铲入下砂箱(3)中造型，在上砂箱(4)上留出陶瓷型浆料浇料口(6)， 造型完后在水玻璃砂上扎孔，充入(X)2气体，待水玻璃砂硬化后，得到水玻璃砂芯(5)；B、陶瓷浆料的制备先将陶瓷型增强材料加入到粘接剂中搅散，边搅拌边加入催化剂， 形成悬浮液，然后将骨料加入混合溶液中，搅拌均勻，形成流动性好的陶瓷型浆料；C、陶瓷型的制作将步骤A中制得的水玻璃砂芯模具中的内模取出，合上上砂箱(4)和下砂箱(3)，然后将步骤B中制得的陶瓷型浆料从砂型的浇料口(6)注入水玻璃砂芯和外模围成的型腔中，待其自然胶凝后将会与水玻璃砂芯形成一个整体，再将其从砂箱中取出，放入温度为350°C飞00°C的条件下烘烤，保温2h，自然冷却后得到陶瓷型；D、陶瓷型铸造磨球模具先将下砂箱(3)中的外模取出，再将陶瓷型放入砂箱中，合上上砂箱(4)和下砂箱(3)，并向该陶瓷型围成的铸造型腔内浇注金属液，自然冷却后得到的铸件，即为陶瓷型铸造的金属磨球模具。
2.根据权利要求书1所述的利用陶瓷模型制备金属磨球模具的方法，其特征在于所述母模是由普通木模制成，外模内表面粗糙度Ra < 1. 6 μ m。
3.根据权利要求书1所述的利用陶瓷模型制备金属磨球模具的方法，其特征在于所述水玻璃的模数M为2 3. 3，密度为1. 2^1. 7g/ml。
4.根据权利要求书1所述的利用陶瓷模型制备金属磨球模具的方法，其特征在于所述山砂来自市售，粒度为45 100目。
5.根据权利要求书1所述的利用陶瓷模型制备金属磨球模具的方法，其特征在于陶瓷型材料的骨料为纯度为90%以上的石英砂、刚玉粉或锆英砂中的任意一种耐火材料，粒度及质量百分比为10 50目占9% 10%、50 200目占0 22%、200 320目占37% 40%，加入量为陶瓷浆料的46wt. % 72wt. %。
6.根据权利要求书1所述的利用陶瓷模型制备金属磨球模具的方法，其特征在于所述陶瓷型增强材料为耐火纤维硅酸铝纤维、莫来石纤维、氧化铝纤维中的任意一种，加入的耐火纤维量为陶瓷型浆料的0. 05wt. °Γθ. 2wt. %。
7.根据权利要求书1所述的利用陶瓷模型制备金属磨球模具的方法，其特征在于所述粘接剂为含SiA质量分数为30%的硅溶胶，加入量为陶瓷型浆料的25wt. 9T30wt. %。
8.根据权利要求书1所述的利用陶瓷模型制备金属磨球模具的方法，其特征在于所述催化剂为浓度为15%的NH4Cl溶液，加入量为陶瓷型浆料的1. 5wt. 9Γ2. 8wt. %。
9.根据权利要求书1所述的利用陶瓷模型制备金属磨球模具的方法，其特征在于所述步骤(3)中浇注的金属液为铸铁、铸钢中的任意一种。
全文摘要
本发明涉及一种利用陶瓷模型制备金属磨球模具的方法，属铸造模具技术领域。先采用普通木模制备水玻璃砂芯，然后将制备好的陶瓷浆料浇注入模型中制作陶瓷型，待其胶凝后放在一定温度条件下烘烤，经合箱后向该陶瓷型围成的铸造型腔内浇注金属液以获取铸件，即磨球模具。采用本方法制备的陶瓷型模具曲面复杂、表面光洁度高；同时可以免去机加工工序，避免因机加工造成的原材料浪费，机加工的过程还会切除掉具有良好力学性能和使用性能的等轴细晶粒组织表面。陶瓷型模具铸造方法制备的金属型磨球模具还具有硬度高且分布均匀、圆整度好、使用寿命长等优点。
文档编号B22C9/22GK102397986SQ201110339750
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月1日 优先权日2011年11月1日
发明者卢德宏, 周荣, 王钊, 蒋业华, 龚慧 申请人:昆明理工大学