熱作模具近終形鑄造方法技術

本發(fā)明專利技術涉及一種熱作模具近終形精鑄成型方法。其目的是克服現(xiàn)用各種模具鑄造成型工藝存在的粘砂、缺肉裂紋等缺點，提供一種工藝簡單、成本低廉、型砂可重復使用、無污染、符合綠色鑄造要求的熱作模具近終形精鑄成型技術。該方法是用獨特的Ｖ法近終形精密鑄造成型工藝，并將非占位涂料、非切割保溫發(fā)熱冒口及鑄造成形過程中各階段真空度等工藝參數(shù)動態(tài)控制技術與之集成。其工藝各階段壓力控制為：覆模與造型時為０．０４～０．０７ＭＰａ，澆注過程中為０．０３～０．０６ＭＰａ，澆注結束時為０．０８～０．０９ＭＰａ，澆注結束７～１５分鐘后，撤去真空，壓力恢復至０．１ＭＰａ。（*該技術在2023年保護過期，可自由使用*）

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術涉及一種熱作模具近終形鑄成型方法。
技術介紹
模具是現(xiàn)代工業(yè)產品制造的重要工藝裝備，熱作模具在整個模具市場中占有較大份額。隨著世界各國工業(yè)化發(fā)展步伐的加快，產品更新?lián)Q代頻繁，熱作模具需求量將急劇增加，發(fā)展勢頭強勁，市場潛力巨大。但目前各國熱作模具制造仍多采用鍛造模塊經(jīng)機加工制模的傳統(tǒng)工藝，不僅能源消耗大、燒損合金、污染環(huán)境、易產生鍛造廢品，而且材料利用率低、切削加工量大、制造周期長、廢棄模具及切屑、料頭等難以回收利用，造成Cr、Mo、Ni等大量貴重合金資源的浪費。廢棄模具的積存也將加大，能源、動力、原材料供應將日趨緊張，環(huán)保問題更為突出。為改變目前較為落后的模具制造技術與生產發(fā)展不相適應的嚴峻現(xiàn)實，加速開發(fā)研究新的模具成型制造技術及廢棄模具再生回用技術已成為當務之急。鑄造技術直接由液態(tài)金屬成形，成本低廉、適應性強，可制成形狀復雜、其它方法無法加工、有特殊要求的鑄件，從最初的原材料開始直到制成成品，能夠很方便地實現(xiàn)材料的循環(huán)使用和再生回用，是最重要、最經(jīng)濟、最便捷的材料成形工藝之一。因此，以鑄代鍛、用鑄造方法制造模具不僅是材料工作者多年夢寐以求的宿愿，也是模具制造技術新的發(fā)展方向。實現(xiàn)這一目標的關鍵是發(fā)揮鑄造材料設計靈活、高強韌化、高功能化的特點，開發(fā)新的精密成型技術即凈形、近終型鑄造成型技術，大幅度提高鑄件的尺寸精度和表面光潔度，實現(xiàn)綠色鑄造。自二十世紀八十年代以來，用鑄造方法制造復雜高精度、低粗糙度熱鍛模具已得到世界各國的高度重視，被譽之為鍛造生產的革命性轉變。迄今為止，已用于模具制造的精鑄成型技術主要包括熔模鑄造、陶瓷型鑄造、熱固性樹脂砂型鑄造、涂層轉移法鑄造等。熔模鑄造又稱失蠟鑄造，是最重要的精密鑄造成型方法之一。該法首先用易熔材料制成精確光潔的模樣，在其上涂覆多層耐火材料或灌注耐高溫陶瓷漿料，硬化干燥后制成型殼，然后使鑄型中模樣熔化流出，最后把熔化的金屬液澆入焙燒后的鑄型，得到精確光潔的鑄件。尺寸精度可達CT5～7，表面粗糙度可達Ra1.6～12.5μm。此種方法適合于鑄造形狀復雜、精度要求高或其它方法難以加工成型的小型精密鑄件。許多國家都采用該法鑄造模具，包括小型鍛模、玻璃模具以及壓鑄模鑲嵌件等。該法的缺點是工藝過程較復雜，不易控制，使用和消耗的材料也較貴，型殼用砂不能回用，且較大型鑄件難以生產。陶瓷型鑄造又稱肖氏鑄造法，是五十年代由英國人諾爾.肖氏首先研究成功的。其實質是以耐火度高、熱膨脹系數(shù)小的耐火材料作為骨料，用經(jīng)過水解的硅酸乙脂作為粘結劑而配制成的陶瓷型漿料，在堿性催化劑作用下，經(jīng)過灌漿、結膠、硬化、起模、噴燒、焙燒等一系列工序制成表面光潔、尺寸精度高的陶瓷鑄型，最后澆入液態(tài)金屬。該法所得鑄件尺寸精度可達CT4～8級，表面粗糙度可達Ra3.2～12.5μm。在美國第64屆鑄造年會上，該工藝就被認為是當時制造鑄造模具最適宜的方法之一。據(jù)介紹， 60年代末期美國在錘鍛模、擠壓模和熱墩模方面的鑄造模具已大量應用。此外，一些塑料制品用模，壓鑄模、金屬型以及多種金屬模型，芯盒，切削工具等都采用鑄造方法生產。在其它國家，如英國、德國、日本等國家用陶瓷型生產各種工模具也日見普遍。我國從70年代開始用陶瓷型鑄造方法生產柴油機搖臂鍛模、合金鋼連桿模具等，型腔預留加工量很少，大大縮短了制模周期，成本比機加工模明顯降低。該法的缺點是造型工藝過程較復雜，周期長，每個過程都要嚴格控制，使用和消耗的材料昂貴，造型材料不能回用，且鑄型表面容易發(fā)生宏觀裂紋，鑄件表面有一定厚度的脫碳層。涂層轉移法是70年代末日本小松制作所專利技術的“先上涂料后造型”的工藝方法，當時稱此法為小松(Komatsu)-山西(Yama mishi)法，簡稱K-Y法。以后經(jīng)過進一步發(fā)展成為新K-Y法。該方法是先將液態(tài)涂料倒入芯盒，然后傾轉芯盒，使其表面均勻地涂掛上一層涂料，倒出多余涂料，用樹脂砂充填芯盒后移至微波爐內加熱，待樹脂砂固化后取出砂芯。制得的砂芯不僅具有足夠的強度，而且表面已牢牢附著一層光滑的轉移過來的涂層。由于涂料膜能精確復制出芯盒的內腔表面，因此所得鑄件表面光滑、尺寸精確，使砂型鑄造實現(xiàn)了精密化。前蘇聯(lián)在上個世紀80年代開始此項研究，開發(fā)出適于樹脂覆膜砂的涂層轉移法。我國這方面的研究主要從90年代開始，在涂料轉移部位(模樣-砂型、芯盒-砂芯)、施涂方法(刷、噴、流、浸)、造型用砂(樹脂砂、水玻璃覆膜砂等)、涂層固化方法(微波加熱、化學自硬等)各個方面的研究都取得一定成效，近年來正試驗用于簡單的模具制造(如上海交大鑄造實驗室用涂層轉移法鑄造模具的試驗工作)。熱固性樹脂砂型鑄造是由前蘇聯(lián)汽車工藝研究所開發(fā)的，也稱為熱反應一次性組合型鑄造工藝，它屬于殼型鑄造的一種變形。采用干的機械混合或覆膜的造型材料，直接投入預熱到200～250℃的金屬模型上以制造半型。在造型爐內加熱700℃以下固化，脫模整個周期很短。上下鑄型具有與金屬型完全相同的型腔輪廓，組合后(不用砂箱)直接澆注。在凝固與隨后冷卻過程中，砂型大多自動碎裂，使用后造型材料在沸騰床裝置中(750～900℃)進行熱法再生，燒去粘結劑。造型材料主要采用鋯砂(ZrO2·SiO2)，ZrO2含量約65％。粘結劑采用熱反應型樹脂лк-104，是酚醛樹脂與烏托品的粉狀混合物。若采用機械混合方式制備型砂時，一般還用煤油做浸潤劑，但采用覆膜砂時，不需浸潤劑。該工藝在莫斯科汽車廠、卡馬河汽車廠和明斯克汽車廠等廣泛采用，若用標準工藝裝備，可以達到相當高的機械化水平，前蘇聯(lián)約有80％的鑄造熱鍛模具使用這種工藝。但熱固性樹脂砂型精密鑄造法對型砂的要求較高，所用型砂的耐火度要高、熱膨脹系數(shù)要小，無多晶型轉變，并具有優(yōu)良的礦物學特性，型砂的配制和再生設備價格昂貴，需要的投資大，且澆注時有氣體污染環(huán)境。綜上所述，陶瓷型在鑄造熱作模具生產中應用最為普遍，熔模鑄造也常用來制造形狀復雜的小型精密模具，熱固性樹脂砂鑄造模具在前蘇聯(lián)用的較多，涂層轉移法鑄造模具近年來也有報導。但上述各種方法幾乎都是化學成型方法，因而帶來一些難以克服的弱點1)造型工藝復雜，操作要求嚴格，易出鑄造廢品；2)所用化學粘結劑、固化劑等消耗多、價格貴，產生有害氣體污染環(huán)境，難以實現(xiàn)綠色鑄造；3)對型砂的粒度、純凈度等均有較高的要求，不易實現(xiàn)低成本生產；4)砂處理設備和工藝復雜、舊砂回用困難、浪費資源及能源，廢棄的舊砂亦造成較大的環(huán)境負擔。V法鑄造又稱真空密封鑄造、真空薄膜造型、減壓造型或負壓鑄造。它通過真空吸力把加熱呈塑性的塑料薄膜附著在模樣或模板上并精確復制其形狀，然后向特制的砂箱內填入無粘結劑的干砂，借助真空造成的砂型內外壓力差使型砂緊實、成型，起模后下芯、合箱即可澆注。該法1971年出現(xiàn)于日本，1974年以后研究者增多。但作為一種新的物理成型方法，V法鑄造還處在持續(xù)開發(fā)研制階段，系統(tǒng)的工藝理論尚未建立，實際應用時常出現(xiàn)塌箱、粘砂、裂紋等問題，工藝過程各階段可供參考的工藝參數(shù)如真空度及其保持時間等還不成熟，對V法精鑄成型產生的缺陷如鑄造裂紋、粘砂、缺肉等還未解決，尚待進一步研究。尤其是采用V法來直接制造熱作模具至今尚未見報道。
技術實現(xiàn)思路
本專利技術的目的是克服現(xiàn)用各種模具鑄造成型工藝存在的上述缺點，提供一種工藝簡單、成本低廉、型本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種熱作模具近終形鑄造方法，其特征是用獨特的Ｖ法近終形精密鑄造成型工藝，其工藝各階段壓力控制為：覆模與造型時為０．０４～０．０７Ｍｐａ，澆注過程中為０．０３～０．０６Ｍｐａ，澆注結束時為０．０８～０．０９Ｍｐａ，澆注結束７～１５分鐘后，撤去真空，壓力恢復至０．１Ｍｐａ。

【技術特征摘要】

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：趙宇光，姜啟川，夏振佳，趙玉謙，張瑞卿，李國清，方健儒，王樹奇，關慶豐，王春生，金勝燦，侯駿，王惠遠，王金國，
申請(專利權)人：吉林大學，
類型：發(fā)明
國別省市：82[中國|長春]