[發明專利]一種熔模鑄造模殼制作的方法和系統

無效

• 申請號: 200810094229.0
• 申請日: 2008-04-22
• 公開（公告）號: CN101564758A
• 公開（公告）日: 2009-10-28
• 發明（設計）人: 麥克爾·庫格爾根
• 申請（專利權）人: 邁科技術有限公司
• 主分類號: B22C9/12
• 分類號: B22C9/12;B22C9/04;B22C23/02
• 代理公司: 北京申翔知識產權代理有限公司
• 代理人: 周春發

技術領域

該發明涉及鑄造模具生產領域。該發明特別適用于將單層或多層材料涂覆到預制母模外部的熔模鑄造模殼的制作。

背景技術

熔模鑄造常采用陶瓷模殼，其方法是在母模外部涂覆單層或多層材料來制作模殼。涂覆在母模外部的材料通常是漿料和砂料的混合物，砂料是顆粒狀的物質，如礦物砂，將它撒在漿料上。在第一層涂覆在母模上時，也可能不撒砂料。每完成一層后，必須等它干燥后才能涂覆后續的一層，直到最后一層完全干燥，一個包著母模的模殼才制作完成。

接下來的過程就是將母模從模殼中去除，然后模殼進行燒結。去除母模的方法各有不同。例如，對蠟制母模，可以借助加熱將其溶化排出，對于熱塑性材料制作的母模，可以借助加熱將塑料燒毀排出。

模殼制作的傳統干燥過程是在室溫下懸掛自然晾干。干燥過程中，新涂覆的每一層中的水份是逐漸，而不是瞬間消失的。通常干燥過程在室溫約21~23℃，相對濕度40％以上的環境中進行。為了縮短干燥過程，推薦將每一層暴露在氣流中干燥。氣流加快了蒸發，有助于去除水分。

傳統干燥方法的一個缺點是相對較長的干燥時間，每層干燥通常需要3小時，甚至10小時以上。這是因為低擴散梯度的原因。即使顯著延長干燥時間，涂覆層的殘留水分指標也難以達到要求。尤其是位于模殼下部的涂覆層，殘余水分往往更傾向于擴散到已大致晾干的涂覆層，而不是蒸發掉。

由于上述原因，即使完成了最后的干燥過程，在模殼中仍然往往有一定的殘留水分。這些殘留水分阻礙和制約著漿料中膠體不可逆鍵的形成。此外，如果可逆膠體鍵和殘余水氣在干燥末期發生反應，由于可逆鍵分開，還將削弱模殼的組合結構。

如果沒有足夠的不可逆膠體鍵，就存在模殼開裂的風險。當溶化蠟制母模或燒毀熱塑性材料母模時，由于母模材料受熱膨脹，就可能導致模殼破裂。不可逆膠體鍵結合程度越差，這種風險就越大。雖然采用外部熱沖擊，例如放在高壓釜內，可以降低這種風險。但由于水蒸氣使得模殼侵入濕氣，相應的將帶來模殼強度降低的負面作用。

為了改進模殼的干燥過程，GB?2?350?810?A專利建議在漿料中摻入非水溶性有機纖維。摻入有機纖維對干燥過程由正面作用，而且可以降低殘留水分。這是因為有機纖維的毛細管作用有助于水分的排出和蒸發。此外，纖維復合結構也有助于提高涂覆層結構的一致性，使層的厚度可以增加。

盡管摻入有機纖維可以帶來許多好處，但每一層的干燥時間仍然過長。多層模殼幾乎不可能在一天之內制作完畢。導致其制作周期非常長。

發明內容

本發明的目的是提出一種可以更為快速地生產模殼的方法和系統。

這項發明提供一種模殼制作(特別是熔模鑄造的模殼制作)的新方法，包括以下步驟：提供母模；在母模外形成模殼，至少涂覆一層水基漿層，然后再一層層完成模殼涂覆；至少一次干燥過程；再將母模從模殼中移除。其干燥過程在溫度20℃以上進行，并借助可控紅外線輻射。

涂覆在母模外的殼層可能是某種不可燃的漿料，殼層中也可含有顆粒材料。然而，根據本發明的最佳方案，至少直接涂覆在母模表面的第一層不應含有任何顆粒材料。這一層應該是不可燃的液態粘結劑，例如水基硅溶膠，但可含有不可燃粉末。

本發明的第一方案，即多層模殼結構的情況，每一層都按照本發明的干燥過程進行完全干燥。本發明的第二方案，每一層都沒有晾干(或沒完全干燥)，或在溫度20℃或20℃以下晾干，或/并在無紅外線輻射情況下進行不完全干燥。

涂覆層的干燥可在恒溫或不恒溫的條件下進行。干燥溫度可以在20℃以上或30℃以上，個別情況甚至可以高達約45℃。但22℃到28℃左右的溫度范圍最為適當。

如果模殼采用多層結構，每一層的干燥溫度可以各不相同，最高溫度可隨著涂覆層數的增加而提高。由于干燥過程水分蒸發會帶來冷卻，最高干燥溫度(干燥室室溫)可以選用高于母?？赡軉适С叽绶€定性的溫度。在這種情況下，最大干燥溫度至少可以高于母模尺寸穩定性開始降低的溫度約5℃(首選的干燥室溫度是高出約8℃或10℃)。

在干燥過程中，已涂覆的母模應在至少一個紅外光源前相對旋轉。這種相對旋轉速度可在約0.5rpm和約8rpm之間，但轉速在約1.5rpm和約4rpm之間更為適當。

借助流動的氣體介質，如空氣，可以改善干燥過程。氣體介質的流動速度應為約0.5m/s至約8m/s，但氣流速度在約1m/s到約5m/s之間更為適當。干燥室相對濕度控制在35％以下或30％以下，也有助改善干燥過程。根據這項發明的首選方案，干燥室的濕度最好控制在約20％以下或約10％以下。