[發明專利]熔模鑄造模具及制造方法

無效

• 申請號: 99802918.1
• 申請日: 1999-02-09
• 公開（公告）號: CN1290198A
• 公開（公告）日: 2001-04-04
• 發明（設計）人: 約翰·范德米爾
• 申請（專利權）人: 邦特羅克工業公司
• 主分類號: B22C1/18
• 分類號: B22C1/18;B22C1/20
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所
• 代理人: 王景林

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本發明涉及改進的用于熔模鑄造的工藝方法和組成。

??????????????????????背景技術

利用蠟模法的熔模鑄造可以追溯到古代埃及和中國。然而，作為目前實施的方法，直到20世紀30年代都是一種比較新的工藝，并且代表快速增長的行業(business)和科學。熔模鑄造技術通過將熔融金屬澆鑄到圍繞一次應用的(disposable)蠟模所形成的不重復使用陶瓷殼模中，簡化了復雜金屬形狀的生產，該一次應用的蠟模與所希望的金屬形狀一模一樣。“精密熔模鑄造法”，亦即PIC，是涉及此工藝的技術中術語。

常規的PIC法應用六個主要步驟：

(1)模型制備

一次應用的所希望金屬鑄件的陽模用熱塑性材料如蠟制造，該蠟將熔化、蒸發或完全燃燒，以便在失蠟的陶瓷殼模中不留下玷污的殘渣。陽模通過將熱塑性材料注射到一陰模、分段式、金屬印模或所指定的“工具”中來制備，以便生產出金屬鑄件所要求的形狀、尺寸和表面光潔度的模型。通過將單個或多個模型熔合到一次應用的蠟“澆口系統”(“spruesystem”)上，可以將它們組裝在一起，該澆口系統送進熔融金屬以充滿殼模；

(2)用下述方法進行殼模制造：

(a)將模型組件浸入耐火泥漿中，該耐火泥漿在堿穩定的膠體氧化硅粘合劑水溶液中具有細顆粒的耐火粒料，以便限定模型上的耐火材料涂層；

(b)使耐火涂層與粗的干顆粒耐火粒料或“灰泥”(stucco)接觸，以便限定灰泥涂層，和

(c)風干，以便限定“生坯”(green)風干式不溶性的結合涂層。這些方法步驟可以重復，以便通過連續涂層制成一種所希望厚度的“生坯”風干式殼模。

(3)脫蠟-利用蒸汽壓熱處理、將生坯的殼模插入已加熱到1000°F-1900°F的內燒脫蠟爐中，或利用任何其它快速加熱和液化蠟的方法，從“生坯”風干式殼模中除去一次應用的蠟模，因此所產生的過大壓力不毀損殼模。

(4)爐內熔化-在約1600°F-2000°F下加熱脫蠟后的殼模，以便除去揮發性殘渣，并在殼模中形成穩定的陶瓷結合。

(5)澆注-從爐中回收加熱后的殼模并定位，以便接受熔融的金屬。金屬可以用氣體、間接電弧，或感應加熱法熔化。熔融金屬可以在空氣中或在真空室內鑄造。熔融金屬可以靜態式或離心式澆注，及從澆注桶(ladle)或直接熔化的坩堝中澆注。令熔融金屬冷卻，以便在模具中產生固化的金屬鑄件。

(6)鑄件回收-將其中具有固化金屬鑄件的殼模斷開，并使金屬鑄件與陶瓷殼材料分離開。通過用磨盤鋸開或切割，可以使鑄件與澆口系統分離開。鑄件可以用滾筒清理、噴丸清理或噴砂法清潔。

耐火泥漿中所用的粘合劑影響制造殼體的方法，及最終的殼模質量。粘合劑應是化學上穩定的，以保證在用來重復浸漬涂層的耐火泥漿中長期使用。粘合劑在風干期間還應與耐火粒料形成不溶性的結合，以便能再浸漬模型及能在爐內熔化期間除去模型。在爐內熔化模具期間，殼體中產生的穩定陶瓷結合還必須具有足夠的耐火強度和耐熔度，以便經得住熔融金屬的鑄件。

已經在制造陶瓷殼模中應用的標準耐火泥漿粘合劑，包括水解了的硅酸乙酯和小粒度鈉穩定的膠體氧化硅，該膠體氧化硅具有平均粒度約為8-14納米。后者包括用氫氧化鈉穩定的膠體氧化硅堿性水溶液分散體，氫氧化鈉是不易燃的并具有很低毒性。前者是在水解期間用所加的硫酸或鹽酸穩定的酸，以便就地形成膠體氧化硅。然而，前者應用易燃有毒的醇溶液來保持溶解度。但是，硅酸乙酯粘合劑能更快烤干并使用較低品位促進熔化的氧化鈉。

在制造陶瓷殼模的常規方法中，用于各涂層之間烤干所需的時間間隔，可以從耐火底層的30分鐘變動到加固層的8小時或更長時間，這取決于模具的復雜性和殼壁的厚度。完工的殼模通常另外風干24小時或更長時間，以保證足夠的生坯強度，用于模型拆除。這種由于殼模質量而對風干的依賴關系構成生產時間的主要部分，它造成生產成本高并且是嚴重的缺點。

由于此缺點，已經作出許多努力，通過采用化學方法快速凝固耐火泥漿粘合劑，來縮短或消除各層之間烤干所需的時間間隔。這些化學方法使耐火泥漿候選物的選擇擴大到除了水解的硅酸乙酯和鈉穩定的膠體氧化硅之外，還包括離子堿金屬硅酸鹽，和對酸穩定的氧化鋁改性的膠體氧化硅。

這些現有技術的化學方法包括：(1)利用氣態膠凝劑來膠凝凝固(gel?set)泥漿粘合劑系統。