有色金屬石膏型快速精密鑄造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種有色金屬石膏型快速精密鑄造方法，特別是涉及一種施加負(fù)壓與變頻振動(dòng)輔助澆注的有色金屬石膏型快速精密鑄造方法，其適用于大型復(fù)雜薄壁件的快速精密鑄造成型。
【背景技術(shù)】
[0002]石膏型快速精密鑄造技術(shù)是近年發(fā)展起來(lái)的一項(xiàng)新技術(shù)，是石膏型精密鑄造和快速成型技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。由于石膏鑄型無(wú)需分型面和拔模斜度，因此可鑄造出用其它鑄造方法以及鍛造、焊接、機(jī)械加工等手段很難制造的形狀復(fù)雜、尺寸精度和表面粗糙度要求都較高的零件。而快速成型技術(shù)與石膏型鑄造相結(jié)合，用FDM、SLS等快速成型工藝制作塑料型、樹(shù)脂型或蠟型等，或用這類快速原型來(lái)翻制硅膠模，再用硅膠模翻制蠟型或樹(shù)脂型，然后加熱至較高溫度后燒除或融掉原型從而得到具有原型形狀內(nèi)腔的鑄型，經(jīng)澆鑄后得到所需要的金屬零件，這種方法不但可提高鑄件制造的柔性，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜金屬零件的近凈成形，還可以大幅度縮短制造周期和降低成本，因而在工程上應(yīng)用越來(lái)越多。
[0003]然而目前石膏型快速精密鑄造技術(shù)仍存在一些不足:(1)石膏鑄型透氣性差，金屬液內(nèi)部氣體難逸出，致使鑄件成形比較困難，易產(chǎn)生欠鑄(缺肉)、氣孔等現(xiàn)象，尤其是薄壁的大平面鑄件；(2)石膏型的導(dǎo)熱性差，且一般采用熱型澆注以及某些合金的結(jié)晶間隔寬，故澆注后鑄件的結(jié)晶凝固時(shí)間長(zhǎng)，鑄件產(chǎn)生疏松、縮孔的傾向大，也易導(dǎo)致鑄件晶粒粗大、機(jī)械性能下降；(3)鑄造大型復(fù)雜薄壁零件時(shí)金屬液冷卻速度快，從而使金屬液粘度增大，流動(dòng)性變差，充型能力相應(yīng)下降，易產(chǎn)生各種鑄造缺陷。
[0004]為了解決石膏鑄型透氣性差和大型復(fù)雜薄壁件金屬液充型能力差的問(wèn)題，已有人在石膏型鑄造中采用施加負(fù)壓的方法，主要方法有兩種:(1)將石膏型置于真空罐(箱)中，抽真空后直接在真空罐(箱)中進(jìn)行澆注；這種方法需要專用真空罐(箱)，設(shè)備成本高，抽真空時(shí)間長(zhǎng)，操作麻煩。(2)在石膏型中預(yù)埋鋼管用于抽真空；這種方法的不足是制造石膏型時(shí)預(yù)埋的鋼管易被石膏漿料堵塞，清理困難甚至無(wú)法清理，另外管道連接、密封均較麻煩。因此，需要研究一種更簡(jiǎn)便、靈活的施加負(fù)壓方法來(lái)取代這兩種方法。
[0005]另一方面，為了解決鑄件晶粒粗大、機(jī)械性能差的問(wèn)題，現(xiàn)有鑄造技術(shù)中常用旋轉(zhuǎn)振蕩、攪拌、振動(dòng)等動(dòng)態(tài)方法來(lái)細(xì)化晶粒，其主要原理是在金屬液凝固過(guò)程中施加外力，從而達(dá)到破碎枝晶的目的，同時(shí)外力造成金屬液的波動(dòng)，有助于減小鑄件中心部位和邊緣部位的溫度梯度，促使形成均勻的等軸晶，從而達(dá)到細(xì)化晶粒的目的。然而在石膏型精密鑄造中，由于對(duì)石膏鑄型施加振動(dòng)易導(dǎo)致鑄型塌掉，且其在振動(dòng)臺(tái)上固定困難，因此目前石膏型鑄造中很少有人通過(guò)施加振動(dòng)來(lái)細(xì)化晶粒，需要研究出一種可行的方法，使之在保證石膏鑄型不塌掉的前提下，能夠在石膏型澆注時(shí)施加振動(dòng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是為了克服上述有色金屬石膏型精密鑄造技術(shù)的不足而提供一種有色金屬石膏型快速精密鑄造方法，其利用負(fù)壓與變頻振動(dòng)輔助澆注成型，通過(guò)這種方法提高有色金屬零件鑄造質(zhì)量，具有操作簡(jiǎn)便，效果好等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于大型復(fù)雜薄壁有色金屬零件的鑄造成型。
[0007]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，其是一種有色金屬石膏型快速精密鑄造方法，其特征在于包括如下步驟:
步驟一快速原型件制作
用3D打印機(jī)制作待鑄零件的快速原型件、澆道快速原型件、冒口快速原型件及氣道快速原型件，所有的快速原型件的材料可以為ABS塑料、PLA塑料、樹(shù)脂或蠟；
步驟二制作石膏型
配制石膏漿料，將待鑄零件的快速原型件放入配制的石膏漿料中，并根據(jù)待鑄零件的結(jié)構(gòu)在需補(bǔ)縮位置及排氣位置放置冒口快速原型件和氣道快速原型件，所述冒口快速原型件、氣道快速原型件及氣管接頭嵌件依次串聯(lián)，氣管接頭嵌件套入氣道快速原型件中，調(diào)整氣管接頭嵌件的位置使氣管接頭嵌件高出石膏型表面4至6_，將氣道快速原型件高出氣管接頭嵌件端面部分切除，得到所需的石膏型；
步驟三烘干石膏型
待步驟二的石膏型硬化后，將石膏型移入烘箱進(jìn)行干燥；
步驟四燒除快速原型件
將干燥后的石膏型放入高溫烘箱或烘爐中加熱，升溫速度控制在(2±0.5) °C / min內(nèi)，并每升高(50±5) °C保溫20~40分種，升高至450°C ~600°C后溫度保持不變，將零件快速原型件、澆道快速原型件、冒口快速原型件、氣道快速原型件燒掉，得到所需的石膏鑄型，在所述石膏鑄型內(nèi)形成了零件型腔、澆道、氣道及冒口 ；
步驟五石膏鑄型安裝與連接
清理零件型腔、澆道、氣道及冒口，將鑄造箱放置在振動(dòng)臺(tái)上用螺栓固定，將石膏鑄型放在鑄造箱內(nèi)，在鑄造箱內(nèi)位于石膏鑄型的底部及四周填充干砂，在澆道的上端開(kāi)口處放置澆口杯，通過(guò)壓梁和橡膠壓塊對(duì)石膏鑄型進(jìn)行固定后，以5HZ~15HZ的頻率及2_~6_的振幅振實(shí)，然后用氣管將各個(gè)氣管接頭嵌件與真空罐連接，所述真空罐與真空栗連接；步驟六抽真空
預(yù)先將抽氣閥、排真空閥關(guān)閉，將真空罐抽至_40kPa —60kPa的真空度，真空表可以觀察真空罐內(nèi)的壓力，再將真空栗的啟動(dòng)壓力設(shè)置為_(kāi)25~ _30kPa，真空栗的停止壓力設(shè)置為-50~ -65kPa，將澆口杯的開(kāi)口密封，啟動(dòng)真空栗，然后打開(kāi)抽氣閥對(duì)零件型腔、澆道、氣道及冒口抽真空，并保證真空度穩(wěn)定；
步驟七澆注
啟動(dòng)振動(dòng)臺(tái)，先采用的振動(dòng)頻率為5Hz~15Hz，振幅為然后通過(guò)澆口杯澆入有色金屬鑄液，利用該振動(dòng)頻率提高鑄液的流動(dòng)性及排氣；待金屬液充滿零件型腔后，先將振動(dòng)頻率升至20 Hz ~30Hz，振幅為0.振動(dòng)2~5分鐘，然后每30 ± 5秒將振動(dòng)頻率提高3Hz~5Hz，提高至50Hz~70Hz后，保持振動(dòng)10~20分鐘，以達(dá)到振動(dòng)細(xì)晶的目的；澆注完畢，停止振動(dòng)，關(guān)閉抽氣閥及真空栗閥，打開(kāi)排真空閥去除真空；
步驟八后處理
石膏鑄型冷卻后拔掉氣管，將石膏鑄型取出，用高壓水槍清除石膏，回收氣管接頭嵌件，切除冒口，得到所要的鑄件。
[0008]所述氣管接頭嵌件預(yù)埋在石膏鑄型表層氣道快速原型件末端，用于連接抽氣管。
[0009]所述氣管接頭嵌件為鋼制件，在氣管接頭嵌件上開(kāi)有一個(gè)或多個(gè)環(huán)形槽，所述環(huán)形槽使氣管接頭嵌件與石膏鑄型連接可靠，并能承受接、拔管時(shí)的軸向力。
[0010]所述氣管插入氣管接頭嵌件的孔時(shí)，在氣管與孔中間設(shè)有一個(gè)錐形橡膠套，用于保證連接處不會(huì)漏氣。
[0011 ] 在本技術(shù)方案中，在工作時(shí)，所述型腔、澆道、氣道及冒口真空度的值為_(kāi)25kPa~-60kPao
[0012]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn):
(1)通過(guò)同時(shí)施加變頻振動(dòng)與負(fù)壓的方式，可有效提高鑄造的流動(dòng)性、減少氣孔及提高鑄件的機(jī)械性能，提高有色金屬零件鑄造質(zhì)量；
(2)通過(guò)設(shè)置氣道、氣管接頭嵌件對(duì)型腔直接施加負(fù)壓，根據(jù)待鑄零件的形狀靈活安排冒口與氣道位置、數(shù)量，工藝簡(jiǎn)單，操作方便；
(3)在真空栗與澆注系統(tǒng)中間設(shè)置真空罐，可預(yù)先將罐內(nèi)真空度抽至設(shè)定值，從而減小鑄型抽真空時(shí)間，有利于鑄型溫度的保持，并能保證澆注過(guò)程真空度平穩(wěn)；
(4)澆注初期采用較低振動(dòng)頻率，金屬液充滿型腔后，逐級(jí)采用較高振動(dòng)頻率，可避免石膏型塌掉，并可得到較細(xì)晶粒的鑄造組織。
【附圖說(shuō)明】
[0013]圖1是本發(fā)明的鑄造工藝系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖中:1 —振動(dòng)臺(tái)，2 —鑄造箱，3 —干砂，4—石膏鑄型，5—冒口，6—澆道，
7—澆口杯，8—壓梁，9一氣管接頭嵌件，10 —?dú)獾溃?1 一橡膠壓塊，12 —電機(jī)外殼型腔，13—?dú)夤埽?4一氣管接頭，15—排真空閥，16—抽氣閥，17—真空罐，18 —真空表，19一真空栗閥，20—真空栗。
【具體實(shí)施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】作進(jìn)一步說(shuō)明。在此需要說(shuō)明的是，對(duì)于這些實(shí)施方式的說(shuō)明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以互相結(jié)合。
[0016]實(shí)施例一:用該方法鑄造鋁合金電機(jī)外殼，其材料ZL104，輪廓尺寸288mmX288mm X 220 mm,最小壁厚3mm，快速原型件材料為PLA塑料。
[0017]其是一種有色金屬石膏型快速精密鑄造方法，包括如下步驟:
步驟一快速原型件制作
用熔融沉積成型(FDM)工藝的3D打印機(jī)制作電機(jī)外殼快速原型件、澆道快速原型件、冒口快速原型件、氣道快速原型件，快速原型件的材料為PLA塑料；
步驟二制作