專利名稱：熔模精密鑄造用填料模料的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種熔模精密鑄造用填料模料，適用于大型薄壁熔模精密鑄件及對表面質(zhì)量要求較高的飾品熔模精密鑄件。
背景技術(shù)：
熔模精密鑄造又稱為失蠟鑄造，其工藝步驟是用蠟 質(zhì)材料制作出所要鑄成器物的模樣，在模樣上焊接澆注系統(tǒng)制備好蠟?zāi)?，然后在蠟?zāi)Ｉ细采w以耐火涂料，等耐火涂料干燥凝固后，進(jìn)行脫模，蠟?zāi)Ｈ咳刍魇?，只剩型殼，再從澆注口灌入金屬液，冷卻后去除耐火涂料型殼，就得到所需的金屬鑄件。熔模精密鑄造的產(chǎn)品尺寸精確，接近于零件最后的形狀，不經(jīng)加工或只經(jīng)少量加工就能直接使用?，F(xiàn)代熔模鑄件的發(fā)展方向是大型、薄壁、復(fù)雜、精密現(xiàn)代航空和軍工產(chǎn)品是熔模精密鑄造的主力方向，其產(chǎn)品的特點(diǎn)是薄壁而復(fù)雜；而飾品則對表面質(zhì)量和尺寸精度要求苛刻。熔模精密鑄造作為近凈成形的鑄造方法，可以勝任其它的加工方法不能達(dá)到的上述幾類產(chǎn)品的性能要求，日益顯現(xiàn)出其不可替代的重要性。熔模精密鑄件的尺寸精度水平主要受三個因素影響其一是金屬的凝固收縮，其二是模殼的熱脹冷縮，其三是熔模本身特性導(dǎo)致鑄件尺寸變化。前二者基本可以準(zhǔn)確量化，因此，熔模本身即模料則成為影響熔模精密鑄件尺寸精度的關(guān)鍵因素；另一方面，模料表面質(zhì)量直接影響模殼質(zhì)量，進(jìn)而影響鑄件的表面質(zhì)量。因此，想要得到質(zhì)量合格的熔模精密鑄件，其模料必須具備以下主要特性(I)熔點(diǎn)適中，澆注后有良好的流動性，以便順利充滿壓型型腔，成形外表面完整的模樣，且在脫模時能夠順利流出模型；(2)較低的收縮/膨脹率，模料在溫度發(fā)生變化時，尺寸變化應(yīng)盡量小，以保證模樣的成型精度，保證模殼不因模料脹型而變形或裂開；(3)合適的強(qiáng)度和穩(wěn)定性，能夠在一定溫度下，在成型過程中和成型后保持形狀和尺寸的穩(wěn)定；(4)良好的涂掛性，能夠在模料的外表面很好地涂掛粘結(jié)劑和掛砂，形成質(zhì)量可靠的完好的模殼；(5)較低的灰分，模料焙燒后的灰分應(yīng)盡可能的小，就可以使型腔內(nèi)殘留灰分少，
提聞廣品的表面質(zhì)量。中國專利CN1103352C公布了一種飾品熔模鑄造用超精細(xì)模料。該模料包含石蠟34-50 %，其他蠟18-32 %，改性松香樹脂15-33 %，高分子聚合物6-12 %，助溶劑O. 5-1 %。模料強(qiáng)度為7-9MPa，線收縮率為I. 2%。中國專利CN1325566C公布了一種精密鑄造模料。該模料包含20-70 %石蠟，20-70%石油樹脂，1-8%高分子聚合物，1-15%礦物蠟、動物蠟和植物蠟。模料主要性能指標(biāo)為強(qiáng)度為7-10MPa，線收縮率為O. 5-0. 7%，灰分小于O. 02%。中國專利CN101074320B公布了一種飾品精密鑄造模料。該模料包含20_60%氫化微晶蠟，10-40%石蠟，20-60%石油樹脂，1-8%高分子聚合物，1_15 %礦物蠟、動物蠟和植物蠟。模料主要性能指標(biāo)為:強(qiáng)度為7-10MPa，線收縮率為O. 4-0. 6%，灰分小于O. 02%。中國專利CN101074320B公布的模料性能較CN1325566C和CN1103352C有一定提高，但總體而言，這些模料的線收縮率和灰分仍處較高水平，難以滿足精密薄壁或飾品鑄件對尺寸精度和表面質(zhì)量越來越高的要求。上述中國專利公布的模料主要是蠟基和松香基模料，為了滿足模料低收縮率的要求，通常在熔模蠟料中加入填料，以減小模料因室溫變化而引起的尺寸變化。熔模精密鑄造用填料模料主要有三類其一為空氣填 料，采用攪拌方式在模料中引入空氣作為填料，但引入的空氣量越大模料的熔化溫度區(qū)間越大，熔模表面質(zhì)量越差，當(dāng)空氣混入量超過25%時，甚至產(chǎn)生局部縮坑；其二是水溶性填料，該類填料加入量超過8 %，制殼時填料會被涂料中的水所溶解，導(dǎo)致鑄件表面粗糙，且這種填料在脫蠟時會全部溶于水中不可回收，造成材料的浪費(fèi)和水污染；其三是固體粉末填料，該類填料可以得到最好的工藝效果。以下是固體粉末模料的文獻(xiàn)摘錄US4411075(1979)公布了一種環(huán)六亞甲基四胺(HMTA)作為填料的熔模精密鑄造模料，還包括0-15%的植物蠟(巴西棕櫚蠟和小燭樹蠟)，20-60%石油蠟。US5006583(1991)公布了一種苯乙烯和二乙烯基苯的共聚物作為填料的熔模精密鑄造模料，包括0-15%植物蠟，20-60%石油蠟混合物，1-12%合成蠟，13-70%烴類樹脂。US5518537(1996)公布了一種采用醋酸纖維素酯的熱塑性樹脂粉末作為填料的熔模精密鑄造模料，其填料質(zhì)量百分比為15-25 %，還包括0-15 %植物蠟，20-60 %石油蠟混合物，1-12%合成蠟，13-79%烴類樹脂。US6326429(2001)公布了一種采用高分子有機(jī)碳酸酯作為填料的熔模精密鑄造模料，該填料的有效地降低了模料的膨脹率，可達(dá)到以尿素作為填料的模料水平。US6485553(2002)公布了一種采用聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)作為填料的熔模精密鑄造模料，包括0-15%植物蠟，20-60%石油蠟混合物，1-15%合成蠟，15-70%烴類樹脂。上述固體粉末填料強(qiáng)度較高，這些填料的加入會引起其他問題，如填料加入量和類型選擇造成與基體蠟相溶性不好，模料流動性不佳，焙燒后殘留灰分仍然維持一定的數(shù)量等。此外，這幾種填料價格較高，不利于最終鑄件產(chǎn)品成本的降低。US4758613(1988)公布了以石蠟、微晶蠟、巴西棕櫚蠟為基體，添加玉米、小麥、大米等原淀粉的熔模精密鑄造模料。該模料強(qiáng)度較高，可達(dá)到20MPa左右，但線收縮率普遍高于O. 5 %，難以達(dá)到高尺寸精度精密鑄件對模料的需求；模料中的淀粉粒度較大，對最終產(chǎn)品的表面質(zhì)量有不利影響；而且，作為填料的淀粉來源于玉米、小麥和大米等人類主要的糧食作物，在目前國際糧食短缺的今天，其在實(shí)際熔模鑄造中的應(yīng)用價值大打折扣。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明針對現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，提供一種強(qiáng)度較高，線收縮率小，灰分小的熔模精密鑄造用填料模料。本發(fā)明具體技術(shù)方案如下本發(fā)明的模料組分配比以質(zhì)量百分比計如下
(I) 5-70%石油蠟；(2) 5-70% 樹脂；(3) 1-20%有機(jī)高分子聚合物；(4) 1-40%木薯淀粉。以下是本發(fā)明的詳細(xì)組分及選用說明

(I)本發(fā)明采用的石油蠟作為基體材料之一，選用的石油蠟為62#全精煉石蠟、62#半精煉石蠟、64#全精煉石蠟、64#半精煉石蠟、66#全精煉石蠟、66#半精煉石蠟中的一種或幾種的混合物，其熔點(diǎn)為56-70°C，優(yōu)選用量范圍為10-60%。全精煉和半精煉石蠟是正構(gòu)烷烴，在低于200°C下具有較好的化學(xué)的穩(wěn)定性，對于配制熔模鑄造模料十分有益的，為主要選用材料之一。(2)本發(fā)明采用樹脂作為基體材料之一，選用樹脂為普通松香、聚合松香、氫化松香、歧化松香、松香酯以及松香其他衍生物中的一種或幾種，其軟化點(diǎn)為95-170°C，其優(yōu)選用量范圍為10-60%。石蠟是晶型物質(zhì)，單純石蠟晶粒比較粗大，采用適量的松香與石蠟熔合，可以很好地改變石蠟脆性特征；并且在優(yōu)選范圍內(nèi)，松香和石蠟互溶性好，不會出現(xiàn)懸浮相，對模料的流動性影響較小。(3)本發(fā)明采用的有機(jī)高分子聚合物作為組元之一，選用聚合物為聚乙烯、聚苯乙烯(PS)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)中的一種或幾種混合物，其分子量總和為1000-40000，優(yōu)選用量為1-10%。有機(jī)高分子聚合物主要作用在于進(jìn)一步提升基體的強(qiáng)度和韌性，使得熔模組在一定受力條件下能夠保持形狀不變形，能夠在外力卸除后回復(fù)原形；選用有一定結(jié)晶度的有機(jī)高分子聚合物，與基體之間有較好的互溶性，熔點(diǎn)與基體接近，保持蠟質(zhì)基體的良好流動性。(4)本發(fā)明采用的木薯淀粉符合中華人民共和國輕工業(yè)部工業(yè)薯類淀粉標(biāo)準(zhǔn)(QB1840-93)，達(dá)到工業(yè)一級品及以上品質(zhì)，通過200目標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)，80%以上通過230目標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)，50%以上通過270標(biāo)準(zhǔn)目篩網(wǎng)，其優(yōu)選用量范圍為5-15%。較之其他類型的高分子聚合物的粉末填料，木薯淀粉能夠被熔融石蠟很好地潤濕，對蠟質(zhì)基體材料的流動性影響甚微；木薯淀粉加入模料，能很好地起到支撐作用，降低模料整體的線收縮率，提高模料的強(qiáng)度。以下是本發(fā)明模料的制備工藝過程說明(I)首先將蠟質(zhì)材料加熱到120°C，最好將加熱溫度維持在100°C以下熔化蠟料，溫度過高蠟料易發(fā)煙；(2)蠟料化清后，分步加入松香，并攪拌熔體，溫度維持在120°C左右，以防溫度過高發(fā)煙；(3)松香全部熔(溶)清后，添加有機(jī)高分子聚合物，攪拌至全部熔(溶)清；(4)最后添加填料，溫度維持在100°C左右，慢速攪拌，直至木薯淀粉全部均勻分散在熔體。不能快速攪拌，否則木薯淀粉在被潤濕過程中易隨蠟料溢出加熱容器，導(dǎo)致實(shí)施失?。?5)模料在I. 18±0· 20MPa壓力，64±1°C溫度下壓注成型。模料必須保證在模料熔點(diǎn)附近或者略低于熔點(diǎn)壓注，否則模料冷卻后，易形成較大收縮，影響實(shí)施效果。模料壓注成型可參考HB 5350系列標(biāo)準(zhǔn)中制備熔模試樣的相關(guān)參數(shù)來確定。
本發(fā)明制備的模料性能指標(biāo)為熔滴點(diǎn)為55_70°C，抗彎強(qiáng)度為大于5MPa，線收縮率小于O. 4%，熱穩(wěn)定性溫度不低于40°C，灰分小于O. 015%。模料無機(jī)械雜質(zhì)，無腐蝕性和毒性，適合制備對鑄件尺寸精度及表面質(zhì)量要求高的熔模模樣。本發(fā)明的填料模料與前述專利中的其它模料相比，有顯著實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)和進(jìn)步(I)模料強(qiáng)度大，既能滿足模料組支撐和精細(xì)部位要求，又不至于強(qiáng)度過大而不利于模組的修整與焊接；

(2)模料的線收縮率不到O. 4%，成型的模組尺寸精度高，同時能夠很好的避免模料脹殼的危險；(3)模料熱穩(wěn)定性溫度高于40°C，模料能夠在車間較高溫度下保存不易變形，適應(yīng)性好；(4)模料灰分少，能夠提高型殼質(zhì)量，能夠很好的滿足鑄件高表面質(zhì)量的要求(5)模料無腐蝕性和毒性，不會對產(chǎn)生設(shè)備和人身產(chǎn)生不良影響。
以下結(jié)合附圖
對本發(fā)明進(jìn)行說明。本發(fā)明實(shí)施例中的模料顯微組織均在偏光顯微鏡上放大200倍拍攝得出。圖I為實(shí)施例I中未加填料的模料顯微組織(200X)；圖2為實(shí)施例I的添加填料的模料顯微組織(200 X)；圖3為實(shí)施例2中未加填料的模料顯微組織(200X)；圖4為實(shí)施例2的添加填料的模料顯微組織(200 X)；圖5為實(shí)施例3中未加填料的模料顯微組織(200X)；圖6為實(shí)施例3的添加填料的模料顯微組織(200 X)；圖7為實(shí)施例4中未加填料的模料顯微組織(200X)；圖8為實(shí)施例4的添加填料的模料顯微組織(200 X)；從圖I至圖8可以看出，未添加填料的模料顯微組織中可見粗大的方向性明顯的石蠟晶粒，本發(fā)明的填料模料顯微組織中則未見粗大結(jié)晶條出現(xiàn)，組織細(xì)密，良好的內(nèi)部組織為模料優(yōu)良性能提供了保證。
具體實(shí)施例方式以下通過具體實(shí)施例，對本發(fā)明的熔模精密鑄造用填料模料，作進(jìn)一步說明，但具體實(shí)施例不作為限制性實(shí)例使用。實(shí)施例中的熔模精密鑄造用填料模料測試方法如下熔滴點(diǎn)GB/T14235. 1-1993線收縮率HB 5350. 1-2004熱穩(wěn)定性溫度HB 5350. 2-2004抗彎強(qiáng)度HB 5350. 3-2004灰分HB 5350. 5-2004實(shí)施例中的百分比為質(zhì)量百分比。實(shí)施例I :
66#全精煉石蠟10%64#全精煉石蠟10%62#全精煉石蠟15%氫化松香，高度氫化一級30%EVA，熔融指數(shù) 505% 木薯淀粉，工業(yè)優(yōu)級15%實(shí)施例2 62#半精煉石蠟42%115# 聚合松香40%EVA，熔融指數(shù) 4510%木薯淀粉，工業(yè)一級8%實(shí)施例3 64#全精煉石蠟15%62#全精煉石蠟35%140# 聚合松香10%氫化松香，普通氫化一級30%PET，熔融指數(shù) 503%EVA，熔融指數(shù) 355%木薯淀粉，工業(yè)優(yōu)級12%實(shí)施例4 66#半精煉石蠟15%64#半精煉石蠟10%62#半精煉石蠟15%95#聚合松香30%聚苯乙烯，熔融指數(shù)354%EVA，熔融指數(shù) 406%木薯淀粉，工業(yè)一級20%實(shí)施例的檢測結(jié)果如表I所示表I實(shí)施例的理化檢測結(jié)果
權(quán)利要求
1.一種熔模精密鑄造用填料模料，以質(zhì)量百分比計包含5-70%石油蠟，5-70%樹脂，1-20%有機(jī)高分子聚合物，填料為5-30%的淀粉。
2.按照權(quán)利要求I所述的模料，其特征在于所述的石油蠟為62#全精煉石蠟、62#半精煉石蠟、64#全精煉石蠟、64#半精煉石蠟、66#全精煉石蠟、66#半精煉石蠟的一種或幾種，其熔點(diǎn)為55-70°C，用量為10-60%。
3.按照權(quán)利要求I所述的模料，其特征在于所述的樹脂為為松香聚合松香、氫化松香、歧化松香、松香酯以及松香其他衍生物中的一種或幾種，其軟化點(diǎn)為95-170°C，用量為10-60%。
4.按照權(quán)利要求I所述的模料，其特征在于所述有機(jī)高分子聚合物為聚乙烯、聚苯乙烯、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、乙烯-醋酸乙烯共聚物(EVA)的一種或幾種，其分子量總和為 2000-30000，用量為 1-10%。
5.按照權(quán)利要求I所述的模料，其特征在于所述的作為模料填料的淀粉為木薯淀粉。
6.按照權(quán)利要求I和或5所述的模料，其特征在于所述木薯淀粉用量為5-15%。
7.按照權(quán)利要求I、和或5、和或6所述的模料，其特征在于所述木薯淀粉通過200目標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)，80%以上通過230目標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)，50%以上通過270目標(biāo)準(zhǔn)篩網(wǎng)。
8.按照權(quán)利要求I所述的模料，其特征在于所述的模料性能指標(biāo)為熔滴點(diǎn)為55-70°C，熱穩(wěn)定性溫度為40-50°C，線收縮率小于O. 4%，灰分小于O. 015%，抗彎強(qiáng)度為5_10MPa，無異質(zhì)顆粒雜質(zhì)，無毒性，無腐蝕性。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種熔模精密鑄造用填料模料。該模料包含作為填料的淀粉，還包含石油蠟，有機(jī)高聚物，松香。該模料中包含質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5-20％的木薯淀粉。木薯淀粉的加入，能有效控制模料的收縮率和膨脹率，對于熔模精密鑄造鑄件尺寸精度的控制十分重要。木薯淀粉來源廣泛，比其它填料模料成本更低，與熔模鑄造型殼不發(fā)生反應(yīng)。本發(fā)明的模料線收縮率和灰分低，強(qiáng)度較高，涂掛性和流動性較好，適用于制作大型薄壁熔模精密鑄件和表面質(zhì)量要求較高的飾品鑄件的模型蠟。
文檔編號C08L67/02GK102876054SQ20121031895
公開日2013年1月16日 申請日期2012年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月3日
發(fā)明者許征兵, 曾建民, 王友彬, 顧紅, 龐興志 申請人:廣西大學(xué)