陶壳脱蜡的方法及装置与流程

本发明涉及精密铸造工艺，特别涉及一种陶壳脱蜡的方法及装置。

背景技术：

精密铸造是相对于传统铸造工艺而言的一种铸造方法，它能够获得相对准确的形状和较高的铸造精度。精密铸造的工艺过程为：首先，制作蜡模，该蜡模与所需铸造的产品大小形状相一致，然后，在所制作的蜡模表面形成陶壳，随后，对所述陶壳进行脱蜡处理(将其内部的蜡模熔化后去除)，最后，向脱蜡处理后的陶壳内浇注金属材料，待金属材料冷却凝固后，破碎去除所述陶壳，得到的铸件即为所需的产品。

现有技术中，通常采用高压高温蒸汽脱蜡的方式对陶壳进行脱蜡处理，图1所示即为相应的陶壳脱蜡装置，该陶壳脱蜡装置包括密封腔体1，密封腔体1上设置有压力安全阀2、蒸汽入口3、蒸汽出口4和排蜡口5。该陶壳脱蜡装置应用时，先将带有蜡模的陶壳放入密封腔体1中(沿图中虚线箭头方向)，然后通过蒸汽入口3注入高压高温水蒸汽，使密封腔体1内形成高压高温蒸汽环境，压力安全阀2用于保证密封腔体1内的压力不超过预定值。水蒸汽冷凝过程中会释放大量的热能，该热量能够使陶壳中的蜡模熔化，从而实现脱蜡处理。蜡模熔化后得到的蜡可以从排蜡口5回收利用。

上述高压高温蒸汽脱蜡的方式要求在短时间内提供大量的蒸汽，以保证有足够的热量使蜡模迅速完全熔化，通常要求在6s时间内密封腔体1内的蒸汽压力达到5kg/cm²(密封腔体内空气温度会达到155℃)，整个脱蜡时间为8-12min。时间延长或是蒸汽量不足，都会使蜡模不能完全熔化。发明人经研究发现，越靠近蜡模表面的蜡熔化越早，熔化的蜡会受到未熔 化的蜡的阻碍而无法及时从陶壳中流出，并且由于蜡熔化后体积膨胀，从而会导致陶壳胀裂现象的产生，影响铸件的质量。

为了避免陶壳胀裂现象的产生，现有技术中的解决办法就是向密封腔体内注入高压高温的蒸汽，并且越高压高温越好。然而，这就不可避免的导致陶壳脱蜡设备能耗较高，增加了产品成本。

公开号为CN102554126A，名称为“陶壳脱蜡的方法及装置”的中国发明专利申请，其将一恒负压桶与密封腔体相连，并且在向密封腔体内注入高压高温蒸汽前先对密封腔体抽真空，其能够减少蒸汽能源的浪费，但是仍然有一定的概率存在陶壳胀裂的现象，并且由于其需要使用高压高温蒸汽，能耗依然较高。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种能够完全避免陶壳胀裂现象的产生，并且能耗降低的陶壳脱蜡的方法及装置。

为解决上述技术问题，本发明提供技术方案如下：

一方面，提供一种陶壳脱蜡的方法，包括：

步骤1：将带有蜡模的陶壳放入密封腔体中；

步骤2：对所述密封腔体进行抽真空，使真空度在1s内降至100mmHg以下；

步骤3：向所述抽真空后的密封腔体内注入低压低温蒸汽，所述低压低温蒸汽的压力介于1-2kg/cm²，温度介于100-120℃，使所述密封腔体内的气压在规定时间内到达预定值，进而最终实现陶壳的脱蜡。

进一步的，所述步骤2具体为：将一恒负压桶与所述密封腔体相连，以实现抽真空，使真空度降至80-100mmHg。

另一方面，提供一种应用上述的陶壳脱蜡的方法的陶壳脱蜡的装置，包括密封腔体，所述密封腔体上设置有压力安全阀、蒸汽入口、蒸汽出口和排蜡口，所述密封腔体上连接有能够使所述密封腔体的真空度在1s内降至100mmHg以下的抽真空装置，所述抽真空装置包括与所述密封腔体 相连的恒负压桶和与所述恒负压桶相连的真空泵，所述蒸汽入口用于注入低压低温蒸汽，所述低压低温蒸汽的压力介于1-2kg/cm²，温度介于100-120℃。

进一步的，所述排蜡口的下方设置有离心桶，所述离心桶内依次设置有50-100目的第一过滤网和500目以上的第二过滤网。

进一步的，所述离心桶的下部外侧设置有用于保温的外套层，所述外套层设置有进气口和出气口，所述进气口与所述蒸汽出口相连。

进一步的，所述出气口连接有滤网反冲洗桶，所述滤网反冲洗桶包括桶体和位于桶体内部上方的环形气管，所述环形气管的入口与所述外套层的出气口相连，所述环形气管上均匀设置有若干方向向下的喷气口。

进一步的，所述滤网反冲洗桶的下部设置有排渣口，所述滤网反冲洗桶的内侧下部边缘为斜坡形。

进一步的，所述恒负压桶上设置有压力传感器，该压力传感器与真空泵的控制开关相连。

进一步的，所述恒负压桶的上部设置有压力安全阀，下部设置有排水口。

进一步的，所述恒负压桶和真空泵之间连接有冷却器，所述冷却器包括水冷式冷却器和/或气冷式冷却器。

本发明具有以下有益效果：

与现有技术相比，本发明可以使用压力为2kg/cm²以下且温度在120℃以下的低压低温蒸汽，从而大大降低了能耗，并且本发明还能够完全避免陶壳胀裂现象的产生，降低了产品成本。

附图说明

图1为现有技术中陶壳脱蜡装置的结构示意图；

图2为本发明的陶壳脱蜡的方法的流程示意图；

图3为本发明的陶壳脱蜡的装置的一个实施例的结构示意图；

图4为图3中的抽真空装置的一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

本发明提供一种陶壳脱蜡的方法，如图2所示，包括：

步骤S1：将带有蜡模的陶壳放入密封腔体中；

步骤S2：对所述密封腔体进行抽真空，使真空度在1s内降至100mmHg以下；

步骤S3：向所述抽真空后的密封腔体内注入低压低温蒸汽，所述低压低温蒸汽的压力介于1-2kg/cm²，温度介于100-120℃，使所述密封腔体内的气压在规定时间内到达预定值，进而最终实现陶壳的脱蜡。

在公开号为CN102554126A，名称为“陶壳脱蜡的方法及装置”的中国发明专利申请中，虽然其将一恒负压桶与密封腔体相连，并且在向密封腔体内注入高压高温蒸汽前先对密封腔体抽真空，但是其恒负压桶的体积一般与密封腔体的体积相当，即使其将恒负压桶的压力设置的较低，但是其仅能将密封腔体的真空度降至400mmHg左右(例如恒负压桶的压力为76mmHg，则抽真空后的密封腔体的真空度为(76+760)/2＝418mmHg)，此时，陶壳内仍然有较多的空气，其必须使用高压高温蒸汽来进行脱蜡，例如其说明书0048段提到了：注入压力为7kg/cm²温度为174℃的蒸汽后，密封腔体内空气温度2.5s能够达到145℃。由于其能够在短时间内快速升温，所以在一定程度上降低了陶壳胀裂现象产生的几率。

然而，发明人经过潜心研究发现，陶壳胀裂现象是在注入蒸汽后1-3s内就决定了，在越短的时间内提供越充足的蒸汽热量，就能使得靠近蜡模表面的蜡快速熔化和流出并腾出空间，而此时蜡模内部的蜡还来不及熔化和膨胀，从而最大化的降低陶壳胀裂现象产生的几率。

需要补充说明的是，发明人还发现，在工业生产中，陶壳脱蜡设备是一炉一炉持续进行脱蜡的，当上一炉脱蜡结束时，打开炉门放入第二炉待脱蜡的陶壳时，炉内残留温度在70-80℃，而蜡的熔化温度低于80℃，故 如果不能及时抽真空、不能及时注入蒸汽进行脱蜡时，蜡模就会开始熔化导致陶壳胀裂现象的产生。

上述中国发明专利申请虽然对密封腔体进行了抽真空，并且能够使密封腔体内空气温度2.5s达到145℃，但是其抽真空及注入蒸汽的整体时间还是偏长(远大于3s)，所以仍然存在一定几率的陶壳胀裂的现象；并且由于其需要使用高压高温蒸汽来提供充足的蒸汽热量(为减少陶壳胀裂的几率，不能更换为低压低温蒸汽)，所以能耗较高。

发明人经过潜心研究进一步发现，陶壳的各层内部有较多的空孔，空孔中残留的空气会对蒸汽穿过陶壳产生阻压，唯有如本发明所述，将密封腔体的真空度在1s内降至100mmHg以下(可以利用本领域公知的各种方法来实现，例如可以通过使用体积较大的恒负压桶对密封腔体降压；或是利用多台真空泵同时工作来实现等)后，再注入低压低温蒸汽，才能有效克服该阻压的影响，使蒸汽迅速穿过陶壳与蜡模接触(本发明中由于密封腔体内的真空度较高，故低压低温蒸汽能够在1s内穿过陶壳并且使得蜡模表面的温度达到100℃以上，本发明中抽真空及注入蒸汽的整体时间能够控制在2s以内，即使在陶壳脱蜡设备一炉一炉持续工作时也能够维持该水平)，此时，靠近蜡模表面的蜡快速熔化和流出并腾出空间，而此时蜡模内部的蜡还来不及熔化和膨胀，从而完全避免了陶壳胀裂现象的产生。

综上，本发明的有益效果在于：

与现有技术中必须使用高压高温蒸汽(压力为6kg/cm²以上且温度在160℃以上)不同，本发明可以使用压力为2kg/cm²以下且温度在120℃以下的低压低温蒸汽，从而大大降低了能耗。现有技术中陶壳脱蜡设备的能耗大都在80kW·h以上，而本发明的陶壳脱蜡设备的能耗可以控制在30kW·h以下。并且，通过本发明的方法还能够完全避免陶壳胀裂现象的产生，降低了产品成本。

本发明中，由于注入的是低压低温蒸汽，所以密封腔体内的压力也较低，后续能够更快速的完成放气并取出脱蜡后的陶壳，节省了工序时间， 放气时也能极大的降低陶壳面层剥落的风险，进一步降低了产品的成本。

优选的，所述步骤2具体为：将一恒负压桶与密封腔体相连，以实现抽真空，使真空度降至80-100mmHg，进一步优选80-90mmHg。

并且，本发明的方法优选在步骤S3之后还包括：

步骤S4：在蜡模完全熔化后，对所述密封腔体进行放气，控制放气速度使所述密封腔体内的气压下降速度每分钟不超过0.3kg/cm²；

步骤S5：放气完毕后，从所述密封腔体中取出脱蜡后的陶壳。

现有技术中，在蜡模熔化后，都是先打开蒸汽出口进行快速放气后，再取出陶壳。然而，本发明人经过潜心研究发现，快速放气会使得陶壳的面层有剥落的风险，为此，需要缓慢放气，越慢越好，然而一般只要控制放气速度使所述密封腔体内的气压下降速度每分钟不超过0.3kg/cm²，即可避免陶壳面层剥落的问题。针对该放气速度的要求，可以通过合理设计蒸汽出口的尺寸来实现，并且还可以在密封腔体上设置多个蒸汽出口，各个蒸汽出口采用不用的管径尺寸，如1.5寸、1寸和0.5寸等，以利于操作人员根据需要选择不同的放气速度。

与上述陶壳脱蜡的方法相对应，本发明还提供一种应用上述方法的陶壳脱蜡的装置，如图3-4所示，包括密封腔体31，密封腔体31上设置有压力安全阀32、蒸汽入口33、蒸汽出口34和排蜡口35，密封腔体31上连接有能够使密封腔体的真空度在1s内降至100mmHg以下的抽真空装置36，抽真空装置36包括与密封腔体相连的恒负压桶361和与恒负压桶361相连的真空泵362，蒸汽入口33用于注入低压低温蒸汽，该低压低温蒸汽的压力介于1-2kg/cm²，温度介于100-120℃。

本发明的陶壳脱蜡装置应用时，先将带有蜡模的陶壳放入密封腔体31中，再利用抽真空装置36对密封腔体31进行抽真空，然后向抽真空后的密封腔体31内注入低压低温蒸汽，使密封腔体31内的气压在规定时间内到达预定值，进而最终实现陶壳的脱蜡。

本发明的陶壳脱蜡装置使用了低压低温蒸汽，大大降低了能耗，并且能够完全避免陶壳胀裂现象的产生，降低了产品成本。本发明中，由于注 入的是低压低温蒸汽，所以密封腔体内的压力也较低，放气时能极大的降低陶壳面层剥落的风险。

另外，发明人发现，现有技术中蜡在循环使用时会带有少许的目数非常低(低至500目)的壳模渣，经过现有的过滤工艺极难去除，后续会使得脱蜡后的陶壳内以较低的概率产生陶渣，进而影响了铸件的质量。为此，排蜡口35的下方优选设置有离心桶37，离心桶37内依次设置有50-100目的第一过滤网371和500目以上的第二过滤网372。通过该双层过滤网的使用以及在离心桶的离心力的作用下，本发明能够较好的去除了蜡中带有的目数极低的壳模渣，工序简单，节省时间，提高了铸件的质量。

进一步的，离心桶37的下部外侧可以设置有用于保温的外套层38，外套层38设置有进气口381和出气口382，进气口381与蒸汽出口34相连。这样，能够充分利用蒸汽出口34处废弃蒸汽的余热对离心桶37进行保温，使蜡保持熔化状态，还能避免第二天工作时固化后的蜡堵塞过滤网。

再进一步的，出气口382还可以连接有滤网反冲洗桶39，滤网反冲洗桶39可以包括桶体391和位于桶体391内部上方的环形气管392，环形气管392的入口与外套层38的出气口382相连，环形气管392上均匀设置有若干方向向下的喷气口(未示出)。过滤网使用一段时间被壳模渣堵塞后，可以倒置在该滤网反冲洗桶39内，继续利用废弃蒸汽的余热进行反冲洗，从而使得过滤网可以重复使用。

而且，滤网反冲洗桶39的下部还可以设置有排渣口393，为了方便壳模渣流出，滤网反冲洗桶39的内侧下部边缘优选为斜坡形。

如图4所示，为了方便地实现恒负压桶361自动维持一定的负压值，优选在恒负压桶361上设置压力传感器(图中未示出)，该压力传感器与真空泵362的控制开关相连，当恒负压桶361内的气压低于所需的负压值时，压力传感器可以向真空泵362的控制开关发出信号，启动真空泵362，使恒负压桶361内的气压恢复为所需的负压值。

经过一段时间的使用后，恒负压桶361内会产生积水，为将该积水排出，恒负压桶361的下部还可以设置有排水口364。同时，为了防止恒负 压桶361与密封腔体31之间的电磁阀坏掉，导致恒负压桶361内变为高压，进而损坏真空泵362，优选在恒负压桶361上部设置一较小压力即可触发工作的压力安全阀3611。另外，恒负压桶361与密封腔体31之间优选设置两个电磁阀，其中一个用作正常工作时的开关控制，另一个用作备用，以提高安全性。

在陶壳脱蜡装置的使用过程中，密封腔体31内部的空气为高温空气，该高温空气易造成抽真空装置36故障，影响抽真空装置36的寿命，为避免该问题，优选地，如图4所示，在恒负压桶361和真空泵362之间连接有冷却器363。冷却器363可以包括水冷式冷却器和/或气冷式冷却器。在该图4中，既连接了水冷式冷却器3631，又连接了气冷式冷却器3632。水冷式冷却器3631可以与抽水泵、冷却水塔相连(图中未示出)，气冷式冷却器3632可以包括弯管和风扇，水冷式冷却器和气冷式冷却器的具体结构可以采用本领域技术人员公知的任意结构，此处不再赘述。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。