一种钢质活塞头的熔模精密铸造方法与流程

本发明涉及零件铸造工艺，特别是涉及一种钢质活塞头的熔模精密铸造方法。

背景技术：

现有技术中，钢质活塞头制造工艺一般采用锻造或者焊接的成型方法。钢质活塞头的锻造成型工艺，在锻造时成型工艺复杂，活塞头成型后加工余量很大，活塞头的环槽及内腔等部位均无法直接成型，需要后续通过刀具再加工。而且，锻造成型工艺的模具投入大，换型效率慢。而钢质活塞头的焊接成型工艺，需要提前通过棒料或者锻造分别成型两个部分，再加工后才能进行焊接成型。因此，焊接成型工艺的焊接端加工余量较大，焊接设备投入较大，而且不易换型，换型效率慢。加工钢制活塞头的常用工艺均效率低、投入大、加工量多，无法直接成型，而且不易换型。

技术实现要素：

本发明的一个目的是要提供一种钢质活塞头的熔模精密铸造方法，钢制活塞头一次成型，减少了加工余量，提高了生产效率，降低了模具成本。

特别地，本发明提供了一种钢质活塞头的熔模精密铸造方法，包括以下步骤：

s1：准备浆料，面层浆料是锆英粉与快干硅溶胶的均匀混合物；过渡层浆料是熔融石英粉与快干硅溶胶的均匀混合物；背层浆料是莫来粉与快干硅溶胶的均匀混合物；

s2：制备蜡模，用压蜡机制成活塞头的蜡模；

s3：制作型壳，将所述蜡模浸入所述面层浆料，并在表面均匀撒上锆英砂，干燥；再将所述蜡模多次浸入所述过渡层浆料，并在每次拿出后的表面均匀撒上莫来砂，在每次拿出干燥后再次浸入；再将所述蜡模多次浸入所述背层浆料，并在每次拿出后的表面均匀撒上莫来砂，在每次拿出干燥后再次浸入；得到包裹所述蜡模的型壳；

s4：脱蜡清洗，除去所述型壳内的蜡料；

s5：焙烧，将s4的型壳放入焙烧炉内焙烧；

s6：零件成型，在设定温度下将合金浇注入型壳内，得到活塞头零件。

优选的，步骤s1中，锆英粉的粉末细度为270目，锆英粉与快干硅溶胶的重量比为(3.2～3.5):1；快干硅溶胶中的二氧化硅含量不小于26％；所述面层浆料还添加有消泡剂、湿润剂、氯水，以使得所述面层浆料的ph值在ph8～ph10的范围内；所述面层浆料的相对粘度为35～40s。

优选的，步骤s1中，熔融石英粉的粉末细度为200目，熔融石英粉与快干硅溶胶的重量比为(1.6～1.7):1；所述过渡层浆料还添加有消泡剂、氯水，以使得所述过渡层浆料的ph值在ph8～ph10的范围内，所述过渡层浆料的相对粘度为25～30s。

优选的，步骤s1中，莫来粉的粉末细度为200目，莫来粉与快干硅溶胶的重量比为(1.5～1.6):1；所述背层浆料还添加有消泡剂、氨水，以使得所述背层浆料的ph值在ph8～ph10的范围内，所述背层浆料的相对粘度为25～30s。

优选的，步骤s3中，所述型壳至少为6层，第一层为所述蜡模浸入所述面层浆料，并在表面均匀撒上80～100目的锆英砂，干燥3～4h；第二层为所述蜡模浸入所述过渡层浆料，并在表面均匀撒上60～80目的莫来砂，干燥3～4h；第三层为所述蜡模浸入所述过渡层浆料，并在表面均匀撒上40～60目的莫来砂，干燥2～3h；第四层为所述蜡模浸入所述背层浆料，并在表面均匀撒上20～40目的莫来砂，干燥2～3h；第五层和第六层与第四层相同。

优选的，步骤s4中，所述型壳的脱蜡环境为：脱蜡釜的温度在170℃～180℃、蒸汽压力在0.6-0.7mpa，脱蜡时长在10～12min。

优选的，步骤s5中，所述型壳的焙烧环境为：焙烧炉的温度在1150℃～1200℃，焙烧时间为90min。

优选的，步骤s6中，所述设定温度为1560℃～1600℃。

本发明的熔模精密铸造方法，由于能够一次成型，因此可以实现各种具有复杂型腔、甚至具有中空型腔的钢质活塞头产品。成型后的活塞头加工余量大幅减少，甚至活塞头零件部分位置不再需要余量加工。本发明的精密铸造模具还具有使用寿命长，生产过程中换型迅速，换型效率高，材料利用率高的特点。

进一步地，本发明的熔模精密铸造方法中，面层浆料采用锆英粉，从而可以使得得到的活塞头零件表面光滑，零件的表面粗糙度可以达到ra3.2。

进一步地，本发明的熔模精密铸造方法中，过滤层采用熔融石英粉作为浆粉材料，在浇注合金冷却时，型壳不同层因为材料不同，锆英粉、熔融石英粉及莫来粉的收缩率不同而产生微小裂纹，使得最后清理时能够快速去除活塞头零件表面的型壳材料。只需要采用普通的喷丸或抛丸设备即可轻易清理干净零件表面的残余型壳耐火材料。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附

图中：

图1是本发明熔模精密铸造方法的流程图；

图2是本发明钢质活塞头的立体图；

图3是本发明钢质活塞头的侧视图；

图4是本发明钢制活塞头在零件成型步骤的示意图。

具体实施方式

如图2～3所示，钢质活塞头具有中孔、台阶面、加强筋等结构，若是用常规加工方法，加工余量大，工序多，效率低。采用本发明图1所示熔模精密铸造加工钢制活塞头，能够显著减少加工余量，提高生产效率，还降低了模具成本，便于模具换型。

首先，本发明根据活塞头成品，设计铸造模具。铸造模具的材料可以选择钢、铝等材料。其次，得到铸造模具之后，开始进行型壳的制备。主要包括：准备浆料、制备蜡模、制作型壳、脱蜡清洗、焙烧、浇注成型。

s1：准备浆料。

本发明的型壳设计为多层，每层的收缩率不同，因此需要准备多种不同的浆料，从而形成包裹蜡模的多层不同的型壳层。在本实施例中，浆料为三种：面层浆料、过渡层浆料、背层浆料。

型壳焙烧成型后，合金液体浇注过程中，面层浆料直接接触零件的外表面，面层浆料采用锆英粉与快干硅溶胶的均匀混合物，以得到表面光滑活塞头零件，零件表面粗糙度可以达到ra3.2。锆英粉的粉末细度为270目，锆英粉与快干硅溶胶的重量比为(3.2～3.5):1，将锆英粉与快干硅溶胶混合均匀。快干硅溶胶中的二氧化硅含量不小于26％。除了主材料，面层浆料还添加有消泡剂、湿润剂、氯水，以使得所述面层浆料的ph值在ph8～ph10之间，并且控制面层浆料的相对粘度为35～40s。

过渡层浆料夹在面层浆料和背层浆料之间，起到过渡作用，避免面层和背层差异过大而裂纹过大，提高型壳结构的稳定性。过渡层浆料采用熔融石英粉与快干硅溶胶的均匀混合物。熔融石英粉的粉末细度为200目，熔融石英粉与快干硅溶胶的重量比为(1.6～1.7):1，将熔融石英粉与快干硅溶胶混合均匀。除了主材料，过渡层浆料还添加有消泡剂、氯水，以使得所述过渡层浆料的ph值在ph8～ph10之间，并控制过渡层浆料的相对粘度为25～30s。

背层浆料是型壳朝外的一侧，与外侧环境、外界空气相接触。背层浆料采用莫来粉与快干硅溶胶的均匀混合物。莫来粉的粉末细度为200目，莫来粉与快干硅溶胶的重量比为(1.5～1.6):1，将莫来粉与快干硅溶胶混合均匀。除了主材料，背层浆料还添加有消泡剂、氨水，以使得所述背层浆料的ph值在ph8～ph10之间，并控制背层浆料的相对粘度为25～30s。

上述三种主材料，锆英粉、熔融石英粉及莫来粉的收缩率不同。型壳制备成型之后，由于三种型壳主材料的收缩率不同，型壳会产生微小的裂纹，使得零件成型之后，在清理时，可以快速去除表面型壳材料。采用普通的喷丸或抛丸设备，即可轻易清理干净零件表面的残余型壳耐火材料。

s2：制备蜡模。根据铸造模具，采用压蜡机通过模具压制成活塞头蜡模。

s3：制作型壳，以得到多层的型壳结构，得到包裹蜡模的型壳。

(1)将蜡模浸入s1的面层浆料，并在表面均匀撒上锆英砂，干燥。在本实施例中，锆英砂的细度为80～100目，干燥3～4h。也就是说，蜡模浸入面层浆料，然后取出，在表面均匀撒上80～100目的锆英砂，干燥3～4h后，得到型壳的第一层。第一层直接接触零件的外表面，以得到表面光滑活塞头零件，零件表面粗糙度可以达到ra3.2。

(2)将蜡模浸入过渡层浆料，并在拿出后的表面均匀撒上莫来砂，干燥。在本实施例中，莫来砂的细度为60～80目，干燥3～4h。也就是说，蜡模浸入过渡层浆料，然后取出，在表面均匀撒上60～80目的莫来砂，干燥3～4h后，得到型壳的第二层。

(3)将蜡模再次浸入过渡层浆料，并在拿出后的表面均匀撒上莫来砂，干燥。在本实施例中，莫来砂的细度为40～60目，干燥2～3h。也就是说，蜡模浸入过渡层浆料，并在表面均匀撒上40～60目的莫来砂，干燥2～3h后，得到型壳的第三层。

(4)将蜡模浸入背层浆料，并在拿出后的表面均匀撒上莫来砂，干燥。在本实施例中，莫来砂的细度为20～40，2～3h。也就是说，蜡模浸入背层浆料，并在表面均匀撒上20～40目的莫来砂，干燥2～3h后，得到第四层。

(5)、(6)同(4)，重复将蜡模浸入背层浆料，并在每次拿出后的标卖均匀撒上莫来砂，干燥，分别得到第五层和第六层。

根据制作型壳(1)至(6)的流程，本发明的活塞头铸造型壳共有6层，充分考虑了零件表面的粗糙度、型壳清理的可操作性、型壳材料的收缩率及空隙等要素。使用本发明的熔模精密铸造方法制备其他零件或者改善加工流程时，型壳的总层数、过渡层的层数、背层的总层数、干燥时间等均可根据需要调整，提高材料的利用率、降低型壳的成本。

s4：脱蜡清洗，除去所述型壳内的蜡料。

首先进行型壳的脱蜡。将s3的型壳放入脱蜡釜中，在温度170℃～180℃和蒸汽压力0.6～0.7mpa下保持10～12分钟。把型壳内的蜡料脱去。脱蜡结束后缓慢排掉蒸汽(时间不少于60秒)。

其次进行型壳的清洗。脱蜡后型壳注入自来水，再次放入脱蜡釜中，在温度170℃～180℃和蒸汽压力0.6～0.7mpa下保持3～5分钟后。快速排掉蒸汽(时间不大于10秒)，把型壳残留的蜡料全部清理干净。

s5：焙烧，将s4的型壳放入焙烧炉内焙烧。

型壳的焙烧环境为：焙烧炉的温度在1150℃～1200℃，焙烧时间为90min，将型壳内的残留水份及蜡份除掉。

s6：零件成型，在设定温度下将合金浇注入型壳内，得到活塞头零件。

型壳焙烧时间达到后，对活塞头所需的合金进行精炼后，将合金在1560℃～1600℃设定温度下浇注到型壳内，得到图2顶部带浇口的活塞头零件。去除浇道，打磨去除零件表面的飞边毛剌，得到所需形状的活塞头产品。如图4所示，两个活塞头的型壳对称设置在主浇道的两侧，可以一次浇注两个零件，提高零件生产的效率。活塞头的型壳通过浇口连接至主浇道。

精密铸造模具的使用寿命长，生产过程中换型迅速，换型效率高，材料利用率高。本发明的熔模精密铸造方法，能够一次成型，对于具有中空型腔的钢质活塞头产品，可以直接实现复杂的型腔。成型后的活塞头加工余量大幅减少，甚至活塞头零件部分位置不再需要余量加工。经过简单的加工，去除浇道，打磨飞边毛刺，即可得到最终产品。

而且，本发明的熔模精密铸造方法中，过滤层采用熔融石英粉作为浆粉材料，在浇注合金冷却时，型壳不同层因为材料不同，锆英粉、熔融石英粉及莫来粉的收缩率不同而产生微小裂纹，使得最后清理时能够快速去除活塞头零件表面的型壳材料。只需要采用普通的喷丸或抛丸设备即可轻易清理干净零件表面的残余型壳耐火材料。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明原理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。