[发明专利]一种熔模铸造模壳制作的方法和系统

说明书

技术领域

该发明涉及铸造模具生产领域。该发明特别适用于将单层或多层材料涂覆到预制母模外部的熔模铸造模壳的制作。

背景技术

熔模铸造常采用陶瓷模壳，其方法是在母模外部涂覆单层或多层材料来制作模壳。涂覆在母模外部的材料通常是浆料和砂料的混合物，砂料是颗粒状的物质，如矿物砂，将它撒在浆料上。在第一层涂覆在母模上时，也可能不撒砂料。每完成一层后，必须等它干燥后才能涂覆后续的一层，直到最后一层完全干燥，一个包着母模的模壳才制作完成。

接下来的过程就是将母模从模壳中去除，然后模壳进行烧结。去除母模的方法各有不同。例如，对蜡制母模，可以借助加热将其溶化排出，对于热塑性材料制作的母模，可以借助加热将塑料烧毁排出。

模壳制作的传统干燥过程是在室温下悬挂自然晾干。干燥过程中，新涂覆的每一层中的水份是逐渐，而不是瞬间消失的。通常干燥过程在室温约21~23℃，相对湿度40％以上的环境中进行。为了缩短干燥过程，推荐将每一层暴露在气流中干燥。气流加快了蒸发，有助于去除水分。

传统干燥方法的一个缺点是相对较长的干燥时间，每层干燥通常需要3小时，甚至10小时以上。这是因为低扩散梯度的原因。即使显著延长干燥时间，涂覆层的残留水分指标也难以达到要求。尤其是位于模壳下部的涂覆层，残余水分往往更倾向于扩散到已大致晾干的涂覆层，而不是蒸发掉。

由于上述原因，即使完成了最后的干燥过程，在模壳中仍然往往有一定的残留水分。这些残留水分阻碍和制约着浆料中胶体不可逆键的形成。此外，如果可逆胶体键和残余水气在干燥末期发生反应，由于可逆键分开，还将削弱模壳的组合结构。

如果没有足够的不可逆胶体键，就存在模壳开裂的风险。当溶化蜡制母模或烧毁热塑性材料母模时，由于母模材料受热膨胀，就可能导致模壳破裂。不可逆胶体键结合程度越差，这种风险就越大。虽然采用外部热冲击，例如放在高压釜内，可以降低这种风险。但由于水蒸气使得模壳侵入湿气，相应的将带来模壳强度降低的负面作用。

为了改进模壳的干燥过程，GB 2 350 810 A专利建议在浆料中掺入非水溶性有机纤维。掺入有机纤维对干燥过程由正面作用，而且可以降低残留水分。这是因为有机纤维的毛细管作用有助于水分的排出和蒸发。此外，纤维复合结构也有助于提高涂覆层结构的一致性，使层的厚度可以增加。

尽管掺入有机纤维可以带来许多好处，但每一层的干燥时间仍然过长。多层模壳几乎不可能在一天之内制作完毕。导致其制作周期非常长。

发明内容

本发明的目的是提出一种可以更为快速地生产模壳的方法和系统。

这项发明提供一种模壳制作(特别是熔模铸造的模壳制作)的新方法，包括以下步骤：提供母模；在母模外形成模壳，至少涂覆一层水基浆层，然后再一层层完成模壳涂覆；至少一次干燥过程；再将母模从模壳中移除。其干燥过程在温度20℃以上进行，并借助可控红外线辐射。

涂覆在母模外的壳层可能是某种不可燃的浆料，壳层中也可含有颗粒材料。然而，根据本发明的最佳方案，至少直接涂覆在母模表面的第一层不应含有任何颗粒材料。这一层应该是不可燃的液态粘结剂，例如水基硅溶胶，但可含有不可燃粉末。

本发明的第一方案，即多层模壳结构的情况，每一层都按照本发明的干燥过程进行完全干燥。本发明的第二方案，每一层都没有晾干(或没完全干燥)，或在温度20℃或20℃以下晾干，或/并在无红外线辐射情况下进行不完全干燥。

涂覆层的干燥可在恒温或不恒温的条件下进行。干燥温度可以在20℃以上或30℃以上，个别情况甚至可以高达约45℃。但22℃到28℃左右的温度范围最为适当。

如果模壳采用多层结构，每一层的干燥温度可以各不相同，最高温度可随着涂覆层数的增加而提高。由于干燥过程水分蒸发会带来冷却，最高干燥温度(干燥室室温)可以选用高于母模可能丧失尺寸稳定性的温度。在这种情况下，最大干燥温度至少可以高于母模尺寸稳定性开始降低的温度约5℃(首选的干燥室温度是高出约8℃或10℃)。

在干燥过程中，已涂覆的母模应在至少一个红外光源前相对旋转。这种相对旋转速度可在约0.5rpm和约8rpm之间，但转速在约1.5rpm和约4rpm之间更为适当。

借助流动的气体介质，如空气，可以改善干燥过程。气体介质的流动速度应为约0.5m/s至约8m/s，但气流速度在约1m/s到约5m/s之间更为适当。干燥室相对湿度控制在35％以下或30％以下，也有助改善干燥过程。根据这项发明的首选方案，干燥室的湿度最好控制在约20％以下或约10％以下。