專利名稱：一種利用陶瓷模型制備金屬磨球模具的方法
技術領域：
本發明涉及一種利用陶瓷模型制備金屬磨球模具的方法，尤其是鑄造表面質量要求高且加工困難的復雜曲面的金屬磨球模具，屬于鑄造模具技術領域。
背景技術：
球磨機所用的磨球其使用工況要求其表面硬度高、硬度均勻、圓整度好，傳統的磨球模具采用簡單的幾何體造型，只能通過精加工來保證磨球模具內表面的光潔度和圓整度，因此會加工切除掉具有最好的力學性能和使用性能的等軸細晶粒組織的金屬型表面， 不但增加機加工量，反而降低使用壽命。隨著經濟的發展和加工行業的需求量增加，要求磨球模具具有較低的表面粗糙度；具有較高的力學性能和使用性能；同時還要求提高其使用壽命。陶瓷型鑄造技術產生于上世紀五十年代。陶瓷型鑄造具有如下優點①生產的鑄件尺寸精度高，表面粗糙度低；②陶瓷型的耐火度高，高溫穩定性好，因此可用來澆注多種合金；③陶瓷型鑄造模具的使用壽命常高于機械加工的模具。本發明中選用的陶瓷漿料的骨料為耐火材料，耐火材料的粒度不同，其漿料的流動性很好，因此陶瓷型表面粗糙度較低。陶瓷型精密鑄造的鑄件尺寸精度可達CT5飛T8級。 陶瓷型鑄件只需進行清砂、打磨、拋光，模具表面不需進行機加工，只對配合面進行稍加工即可。

發明內容
本發明的目的是提出一種利用陶瓷模型制備金屬磨球模具的方法，用于鑄造出難以加工的復雜曲面、生產表面光潔度高的陶瓷型模具。本發明的陶瓷型鑄造磨球模具的制備方法是先采用普通木模制備水玻璃砂芯， 然后將制備好的陶瓷漿料澆注入模型中制作陶瓷型，待其膠凝后放在一定溫度條件下烘烤，經合箱后向該陶瓷型圍成的鑄造型腔內澆注金屬液以獲取鑄件，即可得到陶瓷型磨球模具。其具體步驟經過如下
A、水玻璃砂芯的制備制作陶瓷型所使用的母模由外模和內模組成，(制作下模時)將下模外模1和下模內模2組裝在一起，置于砂箱的適當位置；取山砂重量69Γ9%的水玻璃， 倒入山砂中，攪拌均勻，然后將混好的水玻璃砂鏟入下砂箱3中造型(如圖3所示)，在上砂箱4上留出陶瓷型漿料澆料口 6，造型完后在水玻璃砂上扎孔，充入(X)2氣體，待水玻璃砂硬化后，得到水玻璃砂芯5 ；
B、陶瓷漿料的制備先將陶瓷型增強材料加入到粘接劑中攪散，邊攪拌邊加入催化劑， 形成懸浮液，然后將骨料加入混合溶液中，攪拌均勻，形成流動性好的陶瓷型漿料；
C、陶瓷型的制作將步驟A中制得的水玻璃砂芯模具中的下模內模2取出，合上上砂箱4和下砂箱3，然后將步驟B中制得的陶瓷型漿料從砂型的澆料口 6注入水玻璃砂芯和下模外模1圍成的型腔中，待其自然膠凝后將會與水玻璃砂芯形成一個整體(如圖4所示)，再將其從砂箱中取出，放入溫度為350°C飛00°C的條件下烘烤，保溫池，自然冷卻后得到陶瓷型；
D、陶瓷型鑄造磨球模具(如圖5所示)先將下砂箱3中的下模外模1取出，再將陶瓷型放入砂箱中，合上上砂箱4和下砂箱3，并向該陶瓷型圍成的鑄造型腔內澆注金屬液，自然冷卻后得到的鑄件，即為陶瓷型鑄造的金屬磨球模具。所述母模是由普通木模制成，外模內表面粗糙度Ra < 1. 6 μ m(要求外模的內表面光潔度較高)。所述水玻璃的模數M為2 3. 3，密度為1. 2^1. 7g/ml。所述山砂來自市售，粒度為45 100目。所述陶瓷型材料的骨料為純度為90%以上的石英砂、剛玉粉、鋯英砂中的任意一種耐火材料。耐火材料的粒度及其質量百分比分別為1(Γ50目占99Γ10%、5(Γ200目占 0 22%、200 320目占37% 40%，其余為粒度10 300目的耐火材料，加入量為陶瓷漿料的 46wt. % 72wt. %。所述陶瓷型增強材料為零售的耐火纖維硅酸鋁纖維、莫來石纖維、氧化鋁纖維中的任意一種，加入的耐火纖維為陶瓷漿料的0. 05wt. °Γθ. 2 wt. %。所述粘接劑為含SiO2質量分數為30%的硅溶膠，加入量為陶瓷漿料的 25wt. % 30wt. %。所述催化劑為濃度為15%的NH4Cl溶液，加入量為陶瓷漿料的1. 5wt. °Γ2. 8wt. %。所述步驟(3)中澆注的金屬液為普通鑄鐵液、鑄鋼液中任意一種。本發明最終制得的金屬磨球模具分為上模和下模(如圖1和圖2、圖6和圖7所示)，上模和下模合在一起構成一套完整的模球模具，下模按步驟(1)至步驟(4)制得，制備上模時，將所述內模1換為內模8，外模2換為外模9，再按步驟(1)至步驟(4)制得。與傳統的金屬磨球模具的簡單的幾何體造型相比，陶瓷型鑄造具有以下顯著優點和積極效果
1、本發明的陶瓷型鑄造的金屬鑄件表面不需進行機加工，可以為鑄件保留具有最好的力學性能和使用性能的等軸細晶粒組織的金屬型鑄造表面；還可以節省原材料成本和機加工成本費。2、本發明的陶瓷型鑄造的金屬鑄件特別適用于生產難于機加工成形(硬度大)的材料的模具，可以提高模具的使用壽命。


圖1是本發明陶瓷型模具下模俯視示意圖； 圖2是本發明圖1中A-A截面的剖面示意圖； 圖3是本發明上模制作水玻璃砂芯示意圖4是本發明上模制作陶瓷型漿料示意圖； 圖5是本發明陶瓷型鑄造金屬模球模具示意圖； 圖6是本發明陶瓷型模具上模俯視示意圖； 圖7本發明圖6中A-A截面的剖面示意圖。圖中各標號為1-下模外模，2-下模內模，3-下砂箱，4-上砂箱，5-水玻璃砂芯，6-陶瓷漿料澆料口，7-焙燒后的陶瓷型，8-上模內模，9-上模外模。
具體實施例方式以下結合實施例對本發明做進一步闡述，但本發明的保護范圍不限于所述內容。實施例1 本發明的陶瓷型磨球模具的下模制備方法是
(1)水玻璃砂芯的制備如圖1和圖2所示，制作陶瓷型所使用的母模(由普通木模制成，要求外模的內表面光潔度較高，粗糙度Ra為1. 6 μ m)下模外模1、下模內模2組成，將下模外模1和下模內模2組裝在一起，將其置于砂箱的適當位置；取山砂重量6%的水玻璃(模數M為2，密度為1.5g/ml)，倒入山砂(市售，粒度為45、0目)中，攪拌均勻，然后將混好的水玻璃砂鏟入下砂箱3中造型(如圖3所示)，在上砂箱4上留出陶瓷型漿料澆料口 6，造型完后在水玻璃砂上扎孔，充入CO2氣體，待水玻璃砂硬化后，得到水玻璃砂芯5 ；
(2)陶瓷漿料的制備先將陶瓷型增強材料(硅酸鋁纖維，加入的耐火纖維為陶瓷漿料的0. 05wt. %)加入到粘接劑(含SW2質量分數為30%的硅溶膠，加入量為陶瓷漿料的^wt. %)中攪散，邊攪拌邊加入催化劑(濃度為15%的NH4Cl溶液，加入量為陶瓷漿料的 2wt.%)，形成懸浮液，然后將骨料(純度為90%以上的石英砂，粒度及其質量百分比分別為 10 50目占9%、50 200目占18%、200 320目占37%，其余為粒度10 300目的耐火材料， 加入量為陶瓷型漿料骨料的46wt%)加入混合溶液中，攪拌均勻，形成流動性好的陶瓷型漿料；
(3)陶瓷型的制作將步驟(1)中制得的水玻璃砂芯模具中的下模內模2取出，合上上砂箱4和下砂箱3，然后將步驟(2)中制得的陶瓷型漿料從砂型的澆料口 6注入水玻璃砂芯和下模外模1圍成的型腔中，待其自然膠凝后將會與水玻璃砂芯形成一個整體(如圖4所示)，再將其從砂箱中取出，放入溫度為350°C的條件下烘烤，保溫2h，自然冷卻后得到陶瓷型。(4)陶瓷型鑄造磨球模具(如圖5所示)先將下砂箱3中的下模外模1取出，再將陶瓷型放入砂箱中，合上上砂箱4和下砂箱3，并向該陶瓷型圍成的鑄造型腔內澆注普通鑄鐵液，自然冷卻后得到的鑄件，即為陶瓷型鑄造的金屬磨球模具。實施例2 本發明的陶瓷型磨球模具的下模制備方法是
(1)水玻璃砂芯的制備如圖1和圖2所示，制作陶瓷型所使用的母模(由普通木模制成，要求外模的內表面光潔度較高，粗糙度Ra為1. 2 μ m)下模外模1、下模內模2組成，將下模外模1和下模內模2組裝在一起，將其置于砂箱的適當位置；取山砂重量8%的水玻璃(模數M為3，密度為1.7g/ml)，倒入山砂(市售，粒度為45飛0目)中，攪拌均勻，然后將混好的水玻璃砂鏟入下砂箱3中造型(如圖3所示)，在上砂箱4上留出陶瓷型漿料澆料口 6，造型完后在水玻璃砂上扎孔，充入CO2氣體，待水玻璃砂硬化后，得到水玻璃砂芯5 ；
(2)陶瓷漿料的制備先將陶瓷型增強材料(莫來石纖維，加入的耐火纖維為陶瓷漿料的0. 1 wt. %)加入到粘接劑(含S^2質量分數為30%的硅溶膠，加入量為陶瓷漿料的 25wt. %)中攪散，邊攪拌邊加入催化劑(濃度為15%的NH4Cl溶液，加入量為陶瓷漿料的 1.5wt.%)，形成懸浮液，然后將骨料(純度為90%以上的剛玉粉，耐火材料的粒度及其質量百分比分別為10 50目占9. 2%, 200^320目占38%，其余為粒度10 300目的耐火材料，加入量為陶瓷型漿料的55wt%)加入混合溶液中，攪拌均勻，形成流動性好的陶瓷型漿料；
5(3)陶瓷型的制作將步驟(1)中制得的水玻璃砂芯模具中的下模內模2取出，合上上砂箱4和下砂箱3，然后將步驟(2)中制得的陶瓷型漿料從砂型的澆料口 6注入水玻璃砂芯和下模外模1圍成的型腔中，待其自然膠凝后將會與水玻璃砂芯形成一個整體(如圖4所示)，再將其從砂箱中取出，放入溫度為400°C的條件下烘烤，保溫2h，自然冷卻后得到陶瓷型。(4)陶瓷型鑄造磨球模具(如圖5所示)先將下砂箱3中的下模外模1取出，再將陶瓷型放入砂箱中，合上上砂箱4和下砂箱3，并向該陶瓷型圍成的鑄造型腔內澆注普通鑄鋼液，自然冷卻后得到的鑄件，即為陶瓷型鑄造的金屬磨球模具。實施例3 本發明的陶瓷型磨球模具的上模制備方法是
(1)水玻璃砂芯的制備如圖1和圖2所示，制作陶瓷型所使用的母模(由普通木模制成，要求外模的內表面光潔度較高，粗糙度Ra為1. 5 μ m)上模外模9、上模內模8組成，將上模外模9和上模內模8組裝在一起，將其置于砂箱的適當位置；取山砂重量9%的水玻璃 (模數M為3. 3，密度為1. 2g/ml )，倒入山砂(市售，粒度為6(Tl00目)中，攪拌均勻，然后將混好的水玻璃砂鏟入下砂箱3中造型(如圖3所示)，在上砂箱4上留出陶瓷型漿料澆料口 6，造型完后在水玻璃砂上扎孔，充入(X)2氣體，待水玻璃砂硬化后，得到水玻璃砂芯5 ；
(2)陶瓷漿料的制備先將陶瓷型增強材料(氧化鋁纖維，加入的耐火纖維為陶瓷漿料的0. 2wt. %)加入到粘接劑(含SiO2質量分數為30%的硅溶膠，加入量為陶瓷漿料的30wt. %) 中攪散，邊攪拌邊加入催化劑(濃度為15%的NH4Cl溶液，加入量為陶瓷漿料的2. 8wt. %)， 形成懸浮液，然后將骨料(純度為90%以上的鋯英砂，耐火材料的粒度及其質量百分比分別為10 50目占10%、50 200目占22%、200 320目占40%，其余為粒度10 300目的耐火材料，加入量為陶瓷型漿料的72wt%)加入混合溶液中，攪拌均勻，形成流動性好的陶瓷型漿料；
(3)陶瓷型的制作將步驟(1)中制得的水玻璃砂芯模具中的上模內模8取出，合上上砂箱4和下砂箱3，然后將步驟(2)中制得的陶瓷型漿料從砂型的澆料口 6注入水玻璃砂芯和下模外模1圍成的型腔中，待其自然膠凝后將會與水玻璃砂芯形成一個整體(如圖4所示)，再將其從砂箱中取出，放入溫度為500°C的條件下烘烤，保溫池，自然冷卻后得到陶瓷型。(4)陶瓷型鑄造磨球模具(如圖5所示)先將下砂箱3中的下模外模1取出，再將陶瓷型放入砂箱中，合上上砂箱4和下砂箱3，并向該陶瓷型圍成的鑄造型腔內澆注鑄鐵液，自然冷卻后得到的鑄件，即為陶瓷型鑄造的金屬磨球模具。
權利要求
1.一種利用陶瓷模型制備金屬磨球模具的方法，其特征在于具體制備步驟如下A、水玻璃砂芯的制備制作陶瓷型所使用的母模由外模、內模組成，將外模和內模組裝在一起，將其置于砂箱的適當位置；取山砂重量69Γ9%的水玻璃，倒入山砂中，攪拌均勻，然后將混好的水玻璃砂鏟入下砂箱(3)中造型，在上砂箱(4)上留出陶瓷型漿料澆料口(6)， 造型完后在水玻璃砂上扎孔，充入(X)2氣體，待水玻璃砂硬化后，得到水玻璃砂芯(5)；B、陶瓷漿料的制備先將陶瓷型增強材料加入到粘接劑中攪散，邊攪拌邊加入催化劑， 形成懸浮液，然后將骨料加入混合溶液中，攪拌均勻，形成流動性好的陶瓷型漿料；C、陶瓷型的制作將步驟A中制得的水玻璃砂芯模具中的內模取出，合上上砂箱(4)和下砂箱(3)，然后將步驟B中制得的陶瓷型漿料從砂型的澆料口(6)注入水玻璃砂芯和外模圍成的型腔中，待其自然膠凝后將會與水玻璃砂芯形成一個整體，再將其從砂箱中取出，放入溫度為350°C飛00°C的條件下烘烤，保溫2h，自然冷卻后得到陶瓷型；D、陶瓷型鑄造磨球模具先將下砂箱(3)中的外模取出，再將陶瓷型放入砂箱中，合上上砂箱(4)和下砂箱(3)，并向該陶瓷型圍成的鑄造型腔內澆注金屬液，自然冷卻后得到的鑄件，即為陶瓷型鑄造的金屬磨球模具。
2.根據權利要求書1所述的利用陶瓷模型制備金屬磨球模具的方法，其特征在于所述母模是由普通木模制成，外模內表面粗糙度Ra < 1. 6 μ m。
3.根據權利要求書1所述的利用陶瓷模型制備金屬磨球模具的方法，其特征在于所述水玻璃的模數M為2 3. 3，密度為1. 2^1. 7g/ml。
4.根據權利要求書1所述的利用陶瓷模型制備金屬磨球模具的方法，其特征在于所述山砂來自市售，粒度為45 100目。
5.根據權利要求書1所述的利用陶瓷模型制備金屬磨球模具的方法，其特征在于陶瓷型材料的骨料為純度為90%以上的石英砂、剛玉粉或鋯英砂中的任意一種耐火材料，粒度及質量百分比為10 50目占9% 10%、50 200目占0 22%、200 320目占37% 40%，加入量為陶瓷漿料的46wt. % 72wt. %。
6.根據權利要求書1所述的利用陶瓷模型制備金屬磨球模具的方法，其特征在于所述陶瓷型增強材料為耐火纖維硅酸鋁纖維、莫來石纖維、氧化鋁纖維中的任意一種，加入的耐火纖維量為陶瓷型漿料的0. 05wt. °Γθ. 2wt. %。
7.根據權利要求書1所述的利用陶瓷模型制備金屬磨球模具的方法，其特征在于所述粘接劑為含SiA質量分數為30%的硅溶膠，加入量為陶瓷型漿料的25wt. 9T30wt. %。
8.根據權利要求書1所述的利用陶瓷模型制備金屬磨球模具的方法，其特征在于所述催化劑為濃度為15%的NH4Cl溶液，加入量為陶瓷型漿料的1. 5wt. 9Γ2. 8wt. %。
9.根據權利要求書1所述的利用陶瓷模型制備金屬磨球模具的方法，其特征在于所述步驟(3)中澆注的金屬液為鑄鐵、鑄鋼中的任意一種。
全文摘要
本發明涉及一種利用陶瓷模型制備金屬磨球模具的方法，屬鑄造模具技術領域。先采用普通木模制備水玻璃砂芯，然后將制備好的陶瓷漿料澆注入模型中制作陶瓷型，待其膠凝后放在一定溫度條件下烘烤，經合箱后向該陶瓷型圍成的鑄造型腔內澆注金屬液以獲取鑄件，即磨球模具。采用本方法制備的陶瓷型模具曲面復雜、表面光潔度高；同時可以免去機加工工序，避免因機加工造成的原材料浪費，機加工的過程還會切除掉具有良好力學性能和使用性能的等軸細晶粒組織表面。陶瓷型模具鑄造方法制備的金屬型磨球模具還具有硬度高且分布均勻、圓整度好、使用壽命長等優點。
文檔編號B22C9/22GK102397986SQ201110339750
公開日2012年4月4日 申請日期2011年11月1日 優先權日2011年11月1日
發明者盧德宏, 周榮, 王釗, 蔣業華, 龔慧 申請人:昆明理工大學