1.本技术涉及铸造领域，更具体地说，它涉及一种高精度铸件的铸造工艺及铸件。
背景技术：2.铸造工艺是现代机械制造工业的基础工艺之一，是将液体金属浇注至与零件形状相适应的铸造空腔中，待其冷却凝固，以获得铸件的方法，其主要有砂铸造法和消失模铸造法两种方法。砂铸造法一般包括造型、浇注、冷却和落砂四个工序；消失模铸造法一般是以eps高分子泡沫为材料，并经过熟化，白模，造型，浸涂，烘干，埋砂，浇注，冷却，落砂等工序最终得到铸件。
3.传统的铸造工艺生产出来的铸件品质较低，其易变形，精度难以保证，且易产生气孔、表面光洁度较低。
技术实现要素：4.为了提高铸件的铸造品质，本技术提供了一种高精度铸件的铸造工艺及铸件。
5.第一方面，本技术提供一种高精度铸件的铸造工艺，其采用如下技术方案：一种高精度铸件的铸造工艺，其包括如下操作步骤：(1)熔炼：将铁块、废钢或/和铁屑进行熔炼成铁水；(2)模具制造；(3)浇注成型：将铁水在1400-1500℃条件下浇注于模具内，冷却，在150-250℃条件下进行落砂处理，清理表面，抛丸，喷浸漆，固化，得到铸件。
6.通过采用上述技术方案，铸造工艺为将废铁或废钢熔炼成铁水，制造模具，然后将除渣脱氧后的铁水浇注在模具内，待铁水冷却凝固，取出铸件，在适宜温度下进行落砂、旧砂处理，避免铸件产生表面硬皮、变形或裂纹等缺陷，随后进行抛丸，喷漆，固化，得到铸件产品。
7.作为优选：所述步骤(2)中模具制造的具体操作步骤为：在覆膜砂中制作出铸件模样并设置暗冒口，得到模具。
8.通过采用上述技术方案，模具制造可是采用覆膜砂制作，并设有供金属液体倒入的暗冒口。
9.作为优选：所述覆膜砂包括如下重量份的原料：宝珠砂100-120份、酚醛树脂1-5份、液态酚醛树脂0.03-0.05份、六次甲基四胺13-15份、硬脂酸钙3-5份、氧化钙0.8-1份、纳米硼砂1-3份、1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷5-10份、磷酸三钠1-3份和邻苯二甲酸二丁酯0.1-0.5份。
10.本技术覆膜砂可选用宝珠砂100-120份、酚醛树脂1-5份、液态酚醛树脂0.03-0.05份、六次甲基四胺13-15份、硬脂酸钙3-5份、氧化钙0.8-1份、纳米硼砂1-3份、1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷5-10份、磷酸三钠1-3份和邻苯二甲酸二丁酯0.1-0.5份，铸件的各性能较好，且在宝珠砂110份、酚醛树脂3份、液态酚醛树脂0.04份、六次甲基四胺14份、硬脂酸钙4
份、氧化钙0.9份、纳米硼砂2份、1,2-双(三乙氧基硅基)乙烷8份、磷酸三钠2份和邻苯二甲酸二丁酯0.3份，效果最佳。
11.通过采用上述方案，宝珠砂耐高温、热膨胀系数小，使覆膜砂具有较高的耐热性，较少发气量，从而减少铸件的气孔缺陷，提高了铸件的精度。酚醛树脂作为粘结剂加入，提高覆膜砂的粘结质量，从而减少铸件生产偏差，提高铸件的精度。加入适量的液态酚醛树脂可减少六次甲基四胺的添加量，从而减少覆膜砂在燃烧时产生氨气、苯酚和甲醛等有害气体，提高覆膜砂的加工性能；另外，减少六次甲基四胺的添加量，可减少铸件上因六次甲基四胺引起的反应性气孔缺陷，减少覆膜砂的发气量，提高铸件的精度。
12.六次甲基四胺作为固化剂加入，其固化速度快，可与酚醛树脂和液态酚醛树脂交联，促进酚醛树脂和液态酚醛树脂固化，利于覆膜砂造型工艺的加工，从而得到不同造型的铸件。硬脂酸钙作为润湿剂加入，能防止覆膜砂结块，增加流动性，改善脱模性。氧化钙一方面中和多余的酸，另一方面促进固化反应，可进一步减少六次甲基四胺的用量。
13.添加纳米硼砂，在高温浇注过程中纳米硼砂发生陶瓷化反应，从而提高覆膜砂的强度以及耐高温性能，并使陶瓷化反应在800℃左右，可实现在浇注瞬间发生陶瓷化反应，在纳米硼砂在宝珠砂中形成均匀分布的块状陶瓷结构，提高覆膜砂的强度和耐高温性能。
14.加入1,3-双(三乙氧基硅基)乙烷可提高酚醛树脂对宝珠砂及其他无机原料表面的附着力，从而增强覆膜砂的强度，但选用1,3-双(三乙氧基硅基)乙烷后会造成二氧化硅烧结，降低覆膜砂的溃散性。
15.磷酸三钠作为溃散剂加入，在受热后与酚醛树脂发生脱水反应，促进酚醛树脂碳化，使酚醛树脂与宝珠砂之间的结合力降低，从而提高覆膜砂的溃散性，有利于铸件在凝固硬化后清除覆膜砂，避免难以清除覆膜砂造成铸件损伤，提高铸件的精度。邻苯二甲酸二丁酯作为增塑剂加入，以提高酚醛树脂的韧性，从而提高覆膜砂的强度，承受各种外力和高温。
16.覆膜砂的配方经过优化改进，具有优良的耐热性和溃散性，热膨胀率低，发气量低，有利于保障铸件质量并减轻有害气体对工人健康的不利影响。
17.作为优选：所述步骤(2)中模具制造的具体操作步骤为：在树脂砂中制作出铸件模样并设置暗冒口，得到模具。
18.通过采用上述技术方案，模具制造可是采用树脂砂制作，并设有供金属液体倒入的暗冒口。
19.作为优选：所述树脂砂包括如下重量份的原料：硅砂80-100份、呋喃树脂0.8-1.5份、二甲苯磺酸0.5-1份、松香0.01-0.03份、木屑2-3份和3-氨基丙基三乙氧基硅烷5-7份。
20.本技术树脂砂可选用硅砂80-100份、呋喃树脂0.8-1.5份、二甲苯磺酸0.5-1份、松香0.01-0.03份、木屑2-3份和3-氨基丙基三乙氧基硅烷5-7份，铸件的各性能较好，且在硅砂90份、呋喃树脂1份、二甲苯磺酸0.8份、松香0.02份、木屑2.5份和3-氨基丙基三乙氧基硅烷6份，效果最佳。
21.通过采用上述技术方案，硅砂的质地坚硬、耐磨，化学性能稳定，具有较高的耐火性能，耐高温和抗热震性，热膨胀系数小，使树脂砂具有较高的耐热性，较少发气量，从而减少铸件的气孔缺陷，提高了铸件的精度。
22.呋喃树脂作为粘结剂加入，其强度高，并具有优良的溃散性能，能使铸件凝固过程
中所受的应力降低，从而减少铸件由于应力而产生裂纹缺陷。
23.二甲苯磺酸作为固化剂加入，其固化速度快，可与呋喃树脂交联，促进呋喃树脂固化，利于树脂砂造型工艺的加工，从而得到不同造型的铸件。
24.加入松香，可提高呋喃树脂与硅砂的结合率，提高树脂砂的溃散性和强度，能使铸件凝固过程中所受的应力降低，从而减少铸件由于应力而产生裂纹缺陷，提高铸件的精度。
25.木屑选用3-氨基丙基三乙氧基硅烷后会造成二氧化硅烧结，降低树脂的溃散性，木屑作为溃散剂加入，可提高树脂砂的溃散性，可使铸件凝固后树脂砂容易破坏，便于在铸件上清除树脂砂。
26.3-氨基丙基三乙氧基硅烷作为硅烷偶联剂加入，可提高呋喃树脂对硅砂及其他无机原料表面的附着力，从而增强树脂砂的强度。
27.作为优选：所述步骤(2)中模具制造的具体操作步骤为：采用可发性聚苯乙烯板制作白模，制作黄模，静置，固化，浸涂耐火涂料，烘干，撒砂，得到消失模，将消失模移至砂箱中，填砂，振动紧实，得到模具。
28.本技术中所述浸砂和填砂所用的型砂为市售的耐火型砂，具体为氧化铝砂，型号为gb12#，粒径为0.1mm。
29.通过采用上述技术方案，模具制造可采用消失模铸造工艺，以可发性聚苯乙烯板为主要材料，制作白模，并将白模上涂覆黄色涂料制得黄模，以提高模具的强度、耐火度和高透气型，并使模具更加光滑，尺寸精确，然后将黄模静置固化，浸涂耐火涂料，烘干，撒砂，得到消失模，将消失模移至砂箱中，填砂，振动紧实，得到模具。
30.涂料在铸件和制壳之间起阻挡隔离作用，可提高铸件的表面光洁度，使铸件粗糙度降低2-3个等级，提高铸件表面质量和使用性能，减少和防止粘砂，砂孔缺陷，有利于清砂和落砂，提高制壳的强度和刚度；另外涂料还可在浇注时液体和气体顺利通过涂料层排到砂型中，防止金属液渗入砂型，避免铸件产生气孔，金属渗透和碳缺陷，从而提高铸件的精度。
31.作为优选：所述涂料包括如下重量份原料：高岭土60-80份、改性钠基膨润土20-40份、镁橄榄石粉30-35份、羧甲基纤维素钠1-1.5份、聚氨酯树脂20-30份、白乳胶6-8份；所述改性钠基膨润土通过硅溶胶和正硅酸乙酯复合改性而得；所述硅溶胶与钠基膨润土的重量份配比为1：(2-4)；所述正硅酸乙酯与钠基膨润土的重量份配比为1：(1-3)。
32.本技术涂料可选用高岭土60-80份、改性钠基膨润土20-40份、镁橄榄石粉30-35份、羧甲基纤维素钠1-1.5份、聚氨酯树脂20-30份、白乳胶6-8份，铸件的各性能较好，且当高岭土70份、改性钠基膨润土30份、镁橄榄石粉33份、羧甲基纤维素钠1.4份、聚氨酯树脂25份、白乳胶7份，效果最佳。
33.通过采用上述技术方案，选用石英粉作为骨料保护铸件和制壳，其具有较好的耐高温能力，力且不易与其他物质发生反应。将钠基膨润土通过硅溶胶和正硅酸乙酯复合改性，提高了涂料的透气型和触变性，具有较高的吸水性，与水接触后颗粒表面会形成一层水化膜，具有一定的粘性，并且在涂料体系中可以连接在一起，形成空间网状结构，使液体成为胶体，具有承载一定质量颗粒的能力，提高涂料的悬浮性和屈服值等综合性能，从而提高铸件的精度。另外，改性钠基膨润土中的硅溶胶与白乳胶混合作为涂料的粘结剂，可进一步提高涂料的悬浮性和触变性，从而提高铸件的精度。
34.加入镁橄榄石粉，使涂料具有良好的悬浮性能，涂挂能力强，透气性好，较好的控制着泡沫融化和分解的产物逸出的速度，从而决定了液态金属的流动速度，避免了气孔、冷隔、浇不到、积碳等缺陷的产生。
35.羧甲基纤维素钠作为悬浮剂加入，使涂料具有一定的悬浮能力，使石英粉能均匀的分散在涂料体系中，起到防沉淀的作用。加入聚氨酯树脂使涂料润湿速度加快，较大的降低界面张力，可更好的涂挂与附着在白模表面，涂挂均匀不露白，与白模发生化学反应生成化学键，在交联后可明显改善粘结力度，改善了涂料的流挂性和流平性。白乳胶作为粘结剂加入，使涂料更好粘附在制壳表面，使涂料抵抗高温金属液的冲刷而不脱落。
36.第二方面，本技术提供一种上述任一项高精度铸件的铸造工艺得到的铸件。
37.综上所述，本技术包括以下至少一种有益技术效果：(1)本技术通过控制步骤(2)中模具制造为在覆膜砂中制作出铸件模样并设置暗冒口，并控制覆膜砂的原料种类和用量，使铸件的抗拉强度、延伸率和屈服强度分别为398mpa、16.0％和208mpa，表面粗糙度为ra10.5μm，尺寸精度为ct7级，在具有优良的综合性能的同时，提高了铸件的精度。
38.(2)本技术通过控制步骤(2)中模具制造为在树脂砂中制作出铸件模样并设置暗冒口，并控制树脂砂的原料种类和用量，使铸件的抗拉强度、延伸率和屈服强度分别为398mpa、16.3％和209mpa，表面粗糙度为ra10.0μm，尺寸精度为ct7级，进一步提高了铸件的表面粗糙度。
39.(3)本技术通过控制步骤(2)中模具制造的具体操作步骤为：采用可发性聚苯乙烯板制作白模，制作黄模，静置，固化，浸涂涂料，烘干，撒砂，使铸件的抗拉强度、延伸率和屈服强度分别为398mpa、16.7％和210mpa，表面粗糙度为ra9.5μm，尺寸精度为ct7级，提高了铸件的表面粗糙度。
具体实施方式
40.以下结合具体实施例对本技术作进一步详细说明。本技术中的如下各原料均为市售产品，均为使本技术的各原料得以公开充分，不应当理解为对原料的来源产生限制作用。具体为：宝珠砂，粒径为10-20目；酚醛树脂，型号r7522e；液态酚醛树脂，型号sh-416156；六次甲基四胺，分子量140.18；硬脂酸钙，型号1801；氧化钙，粒径为80目；纳米硼砂，粒径为20nm；硅砂，粒径为50目；呋喃树脂，型号为e44；木屑，粒径3-5cm；高岭土，粒径为1250目；钠基膨润土，80-200目；镁橄榄石粉，粒径为325目；聚氨酯树脂，牌号tpu5778。
41.实施例1实施例1的铸件，通过如下操作步骤制备得到：(1)熔炼：在1400℃条件下，将铁块、废钢或/和铁屑进行熔炼成铁水；(2)模具制造：制备覆膜砂，将覆膜砂射入铁膜内，在覆膜砂中制作出铸件模样并设置暗冒口，240℃下烘烤1.5min，得到模具；覆膜砂的原料和种类详见表1所示；(3)浇注成型：将铁水在1450℃条件下浇注于模具内，冷却，在200℃条件下进行落砂处理，清理表面，抛丸，喷浸漆，固化，得到铸件。
42.实施例2-3实施例2-3的铸件与实施例1的制备方法及覆膜砂原料种类完全相同，区别在于覆
膜砂各原料掺量不同，具体详见表1所示。
43.表1实施例1-3覆膜砂的各原料掺量(单位：kg)原料实施例1实施例2实施例3宝珠砂110110110酚醛树脂333液态酚醛树脂0.030.040.05六次甲基四胺141414硬脂酸钙444氧化钙0.90.90.9纳米硼砂2221,2-双(三乙氧基硅基)乙烷888磷酸三钠222邻苯二甲酸二丁酯0.30.30.3实施例4实施例1的铸件，通过如下操作步骤制备得到：(1)熔炼：在1550℃条件下，将铁块、废钢或/和铁屑进行熔炼成铁水；(2)模具制造：往砂箱中填树脂砂，在树脂砂中制作出铸件模样并设置暗冒口，得到模具；树脂砂的原料和种类详见表2所示；(3)浇注成型：将铁水在1450℃条件下浇注于模具内，冷却，在200℃条件下进行落砂处理，清理表面，抛丸，喷浸漆，固化，得到铸件。
44.实施例5-6实施例5-6的铸件与实施例4的制备方法及树脂砂原料种类完全相同，区别在于覆膜砂各原料掺量不同，具体详见表1所示。
45.表2实施例4-6树脂砂的各原料掺量(单位：kg)6树脂砂的各原料掺量(单位：kg)实施例7实施例1的铸件，通过如下操作步骤制备得到：(1)熔炼：在1550℃条件下，将铁块、废钢或/和铁屑进行熔炼成铁水；(2)模具制造：采用可发性聚苯乙烯板经切割制作白模，刷涂黄色涂料，制作黄模，
静置，固化，浸涂耐火涂料，烘干，撒砂，得到消失模，将消失模移至砂箱中，填砂，振动紧实，得到模具；涂料的原料和种类详见表3所示；改性钠基膨润土通过硅溶胶和正硅酸乙酯复合改性而得，具体改性方法为：将30kg的钠基膨润土加至15kg硅溶胶中，加入10kg正硅酸乙酯，搅拌，老化，过滤，干燥，粉碎至粒径80目，得到改性钠基膨润土。
46.(3)浇注成型：将铁水在1450℃条件下浇注于模具内，冷却，在200℃条件下进行落砂处理，清理表面，抛丸，喷浸漆，固化，得到铸件。
47.实施例8-9实施例8-9的铸件与实施例7的制备方法及涂料原料种类完全相同，区别在于覆膜砂各原料掺量不同，具体详见表1所示。
48.表3实施例7-9涂料的各原料掺量(单位：kg)原料实施例7实施例8实施例9高岭土707070改性钠基膨润土203040镁橄榄石粉333333羧甲基纤维素钠1.41.41.4聚氨酯树脂252525白乳胶777对比例1对比例1与实施例1的铸造工艺，区别在于步骤(3)浇注成型中中在1550℃条件下浇注于模具内，其余操作同实施例1。
49.对比例2对比例2与实施例1的铸造工艺，区别在于步骤(3)浇注成型中中在400℃条件下进行落砂处理，其余操作同实施例1。
50.性能检测采用如下检测标准或方法分别对不同的实施例1-9和对比例1-2得到的铸件进行性能检测，检测结果详见表4所示。
51.抗拉强度：采用gb/t13822-1992《压铸有色合金试样》测定铸件的抗拉强度。
52.延伸率：采用astmb577-2019测定铸件的延伸率。
53.屈服强度：采用gb/t228-2010《金属材料拉伸试验室温试验方法》测定铸件的屈服强度。
54.表面粗糙度：采用gb/t15056-1994《铸造表面粗糙度评定方法》测定铸件的表面粗糙度。
55.尺寸精度：采用gb/t6414-86《铸件尺寸公差》测定铸件的尺寸精度。
56.表4不同铸件的性能检测结果
由表4的检测结果表明，由本技术铸造工艺制得的铸件的抗拉强度、延伸率和屈服强度最高分别为398mpa、16.7％和210mpa，具有优良的综合性能；同时，铸件的表面粗糙度最低为ra9.5μm，尺寸精度为ct7级，提高了铸件的精度。
57.实施例1-3中，实施例2的铸件的抗拉强度、延伸率和屈服强度分别为398mpa、16.0％和208mpa；同时，铸件的表面粗糙度为ra10.5μm，尺寸精度为ct7级，表明实施例2的铸造工艺中覆膜砂的各原料用量较为合适，在具有优良的综合性能的同时，提高了铸件的精度。可能与加入适量的液态酚醛树脂可减少六次甲基四胺的添加量，从而减少覆膜砂在燃烧时产生氨气、苯酚和甲醛等有害气体，提高覆膜砂的加工性能；另外，减少六次甲基四胺的添加量，可减少铸件上因六次甲基四胺引起的反应性气孔缺陷，减少覆膜砂的发气量，提高铸件的精度有关。
58.实施例4-6中，实施例5的铸件的抗拉强度、延伸率和屈服强度分别为398mpa、16.3％和209mpa；同时，铸件的表面粗糙度为ra10.0μm，尺寸精度为ct7级，表明实施例5的铸造工艺中树脂砂的各原料用量较为合适，在具有优良的综合性能的同时，提高了铸件的精度。可能与加入松香，可提高呋喃树脂与硅砂的结合率，提高树脂砂的溃散性和强度，能使铸件凝固过程中所受的应力降低，从而减少铸件由于应力而产生裂纹缺陷，提高铸件的精度有关。
59.实施例7-9中，实施例8的铸件的抗拉强度、延伸率和屈服强度分别为398mpa、16.7％和210mpa；同时，铸件的表面粗糙度为ra9.5μm，尺寸精度为ct7级，表明实施例8的铸造工艺中涂料的各原料用量较为合适，在具有优良的综合性能的同时，提高了铸件的精度。可能与将钠基膨润土通过硅溶胶和正硅酸乙酯复合改性，提高了涂料的透气型和触变性，
具有较高的吸水性，与水接触后颗粒表面会形成一层水化膜，具有一定的粘性，并且在涂料体系中可以连接在一起，形成空间网状结构，使液体成为胶体，具有承载一定质量颗粒的能力，提高涂料的悬浮性和屈服值等综合性能，从而提高铸件的精度有关。
60.另外，结合对比例1-2和实施例1的铸件的各项指标数据发现，本技术在步骤(3)浇注成型中在1400-1500℃条件下浇注于模具内以及，在150-250℃条件下进行落砂处理，均可不同程度的提高了铸件的精度。
61.本具体实施例仅仅是对本技术的解释，其并不是对本技术的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性贡献的修改，但只要在本技术的权利要求范围内都受到专利法的保护。
技术特征：1.一种高精度铸件的铸造工艺，其特征在于，其包括如下操作步骤：（1）熔炼：将铁块、废钢或/和铁屑进行熔炼成铁水；（2）模具制造；（3）浇注成型：将铁水在1400-1500℃条件下浇注于模具内，冷却，在150-250℃条件下进行落砂处理，清理表面，抛丸，喷浸漆，固化，得到铸件。2.根据权利要求1所述的高精度铸件的铸造工艺，其特征在于，所述步骤（2）中模具制造的具体操作步骤为：在覆膜砂中制作出铸件模样并设置暗冒口，得到模具。3.根据权利要求2所述的高精度铸件的铸造工艺，其特征在于，所述覆膜砂包括如下重量份的原料：宝珠砂100-120份、酚醛树脂1-5份、液态酚醛树脂0.03-0.05份、六次甲基四胺13-15份、硬脂酸钙3-5份、氧化钙0.8-1份、纳米硼砂1-3份、1,2-双（三乙氧基硅基）乙烷5-10份、磷酸三钠1-3份和邻苯二甲酸二丁酯0.1-0.5份。4.根据权利要求1所述的高精度铸件的铸造工艺，其特征在于，所述步骤（2）中模具制造的具体操作步骤为：在树脂砂中制作出铸件模样并设置暗冒口，得到模具。5.根据权利要求4所述的高精度铸件的铸造工艺，其特征在于，所述树脂砂包括如下重量份的原料：硅砂80-100份、呋喃树脂0.8-1.5份、二甲苯磺酸0.5-1份、松香0.01-0.03份、木屑2-3份和3-氨基丙基三乙氧基硅烷5-7份。6.根据权利要求1所述的高精度铸件的铸造工艺，其特征在于：所述步骤（2）中模具制造的具体操作步骤为：采用可发性聚苯乙烯板制作白模，制作黄模，静置，固化，浸涂耐火涂料，烘干，撒砂，得到消失模，将消失模移至砂箱中，填砂，振动紧实，得到模具。7.根据权利要求6所述的高精度铸件的铸造工艺，其特征在于，所述涂料包括如下重量份原料：高岭土60-80份、改性钠基膨润土20-40份、镁橄榄石粉30-35份、羧甲基纤维素钠1-1.5份、聚氨酯树脂20-30份、白乳胶6-8份；所述改性钠基膨润土通过硅溶胶和正硅酸乙酯复合改性而得；所述硅溶胶与钠基膨润土的重量份配比为1：（2-4）；所述正硅酸乙酯与钠基膨润土的重量份配比为1：（1-3）。8.一种权利要求1-7任一所述的高精度铸件的铸造工艺得到的铸件。
技术总结本申请涉及铸造技术领域，具体公开了一种高精度铸件的铸造工艺及铸件，一种高精度铸件的铸造工艺，其包括如下操作步骤：（1）熔炼：将铁块、铁水、废钢或/和铁屑进行熔炼成铁水；（2）模具制造；（3）浇注成型：将铁水在1400-1500℃条件下浇注于模具内，冷却，落砂及旧砂处理，抛丸，喷浸漆，固化，得到铸件。通过本申请铸造工艺所得到的铸件抗拉强度、延伸率和屈服强度最高分别为398MPa、16.7%和210MPa，具有优良的综合性能；同时，铸件的表面粗糙度最低为Ra9.5μm，尺寸精度为CT7级，提高了铸件的精度。提高了铸件的精度。
技术研发人员：武晓凯
受保护的技术使用者：石家庄市宏森熔炼铸造有限公司
技术研发日：2022.07.19
技术公布日：2022/11/1
