CN103658523B - 树脂砂无箱造型生产大型雕塑的工艺方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铸造工艺，具体为一种树脂砂无箱造型生产大型雕塑的工艺方法，包括接收模型、切割、加固摆型、设计浇注系统焊接网装钢骨架、造型开型、合型、加固浇注、清砂等工艺流程。其主要特点就是根据铸件模型的大小焊接不同大小的钢架，还可以根据铸件模型的不同形状随型焊接钢架，这样既能使钢架重复使用，而且在造型时由于焊的钢架随型，可以大大减少树脂砂的用量，砂的层面较薄整个工艺操作时间缩短，即节约了原材料又增加了生产效率，使整个生产成本有了一个较大的降低。

Description

树脂砂无箱造型生产大型雕塑的工艺方法

技术领域

本发明涉及铸造工艺，具体为一种树脂砂无箱造型生产大型雕塑的工艺方法。

背景技术

砂型铸造是在砂型中生产铸件的铸造方法。钢、铁和大多数有色合金铸件都可用砂型铸造方法获得。由于砂型铸造所用的造型材料价廉易得，铸型制造简便，对铸件的单件生产、成批生产和大量生产均能适应，长期以来，一直是铸造生产中的基本工艺。

砂型铸造中，浇注系统是将液态金属引入铸型型腔而在铸型内开设的通道。浇注系统包括：①浇口杯，承接浇包倒进来的金属液，也称外浇口；②直浇口，联接外浇口和横浇口，将金属液由铸型外面引入铸型内部；③横浇口，联接直浇口，分配由直浇口来的金属液流；④内浇口，联接横浇口，向铸型型腔灌输金属液。

浇注系统的作用是：控制金属液充填铸型的速度及充满铸型所需的时间；使金属液平稳地进入铸型，避免紊流和对铸型的冲涮；阻止熔渣和其他夹杂物进入型腔；浇注时不卷入气体，并尽可能使铸件冷却时符合顺序凝固的原则。内浇口的总截面积、横浇口的总截面积和直浇口的总截面积是浇注系统的重要参数。根据内浇口、横浇口、直浇口的各自总截面积的比例不同，浇注系统分为开放式和封闭式两种。这里所说的截面积都是指与液流方向垂直的最小截面面积。当内浇口的总截面积最小时，浇注开始后整个浇注系统很快就充满了金属液，有利于阻止熔渣及夹杂物进入型腔，这种浇注系统通常称为封闭式浇注系统，一般都优先采用。当横浇口或直浇口的总截面积小于内浇口的总截面积时，浇注过程中金属液不会完全充满浇注系统，这种浇注系统通常称为开放式浇注系统，仅在特殊工艺采用。

浇口杯的作用是将浇包倾注的液态金属导入直浇口。小型铸件的浇口杯大都为漏斗形，上口的直径应是直浇口的 2倍以上，而且一般都在造型时直接在铸型上做出。中型以上的铸件，浇口杯常为盆形，一般都单独做出后置于铸型上面。质量要求高的铸件还要在浇口杯中设置特殊的集渣装置。

浇注系统一般采用雨淋式浇注系统，雨淋式浇注系统可使铸件顺序凝固，有利于铸件的补缩，能防止铸件产生缩孔、冷隔、夹渣以及浇不足等缺陷，同时还可以防止由于冲砂而引起的夹砂、气孔和渣孔等缺陷。因此，对于机械加工要求较高的零件，以及对表面质量要求高而不经加工就使用的零件，应采用雨淋式浇注系统。

目前，树脂砂铸件是统称，在造型、制芯前砂粒表面上已覆有一层固态树脂膜的型砂、芯砂称为覆膜砂，也称壳型(芯)砂。它最早是一种热固性树脂砂，由德国克罗宁（CRONING）博士于1944年发明。树脂砂铸造就是把原砂和树脂混合后形成树脂砂，把树脂砂打入模具型腔中，通过加热或催化剂方法使其成型，成型后的坭芯再放入浇铸模具中进行浇铸。树脂砂铸件具有表面粗糙度小，尺寸精度高，品质好的特点。

树脂砂铸造工艺中，制造砂型的基本原材料是铸造砂和型砂粘结剂。最常用的铸造砂是硅砂。硅砂的高温性能不能满足使用要求时则使用锆英砂、铬铁矿砂、刚玉砂等特种砂。为使制成的外砂型和型芯具有一定的强度，在搬运、合型及浇注液态金属时不致变形或损坏，一般要在铸造中加入型砂粘结剂（固化剂），将松散的砂粒粘结起来成为型砂。应用最广的型砂粘结剂是粘土，也可采用各种干性油或半干性油、水溶性硅酸盐或磷酸盐和各种合成树脂作型砂粘结剂。砂型铸造中所用的外砂型按型砂所用的粘结剂及其建立强度的方式不同分为粘土湿砂型、粘土干砂型和化学硬化砂型3种。

 树脂砂型铸造工艺已被普遍应用于艺术铸造大型件的生产。传统的树脂砂造型生产大型雕塑一般都是采用制作砂箱来进行造型，由于大型雕塑件都是不规则的铸件，所以采用砂箱造型时一般用砂量比较大，且工艺周期长，造成生产成本加大，生产效率较低。所以，针对大型艺术铸件，有必要发明一种新的具有较强适应性的造型工艺，要求快捷方便，提高生产效率，降低成本。

发明内容

本发明为了解决传统的树脂砂造型铸造大型雕塑件存在的上述问题，提供了一种树脂砂无箱造型生产大型雕塑的工艺方法。

本发明是采用如下技术方案实现的：

一种树脂砂无箱造型生产大型雕塑的工艺方法，包括如下步骤：

（1）接收大型雕塑模型，对大型雕塑模型进行切割，分成若干个分模型，然后对每个分模型分别进行铸造；

（2）制备一个分模型的外砂型，具体如下：

a、摆型和设计浇注系统：根据分模型的形状，在分模型的四周用木砖砌筑木砖围墙，木砖内表面距离分模型型面的最短距离在20cm以上；在砌筑木砖围墙的过程中构建浇注系统；

b、焊接网状钢骨架：根据分模型的型面形状焊接网状钢骨架，钢骨架距离分模型型面6～10cm；钢骨架的边缘部分插固在木砖围墙内；

c、造型：将分模型型面清理干净后均匀涂上分型剂石墨粉，之后在分模型型面铺第一层树脂砂，夯实第一层树脂砂后，进行全面铺砂，即在木砖围墙内填树脂砂直至将分模型和网状钢骨架全部掩埋后夯实树脂砂；

d、造型完成后，在外砂型上表面均匀扎出透气孔；

e、达到翻型要求后，用吊具挂牢钢骨架起吊部位（钢骨架的边缘部分），缓慢起吊，将外砂型与分模型分离后，翻转外砂型放置到指定位置，即外砂型的凹入面朝上；

（3）制备一个分模型的型芯，具体如下：

A、在上述外砂型的凹入面根据工艺要求的厚度进行贴泥；

B、摆型和设计浇注系统：在突出外砂型的钢骨架边缘上砌筑木砖围筒，在砌筑木砖围筒的过程中构建浇注系统；

C、焊接网状钢骨架，网状钢骨架边缘插固在木砖围筒内；

D、造型：在木砖未筒内填树脂砂直至将网状钢骨架掩埋，并夯实树脂砂；

E、造型完成后，在型芯上表面均匀扎出透气孔；

F、在外砂型和型芯的侧面标定定位线；

G、达到翻型要求后，用吊具挂牢型芯的钢骨架起吊部位（钢骨架的边缘部分），缓慢起吊，将外砂型与型芯分离后，翻转型芯放置到指定位置，即型芯的凸出面朝上；

（4）清除外砂型凹入面和型芯凸出面上的泥片，并清理后，在外砂型凹入面和型芯凸出面上均匀涂刷醇基耐火涂料，然后点燃待乙醇充分燃烧后，再次清理；

（5）合型：用吊具分别挂住外砂型和型芯的钢骨架起吊部，通过定位线定位，将外砂型和型芯进行合型，然后焊接外砂型和型芯的钢骨架进行紧固；

（6）将合型后的外砂型和型芯吊入浇注坑内进行金属液浇注，完成一个分模型的铸造；之后开型，得到分模型铸件；

（7）重复步骤（2）～（6），得到所有分模型铸件；

（8）将所有分模型铸件对照模型进行整体组装焊接后，即得到大型雕塑铸件。

本发明设计合理，采用树脂砂无箱造型生产大型雕塑铸件，主要是采用钢管焊接网状骨架和木砖代替砂箱的方法进行生产，其主要特点就是根据铸件模型的大小焊接不同大小的钢骨架，还可以根据铸件模型的不同形状随型焊接钢架，这样既能使钢架重复使用，而且在造型时由于焊的钢架随型，可以大大减少树脂砂的用量，整个工艺操作时间缩短，即节约了原材料又提高了生产效率，使整个生产成本有了一个较大的降低。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施例进行详细说明。

一种树脂砂无箱造型生产大型雕塑的工艺方法，包括如下步骤：

（1）接收大型雕塑模型（通常为玻璃钢或石膏模型），测量数据后对大型雕塑模型进行合理分型切割，分成若干个分模型，对易变型或易损坏的分模型进行加固，然后对每个分模型分别进行铸造。

（2）制备一个分模型的外砂型，具体如下：

a、摆型和设计浇注系统：根据分模型的形状，在分模型的四周用木砖砌筑木砖围墙，木砖围墙内表面距离分模型型面的最短距离在20cm以上，即外砂型的厚度在20cm以上。在砌筑木砖围墙的过程中设计好浇注系统，在围木砖的过程中设计好浇注系统，根据分模型的形状合理设计浇注口、横浇道和副浇道，一般采用雨淋式浇注系统导流，多点顺壁进入，排气通畅；浇口杯要达到一定高度，要突出分模型型面20cm。

b、焊接网状钢骨架：根据分模型的型面形状焊接网状钢骨架，钢骨架距离分模型型面6～10cm；钢骨架的边缘部分插固在木砖围墙内。焊接网架前，为了保证焊架对分模型的损伤，采用废硅胶覆盖在分模型上，焊架采用钢管焊接，焊接时要根据分模型的型体依型而制，并要保证牢固，严格控制砂型厚度，周边起吊钢管要结实耐用，一般采用双钢排管焊接，以保证起吊的安全性和防止外砂型损坏，钢架焊接完后取掉覆盖在分模型上的废硅胶。对于超过5m2的大型件铸型要适当增加钢骨架与分模型型面的距离，同时增加木砖内表面与分模型的型面距离，即增加外砂型的厚度，保证外砂型的强度。

c、造型：造型之前先把分模型表面清理干净，涂刷分型剂石墨粉，即用板刷均匀的把石墨粉涂刷在分模型型面，要注意分模型的凹槽部分不能有石墨粉堆积的现象，否则会影响铸件表面，涂刷石墨粉的目的就是使得铸件的表面光滑。清理后铺设横浇道进行混砂，新旧硅砂的比例7：3，所述旧硅砂即重复利用的硅砂。呋喃树脂加入量按硅砂重量的1.6～1.8%加入，固化剂（粘结剂）加入量是呋喃树脂重量的30～70%（本领域技术人员根据气温变化适量调节）。硅砂的要求：粒度50～100目，含泥量不大于0.2%，含水量不大于2%，微粉量不大于0.5%，砂温不高于40°С，必要时做试块决定配比。把混好的树脂砂在分模型表面铺满一层，厚度要达到4cm，边铺砂边夯实，第一层夯实完后，进行全面铺砂，即在木砖围墙内填树脂砂直至将分模型和网状钢骨架全部掩埋后夯实树脂砂；特别注意钢管根部要夯实到位，不留死角，整个外砂型的厚度在20cm 左右。对于复杂铸件必先制小块，小块制作时要合理要考虑到开型和合型时不易损坏。

d、造型完成后，迅速在外砂型上表面均匀扎出透气孔，透气孔的孔径为2～3mm、间距5～10cm。

e、等1～2小时后检查能达到翻型的要求后（实际根据加入呋喃树脂和固化剂的量确定翻型的时间，保证外砂型强度），用吊具挂牢钢骨架起吊部位，缓慢起吊，将外砂型与分模型分离，谨慎操作，不能损坏分模型，外砂型和分模型完成分离后，翻转外砂型放置到指定位置，即外砂型的凹入面朝上，外砂型的凹入面用于铸造分模型铸件的正面。为了保证在后续的步骤（5）的合型时能一次到位，以及在分块铸件焊接组装时易于拼接，在外砂型上可以加工3个以上的定位销，定位销的尺寸一般20×20cm ，厚度在5～7cm。

（3）制备一个分模型的型芯，具体如下：

A、在上述外砂型的凹入面根据工艺要求的厚度进行贴泥；贴泥前清理外砂型的凹入面，特别注意死角外不能有杂物，贴泥前要检查泥片的厚度，均匀度，贴泥时要保证铸型面均匀贴满，不能有缝隙。贴泥的厚度就是最后分模型铸件的厚度。

B、摆型和设计浇注系统：在突出外砂型的钢骨架边缘上砌筑木砖围筒，在砌筑木砖围筒的过程中构建好浇注系统。

C、焊接网状钢骨架，网状钢骨架边缘插固在木砖围筒内。

D、造型：在木砖未筒内填树脂砂直至将网状钢骨架掩埋，并夯实树脂砂。

E、造型完成后，在型芯上表面均匀扎出透气孔，透气孔的孔径为2～3mm、间距5～10cm。

F、在外砂型和型芯的侧面标定定位线，用于合型。

G、达到翻型要求后，用吊具挂牢型芯的钢骨架起吊部位，缓慢起吊，将外砂型与型芯分离后，翻转型芯放置到指定位置，即型芯的凸出面朝上，型芯的凸出面用于铸造分模型铸件的背面。

（4）清除外砂型凹入面和型芯凸出面上的泥片，修复破损的外砂型凹入面和型芯凸出面，并清理后，在外砂型凹入面和型芯凸出面上均匀涂刷醇基耐火涂料（即乙醇和有机耐火涂料石墨粉的混合物），刷涂料时要先将涂料稠稀度调好，用刷子均匀地涂刷在外砂型凹入面和型芯凸出面，进行点火，待醇基耐火涂料中的乙醇充分燃烧后，燃烧的目的是加速乙醇的挥发和外砂型和型芯的变干，之后用刷子清理，死角不能留有石墨粉，特别是外砂型凹入面上花纹比较清晰的部位要精心操作，即要保证不能有石墨粉堆积，又要保整花纹清晰。清理工作完成后检查浇注系统，再进行合型。

（5）合型：用吊具分别挂住外砂型和型芯的钢骨架起吊部，通过定位线和定位销定位，将外砂型和型芯进行合型，然后焊接外砂型和型芯的钢骨架进行紧固，即用短钢管把外砂型和型芯上的钢管全部通过短钢管点焊连接，保证起吊时不坏就好，也不要焊的过多，以免清砂时不好敲开。

如果外砂型和型芯的表面积大于1m²，则用电锤在外砂型和型芯上分别加工有对应的工艺加固孔，工艺加固孔一般设在平整面，表面肌理简单的地方要垂直，顺畅。每平方米上必须保证有一个工艺加固孔，对于大平板铸型加固孔要适当加量。工艺加固孔的大小一般在4cm×4cm。合型时，外砂型和型芯的工艺加固孔内通过螺栓紧固。然后用吊具把合型后的外砂型和型芯吊至浇注坑，放在浇注坑指定的位置等待浇注。

（6）将合型后的外砂型和型芯吊入浇注坑内进行金属液浇注，按工艺要求的配方把金属冶炼好后，用浇包接出金属液进行浇注，浇注前要测量金属的温度，达到合理浇注范围时进行浇注，浇注时金属液要均匀倒入浇口杯，同时进行引气，直至浇满。浇注完后自然冷却至室温进行清砂。把浇注好的砂型吊出浇注坑，取下中间的加固螺栓，把点焊的钢管用锤子敲掉就可开型了，即完成一个分模型的铸造，开型后取出分模型铸件。进行清砂，把砂型放在振动清砂机上振动，砂清完后取出钢管架，有的焊点振动时就振掉，直接取出钢管，没有振开的钢管架用大锤敲下来重复使用。

（7）重复步骤（2）～（6），得到所有分模型铸件。

（8）将所有分模型铸件对照模型进行整体组装焊接后，即得到大型雕塑铸件。

Claims (6)

1.一种树脂砂无箱造型生产大型雕塑的工艺方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）接收大型雕塑模型，对大型雕塑模型进行切割，分成若干个分模型，然后对每个分模型分别进行铸造；

（2）制备一个分模型的外砂型，具体如下：

a、摆型和设计浇注系统：根据分模型的形状，在分模型的四周用木砖砌筑木砖围墙，木砖围墙内表面距离分模型型面的最短距离在20cm以上；在砌筑木砖围墙的过程中构建浇注系统；

b、焊接外砂型的网状钢骨架：根据分模型的型面形状焊接外砂型的网状钢骨架，外砂型的网状钢骨架距离分模型型面6～10cm；外砂型的网状钢骨架的边缘部分插固在木砖围墙内；

c、造型：将分模型型面清理干净后均匀涂上分型剂石墨粉，之后在分模型型面铺第一层树脂砂，夯实第一层树脂砂后，进行全面铺砂，即在木砖围墙内填树脂砂直至将分模型和外砂型的网状钢骨架全部掩埋后夯实树脂砂；

d、造型完成后，在外砂型上表面均匀扎出透气孔；

e、达到翻型要求后，用吊具挂牢钢骨架起吊部位，缓慢起吊，将外砂型与分模型分离后，翻转外砂型放置到指定位置，即外砂型的凹入面朝上；

（3）制备一个分模型的型芯，具体如下：

A、在上述外砂型的凹入面根据工艺要求的厚度进行贴泥；

B、摆型和设计浇注系统：在突出外砂型的钢骨架边缘上砌筑木砖围筒，在砌筑木砖围筒的过程中构建浇注系统；

C、焊接型芯的网状钢骨架，型芯的网状钢骨架边缘插固在木砖围筒内；

D、造型：在木砖围筒内填树脂砂直至将型芯的网状钢骨架掩埋，并夯实树脂砂；

E、造型完成后，在型芯上表面均匀扎出透气孔；

F、在外砂型和型芯的侧面标定定位线；

G、达到翻型要求后，用吊具挂牢型芯的钢骨架起吊部位，缓慢起吊，将外砂型与型芯分离后，翻转型芯放置到指定位置，即型芯的凸出面朝上；

（4）清除外砂型凹入面和型芯凸出面上的泥片，并清理后，在外砂型凹入面和型芯凸出面上均匀涂刷醇基耐火涂料，然后点燃待乙醇充分燃烧后，再次清理；

（5）合型：用吊具分别挂住外砂型和型芯的网状钢骨架起吊部，通过定位线定位，将外砂型和型芯进行合型，然后焊接外砂型和型芯的网状钢骨架进行紧固；

（6）将合型后的外砂型和型芯吊入浇注坑内进行金属液浇注，完成一个分模型的铸造；之后开型，得到分模型铸件；

（7）重复步骤（2）～（6），得到所有分模型铸件；

（8）将所有分模型铸件对照模型进行整体组装焊接后，即得到大型雕塑铸件。

2.根据权利要求1所述的树脂砂无箱造型生产大型雕塑的工艺方法，其特征在于：步骤（5）中，当外砂型和型芯的表面积大于1m²时，在外砂型和型芯上分别加工有对应的工艺加固孔，在外砂型和型芯上保证每平方米内至少有一个工艺加固孔，合型时，外砂型和型芯的工艺加固孔内通过螺栓紧固。

3.根据权利要求1或2所述的树脂砂无箱造型生产大型雕塑的工艺方法，其特征在于：所述树脂砂包括硅砂、呋喃树脂和固化剂，其中，重量添加比例为硅砂：呋喃树脂=100:1.6～1.8，呋喃树脂：固化剂=10:3～7；所述硅砂的要求：粒度50～100目、含泥量≤0.2%、含水量≤2%、微粉量≤0.5%、砂温≤40℃。

4.根据权利要求3所述的树脂砂无箱造型生产大型雕塑的工艺方法，其特征在于：所述硅砂由新硅砂和旧硅砂构成，新旧硅砂的重量比例为7:3。

5.根据权利要求4所述的树脂砂无箱造型生产大型雕塑的工艺方法，其特征在于：所述浇注系统采用雨淋式浇注系统。

6.根据权利要求5所述的树脂砂无箱造型生产大型雕塑的工艺方法，其特征在于：所述外砂型和型芯还具有定位销。