CN102059321A - 一种型芯及其制备方法以及利用型芯制备铸件内腔的方法 - Google Patents
一种型芯及其制备方法以及利用型芯制备铸件内腔的方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明提供了一种型芯及其制备方法以及利用型芯制备铸件内腔的方法，该型芯是采用中空型材制成，型芯的中空结构内设置有合金；本发明的采用黄铜材质的型芯取代了现有的砂芯，其结构强度较大，适于铝合金铸件的复杂细孔内腔成形；本发明的制备型芯的方法是利用低熔点铝合金的特性，灌注入中空铜管中能够缓减铜管弯制时所产生的应力，弯制效果好，而且避免中空黄铜型材在弯曲过程中受外力作用变形。
Description
技术领域
本发明属于铸造领域，涉及一种型芯及其制备方法以及利用型芯制备铸件内腔的方法，特别是适用于有复杂细孔内腔的铝合金铸件铸造成形时使用、也可以用于难以通过砂芯成形内腔的铝合金铸件铸造成形时使用。
背景技术
铸造铝合金具有优异的综合性能，大量应用于航空、航天、汽车等行业。铝合金铸件可通过砂型铸造、金属型铸造、压力铸造、低压铸造等方法铸造成形。具有内腔结构的铝合金铸件，其铸造内腔一般通过各类砂芯成形，砂芯主要由各类树脂砂、油砂等制成。
在航空、航天、汽车等行业，具有大量需要承受气压和液压作用的铝合金铸件，此类铸件多为各种壳体类铸件，如航空发动机中的燃油控制泵、航天发动机中的作动桶、汽车发动机中的汽缸体等。此类壳体零件通常为系统组成中的关键零组件，对技术性能的综合要求十分严格，因此其外形及内腔结构都较为复杂。以航空发动机中燃油控制泵为例，其泵壳一般为铸造铝合金材质，内腔通常具有多条铸造油路，其油路尺寸根据性能要求具有较大差异，最细油路仅Ф3mm，且存在空间交错。
对于大多数直径不大于Ф10mm的复杂细孔内腔的铝合金壳体类铸件，采用砂芯成形此类细孔内腔具有较大的技术难度。其一，砂芯受型砂原料影响，形成复杂细孔内腔的复杂细长砂芯本身成形难度较大；其二，复杂细长砂芯结构强度差，不易制成交错复杂的细孔内腔；其三，采用细长砂芯铸造成形的铸件其复杂细孔内腔的砂芯清理十分困难，对铸件质量影响较大。
发明内容
为了解决现有技术中的铝合金铸件采用砂芯成形复杂细孔内腔时所存在的技术问题，本发明提供了一种型芯及其制备方法以及利用型芯制备铸件内腔的方法。
本发明的技术方案是：本发明提供了一种型芯，其特殊之处在于：所述型芯是采用中空型材制成，型芯的中空结构内设置有合金。
上述型芯是铜质型芯，具体采用黄铜材质。
上述合金为熔点低于100℃的合金。
上述型芯采用的型材截面形状为圆形、矩形或异形。
本发明还提供一种制备上述的型芯的方法，其特殊之处在于：所述方法包括以下实现步骤：
1)下料：将中空型材按照铸件的要求尺寸进行切割下料；
3)灌注合金：将熔融状态的合金液灌注入切割好的型材的空腔内；所述合金是熔点为100℃以下的合金。
上述步骤1)与步骤3)之间还包括步骤2)退火：将切割好的中空型材依据铸件的工艺要求进行退火处理。
上述步骤3)之后还包括步骤4)校正：对经灌注合金的型材进行校正。
本发明还提供的一种利用上述的型芯制备铸件内腔的方法，其包括以下步骤：
1)铸型准备：根据铸件工艺要求选择适配的铸型；
2)弯制型材：按照铸件的铸造工艺要求将灌注入合金液的型材进行弯制；
3)去除低熔点合金：将弯制好的型材放入100℃以上的水中，使合金呈熔融液后完全从型芯的空腔内流出。
4)下芯：将中空的型芯按照铸件的工艺要求放置于铸型内进行定位；
5)合型浇注：按照铸件的工艺要求组合铸型后用浇注液对铸型进行浇注；
6)除芯：采用浓度为25％～35％的硝酸溶液灌注入型芯的空腔内，至型芯完全溶解，形成铸件内空腔。
上述步骤2)中的型材其弯曲处的弧度不大于0.5。
上述型芯是黄铜材质。
本发明的优点是：
1、本发明的采用黄铜材质的型芯取代了现有的砂芯，其结构强度较大，适于铝合金铸件的复杂细孔内腔成形；
2、本发明的制备型芯的方法是利用低熔点铝合金的特性，灌注入中空铜管中能够缓减铜管弯制时所产生的应力，弯制效果好，而且避免中空黄铜型材在弯曲过程中受外力作用变形；
3、本发明在细长铸件的复杂细孔内腔成形后采用硝酸溶解，容易清除，而且成形的铸件质量较好。
附图说明
图1为本发明的型芯结构示意图。
具体实施方式
本发明提供了一种型芯，该型芯是采用中空铜质型材制成，特别是黄铜型材制备的质量为佳。
参见图1，该黄铜型芯由中空黄铜型材1内灌注低熔点(熔点低于100℃的)合金2后根据铸件内腔结构需要弯曲而成，黄铜型材的截面形状可为圆形、矩形或异形，具体根据使用时铸件内腔形状选定。
本发明还提供一种铜质材料制备型芯的方法，其较佳实施例是：
该方法包括以下实现步骤：
以铝合金铸件的黄铜型材为例：
步骤1)下料将中空黄铜型材按照铸件的要求尺寸进行切割下料；
具体是：中空黄铜型材1验收后要求转运过程中不应弯曲，不变形；对于已有弯曲变形的中空黄铜型材1，弯曲处应校正拉直，随后按具体铸件工艺中要求型芯尺寸切割下料。
步骤2)退火为便于中空黄铜型材1弯曲成所需的型芯形状，将切割好的中空黄铜型材1依据铸件的工艺要求进行退火处理，该步骤可以采用现有的铸造工艺中的退火处理方法进行。
步骤3)灌注低熔点合金为避免中空黄铜型材1在弯曲过程中受外力作用变形导致细孔内腔形状尺寸不符合设计要求，将熔融状态的低熔点合金液灌注入切割好的黄铜型材1的空腔内，以保持型材弯曲过程中不会变形。所述低熔点合金2是熔点为100℃以下的合金。
步骤4)校正经灌注低熔点合金2的黄铜型材1如有变形现象时需进行校正以达到工艺要求为目的。
本发明还提供了一种使用上述的型芯的铸件内腔成形方法，其较佳的实施方式为：
以铝合金铸件采用黄铜型芯的方法为例，该方法包括以下步骤：
1)铸型准备根据铝合金铸件工艺要求选择适配的铸型。
2)弯制型材按照铝合金铸件的铸造工艺要求采用适当模具将灌注入低熔点合金液的黄铜型材进行弯制；其弯曲处椭圆度不大于0.5，变形处与型材的外表面之间应是圆滑过渡；
3)去除低熔点合金将弯制好的黄铜型材放入100℃以上的水中并实时翻动，使低熔点合金呈熔融液后完全从黄铜型材的空腔内流出；对于经沸水加热后仍残留的低熔点合金可将型材内部残留低熔点合金处加热至120℃左右，挥动铜管以便于残留低熔点合金流出。
4)下芯将铜质型芯按照铸件的工艺要求放置于铸型内进行定位；该步骤可以采用现有的铸造工艺中的实施方式进行。
5)合型浇注按照铝合金铸件的工艺要求组合铸型后用浇注液对铸型进行浇注。
6)清理铸件清理包括打箱和除芯；除芯是采用浓度为25％～35％的硝酸溶液灌注入型芯的空腔内，至铜质型芯完全溶解，形成铸件内空腔。其工作原理是：黄铜与硝酸反应生成硝酸铜(化合物盐)与水，而铸造铝合金与少量硝酸反应其表面被硝酸氧化生成钝化层，将不与硝酸进一步反应，因而通过采用硝酸腐蚀的方法，可将铝合金铸件细孔内腔成形所用的黄铜材质型芯去除，实现铝合金铸件中复杂细孔内腔的成形。
实施例1：采用该方法铸造航空用燃油齿轮泵铝合金壳体铸件，铸件材料为ZL101，浇注温度710℃，内腔要求承压，内腔油路最小尺寸为Ф4.2mm，其中一条孔径为Ф4.2mm的细孔油路，整体形状为L型，总长度170mm；该实例需用黄铜管外圆尺寸Ф4.2mm，按照本发明内容所述的黄铜管型芯制备方法制成本实例所需的黄铜管型芯。将所制型芯经下芯程序的预热后放入型腔内与铸型组合，浇入铝液形成铸件后，再按照上述的铸件内腔成形方法中的清理程序清除黄铜管型芯，通过25％～35％浓度的硝酸去除黄铜管型芯，形成了航空用燃油齿轮泵中外圆尺寸Ф4.2mm、长度170mm的L型细孔油路。
实施例2：以铸造大马力重型车辆用连体泵马达铝合金铸件为例，铸件材料为ZL105A，浇注温度720℃，内腔要求承压，内腔油路中一条孔径为Ф5mm、长度275mm的O型环形细孔油路与一条孔径为Ф6.2mm、长度为75mm的L型油路相互交错，采用现有技术中的砂芯其成形难度较大。该实施例需Ф5mm和Ф6.2mm的黄铜管两根，按照本发明内容所述的黄铜管型芯制备方法制成本实例所需的黄铜管交错型芯。将所制型芯经预热后放入型腔内与铸型组合，浇入铝液形成铸件后，再按照本发明内容所述的黄铜管去除方法，通过硝酸去除黄铜管型芯，形成了该连体泵马达壳体中外圆尺寸分别为Ф5mm和Ф6.2mm的交错细孔油路。
Claims (10)
1.一种型芯，其特征在于：所述型芯是采用中空型材制成，所述型芯的中空结构内设置有合金。
2.根据权利要求1所述的型芯，其特征在于：所述型芯是铜质型芯，具体采用黄铜材质。
3.根据权利要求1所述的型芯，其特征在于：所述合金为熔点低于100℃的合金。
4.根据权利要求1或2或3所述的铜质型芯，其特征在于：所述型芯采用的型材截面形状为圆形、矩形或异形。
5.一种制备权利要求1所述的型芯的方法，其特征在于：所述方法包括以下实现步骤：
1)下料：将中空型材按照铸件的要求尺寸进行切割下料；
3)灌注合金：将熔融状态的合金液灌注入切割好的型材的空腔内；所述合金是熔点为100℃以下的合金。
6.根据权利要求5所述的制备型芯的方法，其特征在于：所述步骤1)与步骤3)之间还包括步骤2)退火：将切割好的中空型材依据铸件的工艺要求进行退火处理。
7.根据权利要求6所述的制备型芯的方法，其特征在于：所述步骤3)之后还包括步骤4)校正：对经灌注合金的型材进行校正。
8.一种利用权利要求1所述的型芯制备铸件内腔的方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
1)铸型准备：根据铸件工艺要求选择适配的铸型；
2)弯制型材：按照铸件的铸造工艺要求将灌注入合金液的型材进行弯制；
3)去除低熔点合金：将弯制好的型材放入100℃以上的水中，使合金呈熔融液后完全从型芯的空腔内流出。
4)下芯：将中空的型芯按照铸件的工艺要求放置于铸型内进行定位；
5)合型浇注：按照铸件的工艺要求组合铸型后用浇注液对铸型进行浇注；
6)除芯：采用浓度为25％～35％的硝酸溶液灌注入型芯的空腔内，至型芯完全溶解，形成铸件内空腔。
9.根据权利要求8所述的利用铜质型芯制备铸件内腔的方法，其特征在于：所述步骤2)中的型材其弯曲处的弧度不大于0.5。
10.根据权利要求8或9所述的利用铜质型芯制备铸件内腔的方法，其特征在于：所述铸件为铝合金铸件；所述型芯是黄铜材质。
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