CN103008559A - 一种高传热高溃散油管型芯的制备方法 - Google Patents
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一种高传热高溃散油管型芯的制备方法，其要求如下：采用高传热性的金属小球为基体材料，配合酚醛树脂、固化剂、润滑剂、溃散剂配制成覆膜金属颗粒，配制方法是：先将金属小球加热到150～160℃，然后将热塑性酚醛树脂、固化剂、润滑剂、溃散剂混合搅拌均匀，冷却后破碎筛分即可；然后用热芯盒制芯法在射芯机上打制出高传热高溃散油管型芯，要求是：加热温度200～230℃，固化时间60～90s；金属小球具体是钢丸、铁丸、不锈钢丸。本发明可应用于带油管或细长内腔的复杂铸件的铸造，其型芯溃散性好，清理方便，铸件管壁表面光洁度好、致密度高，气密性和耐液压性能好；配套零部件能耗降低且使用寿命提高。
Description
技术领域：
本发明涉及铸造技术领域，特别提供了一种高传热高溃散油管型芯的制备方法。
背景技术：
现有技术中，随着制造业的发展，铸件轻量化、整体化、精密化渐成趋势，尤其是航空发动机上的机匣类、泵体类、壳体类等铝合金、镁合金铸件，因其结构十分复杂，内部往往带有油管或细长内腔，且对铸件油管及细长内腔有耐压要求，需承受一定的气压或液压而不渗漏。对于此类铝、镁合金铸件的油管或细长内腔成型，目前一般采用砂芯，铸件浇注完成后对砂芯进行清理。
近些年来，对于细长油管砂芯的成型，我国目前一般采用石英砂或宝珠砂为基体材料制成覆膜砂，然后在射芯机上打制热芯盒砂芯；另外，也有采用烧制的方法成型砂芯，砂芯尺寸精度和强度均较高。利用目前方法制备的砂芯，我国研制成功了一些结构复杂、内部含细长弯曲油管的航空铝、镁合金铸件，但是在研制和生产过程中也出现了一些问题，如浇注后铸件砂芯的清理比较困难（尤其对于镁合金铸件，如某飞机发动机镁合金壳体铸件，内含细长弯曲油管，铸件要求T1状态交付，不允许高温处理，因此在清理砂芯时不能采用高温烧砂清砂或水爆清砂，而对于常规的覆膜砂芯，浇注后采用振动、高压水等机械方法很难清理干净），另外，在对铸件油管进行气压及液压试验时管壁经常出现渗漏现象。上述问题的出现，导致铸件生产效益低、周期长、成本高、返修量大、合格率低，严重影响了我国航空复杂铝、镁合金铸件的国产化进程及配套需要。为了解决砂芯清砂困难以及铸件油管管壁组织不致密导致的液压渗漏现象，有必要寻找一种传热性好、蓄热量大、溃散性好的一种型芯制备方法。
因此，人们期望获得一种技术效果优良的高传热高溃散油管型芯的制备方法。
发明内容：
本发明的目的是提供一种技术效果优良的高传热高溃散油管型芯的制备方法。
本发明一种高传热高溃散油管型芯的制备方法，其特征在于：所述高传热高溃散油管型芯的制备方法要求如下：
采用高传热性的金属小球为基体材料，配合酚醛树脂、固化剂、润滑剂、溃散剂配制成覆膜金属颗粒，配制方法是：首先将金属小球加热到150～160℃，然后将热塑性酚醛树脂、固化剂、润滑剂、溃散剂按一定比例添加后进行混合搅拌均匀，冷却后破碎，筛分即可；
然后用热芯盒制芯法在射芯机上打制出高传热高溃散油管型芯，具体要求是：加热温度200～230℃，固化时间60～90s；关于制芯温度及固化时间的说明：所打制的油管芯型直径为4mm～10mm，加热温度过低，时间过短的话，覆膜树脂反应固化不充分，影响强度，而温度过高芯子表面容易烧酥。经过试验，加热温度200～230℃，固化时间60～90s的范围内可以制成满足使用要求的金属小球颗粒型芯。
采用上述方案，可制造出具有高传热高溃散性的油管型芯。
所述金属小球具体是下述几种之一或其组合：非不锈钢材质的钢丸、铁丸、不锈钢丸。
用热芯盒制芯法在射芯机上打制出高传热高溃散油管型芯的具体要求是：加热温度200～230℃，固化时间60～90s；
采用高传热性的金属小球为基体材料，配合酚醛树脂、固化剂、润滑剂、溃散剂制成覆膜金属颗粒的过程中满足下述要求：
热塑性酚醛树脂占金属小球总重量的0.4%～0.5%；固化剂占树脂重量11%～14%；润滑剂占树脂重量6%～8%；溃散剂占树脂重量3%～5%。
关于热塑性酚醛树脂加入量的说明：为了减少浇注时的发气量以及增加型芯的溃散性，树脂量加入越少越好，但是过少的树脂量，制得的型芯强度又达不到要求。通过几组对比试验，制得的金属小球覆膜型芯强度如下图所示。根据实际生产，选择热塑性酚醛树脂占金属小球重量为0.4%～0.5%较为合适（参见图1）。
所述金属小球其具体为粒度圆整、表面干净的金属小球颗粒，具体较佳为不锈钢材质；关于金属小球材料选择的说明：通过试验比较了钢丸、铁丸、不锈钢丸几种金属材质小球，结果表明，在热塑性酚醛树脂等其它条件均相同的条件下，不锈钢丸覆膜型芯强度要高于钢丸及铁丸制得的覆膜型芯强度，而在溃散性方面基本相同。同时发现，钢丸及铁丸小球容易受潮生锈，生锈后由于锈粉的存在以及金属小球表面粗糙而增大了表面积，这样就加剧了对树脂的消耗。因此，三者中最佳选用不锈钢材质。
对金属小球进行预处理的过程满足下述要求：
对金属小球进行焙烧，以去除金属小球表面水份及杂质；金属小球焙烧温度350～400℃，焙烧时间3～4小时；关于金属小球焙烧的说明：采购的金属小球，表面一般存在一些油污、杂质、水份等，因此为了达到较好的效果，有必要对金属小球进行焙烧处理。焙烧温度太低了，除杂不彻底，焙烧温度过高了又浪费能源，没有必要，试验中发现以金属小球焙烧温度350～400℃，焙烧时间3～4小时完全可以达到很好的效果。
然后对金属小球进行筛分处理以备用；筛分后金属小球颗粒直径选为0.1mm～0.15mm；关于金属小球筛分直径选择的说明：市场上金属小球的直径存在很多规格，直径过大，如0.5mm，浇注后铸件表面很粗糙，直径过小，如小于0.1mm，配制时相应的树脂量会加大，即浪费树脂又增加发气量。试验中，发现金属小球直径为0.1mm～0.15mm，铸件表面质量很好，且发气量可满足生产使用要求。
采用高传热性的金属小球为基体材料，配合酚醛树脂、固化剂、润滑剂、溃散剂制成覆膜金属颗粒的过程中满足下述要求：
固化剂为乌洛托品，具体为六亚甲基四胺；润滑剂为硬酯酸钙，具体为十八酸钙盐；溃散剂具体为沈阳盛海铸造材料有限公司的KSJ-A型溃散剂，是包含磷酸化合物等组分的混合物。
本发明的显著特点和实质性技术进步主要归纳如下：
1、利用覆膜方法制备的覆膜金属颗粒，流动性好，可适用于制备多种细薄、复杂形状的型芯，应用范围十分广泛；
2、采用高传热性的金属小球为基体材料，配合酚醛树脂、固化剂、溃散剂等制成覆膜金属颗粒，用热芯盒制芯法打制出油管型芯。该方法打制的油管型芯具有较高的导热性能，在浇注过程中可吸收大量热量，不仅可以提高铸件管壁的致密性，而且有助于提高型芯的溃散性。此方法可应用于带油管或细长内腔的复杂铸件的铸造，不仅型芯溃散性好，清理方便，而且铸件油管管壁表面光洁度好、致密度高，铸件油管气密性和耐液压性能好；
3、利用本发明方法制备的金属小球覆膜型芯，可以解决一些特殊复杂铝、镁合金铸件清砂难题。如某飞机发动机镁合金壳体铸件，内含细长弯曲油管，油管管径约5mm，铸件要求T1状态交付，不允许高温处理，因此在清理砂芯时不能采用高温烧砂清砂或水爆清砂，而对于常规的覆膜砂芯，浇注后采用振动、高压水等机械方法很难清理干净，采用本发明制备的型芯，有效解决了这一问题。
4、利用本发明的型芯铸造铝、镁合金铸件，可显著提高铸件管壁的表面光洁度和组织的致密度，生产的铸件油路液体流通顺畅、经受一定的液压而不渗漏，配套零部件的能耗降低以及使用寿命可以得到提高。
综上，本发明具体涉及一种采用高传热性的金属小球为基体材料，配合酚醛树脂、固化剂、溃散剂等制成覆膜金属颗粒，用热芯盒制芯法打制出油管型芯的高传热高溃散油管型芯的制备方法。该方法打制的油管型芯具有较高的导热性能，在浇注过程中可吸收大量热量，不仅可以提高铸件管壁的致密性，而且有助于提高型芯的溃散性。本发明相对于现有砂芯制备而言，可制造出多种细薄、复杂形状的具有高传热高溃散油管型芯，本发明可应用于带油管或细长内腔的复杂铸件的铸造，不仅型芯溃散性好，清理方便，而且铸件油管管壁表面光洁度好、致密度高，铸件油管气密性和耐液压性能好；配套零部件的能耗降低以及使用寿命可以得到提高，同时可以解决一些特殊且复杂的铝、镁合金铸件的清砂问题，填补国内外采用金属小球制备覆膜金属型芯的制备方法。
附图说明：
图1为树脂加入量（%）和抗拉强度（MPa）之间的关系示意图；
图2为本发明所述高传热高溃散油管型芯的制备方法制备得到的典型产品示意图之一；
图3为为本发明所述高传热高溃散油管型芯的制备方法制备得到的典型产品示意图之二。
具体实施方式：
实施例1
一种高传热高溃散油管型芯的制备方法，其制备方法要求如下：
第一步：原材料准备
所述金属小球其具体为粒度圆整、表面干净的金属小球颗粒，所述金属小球具体是下述几种之一或其组合：非不锈钢材质的钢丸、铁丸、不锈钢丸，金属小球优选为不锈钢材质；关于金属小球材料选择的说明：通过试验比较了钢丸、铁丸、不锈钢丸几种金属材质小球，结果表明，在热塑性酚醛树脂等其它条件均相同的条件下，不锈钢丸覆膜型芯强度要高于钢丸及铁丸制得的覆膜型芯强度，而在溃散性方面基本相同。同时发现，钢丸及铁丸小球容易受潮生锈，生锈后由于锈粉的存在以及金属小球表面粗糙而增大了表面积，这样就加剧了对树脂的消耗。因此，三者中最佳选用不锈钢材质。
对金属小球进行预处理的过程满足下述要求：
对金属小球进行焙烧，以去除金属小球表面水份及杂质；金属小球焙烧温度350～400℃，焙烧时间3～4小时；关于金属小球焙烧的说明：采购的金属小球，表面一般存在一些油污、杂质、水份等，因此为了达到较好的效果，有必要对金属小球进行焙烧处理。焙烧温度太低了，除杂彻底，焙烧温度过高了又浪费能源，没有必要，试验中发现以金属小球焙烧温度350～400℃，焙烧时间3～4小时完全可以达到很好的效果。
然后对金属小球进行筛分处理以备用；筛分后金属小球颗粒直径选为0.1mm～0.15mm；关于金属小球筛分直径选择的说明：市场上金属小球的直径存在很多规格，但是或者其直径过大（如0.5mm，浇注后铸件表面很粗糙）或者直径过小（如小于0.1mm，配制时相应的树脂量会加大，即浪费树脂又增加发气量）。试验中，发现金属小球直径为0.1mm～0.15mm，铸件表面质量很好，且发气量可满足生产使用要求。
第二步：覆膜处理
采用高传热性的金属小球为基体材料，配合酚醛树脂、固化剂、润滑剂、溃散剂配制成覆膜金属颗粒，配制方法是：首先将金属小球加热到150～160℃，然后将热塑性酚醛树脂、固化剂、润滑剂、溃散剂按一定比例添加后进行混合搅拌均匀，冷却后破碎，筛分即可；
采用高传热性的金属小球为基体材料，配合酚醛树脂、固化剂、润滑剂、溃散剂制成覆膜金属颗粒的过程中满足下述要求：热塑性酚醛树脂占金属小球总重量的0.4%～0.5%；固化剂占树脂重量11%～14%；润滑剂占树脂重量6%～8%；溃散剂占树脂重量3%～5%。上述的固化剂具体为乌洛托品，润滑剂具体为硬酯酸钙，溃散剂具体为沈阳盛海铸造材料有限公司的KSJ-A型溃散剂，主要是包含磷酸化合物等几种组分的混合物。。
关于热塑性酚醛树脂加入量的说明：为了减少浇注时的发气量以及增加型芯的溃散性，树脂量加入越少越好，但是过少的树脂量，制得的型芯强度又达不到要求。通过几组对比试验，制得的金属小球覆膜型芯强度如下图所示。根据实际生产，选择热塑性酚醛树脂占金属小球重量为0.4%～0.5%较为合适（参见图1）。
第三步：制芯
然后用热芯盒制芯法在射芯机上打制出高传热高溃散油管型芯，具体要求是：加热温度200～230℃，固化时间60～90s；关于制芯温度及固化时间的说明：所打制的油管芯型直径为4mm～10mm，加热温度过低，时间过短的话，覆膜树脂反应固化不充分，影响强度，而温度过高芯子表面容易烧酥。经过试验，加热温度200～230℃，固化时间60～90s的范围内可以制成满足使用要求的金属小球颗粒型芯。采用上述方案，可制造出具有高传热高溃散性的油管型芯。本实施例的典型产品参见附图2、3。
本实施例的显著特点和实质性技术进步主要归纳如下：
1、利用覆膜方法制备的覆膜金属颗粒，流动性好，可适用于制备多种细薄、复杂形状的型芯，应用范围十分广泛；
2、采用高传热性的金属小球为基体材料，配合酚醛树脂、固化剂、溃散剂等制成覆膜金属颗粒，用热芯盒制芯法打制出油管型芯。该方法打制的油管型芯具有较高的导热性能，在浇注过程中可吸收大量热量，不仅可以提高铸件管壁的致密性，而且有助于提高型芯的溃散性。此方法可应用于带油管或细长内腔的复杂铸件的铸造，不仅型芯溃散性好，清理方便，而且铸件油管管壁表面光洁度好、致密度高，铸件油管气密性和耐液压性能好；
3、利用本实施例方法制备的金属小球覆膜型芯，可以解决一些特殊复杂铝、镁合金铸件清砂难题。如某飞机发动机镁合金壳体铸件，内含细长弯曲油管，油管管径约5mm，铸件要求T1状态交付，不允许高温处理，因此在清理砂芯时不能采用高温烧砂清砂或水爆清砂，而对于常规的覆膜砂芯，浇注后采用振动、高压水等机械方法很难清理干净,采用本实施例制备的型芯，有效解决了这一问题。
4、利用本实施例的型芯铸造铝、镁合金铸件，可显著提高铸件管壁的表面光洁度和组织的致密度，生产的铸件油路液体流通顺畅、经受一定的液压而不渗漏，配套零部件的能耗降低以及使用寿命可以得到提高。
综上，本实施例具体涉及一种采用高传热性的金属小球为基体材料，配合酚醛树脂、固化剂、溃散剂等制成覆膜金属颗粒，用热芯盒制芯法打制出油管型芯的高传热高溃散油管型芯的制备方法。该方法打制的油管型芯具有较高的导热性能，在浇注过程中可吸收大量热量，不仅可以提高铸件管壁的致密性，而且有助于提高型芯的溃散性。本实施例相对于现有砂芯制备而言，可制造出多种细薄、复杂形状的具有高传热高溃散油管型芯，本实施例可应用于带油管或细长内腔的复杂铸件的铸造，不仅型芯溃散性好，清理方便，而且铸件油管管壁表面光洁度好、致密度高，铸件油管气密性和耐液压性能好；配套零部件的能耗降低以及使用寿命可以得到提高，同时可以解决一些特殊且复杂的铝、镁合金铸件的清砂问题，填补国内外采用金属小球制备覆膜金属型芯的制备方法。
Claims (4)
1.一种高传热高溃散油管型芯的制备方法，其特征在于：所述高传热高溃散油管型芯的制备方法要求如下：
采用高传热性的金属小球为基体材料，配合酚醛树脂、固化剂、润滑剂、溃散剂配制成覆膜金属颗粒，配制方法是：首先将金属小球加热到150～160℃，然后将热塑性酚醛树脂、固化剂、润滑剂、溃散剂进行混合搅拌均匀，冷却后破碎，筛分即可；
然后用热芯盒制芯法在射芯机上打制出高传热高溃散油管型芯，具体要求是：加热温度200～230℃，固化时间60～90s；
所述金属小球具体是下述几种之一或其组合：非不锈钢材质的钢丸、铁丸、不锈钢丸。
2.按照权利要求1所述高传热高溃散油管型芯的制备方法，其特征在于：用热芯盒制芯法在射芯机上打制出高传热高溃散油管型芯的具体要求是：加热温度200～230℃，固化时间60～90s；
采用高传热性的金属小球为基体材料，配合酚醛树脂、固化剂、润滑剂、溃散剂制成覆膜金属颗粒的过程中满足下述要求：
热塑性酚醛树脂占金属小球总重量的0.4%～0.5%；固化剂占树脂重量11%～14%；润滑剂占树脂重量6%～8%；溃散剂占树脂重量3%～5%。
3.按照权利要求2所述高传热高溃散油管型芯的制备方法，其特征在于：
所述金属小球其具体为粒度圆整、表面干净的金属小球颗粒，具体为不锈钢材质；
对金属小球进行预处理的过程满足下述要求：
对金属小球进行焙烧，以去除金属小球表面水份及杂质；金属小球焙烧温度350～400℃，焙烧时间3～4小时；
然后对金属小球进行筛分处理以备用；筛分后金属小球颗粒直径选为0.1mm～0.15mm。
4.按照权利要求2或3所述高传热高溃散油管型芯的制备方法，其特征在于：采用高传热性的金属小球为基体材料，配合酚醛树脂、固化剂、润滑剂、溃散剂制成覆膜金属颗粒的过程中满足下述要求：
固化剂为乌洛托品，具体为六亚甲基四胺；润滑剂为硬酯酸钙，具体为十八酸钙盐；溃散剂具体为沈阳盛海铸造材料有限公司的KSJ-A型溃散剂，是包含磷酸化合物的混合物。
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