CN107282881B - 一种快速凝固水溶性砂型铸造方法 - Google Patents
一种快速凝固水溶性砂型铸造方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种快速凝固水溶性砂型铸造方法，它通过制备水溶性砂型，浇注后随即用冷却水进行冲蚀，获得较大的冷却速度；并且对冲蚀方向、速度进行控制，从而使铸件进行顺序凝固，获得致密、具有细晶组织的铸件。该方法完成后，随着水溶性砂型的溃散，可直接取出铸件，免去了清砂过程。并且，经水冲蚀后的型砂烘干后可以重复使用，简化了砂处理的工序。由本发明具有种能够提高冷却速度、获得铸件致密、晶粒组织细小、提升铸件力学性能、环境友好的优点，本发明适用于铸造铝合金、变形铝合金、镁合金、铸钢、铸铁合金中小型及大型复杂铸件的铸造。
Description
技术领域
本发明涉及金属凝固制造领域，尤其是涉及一种快速凝固水溶性砂型铸造工艺方法。
背景技术
砂型铸造由于适用性强，所用造型材料价廉、易得等优势，长期以来得到了广泛的应用。然而，由于砂型热导率低，铸件的冷却速度受到限制，导致晶粒组织较为粗大，影响了铸件的性能。同时，常见的砂型铸造存在清砂困难、清砂工作条件差、砂的回收再生困难等问题。砂处理与砂再生是铸造车间的五大工部之一，砂处理的共性问题是粉尘量大、废弃物排放量大等。普通砂型铸造，如覆膜砂、水玻璃砂等铸造工艺，由于砂处理和砂再生带来的问题增加了砂型铸造的成本，对环境也产生了诸多不利的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够提高冷却速度、获得铸件致密、晶粒组织细小、提升铸件力学性能、环境友好的快速凝固水溶性砂型铸造方法。
本发明的目的是这样实现的：
一种快速凝固水溶性砂型铸造方法，特征是：
A、以硅砂为原砂，以水玻璃、硫酸镁为粘结剂，添加粉煤灰作为固化剂，制备水溶性砂型和砂芯；
B、将制备的水溶性砂型、砂芯采用自硬化或加热硬化的方式进行固化，使硬化后的水溶性砂型、砂芯具有一定的强度，并具有较好的水溶性；
C、将步骤B中的砂型、砂芯组装好后，放置陶瓷管浇口杯，将浇包中熔炼好的合金从陶瓷管浇口杯进行浇注，使合金熔体充满铸型和浇口杯；
D、浇注后立即用冲蚀设备中的冷却水从远离陶瓷管浇口杯的一端对砂型进行冲蚀，冲蚀过程从远端向陶瓷管浇口杯以2～10mm/s的速度移动，控制铸件的顺序凝固，使陶瓷管浇口杯中的合金熔体对铸件进行充分补缩；
E、关闭冷却水，取出铸件；收集经冲蚀溃散的型砂并烘干。
硅砂、水玻璃、硫酸镁、粉煤灰的质量比为1：0.025：0.005：0.005—1：0.045：0.020：0.020。
冷却水的水温为20～90℃。
本发明的工作原理为：采用水溶性粘结剂（水玻璃、硫酸镁）制备的砂型和砂芯，具有一定的强度和良好的溃散性，经冷却水冲蚀容易溃散，从而减少了清砂、砂处理的工序。浇注完成后，铸件的表面会产生凝壳层，在冷却水的冲蚀条件下，冷却水直接与铸件接触，消除了普通砂型铸造铸件与砂型之间的空气热隔，实现了铸件的快速凝固，在大的过冷度条件下，细化了铸件的晶粒组织。本发明通过冷却水喷头从远端向浇口位置以2～10mm/s的速度移动，铸件从温度较低的远端率先凝固，形成了较大的温度梯度，实现了铸件的顺序凝固，浇口位置最后凝固；同时，浇口采用陶瓷管浇口杯设计，且不经过水冷冲蚀，浇口杯中的合金熔体在铸件凝固过程中保持在液态，可以对铸件进行充分补缩，所以获得的铸件具有良好的致密度。由于铸件凝固过程中砂型经冲蚀后溃散，由于铸件凝固过程中砂型经冲蚀后溃散，消除了铸件各部分凝固过程中砂型对铸件产生的铸造应力和铸件各部分之间的相互应力。铸件经水冷后，相当于进行了固溶处理，可直接进行时效处理，从而省去热处理过程中的固溶处理工序。
本发明通过制备水溶性砂型，浇注后随即用冷却水进行冲蚀冷却，提高铸件的冷却速度；并且冲蚀方向、速度可以控制，从而使铸件进行顺序凝固，获得致密、具有细晶组织的铸件。该方法完成后，由于水溶性砂具有优异的溃散性，随着水溶性砂型的溃散，铸件可以免去清砂过程。并且，经水冲蚀后的型砂烘干后可以重复使用，减少了砂处理的工序，避免了铸件清砂的问题。同时，由于铸件凝固过程中砂型经冲蚀后溃散，消除了凝固过程中砂型对铸件产生的铸造应力以及铸件各部分之间的相互应力。铸件经水冷后，相当于进行了固溶处理，可直接进行时效处理，从而省去热处理过程中的固溶处理工序。
因此，本发明具有能够提高冷却速度、获得铸件致密、晶粒组织细小、提升铸件力学性能、环境友好的优点，本发明适用于铸造铝合金、变形铝合金、镁合金、铸钢、铸铁合金中小型及大型复杂铸件的铸造。
附图说明
图1为该发明的设备示意图，其中：1—浇包；2—陶瓷管浇口杯；3—上型；4—下型；5—铸件型腔；6—冲蚀设备；
图2为ZL114A合金铸件断面图，其中：（a）普通砂型铸造；（b）水溶性砂型铸造；
图3为ZL114A合金铸件微观组织图，其中：（a）普通砂型铸造；（b）水溶性砂型铸造。
具体实施方式
下面结合实施例并对照附图对本发明作进一步阐述。
实施例1：
一种快速凝固水溶性砂型铸造方法，具体步骤如下：
1、将硅砂、水玻璃、硫酸镁、粉煤灰按质量比为1：0.025：0.005：0.005进行混合，制备砂型和砂芯；
2、采用自硬化方式进行固化；
3、组型、组芯，放置陶瓷管浇口杯；
3、将铸造铝合金ZL114A熔炼后，转移至浇包，在700℃进行浇注；
4、开冷却水，冲蚀设备以2mm/s速度实现从离陶瓷管浇口杯远端向陶瓷管浇口杯移动，使砂型溃散，实现铸件的快速凝固；
5、取出铸件；
6、收集溃散型砂、烘干，以备重复使用。
实施例2：
一种快速凝固水溶性砂型铸造方法，具体步骤如下：
1、将硅砂、水玻璃、硫酸镁、粉煤灰按质量比为1：0.030：0.010：0.010进行混合，制备砂型和砂芯；
2、采用自硬化方式进行固化；
3、组型、组芯，放置陶瓷管浇口杯；
3、将变形铝合金7075熔炼后，转移至浇包，在710℃进行浇注；
4、开冷却水，冲蚀设备以8mm/s速度实现从离陶瓷管浇口杯远端向陶瓷管浇口杯移动，使砂型溃散，实现铸件的快速凝固；
5、取出铸件；
6、收集溃散型砂、烘干，以备重复使用。
实施例3：
一种快速凝固水溶性砂型铸造方法，具体步骤如下：
1、将硅砂、水玻璃、硫酸镁、粉煤灰按质量比为1：0.035：0.015：0.015进行混合，制备砂型和砂芯；
2、采用自硬化方式进行固化；
3、组型、组芯，放置陶瓷管浇口杯；
3、将镁合金AZ91D熔炼后，转移至浇包，在700℃进行浇注；
4、开冷却水，冲蚀设备以10mm/s速度实现从离陶瓷管浇口杯远端向陶瓷管浇口杯移动，使砂型溃散，实现铸件的快速凝固；
5、取出铸件；
6、收集溃散型砂、烘干，以备重复使用。
实施例4：
一种快速凝固水溶性砂型铸造方法，具体步骤如下：
1、将硅砂、水玻璃、硫酸镁、粉煤灰按质量比为1：0.045：0.020：0.020进行混合，制备砂型和砂芯；
2、采用自硬化方式进行固化；
3、组型、组芯，放置陶瓷管浇口杯；
3、将ZG45合金熔炼后，转移至浇包，在1440℃进行浇注；
4、开冷却水，冲蚀设备以4mm/s速度实现从离陶瓷管浇口杯远端向陶瓷管浇口杯移动，使砂型溃散，实现铸件的快速凝固；
5、取出铸件；
6、收集溃散型砂、烘干，以备重复使用。
实施例5：
一种快速凝固水溶性砂型铸造方法，具体步骤如下：
1、将硅砂、水玻璃、硫酸镁、粉煤灰按质量比为1：0.030：0.020：0.020进行混合，制备砂型和砂芯；
2、采用自硬化方式进行固化；
3、组型、组芯，放置陶瓷管浇口杯；
3、将HT250合金熔炼后，转移至浇包，在1400℃进行浇注；
4、开冷却水，冲蚀设备以6mm/s速度实现从离陶瓷管浇口杯远端向陶瓷管浇口杯移动，使砂型溃散，实现铸件的快速凝固；
5、取出铸件；
6、收集溃散型砂、烘干，以备重复使用。
Claims (1)
1.一种快速凝固水溶性砂型铸造方法，其特征在于：
A、以硅砂为原砂，以水玻璃、硫酸镁为粘结剂，添加粉煤灰作为固化剂，制备水溶性砂型和砂芯；
B、将制备的水溶性砂型、砂芯采用自硬化或加热硬化的方式进行固化，使硬化后的水溶性砂型、砂芯具有一定的强度，并具有较好的水溶性；
C、将步骤B中的砂型、砂芯组装好后，放置陶瓷管浇口杯，将浇包中熔炼好的合金浇注在组装好的砂型、砂芯中，得到铸件；
D、浇注后立即用冲蚀设备中的冷却水从远离陶瓷管浇口杯的一端对砂型进行冲蚀，冲蚀过程从远端向陶瓷管浇口杯以2～10mm/s的速度移动，控制铸件的顺序凝固，使陶瓷管浇口杯中的合金熔体对铸件进行充分补缩；所述冷却水的水温为20～90℃；
E、关闭冷却水，取出铸件；收集经冲蚀溃散的型砂并烘干；
所述硅砂、水玻璃、硫酸镁、粉煤灰的质量比为1：0.025：0.005：0.005—1：0.045：0.020：0.020。
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