CN111925152A - 金属铸件复合材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

发明涉及一种金属铸件复合材料，包括由铁基合金铸造而成的金属外壳和填充在所述金属外壳内的树脂混凝土；所述树脂混凝土的组分及质量百分比为：环氧树脂4%～8%，固化剂1%～4%，石英石50%～70%，石英砂8%～15%，石英粉6%～15%；所述树脂混凝土与金属外壳的质量比为1:1～2:1。本发明还涉及该金属铸件复合材料的制备方法。本发明的金属铸件复合材料兼顾铁基铸件和矿物铸件的性能优点，强度高，结构稳定耐用。

Description

金属铸件复合材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种金属铸件复合材料及其制备方法，属于机械制造技术领域。
背景技术
传统的机床床身及机床的大型结构件一般采用砂型铸造而成，成本低，生产工艺简单，生产周期短，虽然耐磨性与消震性好，但是会出现缩孔、缩松缺陷等铸造缺陷，尤其是制造大型铸件时，质量不容易保证。
矿物铸件是以天然石料为骨料、热固性树脂为胶黏剂，经过混合搅拌、振动密实、聚合反应固化而制成的一种高充填的新型复合材料。矿物铸件材料的振动阻尼能力是铸铁的6至8倍，比钢铁的振动阻尼高大约9至10倍，因为材料的阻尼性能越高，其加工精度越高，所 以采用矿物铸件床身的机床具有良好的加工性能。由于矿物铸件材料的比热较高，但热传导系数很低，因此材料具有良好的热稳定性。中国专利文献CN105776949A（申请号：201610069783.8）公开了一种基于鹅卵石的复材机床床身矿物铸件及其制备方法，主要成分是鹅卵石、石英砂、环氧树脂和固化剂，就是一种典型的矿物铸件。
目前，还有采用硅酸盐水泥钢纤维混凝土来制造机床床身，但是弹性模量和抗拉强度只有铸铁的1/4～1/5，且因为其材料表面不耐切削液的腐蚀而没办法得到应用。中国专利文献CN101913192A（申请号: 201010247851.8）公开了一种混凝土机床床身结构的制造方法，机床床身结构由两种材料复合构建，其内核材料为硅酸盐水泥钢纤维混凝土，其表层材料为环氧树脂混凝土，以解决硅酸盐水泥钢纤维混凝土来制造机床床身的技术问题，但是由于两种材料都是无机材料，复合后的材料力学性能依然一般。
中国专利文献CN107935455A（申请号：201711202402.X）公开了一种矿物铸造机床机架及其制备方法，其成分中除了花岗岩砂、硅灰石、重晶石粉、改性环氧树脂和固化剂，还增加了热可塑性聚氨酯和增强纤维，具有优异的抗压强度、抗拉强度和抗弯强度，并且在高温时导热性能好，具有较高的光泽度，使用寿命长。但是仍然是无机材料为主，性能提升有限。
发明内容
本发明要解决的技术问题是，提出一种兼顾铁基铸件和矿物铸件的性能优点，强度高，结构稳定耐用的金属铸件复合材料，以及该金属铸件复合材料的制备方法。
本发明为解决上述技术问题提供的一种技术方案是一种金属铸件复合材料，包括由铁基合金铸造而成的金属外壳和填充在所述金属外壳内的树脂混凝土；所述树脂混凝土的组分及质量百分比为：环氧树脂4%～8%，固化剂1%～4%，石英石50%～70%，石英砂 8%～15%，石英粉6%～15%；所述树脂混凝土与金属外壳的质量比为1:1～2:1。
上述石英石的粒径为4mm～16mm，所述石英砂粒径为0.5mm～2mm，所述石英粉的粒径为0.01mm～1mm。
上述环氧树脂是缩水甘油醚类环氧树脂。
上述固化剂是芳香族胺类固化剂、聚醚胺类固化剂和脂环族胺类固化剂中的一种或多种。
上述铁基合金是灰铸铁、球墨铸铁或铸钢。
上述金属外壳是底部和四周密闭，顶部设有开口，且内部设有加强筋的铸造一体件。
本发明为解决上述技术问题提供的另一种技术方案是一种金属铸件复合材料的制备方法，包括以下步骤：
A、将铁基合金铸造成金属外壳；
B、在金属外壳的内腔中填充满树脂混凝土，进行振动夯实，所述树脂混凝土的组分及质量百分比为：环氧树脂4%～8%，固化剂1%～4%，石英石50%～70%，石英砂 8%～15%，石英粉6%～15%；所述树脂混凝土与金属外壳的质量比为1:1～2:1；
C、在常温下养护固化40小时～55小时，直至树脂混凝土完成固化。
上述石英石的粒径为4mm～16mm，所述石英砂粒径为0.5mm～2mm，所述石英粉的粒径为0.01mm～1mm；所述环氧树脂是缩水甘油醚类环氧树脂；所述固化剂是芳香族胺类固化剂、聚醚胺类固化剂和脂环族胺类固化剂中的一种或多种。
上述铁基合金是灰铸铁、球墨铸铁或铸钢。
上述金属外壳是底部和四周密闭，顶部设有开口，且内部设有加强筋的铸造一体件
本发明具有积极的效果：本发明的金属铸件复合材料使用铁基合金铸造成金属外壳，再在金属外壳内填充树脂混凝土，在金属外壳内固化形成矿物铸件，由于严格控制树脂混凝土的配方，使得树脂混凝土的热膨胀系数在13左右，由于铸铁的热膨胀系数为9至11，铸钢为12，所以形成的复合材料热膨胀系数接近，可以形成稳定的填充结构。本发明的金属铸件复合材料将铁基铸件和矿物铸件的性能优势进行互补，复合材料的密度介于铁基金属和矿物铸件之间，导热系数和阻尼性与矿物铸件一致，克服了矿物铸件抗拉强度差的缺点。由于填充了矿物铸件，结构件整体强度高且结构稳定，金属外壳的铸造缺陷，应力集中等现象不会产生不良的影响。本发明的金属铸件复合材料适合用于制造大型机床的重要承载结构件，在提升有限重量的情况下，大幅度的保证铸件质量，性能稳定，使用寿命长。
附图说明
下面结合附图对本发明的金属铸件复合材料及其制备方法作进一步说明。
图1为本发明实施例1的金属铸件复合材料的结构示意图。
具体实施方式
实施例1
本实施例的金属铸件复合材料的制备方法，包括以下步骤：
A、铸造牌号为HT250的灰铸铁金属外壳1。金属外壳1是底部和四周密闭，顶部设有开口，且内部设有加强筋的铸造一体件。
B、在金属外壳1的内腔中填充满树脂混凝土2，进行振动夯实。树脂混凝土2的组分及质量百分比为：缩水甘油醚类环氧树脂8%，聚醚胺类固化剂3%，石英石65%，石英砂13%，石英粉11%。树脂混凝土2与金属外壳1的质量比为2:1。石英石的粒径为4mm～12mm，石英砂粒径为0.5mm～2mm，石英粉的粒径为0.01mm～1mm。
C、在常温下养护固化48小时，直至树脂混凝土2完成固化。
制备而成的金属铸件复合材料如图1所示。
缩水甘油醚类环氧树脂是美国瀚森EPON1031-A-70四酚基乙烷四缩水甘油醚环氧树脂。聚醚胺类固化剂是亨斯曼D2000聚醚胺固化剂。
实施例2
本实施例的金属铸件复合材料的制备方法，包括以下步骤：
A、铸造牌号为QT400的球墨铸铁金属外壳1。金属外壳1是底部和四周密闭，顶部设有开口，且内部设有加强筋的铸造一体件。
B、在金属外壳1的内腔中填充满树脂混凝土2，进行振动夯实。树脂混凝土2的组分及质量百分比为：缩水甘油醚类环氧树脂8%，芳香族胺类固化剂3%，石英石59%，石英砂15%，石英粉15%。树脂混凝土2与金属外壳1的质量比为1:1。石英石的粒径为4mm～12mm，石英砂粒径为0.5mm～2mm，石英粉的粒径为0.01mm～1mm。
C、在常温下养护固化48小时，直至树脂混凝土2完成固化。
芳香族胺类固化剂是二胺基二苯砜（DDS）。
实施例3
本实施例的金属铸件复合材料的制备方法，包括以下步骤：
A、铸造45号铸钢金属外壳1。金属外壳1是底部和四周密闭，顶部设有开口，且内部设有加强筋的铸造一体件。
B、在金属外壳1的内腔中填充满树脂混凝土2，进行振动夯实。树脂混凝土2的组分及质量百分比为：缩水甘油醚类环氧树脂6%，脂环族胺类固化剂2%，石英石70%，石英砂12%，石英粉10%。树脂混凝土2与金属外壳1的质量比为2:1。石英石的粒径为4mm～16mm，石英砂粒径为0.5mm～2mm，石英粉的粒径为0.01mm～1mm。
C、在常温下养护固化48小时，直至树脂混凝土2完成固化。
脂环族胺类固化剂是异佛尔酮二胺。
将实施例1～3中制备而成的金属铸件复合材料与灰铸铁进行性能比较，结果如表1所示。
表1 材料性能比较结果
Figure 378658DEST_PATH_IMAGE002
从表1中可见，本发明的金属铸件复合材料将铁基铸件和矿物铸件的性能优势进行互补，复合材料的密度介于铁基金属和矿物铸件之间，抗拉强度高，线膨胀系数高，阻尼性与矿物铸件一致。
本发明的技术方案适用于不同牌号的灰铸铁、球墨铸铁或铸钢。石英石、石英砂和石英粉中的二氧化硅含量均大于98%。
显然，上述实施方式仅仅是为清楚地说明本发明实施方式所作的举例，而并非是对本发明实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种金属铸件复合材料，其特征在于：包括由铁基合金铸造而成的金属外壳（1）和填充在所述金属外壳（1）内的树脂混凝土（2）；所述树脂混凝土（2）的组分及质量百分比为：环氧树脂4%～8%，固化剂1%～4%，石英石50%～70%，石英砂 8%～15%，石英粉6%～15%；所述树脂混凝土（2）与金属外壳（1）的质量比为1:1～2:1。
2.根据权利要求1所述的金属铸件复合材料，其特征在于：所述石英石的粒径为4mm～16mm，所述石英砂粒径为0.5mm～2mm，所述石英粉的粒径为0.01mm～1mm。
3.根据权利要求1所述的金属铸件复合材料，其特征在于：所述环氧树脂是缩水甘油醚类环氧树脂。
4.根据权利要求1所述的金属铸件复合材料，其特征在于：所述固化剂是芳香族胺类固化剂、聚醚胺类固化剂和脂环族胺类固化剂中的一种或多种。
5.根据权利要求1所述的金属铸件复合材料，其特征在于：所述铁基合金是灰铸铁、球墨铸铁或铸钢。
6.根据权利要求1所述的金属铸件复合材料，其特征在于：所述金属外壳（1）是底部和四周密闭，顶部设有开口，且内部设有加强筋的铸造一体件。
7.一种金属铸件复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、将铁基合金铸造成金属外壳（1）；
B、在金属外壳（1）的内腔中填充满树脂混凝土（2），进行振动夯实，所述树脂混凝土（2）的组分及质量百分比为：环氧树脂4%～8%，固化剂1%～4%，石英石50%～70%，石英砂 8%～15%，石英粉6%～15%；所述树脂混凝土（2）与金属外壳（1）的质量比为1:1～2:1；
C、在常温下养护固化40小时～55小时，直至树脂混凝土（2）完成固化。
8.根据权利要求7所述的金属铸件复合材料的制备方法，其特征在于：所述石英石的粒径为4mm～16mm，所述石英砂粒径为0.5mm～2mm，所述石英粉的粒径为0.01mm～1mm；所述环氧树脂是缩水甘油醚类环氧树脂；所述固化剂是芳香族胺类固化剂、聚醚胺类固化剂和脂环族胺类固化剂中的一种或多种。
9.根据权利要求7所述的金属铸件复合材料的制备方法，其特征在于：所述铁基合金是灰铸铁、球墨铸铁或铸钢。
10.根据权利要求7所述的金属铸件复合材料的制备方法，其特征在于：所述金属外壳（1）是底部和四周密闭，顶部设有开口，且内部设有加强筋的铸造一体件。
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Citations (3)

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EP0289841A2 (de) * 1987-05-05 1988-11-09 Krämer + Grebe GmbH & Co. KG Maschinenfabrik Kutter zum Schneiden und Mischen von Lebensmitteln
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