CN112548030A - 一种铸造砂型砂芯喷墨3d打印用硅砂的表面处理方法 - Google Patents

一种铸造砂型砂芯喷墨3d打印用硅砂的表面处理方法 Download PDF

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Abstract

本发明的目的是提供一种铸造砂型砂芯喷墨3D打印用硅砂的表面处理方法，硅砂在150‑300℃保温2‑3小时进行预处理后，加入占砂重0.2％‑2.0％的有机硅混合液，混合均匀，80℃‑200℃保温0.5‑3小时干燥固化，然后冷却至室温，破碎，筛分，即可使用。使用该方法处理后的硅砂，可用于喷墨3D打印的方式快速制造铸造用的砂型、砂芯。本发明提供的方法对硅砂进行处理之后，硅砂表面形成坚实、抗酸碱、致密的有机膜，可以改善硅砂的表面性能，起到防吸湿、防静电、降低硅砂安息角、降低对呋喃树脂类粘结剂的润湿角等效果，能用于砂型、砂芯喷墨3D打印，达到与进口硅砂相同的技术和使用效果。

Description

一种铸造砂型砂芯喷墨3D打印用硅砂的表面处理方法
技术领域
本发明属于铸造造型、制芯领域，涉及一种铸造砂型砂芯喷墨3D打印用硅砂的表面处理方法，特别涉及采用喷墨3D打印技术快速制造铸造用砂型、砂芯。
背景技术
铸造是现代机械制造工业的基础工艺之一，铸造技术是装备制造业中大量高性能复杂金属工件的高效率、低成本成形手段，对于内腔复杂的工件，不能采用其他成形方法替代。在航空、卫星、轨道交通、新能源汽车等战略性新兴产业高端装备制造、国防建设以及国家重大工程中，很多关键核心部件需要采用铸造技术成形，铸造技术的发展水平制约和促进着装备制造业的发展。
近年来，3D打印技术发展迅速，在铸造领域逐渐得到应用。3D打印技术以经过智能化处理后的三维数据为基础，有规律地控制材料叠加成型来实现三维实体的制造。由于它是增材成型的加工工艺，所以在加工过程中不受模型的复杂性限制，可快速制造出任意形状的复杂实体零件，可实现“自由制造”，解决了复杂结构件的成形问题，减少了加工工序和加工周期，大大提高了材料的利用率，是一种全新的制造方法。
目前，国内铸造砂型、砂芯喷墨3D打印应用比较成功的案列中，使用的设备大多从德国Exone、Voxeljet等公司进口，呋喃树脂粘结剂、硅砂等原砂材料也主要依赖进口，价格和供货时效性方面存在诸多限制，阻碍了喷墨3D打印技术在铸造领域的大规模推广应用。由于3D打印工艺成形过程与传统造型、制芯过程的巨大差异，传统铸造工艺中普遍使用的硅砂用于3D打印时，出现硅砂吸潮、粘结强度低、固化速度慢、发气量高等一系列问题。因此，需要对普通硅砂进行表面处理，满足砂型、砂芯喷墨3D打印的实际使用要求。
发明内容
本发明的目的是提供一种铸造砂型砂芯喷墨3D打印用硅砂的表面处理方法，使用该方法处理后的硅砂，能够用于喷墨3D打印的方式制造铸造用的砂型、砂芯，可以降低粘结剂加入量，避免原砂、砂型和砂芯吸潮引起的强度降低、发气量增高等不良后果。
本发明提供的硅砂表面处理方法，硅砂表面用有机硅进行处理，所述有机硅为MR-90有机硅树脂、SAR-9有机硅树脂、GTS-60有机硅树脂、甲基硅油、二甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油中的一种或几种。
所述硅砂中SiO2含量≥98％(质量分数)，角形因数≤1.3，平均细度AFS65-95；硅砂在150-300℃保温2-3小时进行预处理。
所述有机硅需要进行预处理，在常温下将有机硅树脂或有机硅油加入到盛有溶剂的容器中，有机硅树脂或有机硅油与溶剂的重量比为1:1，溶剂为苯、二甲苯、乙醇、甲醇、丙烯碳酸酯等中的一种或几种，搅拌混合均匀后制得粘度小于20mPa·s的有机硅混合液。
所述有机硅混合液的加入量为硅砂重量的0.2％-2.0％。
预处理后的硅砂中加入有机硅混合液后混合均匀，在80℃-200℃保温0.5-3小时干燥固化，然后冷却至室温，破碎，筛分，即可使用。
本发明有益效果：
与现有技术相比，本发明提供的方法对硅砂进行处理之后，硅砂表面形成坚实、抗酸碱、致密的有机膜，可以改善硅砂的表面性能，起到防吸湿、防静电、降低硅砂安息角、降低对呋喃树脂类粘结剂的润湿角等效果，能用于砂型、砂芯喷墨3D打印，达到与进口硅砂相同的技术和使用效果。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
实施例1
称取10kg硅砂放入干燥箱中，在200℃保温3小时进行预处理，然后冷却至室温。称取50g甲基硅油、50g二甲苯在室温搅拌混合均匀得到100g有机硅混合液。将预处理后的10kg硅砂和100g有机硅混合液放入混砂机中混合2min，将混合料放入干燥箱中，在170℃保温2小时，冷却至室温，粉碎，过筛，得到处理后的硅砂。称取5kg处理后的硅砂，加入10g总酸值25％的磺酸固化剂，在混砂机中混合2min，出料，放置24h自然干燥。将加入固化剂并干燥后的硅砂放入喷墨3D打印机中，制作“8”字形标准试样，其中树脂加入量为砂重1.2％。将制得的“8”字形标准试样分两份分别放置于25℃、相对湿度RH100和25℃、相对湿度40％RH的干燥皿中，存放24h,用智能型砂强度仪测定其抗拉强度分别为1.39MPa和1.47MPa。
实施例2
称取10kg硅砂放入干燥箱中，在300℃保温2小时进行预处理，然后冷却至室温。称取80gMR-90有机硅树脂、80g丙烯碳酸酯在室温搅拌混合均匀得到160g有机硅混合液。将预处理后的10kg硅砂和160g有机硅混合液放入混砂机中混合2min，将混合料放入干燥箱中，在150℃保温2.5小时，冷却至室温，粉碎，过筛，得到处理后的硅砂。称取5kg处理后的硅砂，加入10g总酸值25％的磺酸固化剂，在混砂机中混合2min，出料，放置24h自然干燥。将加入固化剂并干燥后的硅砂放入喷墨3D打印机中，制作“8”字形标准试样，其中树脂加入量为砂重1.2％。将制得的“8”字形标准试样分两份分别放置于25℃、相对湿度100％RH和25℃、相对湿度40％RH的干燥皿中，存放24h，用智能型砂强度仪测定其抗拉强度分别为1.32MPa和1.44MPa。

Claims (5)

1.一种铸造砂型砂芯喷墨3D打印用硅砂的表面处理方法，其特征在于：硅砂表面用有机硅进行处理，所述有机硅为MR-90有机硅树脂、SAR-9有机硅树脂、GTS-60有机硅树脂、甲基硅油、二甲基硅油、乙基硅油、苯基硅油、甲基含氢硅油中的一种或几种。
2.根据权利要求1所述的铸造砂型砂芯喷墨3D打印用硅砂的表面处理方法，其特征在于：所述硅砂中SiO2质量分数≥98％；所述硅砂角形因数≤1.3，平均细度AFS65-95；硅砂在150-300℃保温2-3小时进行预处理。
3.根据权利要求1所述的铸造砂型砂芯喷墨3D打印用硅砂的表面处理方法，其特征在于：所述有机硅需要进行预处理，在常温下将有机硅树脂或有机硅油加入到盛有溶剂的容器中，有机硅树脂或有机硅油与溶剂的重量比为1:1，搅拌混合均匀后制得粘度小于20mPa·s的有机硅混合液；
所述溶剂为苯、二甲苯、乙醇、甲醇、丙烯碳酸酯等中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的铸造砂型砂芯喷墨3D打印用硅砂的表面处理方法，其特征在于：所述有机硅混合液的加入量为硅砂重量的0.2％-2.0％。
5.根据权利要求2所述的铸造砂型砂芯喷墨3D打印用硅砂的表面处理方法，其特征在于：预处理后的硅砂中加入有机硅混合液后混合均匀，在80℃-200℃保温0.5-3小时干燥固化，然后冷却至室温，破碎，筛分，即可使用。
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