CN112570654A - 一种无模铸造砂型制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无模铸造砂型制备方法，属于铝合金铸造技术领域，解决了现有技术中砂型单元的机械加工成型问题及在铝合金储油构件中的应用问题。本发明的无模铸造砂型制备方法步骤包括：步骤1：原材料选取；步骤2：砂型单元制备；步骤3：对砂型进行机加工成型。本发明在制备砂型单元时通过将A组分、B组分和C组分的质量比控制在100：1.7‑1.8：0.34‑0.54，能够得具有满足机械性能且透气性好、发气量小的砂型单元，通过对砂型单元进行机加工能够提高砂型单元的尺寸精度，进而能够获得内部质量、尺寸及性能满足要求的高品质铝合金储油结构件。

Description

一种无模铸造砂型制备方法

技术领域

本发明属于铝合金铸造技术领域，具体地涉及一种无模铸造砂型制备方法。

背景技术

目前传统砂型铸造生产大型复杂零部件开发周期长、尺寸精度低、加工余量大等问题，难以适应航空航天研制产品种类多、小批量、生产周期短等特点。针对这一难题，铸造产业相关工作者开发出了数字化无模铸造精密成形技术，主要包括数字化砂型、数字化挤压砂型及3D打印砂型。

数字化砂型无模铸造技术是预置砂型单元由数字化无模铸造精密成形机加工完成后，进行砂型各单元的组装以及合型操作，然后进行浇注成形的一种无模铸造精密成形技术。砂型单元的透气性、发气量、抗拉强度及抗弯强度均能影响铸件成形质量。其中抗拉强度、抗弯强度直接影响砂型单元加工精度、组装与合型的配合精度及强度，砂型单元之间组装精度的优劣将直接影响铸件的质量及尺寸精度，另外砂型单元的透气性、发气量直接影响铸件内部的质量。

现有砂型使用的铸型单元为普通工装造型用的树脂砂，由于砂型强度较低，在机械加工过程中存在尺寸精度低、表面质量差等问题。不能满足现有铝合金储油构件要求，为了解决当前机加工砂型在铝合金储油构件铸造成形中的应用进行了试验研究，既要保证砂型单元强度满足要求，又要保证发气量、透气性满足要求，能够得到尺寸精度高、组织致密的储油构件，而得到了该种砂型的制备方法。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种无模铸造砂型制备方法，能够解决现有技术中铝合金储油构件在浇注成型过程中的由于发气量大、透气性差形成针孔、疏松等内部缺陷导致的铸件致密性差的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

一种无模铸造砂型制备方法，步骤包括：

步骤1：原材料选取；

步骤2：砂型单元制备；

步骤3：对砂型进行机加工成型。

进一步地，砂型制备的原材料包括原砂A组分、酚醛树脂B组分和固化剂C组分。

进一步地，A组分为大林标准砂55目-100目，B组分为JF-103A型酯硬化碱性酚醛树脂，C组分为HQG20系列固化剂。

进一步地，A组分、B组分和C组分的质量比为100：1.7-1.8：0.34-0.54。

进一步地，砂型单元制备的环境温度为25±5℃，环境湿度不大于60％。

进一步地，所述步骤2中，在搅拌式混砂机中依次加入A组分、B组分和C组分。

进一步地，所述步骤2中，A组分干混25-35s。

进一步地，所述步骤2中，B组分搅拌55-65s。

进一步地，所述步骤2中，C搅拌25-35s。

进一步地，所述步骤2中，砂型单元制备时锤击3-4次。

进一步地，所述步骤3中，加工设备主轴转速为5700～6300mm/s，切削深度为0.8～1.6mm，进给速度为60～110mm/min。

进一步地，所述步骤3中，砂型采用坎合结构组装。

与现有技术相比，本发明有益效果如下：

(1)本发明的无模铸造砂型制备方法，通过控制A组分、B组分和C组分的质量比，使得砂型单元具有透气性好、发气量小，抗拉强度及抗弯强度高的良好综合性能；

(2)通过设置加工设备的转速、切削深度和进给速度，得到的砂型单元强度满足要求，采用合适的机械加工参数获得了尺寸精度、形状可形性高的砂型；对砂型单元进行机加工得到尺寸精度较高的砂型单元，能够满足铸件无模铸造砂型快速制备，并获得内部质量、尺寸及性能满足要求的高品质铝合金储油结构件。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为本发明的砂型结构图；

图2为本发明的砂型精度检测效果图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本发明一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

下面具体描述本发明的优选实施例。

本发明提供了一种无模铸造砂型制备方法，步骤包括：

步骤1：原材料选取；

无模铸造砂型制备的原材料包括原砂A组分(下文简称A组分)、酚醛树脂B组分(下文简称B组分)和固化剂C组分(下文简称C组件)。

需要说明的是，A组分为大林标准砂55目-100目，B组分为JF-103A型酯硬化碱性酚醛树脂(济南圣泉集团)，C组分为HQG20系列固化剂。

通过研究发现：B组分的含量过多会导致成型的砂型单元的发量增大，在浇注过程中产生的气体不能有效排除，最终留在铸件中形成针孔、疏松等铸造缺陷，过少会导致成型的砂型单元强度低，在砂型单元机械加工过程中容易溃散且表面精度低；C组分的含量过多会导致树脂砂在搅拌过程中凝固快，不方便实际操作，过少会导致砂型单元成型过程中硬化时间比较长，生产效率低。因此，通过创新研究，将控制A组分、B组分和C组分的质量比为100：1.7-1.8：0.34-0.54。

步骤2：砂型单元制备；

砂型单元在搅拌式混砂机上制备，环境温度为25±5℃，环境湿度为不大于60％。

需要说明的是，一般控制相对湿度在60％以内，当相对湿度过大时，铸造过程中由于合金液及铸型吸潮，在浇注过程中容易形成真空及气孔缺陷。

步骤2的具体步骤包括：

步骤201：将A组分加入搅拌式混砂机干混25-35s；

步骤202：加入B组分搅拌55-65s；

步骤203：加入C组分搅拌25-35s；

步骤204：出砂，打制砂型单元，锤击次数为3-4次。

值得注意的是，制备的砂型单元尺寸能够包络铸造所需的砂型，确保能够通过切削等机加工方式加工出所需的砂型，即需要留给机加工足够的切削余量。

步骤3：对砂型进行机加工，使其成型。

根据铸造所需的砂型和砂芯三维图加工砂型，砂型单元在加工时，加工设备参数设置主轴转速在5700～6300mm/s、切削深度在0.8～1.6mm、进给速度在60～110mm/min，采用此参数时有利于提高铸型单元尺寸精度。

本实施例中，砂型单元组装采用了坎合组装结构方式采用该种方式有两个好处：一是铸型单元配合强度高，不易出现炮火状态；二是起到定位作用，装配精度高。

如图1所示，利用制备好的砂型，进行浇注，可得到满足技术指标要求的铝合金储油结构件。图2显示了制备好的砂型精度检测结果。

与现有技术相比，本发明提供的无模铸造砂型制备方法，使得砂型单元具有透气性好、发气量小，抗拉强度及抗弯强度高的良好综合性能；再对砂型单元进行高尺寸精度的机械加工，能够满足铸件无模铸造砂型快速制备，并获得内部质量、尺寸及性能满足要求的高品质铸件。

实施例1

本实施例提供了一种无模铸造砂型制备方法，步骤包括：

步骤1：原材料选取；

无模铸造砂型制备的原材料包括原砂A组分、酚醛树脂B组分和固化剂C组分。

通过创新研究：B组分的含量过多会导致成型的砂型单元的发量增大，在浇注过程中产生的气体不能有效排除，最终留在铸件中形成针孔、疏松等铸造缺陷，过少会导致成型的砂型单元强度低，在砂型单元机械加工过程中容易溃散且表面精度低；C组分的含量过多会导致树脂砂在搅拌过程中凝固快，不方便实际操作，过少会导致砂型单元成型过程中硬化时间比较长，生产效率低；通过创新研究，将控制A组分、B组分和C组分的质量比为100：1.8：0.36。

步骤2：砂型单元制备；砂型单元在搅拌式混砂机上制备，环境温度为25℃，环境湿度为45％。

砂型单元制备的具体步骤包括：

步骤201：将A组分加入搅拌式混砂机干混35s；

步骤202：加入B组分搅拌60s；

步骤203：加入C组分搅拌30s；

步骤204：出砂，打制砂型单元，锤击次数为3次

步骤3：对砂型进行机加工，使其成型。

根据铸造所需的砂型和砂芯三维图加工砂型，砂型单元在加工时，加工设备参数设置主轴转速在5700～6300mm/s、切削深度在0.8～1.6mm、进给速度在60～110mm/min，同时，砂型单元组装采用了坎合组装结构方式。

本实施例的砂型透气性为129，发气量为18.5ml，抗弯强度为5.375MPa，抗拉强度为1.242MPa，在保证砂型在有一定强度的基础上，发气量尽量小，透气性尽量大，进而保证砂型有好的综合性能。

实施例2

本实施例提供了另一种无模铸造砂型制备方法，无模铸造砂型制备的原材料包括原砂A组分、酚醛树脂B组分和固化剂C组分。其中，A组分、B组分和C组分的质量比为100：1.8：0.35。

无模铸造砂型制备方法同上述实施例1。不同之处在于：环境温度为30℃，相对湿度40％；干混时间为35s，B组分搅拌时间为55s，C组件搅拌时间为35s，锤击次数为4次。

本实施例的砂型透气性为124，发气量为20ml，抗弯强度为5.24MPa，抗拉强度为1.23MPa，在保证砂型在有一定强度的基础上，发气量尽量小，透气性尽量大，进而保证砂型有好的综合性能。

实施例3

本实施例提供了另一种无模铸造砂型制备方法，无模铸造砂型制备的原材料包括原砂A组分、酚醛树脂B组分和固化剂C组分。其中，A组分、B组分和C组分的占比为100：1.8：0.54。

无模铸造砂型制备方法同上述实施例1。不同之处在于：相对湿度40％；干混时间为30s，锤击次数为4次。

本实施例的砂型透气性为138，发气量为21.4ml，抗弯强度为5.514MPa，抗拉强度为1.296MPa，在保证砂型在有一定强度的基础上，发气量尽量小，透气性尽量大，进而保证砂型有好的综合性能。

对比例1

本对比例提供了一种无模铸造砂型制备方法，无模铸造砂型制备的原材料包括原砂A组分、酚醛树脂B组分和固化剂C组分。其中，A组分、B组分和C组分的占比为100：1.6：0.40。

无模铸造砂型制备方法同上述实施例1。不同之处在于：环境温度为30℃，相对湿度55％；干混时间为25s，B组分搅拌时间为65s，锤击次数为4次。

本对比例的砂型透气性为130，发气量为18ml，抗弯强度为3.507MPa，抗拉强度为0.532MPa，仅能保证发气量和透气性相对满足要求，但是砂型强度不足，无法在满足机加工的要求，进而无法保证砂型有好的综合性能。

对比例2

本对比例提供了一种无模铸造砂型制备方法，无模铸造砂型制备的原材料包括原砂A组分、酚醛树脂B组分和固化剂C组分。其中，A组分、B组分和C组分的占比为100：1.9：0.475。

无模铸造砂型制备方法同上述实施例1。不同之处在于：环境温度为20℃，相对湿度50％；干混时间为30s，B组分搅拌时间为55s，C组分搅拌时间为35s。

本对比例的砂型透气性为115，发气量为25ml，抗弯强度为5.380MPa，抗拉强度为1.302MPa，仅能保证砂型强度满足机加工要求，发气量和透气性无法满足要求，进而无法保证砂型有好的综合性能。

本发明还提供了实施例3-9和对比例3-4，制备方法与实施例1和2相同，具体的工艺参数见下表1所示。

表1实施例1-9和对比例1-4的工艺参数

实施例1-9和对比例1-4制备的砂型的透气性、发气量、抗弯曲强度和抗拉伸强度结果如下表2所示。

表2实施例1-9和对比例1-4的砂型的性能参数

对比表2发现，对比例仅能保证机加工强度和透气性、发气量之一满足要求，本发明的无模铸造砂型制备方法使得砂型单元具有透气性好、发气量小，抗拉强度及抗弯强度高的良好综合性能；再对砂型单元进行高尺寸精度的机械加工，能够满足铸件无模铸造砂型快速制备，并获得内部质量、尺寸及性能满足要求的高品质铸件。

本发明得到了适用于无模铸造砂型良好的综合性能(发气量、透气性、抗拉强度及抗弯强度)，在机加过程中尺寸精度高、能够完成大尺寸、结构复杂、薄壁的铸型单元；在确保砂型单元有一定强度的基础上有良好的透气性及较低的发气量，避免了铝合金储油构件在浇注成型过程中的由于发气量大、透气性差形成针孔、疏松等内部缺陷而导致的铸件致密性差的问题。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无模铸造砂型制备方法，其特征在于，步骤包括：

步骤1：原材料选取；

步骤2：砂型单元制备；

步骤3：对砂型进行机加工成型。

2.根据权利要求1所述的无模铸造砂型制备方法，其特征在于，砂型制备的原材料包括原砂A组分、酚醛树脂B组分和固化剂C组分。

3.根据权利要求2所述的无模铸造砂型制备方法，其特征在于，A组分为大林标准砂55目-100目，B组分为JF-103A型酯硬化碱性酚醛树脂，C组分为HQG20系列固化剂。

4.根据权利要求2所述的无模铸造砂型制备方法，其特征在于，A组分、B组分和C组分的质量比为100：1.7-1.8：0.34-0.54。

5.根据权利要求1所述的无模铸造砂型制备方法，其特征在于，砂型单元制备的环境温度为25±5℃，环境湿度不大于60％。

6.根据权利要求2所述的无模铸造砂型制备方法，其特征在于，所述步骤2中，在搅拌式混砂机中依次加入A组分、B组分和C组分。

7.根据权利要求6所述的无模铸造砂型制备方法，其特征在于，所述步骤2中，A组分干混25-35s。

8.根据权利要求1所述的无模铸造砂型制备方法，其特征在于，所述步骤2中，砂型单元制备时锤击3-4次。

9.根据权利要求1所述的无模铸造砂型制备方法，其特征在于，所述步骤3中，加工设备主轴转速为5700～6300mm/s，切削深度为0.8～1.6mm，进给速度为60～110mm/min。

10.根据权利要求1所述的无模铸造砂型制备方法，其特征在于，所述步骤3中，砂型采用坎合结构组装。

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