CN113967581A - 一种含有石墨砂的型壳，及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于熔模铸造技术领域，尤其涉及一种含有石墨砂的型壳，及其制备方法。本发明通过在面层材料和背层材料中分别添加不同粒径、比重的两种规格的石墨砂的方式，保证新配方制成的型壳具有较大的结构强度、较强的脱壳性能。此外，两种不同粒径的石墨砂，具有同一个粒径临界值，因此采用旋转式筛网箱体，可以减少一次筛网拆装操作，而旋转式筛网箱体的结构包括安装架单元、限位块、筒状箱体单元、圆形筛网框以及插接柱单元，保证同一个筛网在旋转前后可以分别作为粒径下限和粒径上限的筛分部位。

Description

一种含有石墨砂的型壳，及其制备方法

技术领域

本发明属于熔模铸造技术领域，尤其涉及一种含有石墨砂的型壳，及其制备方法。

背景技术

熔模铸造，其步骤一般为蜡模制作、泥壳成型、蜡模熔化，以及最后的熔融金属浇注这四步，而特定组分的耐火材料在蜡模表面先粘结，然后熔化掉内部的蜡模，获得的这个空腔，就是所谓的型壳。

型壳的材料主要包括两类，一是耐火砂料，二是粘结剂，前者可以是锆英砂、莫来砂等，而后者可以是硅溶胶或水玻璃等，最后通过面层、背层上各自特定的涂挂和撒砂工艺，获得一个泥壳，即加热前的型壳。

但是，现有型壳材料的组成配方，在应对叶轮等薄壁产品的铸造作业时，由于型壳材料自身强度的不足，以及脱壳性能较差的缺陷，最终会导致两个意外情况的出现：第一、型壳在焙烧时发生塌陷变形，变形较小则会降低铸造产品的壁厚，变形较大则会直接堵住型壳的通道，整个型壳也就直接报废了；第二、熔融金属浇注并成型后，型壳需要清除取下，此时就会发生相对大面积的型壳残留问题，降低整个生产效率，以及影响铸造产品的表面平整度。

因此综上所述，现在急需对型壳材料的组成进行改进，以保证制作的型壳至少具有强度较大、脱壳容易的优点。

另一方面，无论是锆英砂、莫来砂，还是改进配方时新添加的其他砂料，其在用于型壳材料时，最先要考虑的就是其粒径大小。

如果砂料的粒径过小，则会使得型壳的密度过大，导热、散热性较差，在型壳焙烧时容易出现冷、热裂纹，焙烧时间也会延长，而如果砂料的粒径过大，则会使得型壳内部留出过多的孔隙，型壳过轻，大大降低型壳的结构强度。

而且更重要的是，不同粒径要求的砂料之间，可能存在前者粒径最大值对应的筛网，即上网，就是后者粒径最小值对应的筛网，即下网，此时只需将该筛网换位，再配合一张新的最大值对应的筛网，即新的上网，就可以进行第二次筛分操作，即相对较大粒径的筛分操作。

但是现有的筛网筛分装置，想要快速拆装、更换筛网位置，则是十分麻烦的。因此综上所述，现在急需一种筛网位置方便切换使用的结构改良型筛分装置。

专利公开号为CN109128037A，公开日为2019.01.04的中国发明专利公开了一种添加氧化锆纤维和石墨粉体复合改性的陶瓷型壳及其制备方法，通过调节工艺参数来保证面层复制蜡模表面及过渡层良好衔接作用，添加氧化锆纤维和石墨粉体到背层中提升型壳强度和散热性，通过挂浆、撒砂、干燥并重复数次后脱蜡和烧结制成型壳。

但是该发明专利中的型壳砂料配方，缺少对砂料的必要粒径要求，最终可能导致型壳密度过大、焙烧所需时间过长的有害问题。

专利公告号为CN212397989U，公告日为2021.01.26的的中国实用新型专利公开了一种砂型铸造专用筛分装置，包括机架，所述机架的左右两侧均开设有限位槽，所述限位槽的内部固定安装有安装板，所述机架的内部设有筛筒，所述筛筒的左右两侧均固定安装有连接轴。该砂型铸造专用筛分装置，通过在筛筒的左右两端固定安装有连接轴，并在连接轴的外侧面固定套接有半齿轮。

但是该实用新型专利中的筛分装置，其筛分孔径的大小调节操作难度较大，直接拆装、更换不同规格的筛筒则是更加麻烦。

发明内容

本发明提供一种含有石墨砂的型壳，及其制备方法，其能通过在面层材料和背层材料中分别添加不同粒径、比重的两种规格的石墨砂的方式，保证新配方制成的型壳具有较大的结构强度、较强的脱壳性能。

此外，两种不同粒径的石墨砂，具有同一个粒径临界值，因此采用旋转式筛网箱体，可以减少一次筛网拆装操作，而旋转式筛网箱体的结构包括安装架单元、限位块、筒状箱体单元、圆形筛网框以及插接柱单元，保证同一个筛网在旋转前后可以分别作为粒径下限和粒径上限的筛分部位。

本发明解决上述问题采用的技术方案是：一种含有石墨砂的型壳，所述型壳的面层材料包括锆英砂，背层材料包括莫来砂，所述面层材料以及背层材料中都还包括石墨砂，所述面层材料中的所述石墨砂的粒径范围为300-355μm，比重为2.12-2.20g/cm³，所述背层材料中的所述石墨砂的粒径范围为355-550μm，比重为2.05-2.10g/cm³。

一种含有石墨砂的型壳的制备方法，所述面层材料中的所述石墨砂，与所述背层材料中的所述石墨砂都通过旋转式筛网箱体进行筛分操作。

进一步优选的技术方案在于：所述旋转式筛网箱体包括安装架单元，设置在所述安装架单元上的限位块，套接设置在所述安装架单元上且与所述限位块卡合的筒状箱体单元，分别设置在所述筒状箱体单元内两端位置处的两个圆形筛网框，以及设置在所述筒状箱体单元上并用于压紧固定所述圆形筛网框、设置在所述安装架单元上并用于顶起所述筒状箱体单元的若干个插接柱单元。

进一步优选的技术方案在于：所述安装架单元包括竖板，一端设置在所述竖板侧面上且另一端设有所述限位块的圆形套接柱，设置在所述竖板另一侧面上的安装柱，以及设置在所述竖板上并用于安装所述插接柱单元的插接孔。

进一步优选的技术方案在于：所述限位块的形状为正方形或正六边形。

进一步优选的技术方案在于：所述筒状箱体单元包括圆筒主体，设置在所述圆筒主体上并用于插入所述圆形套接柱的安装孔，设置在所述圆筒主体内环面上且连通所述安装孔并用于卡合所述限位块的限位槽，设置在所述圆筒主体内环面上且分别位于两端位置处并用于支撑所述圆形筛网框的两个凸出圆环，以及设置在所述圆筒主体上且位于两个所述凸出圆环相对外侧并用于安装所述插接柱单元的夹紧孔。

进一步优选的技术方案在于：所述插接柱单元包括设置在所述插接孔或所述夹紧孔上的插入柱，设置在所述插入柱其中一个端面上的固定块，以及套接设置在所述插入柱上的弹性限位圈。

进一步优选的技术方案在于：所述固定块的远离所述插入柱的侧面为弧形面，用于卡合所述圆筒主体的外环面。

进一步优选的技术方案在于：所述插入柱插在所述插接孔上时，所述弹性限位圈用于在所述竖板的侧面上，对所述固定块进行限位防回退操作；所述插入柱插在所述夹紧孔上时，所述弹性限位圈用于在所述圆筒主体的外环面上，对所述固定块进行限位防掉落操作。

进一步优选的技术方案在于：所述安装柱的露出端面上设有用于连接正反转电机的电机轴的安装套。

本发明具有以下优点：第一，石墨砂具有质地坚硬、抗热震性高以及润滑性好的综合优点，用在面层时可以保证型壳具有充分的脱壳性能，而用在背层时可以保证型壳具有较大的结构强度，不易变形、裂开；第二，根据多次试验发现，两种石墨砂在保证各自性能充分发挥的前提下，具有同一个粒径临界值，因此原本两两一对的滤网结构就可以少用一个，再配合旋转式筛网箱体，可以保证两次石墨砂筛分操作具有快速、高效的优点；第三，旋转式筛网箱体在筛分时稳定性高，在需要上下筛网位置对换时操作方便，整个落料筛分、打开取料操作简单方便、稳定可靠；第四，插接柱单元具有两种不同的使用方式，对应两种不同的使用功能，使得整个旋转式筛网箱体的结构更加紧凑、灵活、巧妙。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明中筒状箱体单元的结构示意图。

图3为本发明中网眼较小的圆形筛网框上截留粒径合格的石墨砂的使用方式示意图。

图4为本发明中插接柱单元在安装架单元上的使用方式示意图。

图5为本发明中插接柱单元向下压紧圆形筛网框的使用方式示意图。

附图中，各标号所代表的部件如下：安装架单元1、限位块2、筒状箱体单元3、圆形筛网框4、插接柱单元5、竖板101、圆形套接柱102、安装柱103、插接孔104、圆筒主体301、安装孔302、限位槽303、凸出圆环304、夹紧孔305、插入柱501、固定块502、弹性限位圈503、安装套6。

具体实施方式

以下所述仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明的范围进行限定。

实施例：如附图1-5所示，一种含有石墨砂的型壳，所述型壳的面层材料包括锆英砂，背层材料包括莫来砂，所述面层材料以及背层材料中都还包括石墨砂，所述面层材料中的所述石墨砂的粒径范围为300-355μm，比重为2.12-2.20g/cm³，所述背层材料中的所述石墨砂的粒径范围为355-550μm，比重为2.05-2.10g/cm³。

在本实施例中，新添加的所述石墨砂，具有两个最突出的优点，即质地坚硬和润滑性好，其中前者可以保证其在面层和背层中添加后，可以使得整个型壳在焙烧前后不易塌陷变形，而后者可以保证其在面层中添加后，可以使得与铸件表面之间具有易脱壳的优点。

此外，申请人在试验多种粒径的石墨砂后，发现相对小而重的石墨砂具有更加优异的润滑性能，因此设置了上述粒径范围和比值范围。而且更重要的是，面层和背层中使用的这两种石墨砂具有同一个粒径临界值，因此原本小粒径石墨砂筛分所需的两张筛网、大粒径石墨砂筛分所需的另外两张筛网，这样共四张筛网就可以缩减至三张。

即，小粒径的面层石墨砂筛分所需上：355μm对应的42目筛网，下：300μm对应的48目筛网；大粒径的背层石墨砂筛分所需上：550μm对应的30目筛网，下：355μm对应的42目筛网，因此这张42目筛网就可以上下对换位置的方式，进行重复使用，这也是后续旋转式筛网箱体得以应用的关键。

一种含有石墨砂的型壳的制备方法，所述面层材料中的所述石墨砂，与所述背层材料中的所述石墨砂都通过旋转式筛网箱体进行筛分操作。

在本实施例中，所述旋转式筛网箱体不仅具有筛分设备基础的抖动、晃动效果，还具有旋转后倒置的功能，这就可以很好地满足上述三张网实现两次筛分的操作。

所述旋转式筛网箱体包括安装架单元1，设置在所述安装架单元1上的限位块2，套接设置在所述安装架单元1上且与所述限位块2卡合的筒状箱体单元3，分别设置在所述筒状箱体单元3内两端位置处的两个圆形筛网框4，以及设置在所述筒状箱体单元3上并用于压紧固定所述圆形筛网框4、设置在所述安装架单元1上并用于顶起所述筒状箱体单元3的若干个插接柱单元5。

在本实施例中，所述安装架单元1外连电机、摆臂等现有活动设备，保证整个所述旋转式筛网箱体可以摆动或晃动即可，而所述限位块2与所述筒状箱体单元3之间具有一个可以快速建立、快速取消的卡合结构，保证所述筒状箱体单元3在筛分进行时不会意外旋转，在筛分结束后又可以有效旋转并倒置。

最后是最关键的所述插接柱单元5，其具有两个作用：

第一、所述插接柱单元5插接在所述安装架单元1上时，用于顶起所述筒状箱体单元3，保持所述限位块2与所述筒状箱体单元3之间长期有效的卡合固定效果；

第二、所述插接柱单元5插接在所述筒状箱体单元3上时，用于在所述筒状箱体单元3的两端往内压紧所述圆形筛网框4，避免其在筛分进行时出现掉落。

最终使得整个所述旋转式筛网箱体，可以满足上述三张网、两次筛分的快速操作要求。

所述安装架单元1包括竖板101，一端设置在所述竖板101侧面上且另一端设有所述限位块2的圆形套接柱102，设置在所述竖板101另一侧面上的安装柱103，以及设置在所述竖板101上并用于安装所述插接柱单元5的插接孔104。

在本实施例中，所述圆形套接柱102为圆柱，保证所述筒状箱体单元3在不被所述限位块2卡合时，可以随意旋转，而所述插接孔104的数量为两个，一上一下设置，保证两个所述插接柱单元5分别插入安装后，可以稳定顶起所述筒状箱体单元3，因为如果所述筒状箱体单元3回退，所述限位块2就不能卡合固定所述筒状箱体单元3了。

所述限位块2的形状为正方形或正六边形。

在本实施例中，所述限位块2在所述筒状箱体单元3上具有以下几种不同的卡合角度。

第一、最基础的，所述筒状箱体单元3竖直和旋转180°后倒置竖直，都要能与所述限位块2卡合固定，前者是筛分进行时的状态，后者是筛分后的出料状态，此时对应的所述限位块2的形状至少需要上下部分相等，例如长方形、正方形或者菱形。

第二、更加进阶的，当所述限位块2的形状为正方形或正六边形时，所述筒状箱体单元3至少具有一个旋转90°后被横置固定的状态，此时可以进行相对较慢的、人为主动的向外取料操作，相较于倒置出料的方式，该方式更加慢速、可控。

第三、正六边形的所述限位块2还可以赋予所述筒状箱体单元3一个倾斜固定状态，介于上述两种情况之间，保证相对适宜的出料速度和主动滑落出料效果。

当然，需要强调的是，所述筒状箱体单元3上的卡合位置的形状、尺寸，需要与所述限位块2的形状尺寸保持一致。

所述筒状箱体单元3包括圆筒主体301，设置在所述圆筒主体301上并用于插入所述圆形套接柱102的安装孔302，设置在所述圆筒主体301内环面上且连通所述安装孔302并用于卡合所述限位块2的限位槽303，设置在所述圆筒主体301内环面上且分别位于两端位置处并用于支撑所述圆形筛网框4的两个凸出圆环304，以及设置在所述圆筒主体301上且位于两个所述凸出圆环304相对外侧并用于安装所述插接柱单元5的夹紧孔305。

在本实施例中，所述安装孔302为与所述圆形套接柱102相对应的圆形孔，所述限位槽303为与所述限位块2相对应的正方形槽或正六边形槽，所述圆筒主体301两端敞口，以分别用于活动安装两个网眼规格的所述圆形筛网框4。

此外，所述夹紧孔305与所述凸出圆环304之间的距离，需要保证所述插接柱单元5对所述圆形筛网框4具有充分且适宜的压紧力度。

最后，所述圆形筛网框4的结构样式为常见的圆形筛分框，即一个圆环，加上内侧一圈都粘结固定的一张圆形滤网。

所述插接柱单元5包括设置在所述插接孔104或所述夹紧孔305上的插入柱501，设置在所述插入柱501其中一个端面上的固定块502，以及套接设置在所述插入柱501上的弹性限位圈503。所述固定块502的远离所述插入柱501的侧面为弧形面，用于卡合所述圆筒主体301的外环面。

在本实施例中，所述弹性限位圈503的材质为现有中等弹性的橡胶，所述固定块502的弧形面的直径与所述圆筒主体301的外径相等。

所述插入柱501插在所述插接孔104上时，所述弹性限位圈503用于在所述竖板101的侧面上，对所述固定块502进行限位防回退操作；所述插入柱501插在所述夹紧孔305上时，所述弹性限位圈503用于在所述圆筒主体301的外环面上，对所述固定块502进行限位防掉落操作。

在本实施例中，所述插接孔104的直径等于所述夹紧孔305的直径，所述固定块502卡合顶起所述圆筒主体301时，所述弹性限位圈503在所述竖板101的侧面上进行限位防回退，而所述固定块502的端面压紧所述圆形筛网框4时，所述弹性限位圈503在所述圆筒主体301的外环面上进行限位防掉落。

其中，前者依靠所述弹性限位圈503的弹力，进而产生足够的静摩擦力，而后者主要依靠所述插入柱501的自身硬度。

所述安装柱103的露出端面上设有用于连接正反转电机的电机轴的安装套6。

在本实施例中，所述安装套6与正反转电机的电机轴连接后，整个所述旋转式筛网箱体就可以往复旋转摆动，既有利于不合格砂料的筛分落下，又可以通过所述筒状箱体单元3的离心力，保证筛分时所述限位块2、限位槽303处卡得更加牢靠，更加不易意外旋转。

最后，所述圆形筛网框4的拆装、更换操作在所述筒状箱体单元3旋转并全部取出里面的合格砂料后再进行。

上面结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但是本发明不限于上述实施方式，在所述技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下做出各种修改。这些都是不具有创造性的修改，只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

Claims (10)

1.一种含有石墨砂的型壳，所述型壳的面层材料包括锆英砂，背层材料包括莫来砂，其特征在于：所述面层材料以及背层材料中都还包括石墨砂，所述面层材料中的所述石墨砂的粒径范围为300-355μm，比重为2.12-2.20g/cm³，所述背层材料中的所述石墨砂的粒径范围为355-550μm，比重为2.05-2.10g/cm³。

2.一种如权利要求1所述的含有石墨砂的型壳的制备方法，其特征在于：所述面层材料中的所述石墨砂，与所述背层材料中的所述石墨砂都通过旋转式筛网箱体进行筛分操作。

3.根据权利要求2所述的一种含有石墨砂的型壳的制备方法，其特征在于：所述旋转式筛网箱体包括安装架单元（1），设置在所述安装架单元（1）上的限位块（2），套接设置在所述安装架单元（1）上且与所述限位块（2）卡合的筒状箱体单元（3），分别设置在所述筒状箱体单元（3）内两端位置处的两个圆形筛网框（4），以及设置在所述筒状箱体单元（3）上并用于压紧固定所述圆形筛网框（4）、设置在所述安装架单元（1）上并用于顶起所述筒状箱体单元（3）的若干个插接柱单元（5）。

4.根据权利要求3所述的一种含有石墨砂的型壳的制备方法，其特征在于：所述安装架单元（1）包括竖板（101），一端设置在所述竖板（101）侧面上且另一端设有所述限位块（2）的圆形套接柱（102），设置在所述竖板（101）另一侧面上的安装柱（103），以及设置在所述竖板（101）上并用于安装所述插接柱单元（5）的插接孔（104）。

5.根据权利要求3所述的一种含有石墨砂的型壳的制备方法，其特征在于：所述限位块（2）的形状为正方形或正六边形。

6.根据权利要求4所述的一种含有石墨砂的型壳的制备方法，其特征在于：所述筒状箱体单元（3）包括圆筒主体（301），设置在所述圆筒主体（301）上并用于插入所述圆形套接柱（102）的安装孔（302），设置在所述圆筒主体（301）内环面上且连通所述安装孔（302）并用于卡合所述限位块（2）的限位槽（303），设置在所述圆筒主体（301）内环面上且分别位于两端位置处并用于支撑所述圆形筛网框（4）的两个凸出圆环（304），以及设置在所述圆筒主体（301）上且位于两个所述凸出圆环（304）相对外侧并用于安装所述插接柱单元（5）的夹紧孔（305）。

7.根据权利要求6所述的一种含有石墨砂的型壳的制备方法，其特征在于：所述插接柱单元（5）包括设置在所述插接孔（104）或所述夹紧孔（305）上的插入柱（501），设置在所述插入柱（501）其中一个端面上的固定块（502），以及套接设置在所述插入柱（501）上的弹性限位圈（503）。

8.根据权利要求7所述的一种含有石墨砂的型壳的制备方法，其特征在于：所述固定块（502）的远离所述插入柱（501）的侧面为弧形面，用于卡合所述圆筒主体（301）的外环面。

9.根据权利要求7所述的一种含有石墨砂的型壳的制备方法，其特征在于：所述插入柱（501）插在所述插接孔（104）上时，所述弹性限位圈（503）用于在所述竖板（101）的侧面上，对所述固定块（502）进行限位防回退操作；所述插入柱（501）插在所述夹紧孔（305）上时，所述弹性限位圈（503）用于在所述圆筒主体（301）的外环面上，对所述固定块（502）进行限位防掉落操作。

10.根据权利要求4所述的一种含有石墨砂的型壳的制备方法，其特征在于：所述安装柱（103）的露出端面上设有用于连接正反转电机的电机轴的安装套（6）。

Images