CN115674653A - 一种大长径比砂芯模成型方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种大长径比砂芯模成型方法，包括以下步骤：(1)工装设计：根据产品开口大小及芯模自重设计实心芯轴直径与长度；(2)机械加工：根据设计图纸加工一套金属零部件；(3)砂饼制作：采用水溶性石英砂/空心玻璃微珠为填料制备聚乙烯醇水溶性砂饼；(4)芯模组装：采用竖直方式安装平端面砂饼安装；(5)芯模机加：按产品内型面对芯模外芯面进行机加。本发明制作的大长径比砂芯模具有强度高、轻量化、制作工艺简单的特点，避免芯轴挠度变形导致芯模表面断裂的风险，适用于大长径比壳体生产。
Description
技术领域
本发明属于砂芯缠绕模材料技术领域，具体涉及一种大长径比砂芯模成型方法。
背景技术
砂芯模由于强度高、水溶性、易加工等优点，广泛作为小开口缠绕壳体成型芯模。它是将聚乙烯醇溶液和无机材料按照一定比例混合固化成型，将砂饼组装供缠绕壳体使用，体固化后通过水溶的方法完成壳体脱模，具有组装时间快，脱模便利等优点。国内外广泛使用聚乙烯醇溶液与石英砂作为原材料制作水溶性砂芯模(王新玲，付成龙，李彩林，谢济民，聚合物基复合材料用耐高温水溶性砂芯模性能研究[J]，塑料工业，2019，47(4)，105-109)。目前大家均研究砂芯模原材料性能，较少存在针对砂芯模自身结构做研究，马娟等人(中国专利“轻质结构砂芯模成型方法”，CN112405959A)通过设计砂饼减重方式设计了一种轻质砂芯模，但其设计芯模尺寸较小，长度较短，壳体开口尺寸也未考虑，芯模强度问题未做进一步论证，难以适应大长径比壳体。
由于大长径比砂芯模尺寸较大，若按现有砂饼原材料与减重设计，芯模重量较大导致芯轴挠度变形较大，会出现砂饼拼接缝开裂或砂饼开裂，导致壳体内绝热出现缺陷，便且会导致缠绕张力不稳定。卓艾宝等人(中国专利“一种轻质化高强度砂芯模成型方法”，CN112872298A)通过在芯砂中加入短切玻璃纤维来制作轻质化高强度砂芯模，但专利中未对改性前后密度做出明确说明，理论上短切纤维体积小，可填充于芯砂缝隙之中，重量减轻不明显。因此需要寻找一种更轻质化芯模原料，并且优化芯模设计，以满足大长径比砂芯模用于缠绕壳体使用。
发明内容
针对背景技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种保证同等强度下重量更轻、成本更低的大长径比砂芯模成型方法。
为达到上述目的，本发明设计的大长径比砂芯模成型方法，包括以下步骤：
S1，工装设计：根据产品尺寸与缠绕机支撑位置确定芯轴外径与芯轴最短长度，根据芯轴外径和长度设计砂饼分段尺寸；
S2，机械加工：根据设计图纸加工金属零部件；所述金属零件包括芯轴、轴套等；
S3，砂饼制作：采用水溶性石英砂、空心玻璃微珠按一定比例为填料，制备聚乙烯醇水溶性砂饼轻质砂饼；
S4，芯模组装：将砂饼按要求尺寸机加工，并采用竖直方式将沙饼逐一安装至芯轴上；
S5，芯模机加：按产品内型面对芯模外芯面进行机加工。
优选的，步骤S1中，芯轴为实心，且芯轴外径与产品开口尺寸接近，最短长度满足缠绕机支撑夹持要求。
进一步优选的，芯轴前后前端外径与开口尺寸接近，过前开口后变为与后开口尺寸接近的芯轴外径。
进一步优选的，芯轴和壳体相邻的端面之间设有不小于700mm长度的夹持长度，并在芯轴前后端面设有用于芯轴吊装与延长使用的孔。
优选的，步骤S1中，所述沙饼包括前段、末段，以及位于前段、后段之间的多段筒段；所述筒段分段数为奇数，并保证筒段砂饼高度为300～500mm。
优选的，步骤S3中，沙饼的制作步骤包括：
S301，脱模剂涂刷：在砂芯模成型工装内型面均匀涂刷一层室温硫化硅橡胶脱模剂，室温固化24h以上；
S302，聚乙烯醇溶液配置：按水：聚乙烯醇＝3～5:1的质量比称取，倒入不锈钢桶中，并在100℃水浴中搅拌均匀，直到聚乙烯醇溶解完全，然后冷却至室温，保存备用；
S303，砂浆混合：将干燥的石英砂与空心玻璃微珠与S302中制备的聚乙烯醇溶液按照质量比为7～9：4～6：1倒入机械混砂机中，混合均匀；
S304，填充、固化：将S303中制备的混合的砂浆倒入砂芯模成型工装中，要求分批倒入，分批气动压实，最后填充至成型工装开口端面，然后将其放入烘箱中，按室温升至140℃后保温20h固化，然后随炉冷却至室温；
S305，脱模、机加：将冷却后的砂芯模从砂芯模成型工装脱出，然后机加为沙饼。
进一步优选的，步骤S303中，选用50～80目石英砂。
进一步优选的，选用0.4～0.6mm空心玻璃微珠。
与现有技术相比，本发明具有以下主要优点：
1、选用与石英砂目数相差不大，但价格只有其大概1/3的河沙作为基材，降低了生产成本。
2、自然河沙颗粒较机械粉碎得到的石英石更圆，与水溶性胶粘剂之间的粘接面积更大，使得其在较小目数下依旧可以制备出致密的高强度芯模。
3、河沙制备的砂芯模在机加过程中不会产生大量的粉尘，降低了职业病危害。
本发明制作的大长径比砂芯模具有强度高、轻量化、制作工艺简单的特点，避免芯轴挠度变形导致芯模表面断裂的风险，适用于大长径比壳体生产。
附图说明
图1是本发明大长径比砂芯模结构示意图
具体实施方式
下面通过附图以及列举本发明的一些可选实施例的方式，对本发明的技术方案(包括优选技术方案)做进一步的详细描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明设计的大长径比砂芯模成型方法，包括以下步骤：
S1，工装设计：根据产品尺寸与缠绕机支撑位置确定芯轴外径与芯轴最短长度，根据芯轴外径和长度设计砂饼分段尺寸；
S2，机械加工：根据设计图纸加工金属零部件；
S3，砂饼制作：采用水溶性石英砂、空心玻璃微珠按一定比例为填料，制备聚乙烯醇水溶性砂饼轻质砂饼；
S4，芯模组装：将砂饼按要求尺寸机加工，并采用竖直方式安装平端面砂饼；
S5，芯模机加：按产品内型面对芯模外芯面进行机加工。
沙饼的制作步骤包括：
S301，脱模剂涂刷：在砂芯模成型工装内型面均匀涂刷一层室温硫化硅橡胶脱模剂，室温固化24h以上；
S302，聚乙烯醇溶液配置：按水：聚乙烯醇＝4:1的质量比称取，倒入不锈钢桶中，并在100℃水浴中搅拌均匀，直到聚乙烯醇溶解完全，然后冷却至室温，保存备用；
S303，砂浆混合：将干燥的石英砂与空心玻璃微珠与S302中制备的聚乙烯醇溶液按照质量比为7～9：4～6：1倒入机械混砂机中，混合均匀；
S304，填充、固化：将S303中制备的混合的砂浆倒入砂芯模成型工装中，要求分批倒入，分批气动压实，最后填充至成型工装开口端面，然后将其放入烘箱中，按室温→140℃/20h固化，即由室温升至140℃后保温20h，然后随炉冷却至室温；
S305，脱模、机加：将冷却后的砂芯模从砂芯模成型工装脱出，然后将整料机加为沙饼。
简要的说，本发明一种大长径比砂芯模成型方法，包括以下步骤：(1)工装设计：根据产品开口大小及芯模自重设计实心芯轴直径与长度；(2)机械加工：根据设计图纸加工一套金属零部件；(3)砂饼制作：采用水溶性石英砂/空心玻璃微珠为填料制备聚乙烯醇水溶性砂饼；(4)芯模组装：采用竖直方式安装平端面砂饼安装；(5)芯模机加：按产品内型面对芯模外芯面进行机加。
为了获得更好的效果可以对成型材料多次试验：
试样实施例1：
一种大长径比砂芯模成型材料通过以下方法得到：
(1)脱模剂涂刷：在砂芯模成型工装内型面均匀涂刷一层室温硫化硅橡胶脱模剂，室温固化24h以上；
(2)聚乙烯醇溶液配置：按质量比自来水：聚乙烯醇＝4:1准确称取倒入不锈钢桶中，并在100℃水浴中机械搅拌均匀，直到聚乙烯醇溶解完全，然后冷却至室温，保存备用；
(3)砂浆混合：将干燥的50～80目石英砂与0.4～0.6mm空心玻璃微珠与上述聚乙烯醇质量比为8：5：1倒入机械混砂机中，混合均匀，搅拌时间20min。
(4)填充、固化：将上述混合的砂浆倒入上述砂芯模成型工装中，要求分批倒入，分批气动压实，最后填充至成型工装开口端面，然后将其放入烘箱中，按室温→140℃/20h固化，然后随炉冷却至室温。
(5)脱模、机加：将冷却后的砂芯模从砂芯模成型工装脱出，然后将整料机加为压缩试样，试样尺寸为40mm×40mm×62mm，数量为5个。
测得其室温平均压缩强度为21.9MPa，150℃平均压缩强度为10.5MPa，平均密度为1.41g/cm3，室温水中溶解时间为5min。
试样实施例2：
一种大长径比砂芯模成型材料通过以下方法得到：
(1)脱模剂涂刷：在砂芯模成型工装内型面均匀涂刷一层室温硫化硅橡胶脱模剂，室温固化24h以上；
(2)聚乙烯醇溶液配置：按质量比自来水：聚乙烯醇＝4:1准确称取倒入不锈钢桶中，并在100℃水浴中机械搅拌均匀，直到聚乙烯醇溶解完全，然后冷却至室温，保存备用。
(3)砂浆混合：将干燥的50～80目石英砂与0.4～0.6mm空心玻璃微珠与上述聚乙烯醇质量比为7：4：1倒入机械混砂机中，混合均匀，搅拌时间20min。
(4)填充、固化：将上述混合的砂浆倒入上述砂芯模成型工装中，要求分批倒入，分批气动压实，最后填充至成型工装开口端面，然后将其放入烘箱中，按室温→140℃/20h固化，然后随炉冷却至室温。
(5)脱模、机加：将冷却后的砂芯模从砂芯模成型工装脱出，然后将整料机加为压缩试样，试样尺寸为40mm×40mm×62mm，数量为5个。
测得其室温平均压缩强度为22.1MPa，150℃平均压缩强度为11.8MPa，平均密度为1.55g/cm3，室温水中溶解时间为7min。
试样实施例3：
一种大长径比砂芯模成型材料通过以下方法得到：
(1)脱模剂涂刷：在砂芯模成型工装内型面均匀涂刷一层室温硫化硅橡胶脱模剂，室温固化24h以上；
(2)聚乙烯醇溶液配置：按质量比自来水：聚乙烯醇＝4:1准确称取倒入不锈钢桶中，并在100℃水浴中机械搅拌均匀，直到聚乙烯醇溶解完全，然后冷却至室温，保存备用。
(3)砂浆混合：将干燥的50～80目石英砂与0.4～0.6mm空心玻璃微珠与上述聚乙烯醇质量比为7：6：1倒入机械混砂机中，混合均匀，搅拌时间20min。
(4)填充、固化：将上述混合的砂浆倒入上述砂芯模成型工装中，要求分批倒入，分批气动压实，最后填充至成型工装开口端面，然后将其放入烘箱中，按室温→140℃/20h固化，然后随炉冷却至室温。
(5)脱模、机加：将冷却后的砂芯模从砂芯模成型工装脱出，然后将整料机加为压缩试样，试样尺寸为40mm×40mm×62mm，数量为5个。
测得其室温平均压缩强度为17.2MPa，150℃平均压缩强度为7.5MPa，平均密度为1.34g/cm3，室温水中溶解时间为5min。
试样实施例4：
一种大长径比砂芯模成型材料通过以下方法得到：
(1)脱模剂涂刷：在砂芯模成型工装内型面均匀涂刷一层室温硫化硅橡胶脱模剂，室温固化24h以上；
(2)聚乙烯醇溶液配置：按质量比自来水：聚乙烯醇＝4:1准确称取倒入不锈钢桶中，并在100℃水浴中机械搅拌均匀，直到聚乙烯醇溶解完全，然后冷却至室温，保存备用。
(3)砂浆混合：将干燥的50～80目石英砂与0.4～0.6mm空心玻璃微珠与上述聚乙烯醇质量比为8：4：1倒入机械混砂机中，混合均匀，搅拌时间20min。
(4)填充、固化：将上述混合的砂浆倒入上述砂芯模成型工装中，要求分批倒入，分批气动压实，最后填充至成型工装开口端面，然后将其放入烘箱中，按室温→140℃/20h固化，然后随炉冷却至室温。
(5)脱模、机加：将冷却后的砂芯模从砂芯模成型工装脱出，然后将整料机加为压缩试样，试样尺寸为40mm×40mm×62mm，数量为5个。
测得其室温平均压缩强度为21.5MPa，150℃平均压缩强度为10.9MPa，平均密度为1.51g/cm3，室温水中溶解时间为5min。
试样实施例5：
一种大长径比砂芯模成型材料通过以下方法得到：
(1)脱模剂涂刷：在砂芯模成型工装内型面均匀涂刷一层室温硫化硅橡胶脱模剂，室温固化24h以上；
(2)聚乙烯醇溶液配置：按质量比自来水：聚乙烯醇＝4:1准确称取倒入不锈钢桶中，并在100℃水浴中机械搅拌均匀，直到聚乙烯醇溶解完全，然后冷却至室温，保存备用。
(3)砂浆混合：将干燥的50～80目石英砂与0.4～0.6mm空心玻璃微珠与上述聚乙烯醇质量比为8：6：1倒入机械混砂机中，混合均匀，搅拌时间20min。
(4)填充、固化：将上述混合的砂浆倒入上述砂芯模成型工装中，要求分批倒入，分批气动压实，最后填充至成型工装开口端面，然后将其放入烘箱中，按室温→140℃/20h固化，然后随炉冷却至室温。
(5)脱模、机加：将冷却后的砂芯模从砂芯模成型工装脱出，然后将整料机加为压缩试样，试样尺寸为40mm×40mm×62mm，数量为5个。
测得其室温平均压缩强度为18.1MPa，150℃平均压缩强度为9.4MPa，平均密度为1.38g/cm3，室温水中溶解时间为5min。
试样对比实施例：
一种大长径比砂芯模成型材料通过以下方法得到：
(1)脱模剂涂刷：在砂芯模成型工装内型面均匀涂刷一层室温硫化硅橡胶脱模剂，室温固化24h以上；
(2)聚乙烯醇溶液配置：按质量比自来水：聚乙烯醇＝4:1准确称取倒入不锈钢桶中，并在100℃水浴中机械搅拌均匀，直到聚乙烯醇溶解完全，然后冷却至室温，保存备用。
(3)砂浆混合：将干燥的50～80目石英砂与上述聚乙烯醇质量比为13：1倒入机械混砂机中，混合均匀，搅拌时间20min。
(4)填充、固化：将上述混合的砂浆倒入上述砂芯模成型工装中，要求分批倒入，分批气动压实，最后填充至成型工装开口端面，然后将其放入烘箱中，按室温→140℃/20h固化，然后随炉冷却至室温。
(5)脱模、机加：将冷却后的砂芯模从砂芯模成型工装脱出，然后将整料机加为压缩试样，试样尺寸为40mm×40mm×62mm，数量为5个。
测得其室温平均压缩强度为23.9MPa，150℃平均压缩强度为11.2MPa，平均密度为1.78g/cm3，室温水中溶解时间为5min。
大长径比砂芯模成型方法实施例：
S1，工装设计：根据产品尺寸与缠绕机支撑位置确定实心芯轴前端细轴部位外径为φ166mm，后端芯轴外径为φ285mm，总长度5120mm，前、后夹持位置长度为700mm，设计砂饼分段尺寸为500mm，并在前后端面保留M75的螺纹孔，用于芯轴吊装与延长使用；
S2，机械加工：根据设计图纸加工一套30CrMnSi材质的金属零部件。
S3，砂饼制作：采用水溶性石英砂/空心玻璃微珠按试样实施例1为填料制备聚乙烯醇水溶性砂饼轻质砂饼；
S4，芯模组装：将砂饼按要求高度机加，并采用竖直方式安装平端面砂饼安装，安装结束后将砂饼翻转至水平，再转至机加；
S5，芯模机加：按产品内型面对芯模外芯面进行机加。
本领域技术人员容易理解，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不以限制本发明，凡在本发明的精神和原则下所做的任何修改、组合、替换、改进等均包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种大长径比砂芯模成型方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，工装设计：根据产品尺寸与缠绕机支撑位置确定芯轴外径与芯轴最短长度，根据芯轴外径和长度设计砂饼分段尺寸；
S2，机械加工：根据设计图纸加工金属零部件；
S3，砂饼制作：采用水溶性石英砂、空心玻璃微珠按一定比例为填料，制备聚乙烯醇水溶性砂饼轻质砂饼；
S4，芯模组装：将砂饼按要求尺寸机加工，并采用竖直方式将沙饼逐一安装至芯轴上；
S5，芯模机加：按产品内型面对芯模外芯面进行机加工。
2.根据权利要求1所述的大长径比砂芯模成型方法，其特征在于：步骤S1中，芯轴为实心，且芯轴外径与产品开口尺寸接近，最短长度满足缠绕机支撑夹持要求。
3.根据权利要求2所述的大长径比砂芯模成型方法，其特征在于：芯轴前后前端外径与开口尺寸接近，过前开口后变为与后开口尺寸接近的芯轴外径。
4.根据权利要求2所述的大长径比砂芯模成型方法，其特征在于：芯轴和壳体相邻的端面之间设有不小于700mm长度的夹持长度，并在芯轴前后端面设有用于芯轴吊装与延长使用的孔。
5.根据权利要求1所述的大长径比砂芯模成型方法，其特征在于：步骤S1中，所述沙饼包括前段、末段，以及位于前段、后段之间的多段筒段；所述筒段分段数为奇数，并保证筒段砂饼高度为300～500mm。
6.根据权利要求1所述的大长径比砂芯模成型方法，其特征在于：步骤S3中，沙饼的制作步骤包括：
S301，脱模剂涂刷：在砂芯模成型工装内型面均匀涂刷一层室温硫化硅橡胶脱模剂，室温固化24h以上；
S302，聚乙烯醇溶液配置：按水：聚乙烯醇＝3～5:1的质量比称取，倒入不锈钢桶中，并在100℃水浴中搅拌均匀，直到聚乙烯醇溶解完全，然后冷却至室温，保存备用；
S303，砂浆混合：将干燥的石英砂与空心玻璃微珠与S302中制备的聚乙烯醇溶液按照质量比为7～9：4～6：1倒入机械混砂机中，混合均匀；
S304，填充、固化：将S303中制备的混合的砂浆倒入砂芯模成型工装中，要求分批倒入，分批气动压实，最后填充至成型工装开口端面，然后将其放入烘箱中，按室温升至140℃后保温20h固化，然后随炉冷却至室温；
S505，脱模、机加：将冷却后的砂芯模从砂芯模成型工装脱出，然后机加为沙饼。
7.根据权利要求6所述的大长径比砂芯模成型方法，其特征在于：步骤S303中，选用50～80目石英砂。
8.根据权利要求6所述的大长径比砂芯模成型方法，其特征在于：步骤S303中，选用0.4～0.6mm空心玻璃微珠。
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| CN202211335475.7A CN115674653A (zh) | 2022-10-28 | 2022-10-28 | 一种大长径比砂芯模成型方法 |
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| CN115674653A true CN115674653A (zh) | 2023-02-03 |
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| CN202211335475.7A Pending CN115674653A (zh) | 2022-10-28 | 2022-10-28 | 一种大长径比砂芯模成型方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
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| CN (1) | CN115674653A (zh) |
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2022
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