CN118253698A - 一种复杂结构用激冷砂芯及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种复杂结构用激冷砂芯及其制备方法和应用，属于激冷砂芯制造技术领域。本发明提供的复杂结构用激冷砂芯，包括以下原料：铬矿砂、钢丸、树脂和固化剂。本发明提供的激冷砂芯在制备过程中根据所需要激冷砂芯的形状进行调整，即使是无法放置冷铁的热节位置和圆孔结构也可以制备相应的激冷砂芯，对于复杂结构也能够制备相应结构的激冷砂芯，同时砂芯的尺寸精度高，与铸件贴合度高，激冷效果好，适用于结构复杂且需要用冷铁改善热节缺陷的产品，同时也适用于无法放置冷铁且需要改善热节缺陷的部位。实施例的结果显示，使用本发明提供的复杂结构用激冷砂芯制备得到的铸件，位置外观良好，UT探伤显示无缺陷。
Description
技术领域
本发明涉及激冷砂芯制造技术领域，尤其涉及一种复杂结构用激冷砂芯及其制备方法和应用。
背景技术
为增加铸件局部冷却速度，在型腔内部及工作表面安放的金属块称为冷铁。铸件因相邻铸壁厚度相差悬殊，有的部位很厚，在冷却的过程中就冷却的慢，壁厚薄的部位就冷却的快，使得同一个铸件各个部位冷却速度不均，常在厚壁处及厚薄壁的过渡转角处形成缺陷，如产生缩孔、或者把壁薄的部位拉裂，为了避免这种现象的产生，需要加放冷铁，冷铁可加快铸件局部冷却速度，均衡凝固控制，减少铸造缺陷；大模数球墨铸铁凝固时间长，会降低石墨球化率，导致石墨畸变、石墨漂浮等问题，冷铁可缩短其凝固时间，将缺陷从热节部位赶走。因此在铸造过程中，冷铁的存在对于提高铸件的质量至关重要。
目前市场上的冷铁存在以下问题：（1）传统使用木质模具制作冷铁会存在拔模斜度，使用泡沫模具制作冷铁会存在缩水的问题，都会导致获得的冷铁尺寸精度低，不能完全贴合铸件，难以发挥最佳效果；（2）异形复杂冷铁的制造周期长、后续调整形状和尺寸困难，增加制造工时；（3）有些无法放置冷铁的热节位置和圆孔结构缺陷无法解决。
因此，为了解决冷铁尺寸精度低、制造周期长、后续调整形状和尺寸困难以及一些复杂结构无法放置冷铁等问题，提供一种使用尺寸精度高、制作及调整方便的新材料代替冷铁，成为本领域亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种复杂结构用激冷砂芯及其制备方法和应用，本发明提供的复杂结构用激冷砂芯不仅制备的尺寸精度高，可严丝合缝贴近铸件，同时在制备过程中根据所需要激冷砂芯的形状进行调整，使用激冷砂芯制备得到的铸件外观良好且无缺陷，能够解决现有技术中冷铁尺寸精度低、制造周期长、后续调整形状和尺寸困难以及一些复杂结构无法放置冷铁等问题。
为了实现上述发明目的，本发明提供以下技术方案：
本发明提供了一种复杂结构用激冷砂芯，包括以下原料：铬矿砂、钢丸、树脂和固化剂。
优选地，所述铬矿砂的粒度为50~100目，所述钢丸的粒度为20~50目。
优选地，按质量百分比计，所述钢丸的化学成分包括：C 0.45~0.85%，Si 0.15~0.35%，Mn 0.3~1.3%，P≤0.04%，S≤0.05%和余量的铁。
优选地，所述铬矿砂和钢丸的质量比为（5~6）：1。
优选地，所述树脂为呋喃树脂。
优选地，所述固化剂为二甲苯磺酸固化剂。
优选地，所述铬矿砂和钢丸的总量与树脂和固化剂的质量比为1：（1.1~1.3）：（0.4~0.6）。
优选地，所述复杂结构用激冷砂芯的厚度与铸件壁厚的比值为1：（0.9~1.1）。
本发明提供了上述技术方案所述复杂结构用激冷砂芯的制备方法，包括：将铬矿砂、钢丸、树脂和固化剂混合，硬化后得到复杂结构用激冷砂芯。
本发明提供了上述技术方案所述复杂结构用激冷砂芯或上述技术方案所述制备方法制备得到的复杂结构用激冷砂芯在砂型铸造中的应用。
本发明提供了一种复杂结构用激冷砂芯，包括以下原料：铬矿砂、钢丸、树脂和固化剂。本发明通过在激冷砂芯中加入铬矿砂，由于铬矿砂具有较高的热传导率，可以大幅度提高激冷砂芯的热传导性能，从而在金属液冷却过程中快速将热量导出，加快凝固速率；通过加入钢丸，可以与铬矿砂起到协同作用，从而进一步提高复杂结构用激冷砂芯的导热性能；以树脂作为粘结剂，可以使激冷砂芯在制备过程中根据所需要激冷砂芯的形状进行调整，从而形成具有复杂结构的激冷砂芯，即使是无法放置冷铁的热节位置和圆孔结构也可以制备相应的激冷砂芯，对于复杂结构也能够制备相应结构的激冷砂芯，同时砂芯的尺寸精度高，与铸件贴合度高，激冷效果好，适用于结构复杂且需要用冷铁改善热节缺陷的产品，同时也适用于无法放置冷铁且需要改善热节缺陷的部位。实施例的结果显示，使用本发明提供的复杂结构用激冷砂芯制备得到的铸件，位置外观良好，UT探伤显示无缺陷。
附图说明
图1为本发明实施例1制备的不同结构的激冷砂芯生产铸件时的实物图；
图1中，11、12、13和14分别为不同结构的激冷砂芯；
图2为对比例1提供的不同结构的自制冷铁生产铸件时的实物图；
图2中，15和16分别为不同结构的自制冷铁；
图3为中机体的结构示意图；
图3中，21为砂芯，22为中机体的油缸热节位置；
图4为芯盒模具的结构示意图；
图4中，31为第一芯盒，32为第二芯盒；
图5为砂芯结构示意图；
图5中，33为第一砂芯，34为第二砂芯；
图6为应用例1制备得到的中机体的实物图；
图6中，17为放置激冷砂芯后得到的中机体的表面结构；
图7为应用例1制备得到的中机体的局部放大图；
图7中，18为放置激冷砂芯后得到的中机体的表面结构；
图8为对比应用例1制备得到的中机体的实物图；
图8中，19为放置自制冷铁后得到的中机体的表面结构；
图9为对比应用例1制备得到的中机体的局部放大图；
图9中，110为放置自制冷铁后得到的中机体的表面结构。
具体实施方式
本发明提供了一种复杂结构用激冷砂芯，包括以下原料：铬矿砂、钢丸、树脂和固化剂。
在本发明中，所述铬矿砂的粒度优选为50~100目。本发明对所述铬矿砂的具体来源没有特殊的要求，采用本领域技术人员熟知的铬矿砂且粒度满足于要求即可。本发明通过在激冷砂芯中加入铬矿砂，由于铬矿砂具有较高的热传导率，可以大幅度提高激冷砂芯的热传导性能，从而在金属液冷却过程中快速将热量导出，加快凝固速率。
在本发明中，所述钢丸的粒度优选为20~50目。在本发明中，按质量百分比计，所述钢丸的化学成分优选包括：C 0.45~0.85%，Si 0.15~0.35%，Mn 0.3~1.3%，P≤0.04%，S≤0.05%和余量的铁，更优选为：C 0.5~0.8%，Si 0.2~0.3%，Mn 0.5~1.0%，P≤0.04%，S≤0.05%和余量的铁。本发明通过加入钢丸，可以进一步提高复杂结构用激冷砂芯的导热性能。
在本发明中，所述铬矿砂和钢丸的质量比优选为（5~6）：1。本发明通过控制两者的用量关系，利用铬矿砂和钢丸的粒度，能够使两者形成较好的级配效果，通过协同作用，从而提高复杂结构用激冷砂芯的致密性，进一步提高激冷砂芯的导热性能。
在本发明中，所述树脂优选为呋喃树脂。本发明通过采用呋喃树脂作为粘合剂，具有优异的耐蚀性能、耐热性能、稳定性能、阻燃性能以及机械性能等，从而可以在高温下不会变形，以保证高温铁水进入型腔接触砂芯时，砂芯不会溃散，保证尺寸精度，并避免铸件夹砂。
在本发明中，所述固化剂优选为二甲苯磺酸固化剂。本发明通过采用二甲苯磺酸作为固化剂，可以使呋喃树脂快速固化，从而缩短制造周期。
在本发明中，所述铬矿砂和钢丸的总量与树脂和固化剂的质量比优选为1：（1.1~1.3）：（0.4~0.6），更优选为1：1.2：0.5。本发明通过原料的用量关系，可以进一步提高激冷砂芯的导热性能、耐高温性和耐腐蚀性能，同时使激冷砂芯在制备过程中更容易调整其形状，从而制备得到复杂结构的激冷砂芯。
在本发明中，所述复杂结构用激冷砂芯的厚度与铸件壁厚的比值优选为1：（0.9~1.1），更优选为1：1。本发明通过控制激冷砂芯的厚度，可以有效起到激冷作用。
本发明通过在激冷砂芯中加入铬矿砂，由于铬矿砂具有较高的热传导率，可以大幅度提高激冷砂芯的热传导性能，从而在金属液冷却过程中快速将热量导出，加快凝固速率；通过加入钢丸，可以与铬矿砂起到协同作用，从而进一步提高复杂结构用激冷砂芯的导热性能；以树脂作为粘结剂，可以使激冷砂芯在制备过程中根据所需要激冷砂芯的形状进行调整，从而形成具有复杂结构的激冷砂芯，即使是无法放置冷铁的热节位置和圆孔结构也可以制备相应的激冷砂芯，对于复杂结构也能够制备相应结构的激冷砂芯，同时砂芯的尺寸精度高，与铸件贴合度高，激冷效果好，适用于结构复杂且需要用冷铁改善热节缺陷的产品，适用于无法放置冷铁且需要改善热节缺陷的部位。
本发明还提供了上述技术方案所述复杂结构用激冷砂芯的制备方法，包括：将铬矿砂、钢丸、树脂和固化剂混合，硬化后得到复杂结构用激冷砂芯。
本发明对所述混合的具体方式没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的混合方式如人工手动搅拌等，能够使各组分混合均匀即可。
本发明对所述硬化的条件没有特殊的限定，常温环境下即可自发硬化。
本发明提供的复杂结构用激冷砂芯只需按比例搅拌原材料后放入模具中，常温环境下半小时内即可自发硬化，涂刷涂料后便能够投入使用，相对于冷铁需要经历造型、合模、浇注、开箱、打磨等多道工序方可使用，不仅制备工艺简单，制造周期也大幅度缩短，同时还可以根据所需要的形状进行调整，即使是无法放置冷铁的热节位置和圆孔结构也可以制备相应的激冷砂芯，对于复杂结构也能够制备相应结构的激冷砂芯，砂芯尺寸精度高，与铸件贴合度高，激冷效果好，适用于结构复杂且需要用冷铁改善热节缺陷的产品，同时也适用于无法放置冷铁且需要改善热节缺陷的部位，并且冷铁可重复利用，但每次使用后都需抛丸打磨掉表面粘黏的树脂砂，每次打磨尺寸精度都会进一步下降，而本发明提供的复杂结构用激冷砂芯后续改进调整方便，可以减少工作量，适用于新产品开发验证。
本发明还提供了上述技术方案所述复杂结构用激冷砂芯或上述制备方法制备得到的复杂结构用激冷砂芯在砂型铸造中的应用。
在本发明中，所述复杂结构用激冷砂芯在使用前，优选先在外表面涂刷涂料，然后用于砂型铸造。本发明对所述涂料的具体成分没有特殊的限定，采用本领域技术人员熟知的市售涂料即可。
本发明对所述复杂结构用激冷砂芯在砂型铸造中应用的具体方式没有特殊的限定，与冷铁安放的方式相同即可。
下面将结合本发明中的实施例，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
实施例1
一种复杂结构用激冷砂芯，由以下原料组成：粒度为50~100目的铬矿砂、粒度为20~50目的钢丸、呋喃树脂和二甲苯磺酸固化剂；
按质量百分比计，所述钢丸的化学成分为：C 0.65%，Si 0.25%，Mn 0.8%，P 0.03%，S 0.03%和余量的铁；
所述铬矿砂和钢丸的质量比为5.4：1；所述铬矿砂和钢丸的总量与树脂和固化剂的质量比为1：1.2：0.5；
所述复杂结构用激冷砂芯的制备方法，具体为：将铬矿砂、钢丸、呋喃树脂和二甲苯磺酸固化剂混合，硬化后得到复杂结构用激冷砂芯。
实施例2
一种复杂结构用激冷砂芯，由以下原料组成：粒度为50~100目的铬矿砂、粒度为20~50目的钢丸、呋喃树脂和二甲苯磺酸固化剂；
按质量百分比计，所述钢丸的化学成分为：C 0.67%，Si 0.26%，Mn 0.7%，P 0.02%，S 0.03%和余量的铁；
所述铬矿砂和钢丸的质量比为5.2：1；所述铬矿砂和钢丸的总量与树脂和固化剂的质量比为1：1.1：0.6；
所述复杂结构用激冷砂芯的制备方法，具体为：将铬矿砂、钢丸、呋喃树脂和二甲苯磺酸固化剂混合，硬化后得到复杂结构用激冷砂芯。
实施例3
一种复杂结构用激冷砂芯，由以下原料组成：粒度为50~100目的铬矿砂、粒度为20~50目的钢丸、呋喃树脂和二甲苯磺酸固化剂；
按质量百分比计，所述钢丸的化学成分为：C 0.63%，Si 0.24%，Mn 0.7%，P 0.02%，S 0.02%和余量的铁；
所述铬矿砂和钢丸的质量比为5.6：1；所述铬矿砂和钢丸的总量与树脂和固化剂的质量比为1：1.3：0.6；
所述复杂结构用激冷砂芯的制备方法，具体为：将铬矿砂、钢丸、呋喃树脂和二甲苯磺酸固化剂混合，硬化后得到复杂结构用激冷砂芯。
对比例1
自制冷铁
图1为本发明实施例1制备的不同结构的激冷砂芯生产铸件时的实物图，图1中，11、12、13和14分别为不同结构的激冷砂芯。图2为对比例1提供的不同结构的自制冷铁生产铸件时的实物图，图2中，15和16分别为不同结构的自制冷铁。由图1可以看出，即使是针对不同结构的激冷砂芯，本发明制备的激冷砂芯都可以严丝合缝贴近铸件，由图2可以看出，冷铁与铸件之间有缝隙，不能完全贴合。通过图1和图2的对比，可以明显的看出，本发明提供的技术方案对于复杂结构的铸件也能够制备相应结构的激冷砂芯，同时砂芯的尺寸精度高，与铸件贴合度高。
应用例1和对比应用例1
分别采用实施例1提供的复杂结构用激冷砂芯和对比例1提供的自制冷铁制备中机体，所述中机体的结构示意图如图3所示，图3中，21为砂芯，22为中机体的油缸热节位置；
图4为芯盒模具的结构示意图，图4中，31为第一芯盒，32为第二芯盒；图5为砂芯结构示意图，图5中，33为第一砂芯，34为第二砂芯；
所述复杂结构用激冷砂芯和自制冷铁的厚度与铸件壁厚的比值独立地为1：1。
图6为应用例1制备得到的中机体的实物图，图6中，17为放置激冷砂芯后得到的中机体的表面结构；图7为应用例1制备得到的中机体的局部放大图，图7中，18为放置激冷砂芯后得到的中机体的表面结构。由图6和图7可以看出，使用本发明提供的复杂结构用激冷砂芯制备得到的铸件，位置外观良好，UT探伤显示无缺陷。
图8为对比应用例1制备得到的中机体的实物图，图8中，19为放置自制冷铁后得到的中机体的表面结构；图9为对比应用例1制备得到的中机体的局部放大图，图9中，110为放置自制冷铁后得到的中机体的表面结构。由图8和图9可以看出，使用冷铁制备得到的铸件，冷铁之间的缝隙产生多肉，外观差。通过图6~图9的对比可以看出，本发明提供的复杂结构用激冷砂芯的激冷效果好，适用于结构复杂且需要用冷铁改善热节缺陷的产品，同时也适用于无法放置冷铁且需要改善热节缺陷的部位。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种复杂结构用激冷砂芯，由以下原料组成：铬矿砂、钢丸、树脂和固化剂；
所述铬矿砂的粒度为50~100目，所述钢丸的粒度为20~50目；
所述铬矿砂和钢丸的质量比为（5~6）：1；
所述铬矿砂和钢丸的总量与树脂和固化剂的质量比为1：（1.1~1.3）：（0.4~0.6）。
2.根据权利要求1所述的复杂结构用激冷砂芯，其特征在于，按质量百分比计，所述钢丸的化学成分包括：C 0.45~0.85%，Si 0.15~0.35%，Mn 0.3~1.3%，P≤0.04%，S≤0.05%和余量的铁。
3.根据权利要求1所述的复杂结构用激冷砂芯，其特征在于，所述树脂为呋喃树脂。
4.根据权利要求1所述的复杂结构用激冷砂芯，其特征在于，所述固化剂为二甲苯磺酸固化剂。
5.根据权利要求1所述的复杂结构用激冷砂芯，其特征在于，所述复杂结构用激冷砂芯的厚度与铸件壁厚的比值为1：（0.9~1.1）。
6.权利要求1~5任意一项所述复杂结构用激冷砂芯的制备方法，包括：将铬矿砂、钢丸、树脂和固化剂混合，硬化后得到复杂结构用激冷砂芯。
7.权利要求1~5任意一项所述复杂结构用激冷砂芯或权利要求6所述制备方法制备得到的复杂结构用激冷砂芯在砂型铸造中的应用。
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-
2024
- 2024-05-31 CN CN202410693711.5A patent/CN118253698A/zh active Pending
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