CN210547844U - 强化砂型 - Google Patents

Abstract

一种强化砂型，包括砂型、内腔、强化层，砂型内部设置有至少一个内腔，内腔至少一端与外界连通，内腔表面覆盖强化层，或者强化层渗入内腔表面，内腔设置有强化层的砂型抗拉强度不低于4MPa。特别是适用于复杂内腔管道砂型或者强度不够的砂型。使得结构脆弱的砂型在施涂、运输或者组芯、浇注过程砂型不会断裂，减少返工次数，提高效率。

Description

强化砂型

技术领域

本实用新型涉及砂型领域，尤其涉及一种强化砂型。

背景技术

在一些像发动机机匣、壳体、壳盖等结构复杂砂型的生产过程中，其产品砂型中的一些细小异形管道结构的砂型数量多，直径小，弯曲度大，形状极不规整，生产难度极大，要是通过模具制作这类砂型，难度非常大，且模具的制作过程也极其困难，同时此类砂型大都需要做增加其强度的芯骨，而这种异形结构的芯骨制作难度更是可想而知。

随着3D打印技术的推广与应用，使得砂型的制作变得异常简单，该技术无需再制作模具，无需考虑传统工艺的起模和撤料问题，可实现各种复杂结构型芯的一次性高精度打印，增加了铸造工艺设计方法的灵活性，同时节约了模具制造成本，缩短了砂型的制作周期。

但是针对一些结构脆弱的砂型，在施涂、运输及组芯浇注过程中极易发生断裂，3D打印砂型不能满足其高强度和不能放置芯骨的问题随之暴露，特别是一些细小管道砂型，其结构弯曲度大，直径小，即使是采用3D打印技术进行制作，也很难达到其应有使用要求。

鉴于以上问题，实用新型一种3D打印砂型的强化方法很有必要。

发明内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种强化砂型，本实用新型公开的一个方面解决的一个技术问题是提高结构脆弱砂型的强度，使得砂型在施涂、运输或者组芯、浇注过程砂型不会断裂。通过结合3D打印砂型的优势和成形特点，此实用新型能有效提高3D打印型芯的强度和韧性，解决其强度要求高、施涂、运输及组芯浇注过程中易发生断裂断裂等问题，达到铸件的生产要求。

本实用新型解决其技术问题所采用的一个技术方案是：

一种强化砂型，包括砂型、内腔、强化层，砂型内部设置有至少一个内腔，内腔至少一端与外界连通，内腔表面覆盖强化层，或者强化层渗入内腔表面，内腔设置有强化层的砂型抗拉强度不低于4MPa。

尤其是大型砂型，内部结构复杂，有很多细长的管道或者薄的板状或者长条板状结构，因为结构本身就是比较容易断裂的，所以在施涂、运输或者组芯、浇注任意一个环节都有可能出现断裂的情况，如此一来废品率提高，返工次数提高，严重影响工作效率，所本方案就是将这些需要强化的脆弱结构，需要强化的砂型内部设置至少一个内腔，然后再内腔中设置强化层，使得该砂型的抗拉强度不低于4MPa，这样的抗拉强度完全可以保证在砂型施涂、运输或者组芯、浇注任意一个环节都不会断裂，从而提高效率。

优选的，所述内腔设置有强化层的砂型抗压强度不低于4MPa。

内腔在浇注的时候有可能会通入冷却液体或者一定压力的冷却气体，所以需要有一定的抗压能力，且设置强化层之后的内腔抗压强度达到了4MPa，足以应对上述情况。

优选的，所述砂型由硅砂、陶粒砂、铬矿砂、宝珠砂、锆砂中至少一种颗粒材料制成，且颗粒材料粒度为50-200目。

选择耐火程度高的颗粒材料，可以保护强化层，尤其是在浇注的时候保护强化层。颗粒度会影响材料之间的缝隙，从而影响强化层的渗入难易程度和渗入厚度。

优选的，所述内腔孔径不低于2毫米。

内腔截面可以是圆形或者四边形或者三角形等图形，但是孔径最小是2毫米，因为还需要清砂，过于小会造成清砂困难，所以有孔径最低要求。

优选的，所述内腔内表面距离砂型外表面的距离大于或者等于2毫米。

这就是内腔的壁厚最小是2毫米，因为太薄的话强化层渗入厚度会达不到要求，从而达不到想要的抗拉强度。

优选的，所述强化层呈液态时附着在主体上或者呈液态渗入主体表面，强化层固化后呈固态。

强化层需要是液态，从而能渗入主体，如果是固态的就不好实时，同时强化层要能附着或者渗入主体，才不与主体分离，从而成为一体。

优选的，所述强化层包括环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、酚醛-环氧树脂AB胶、酚醛树脂、脲醛树脂、聚脲树脂、聚氨酯胶、三聚氰-甲醛树脂、环氧树脂、有机硅树脂、呋喃树脂、不饱和聚酯、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-聚酰胺、环氧-聚酰胺、烯类聚合物、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、过氯乙烯、聚异丁烯、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇缩醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、酚醛-丁腈胶、酚醛-氯丁胶、酚醛-聚氨酯胶、环氧-丁腈胶、环氧-聚硫胶中的至少一种；优选的，所述强化剂包括环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、酚醛-环氧树脂AB 胶、聚脲树脂、环氧树脂、聚氨酯胶、酚醛树脂中的至少一种。

能作为强化剂的材料不限于上述这些，强化剂的主要要求就是能成为液态，且液态方便涂施在主体上，而且能附着在主体上或者渗入主体，然后通过加热方式固化或者添加固化剂的方式固化，总之固化之后表面硬度和抗拉伸硬度都能达到要求，这种材料都可以作为强化剂。上述是常见的粘粘剂，一方面有粘性，利于与主体粘粘，另一方面固化之后都有一定的表面硬度和抗拉伸硬度，是优选的材料。

优选的，所述内腔表面覆盖的强化层为1～6毫米，或者所述强化层渗入所述内腔表面1～6毫米。

强化剂如果是附着在主体上，则模型硬度和抗拉伸方面，一方面取决与附着的紧密程度，另一方面取决于强化剂自身的厚度，附着的越紧密，越厚，硬度和抗拉伸硬度更高。强化剂如果渗入主体，则模型硬度和抗拉伸方面，取决于强化剂的深入厚度，在渗入1毫米的时候，就可以达到要求，根据需要确定深度，深入越深，硬度和抗拉伸硬度越高，但是现实考虑到成本和再生难易程度，所以渗入控制在1～6毫米。

优选的，所述强化剂中双组份胶，即环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、酚醛-环氧树脂AB胶中的至少一种，其中成分A与成分B的体积比为3:1～1: 1，所述成分A为树脂，所述成分B为固化剂。

使用这种双组份胶的时候，需要控制好比例，从而能控制良好的黏性的同时控制固化时间，从而在固化剂没有固化前就能完成强化剂在主体上的附着或者渗入。

优选的，所述强化剂还包括纤维，向所述强化剂中添加纤维，所述纤维占所述强化剂1～10％体积百分比；优选的，所述纤维占所述强化剂3～8％体积百分比；或者所述强化剂还包括纳米二氧化硅。

为了提高模型的表面硬度、硬度、抗拉伸硬度、抗腐蚀等方面的性能，在强化剂中添加纤维，纤维可以选择化学纤维或者天然纤维，纤维在强化剂中能显著提高强化剂的抗拉伸硬度，同时因为纤维可以选择硬度和硬度更高的材料，所以能提高表面硬度和硬度，另一方面，有些纤维有一定的抗腐蚀能力，从而能提高抗腐蚀能力。

一种强化砂型的使用方法，向上述的强化砂型中金属液的浇注，在浇注及冷却过程中向所述内腔中通入冷却空气或者冷却液体。

在有些金属液温度过高的情况下，是需要对强化砂型进行冷却，这样一方面可以保护强化层，另一方面可以加速该部分的金属液冷却，提高铸件致密度。而且因为通入了冷却液体或者气体使得该部分的砂型温度也较低，这样颗粒就不容易和浇注液粘粘，使得铸件该部分清理更容易。

在浇注合金等情况下，因为温度较低，所以可以快速冷却，就不需要通入冷却液体或者气体。

一种强化砂型的制作方法，在需要强化的砂型内侧设置至少一个内腔，内腔至少一端与外界连通，向内腔中注入足够多的强化剂，让强化剂在内腔中保留一段时间，然后取出多余的强化剂，待强化剂固化后，强化剂在内腔内壁形成强化层。

砂型内腔一侧是不和浇注液接触的，而砂型外表面是要和浇注液接触的，所以砂型外表面是不要加强化层的，所以是不能浸涂，也不可能刷涂，剩一个灌强化剂的开口，剩下的开口都用胶带封堵上，停留一段时间让强化剂渗入或者附着，然后清理到多余的强化剂，有必要的话，可以吹入一定压力的气体，清理效果更好。

由上述技术方案可知，本实用新型公开的一个方面带来的一个有益效果是，通过在脆弱砂型中设置内腔，然后在内腔表面设置强化层的方式，使砂型的抗拉强度不低于4MPa，完全满足砂型生产过程和铸造过程的要求，使砂型在施涂、运输或者组芯、浇注过程砂型不会断裂。经处理后的砂型即可以用于黑色金属的铸造，也可用于有色金属的铸造。

附图说明

附图1是根据本实用新型公开的第一种实施例的强化砂型的结构示意图。

附图2是根据本实用新型公开的第二种实施例的强化砂型的结构示意图。

附图3是根据本实用新型公开的第三种实施例的强化砂型的结构示意图。

图中：砂型10、内腔20、强化层30。

具体实施方式

结合本实用新型的附图，对实用新型实施例的一个技术方案做进一步的详细阐述。

砂型10即可以用于黑色金属的铸造，也可用于有色金属的铸造。而过去无法做到的砂型10因为现在的打印技术发展而能打印出来了，各种复杂结构型芯的一次性高精度打印，增加了铸造工艺设计方法的灵活性，同时节约了模具制造成本，缩短了砂型10的制作周期。但是有些砂型10中的一些细小异形管道结构的砂型10数量多，直径小，弯曲度大，形状极不规整，生产难度极大，还有一些砂型10是需要组装成型，而细小异型管或者薄的片状结构会连通一些安装件一起，安装件会比较重，所以这些脆弱的砂型10经常在组装好之前不小心就断裂了，还有一些会在浇注的时候因为浇注液的密度小，而导致断裂，所以要提高局部砂型10的抗拉强度，从而减少返工次数，提高工作效率。

参照附图1-3所示，一种强化砂型，包括砂型10、内腔20、强化层30。砂型10由硅砂、陶粒砂、铬矿砂、宝珠砂、锆砂中至少一种颗粒材料压制或者打印成型，耐火度高且颗粒材料粒度为50-200目。需要强化的砂型10内部设置内腔20，管状的砂型10一般设置一个内腔20，板状的砂型10一般会并排设置多个内腔20，内腔20孔径不低于2毫米。内腔20内表面距离砂型10外表面的距离大于或者等于2毫米。内腔20至少一端与外界连通，内腔20表面覆盖强化层30，或者强化层30渗入内腔20表面，强化层30呈液态时附着在主体上1～6 毫米或者呈液态渗入主体表面1～6毫米，强化层30固化后呈固态。内腔20设置有强化层30的砂型10抗拉强度不低于4MPa。内腔20设置有强化层30的砂型10抗压强度不低于4MPa。

强化层30包括环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、酚醛-环氧树脂AB 胶、酚醛树脂、脲醛树脂、聚脲树脂、聚氨酯胶、三聚氰-甲醛树脂、环氧树脂、有机硅树脂、呋喃树脂、不饱和聚酯、丙烯酸树脂、聚酰亚胺、聚苯并咪唑、酚醛-聚乙烯醇缩醛、酚醛-聚酰胺、环氧-聚酰胺、烯类聚合物、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯醇、过氯乙烯、聚异丁烯、聚酯、聚醚、聚酰胺、聚丙烯酸酯、a-氰基丙烯酸酯、聚乙烯醇缩醛、乙烯-乙酸乙烯酯共聚物、酚醛-丁腈胶、酚醛-氯丁胶、酚醛-聚氨酯胶、环氧-丁腈胶、环氧-聚硫胶中的至少一种；优选的，所述强化剂包括环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、酚醛-环氧树脂AB胶、聚脲树脂、环氧树脂、聚氨酯胶、酚醛树脂中的至少一种。

强化剂中双组份胶，即环氧树脂AB胶、环氧-聚酰胺AB胶、酚醛-环氧树脂AB胶中的至少一种，其中成分A与成分B的体积比为3:1～1:1，所述成分 A为树脂，所述成分B为固化剂。

向所述强化剂中添加纤维，所述纤维占所述强化剂1～10％体积百分比；优选的，所述纤维占所述强化剂3～8％体积百分比；或者所述强化剂还包括纳米二氧化硅。

具体实施过程如下：

首先根据铸件结构，将需要强化的砂型10部分单独拆分开，通过组装件与整体组装在一起，在需要强化砂型中设计合适数量的内腔20，内腔20至少一端与外界连通，根据设计打印出砂型10，经过清砂清理掉内腔20中的散沙，然后一个内腔20留一个开口，剩余开口用胶带堵封，通过注射器向内腔20中注入足够多的的强化剂，等待一段时间，让强化剂渗入砂型10中，然后打开相对开口另一端的开口，将内腔20中剩余的强化剂推出，反复多次，甚至通入气体，以将内腔20中多余的强化剂推出，使得强化剂渗入砂型101毫米以上，然后通过自然固化或者加热固化或者微波固化的方式使得强化剂固化，从而达到抗拉强度和抗压强度方面的要求。

在有些情况下，例如砂型10过细，同时不需要通入冷却气体的时候，可以保留内腔20中的强化剂，以提高砂型10抗拉强度。

得到的砂型10进行浇注的时候，根据需要向内腔20中通入冷却液体或者冷却气体，以降低内腔20温度的同时，可以使得铸件尽快冷却，从而提高铸件布局密度。

本方案通过对砂型10内部用胶黏剂进行强化处理，使得砂型10的抗拉强度和抗压强度等性能可以达到生产的需求，使得砂芯可以适用于实际生产，保证铸型和铸件的质量，提高工作效率。

Claims (7)

1.一种强化砂型，其特征在于：包括砂型、内腔、强化层，砂型内部设置有至少一个内腔，内腔至少一端与外界连通，内腔表面覆盖强化层，或者强化层渗入内腔表面，内腔设置有强化层的砂型抗拉强度不低于4MPa。

2.根据权利要求1所述的强化砂型，其特征在于：所述内腔设置有强化层的砂型抗压强度不低于4MPa。

3.根据权利要求1所述的强化砂型，其特征在于：所述砂型的颗粒粒度为50-200目。

4.根据权利要求1所述的强化砂型，其特征在于：所述内腔孔径不低于2毫米。

5.根据权利要求4所述的强化砂型，其特征在于：所述内腔内表面距离砂型外表面的距离大于或者等于2毫米。

6.根据权利要求1所述的强化砂型，其特征在于：所述强化层呈液态时附着在主体上或者呈液态渗入主体表面，强化层固化后呈固态。

7.根据权利要求6所述的强化砂型，其特征在于：所述内腔表面覆盖的强化层为1～6毫米，或者所述强化层渗入所述内腔表面1～6毫米。

Images