一种基于近封闭内腔的水溶性型芯及其制备方法 |
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| 申请号 | CN201611099854.5 | 申请日 | 2016-12-02 | 公开(公告)号 | CN106424583A | 公开(公告)日 | 2017-02-22 |
| 申请人 | 江麓机电集团有限公司; | 发明人 | 张泽春; 罗辉; 张晏; 宋海峰; 罗光; | ||||
| 摘要 | 一种基于近封闭内腔的 水 溶性型芯及其制备方法，采用溶解性、湿态强度和抗吸湿性均较高的盐、耐火 骨料 、粘结剂和 增塑剂 组成混合料，用高 质量 分数盐提高型芯的溶解性，以 硅 溶胶作粘结剂吹CO2硬化，使其形成取芯较高的初始强度，加入聚乙二醇改善型芯的抗吸湿性，再经 芯盒 准备，原材料预处理，混制混合料，捣实成形 制芯 等型芯制作工艺的技术方案；解决并攻克了大型金属构件的近封闭的型芯内腔中呈湿态的耐火骨料难以全部清出腔外与近封闭内腔砂型 铸造 难成型的传统难题；实现了大型金属构件，特别是大型 铝 合金 金属构件近封闭内腔型芯的快速成形；它广泛适用于形成熔模铸件的复杂内腔；特别适用于大型 铝合金 构件的近封闭内腔的型芯及其制造。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于近封闭内腔的水溶性型芯，其特征在于，由原材料水溶性盐、耐火骨料、粘结剂和增塑剂组成混合料，再经芯盒准备、原材料预处理、混制混合料、捣实成形制芯工步制作；所述混合料的质量百分比为：食用盐60％～80％、铝矾土2％～32％、硅溶胶5％～ |
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| 说明书全文 | 一种基于近封闭内腔的水溶性型芯及其制备方法技术领域背景技术[0002] 现有大型铝合金构件中，因存在一些近封闭的内腔，致使产品它们或通过相邻的另一个内腔而间接地与构件外壁/内壁相通，且与相邻内腔的连通部分也不大；它们或是异性，在空间呈弯曲形状且断面上变化很大。若用普通砂型芯成型这种近封闭的内腔，是无法将芯砂清理出来的，要形成这种近封闭的内腔，唯一的方法是使用水溶性型芯；这种水溶性型芯混合料及其制芯方法用于形成熔模铸件的复杂小型内腔已得到广泛应用，但却不适用于成型大型铝合金构件的近封闭内腔；其一，这种混合料中水溶性盐的质量分数较小(在10％以下)，砂芯在水中只会溃散而不能完全溶解，用水清理砂芯时混合料不会随水流排出腔外，要将体积庞大的铸件中呈湿态的耐火骨料全部清出腔外，难度依然很大；其二，它仅以水溶性盐作粘结剂，制取的型芯强度不高，特别是型芯湿态强度很低，对制取大而复杂的型芯存在取芯损坏、型芯开裂问题，成功率非常低；其三，这种混合料具有较强的吸湿性，不适合砂型铸造工况。总之，现有技术存在的缺陷：a)型芯溶解性较差；b)型芯强度较低，取芯易损坏，成功率低；c)型芯吸湿性较强，型芯用于生产时需要进行表面强化处理，表面强化处理工艺复杂，周期长，能耗高。 发明内容[0003] 针对上述情况，本发明的目的在于提供一种基于近封闭内腔的水溶性型芯，它采用溶解性、湿态强度和抗吸湿性均较高的原材料组成混合料，使产品既具有较高的合格率，又能使产品的刚性和强度得到显著提升；它原材料易取、生产成本低，应用范围广，易工业化生产，便于普及推广，商业前景广阔。 [0004] 本发明的又一目的在于提供一种基于近封闭内腔的水溶性型芯的制备方法，选用水溶性盐、耐火骨料、粘结剂和增塑剂等原材料组成混合料，再经芯盒准备、原材料预处理、混制混合料、捣实成形制芯工步制作；既工艺简单又成本低，还能有效解决大型铝合金构件近封闭内腔的成形难题。 [0005] 为了实现上述目的，一种基于近封闭内腔的水溶性型芯，由原材料水溶性盐、耐火骨料、粘结剂和增塑剂组成混合料，再经芯盒准备、原材料预处理、混制混合料、捣实成形制芯工步制作；所述混合料的质量百分比为：食用盐60％～80％、铝矾土2％～32％、硅溶胶5％～10％和聚乙二醇水溶液3％～8％。 [0006] 为了实现结构、效果优化，其进一步的措施是： [0007] 所述混合料的质量百分比为：食用盐80％、铝矾土2％、硅溶胶5.0％和聚乙二醇水溶液3.0％。 [0008] 所述混合料的质量百分比为：食用盐70％、铝矾土17％、硅溶胶7.5％和聚乙二醇水溶液5.5％。 [0009] 所述原材料聚乙二醇水溶液是选用浓度为50％的聚乙二醇水溶液。 [0010] 所述捣实成形制芯工步包括：湿态型芯成型、型芯烘烤、型芯涂料三个步骤。 [0011] 为了实现上述又一目的，一种基于近封闭内腔的水溶性型芯的制备方法，型芯制作的操作流程： [0012] ㈠、芯盒准备 [0013] a)芯盒采用铝合金材料制造，对充填性较差部位进行工艺处理； [0014] b)芯盒工作表面要刷一层脱模剂； [0015] c)当环境温度低于15℃时，制芯前要对模具进行预热，预热温度60～80℃，预热时间15～20min； [0016] ㈡、原材料预处理 [0017] a)食用盐焙烧： [0018] 为了改善混合料的热膨胀性,避免型芯受热时开裂: [0019] ①预先将食用盐焙烧，焙烧温度600℃～700℃，保温时间3h～4h，冷却到室温后待用； [0020] b)食用盐粒度配级 [0021] 为了提高混合料的充填性，并减小型芯中盐粒空隙，需进行食用盐粒度配级； [0022] ①配取一定数量未经处理的食用盐待用，食用盐粒度为20～100目； [0023] ②配取一定数量经焙烧处理的食用盐，于粉碎机内辗成粉状，粒度为70～140目； [0024] ③将未经处理的食用盐与已焙烧辗压的食用盐进行比例混合； [0025] c)配制聚乙二醇水溶液 [0026] ①水与聚乙二醇的配制比例为1∶1，于1㎏水中加入1㎏聚乙二醇，待完全溶解后用于混制混合料； [0027] ㈢、混制混合料 [0028] a)按配比称量好各种原材料； [0029] b)先将食用盐和铝矾土加入轮碾机内碾压，碾压时间为4min～6min； [0030] c)再加入硅溶胶和聚乙二醇水溶液碾压5min～8min； [0031] d)混制好的混合料保存于干燥密封的料桶内，待用； [0032] ㈣、捣实成形制芯 [0033] a)湿态型芯成型； [0034] ①先手工松砂处理混合料； [0035] ②处理后的混合料再加入芯盒内； [0036] ③边加料边捣实； [0037] ④捣实后吹CO2硬化，湿态型芯制作成型； [0038] b)型芯烘烤 [0039] ①芯盒连同湿态型芯一同放入烘箱内加热； [0040] ②加热温度为80～90℃，加热时间为25～35min； [0041] ③最佳加热效果：优选最佳加热温度，加热时间； [0042] ④待芯盒冷却到室温时即可进行取芯； [0043] ⑤取出的型芯再次放入烘箱内烘烤； [0044] ⑥烘烤温度为60～160℃，烘烤时间为5～7h； [0045] ⑦最佳烘烤效果：优选最佳烘烤温度，烘烤时间； [0046] c)型芯涂料 [0047] ①修整型芯，刷涂涂料数层； [0048] ②修整型芯，优选刷涂涂料涂层； [0049] ③刷涂涂料后的型芯放入烘箱内烘烤，并于烘干板上设置吸湿类介质； [0050] ④烘烤温度为110～120℃，烘烤时间为5～7h； [0051] ⑤最佳烘烤效果：优选最佳烘烤温度，烘烤时间； [0052] ⑥上述制作成品/型芯，保存于恒温箱内，温度40～45℃； [0053] ⑦下芯使用时，从恒温箱内取出。 [0054] 为了实现结构、效果优化，其进一步的措施是： [0055] 一种基于近封闭内腔的水溶性型芯的制备方法，操作流程㈠的芯盒准备中的a)步骤：对充填性较差部位的工艺处理：设置填料工艺孔。 [0056] 一种基于近封闭内腔的水溶性型芯的制备方法，操作流程㈡的原材料预处理中的b)步骤：未经处理的食用盐与已焙烧辗压的食用盐的混合比例为2∶1。 [0057] 一种基于近封闭内腔的水溶性型芯的制备方法，操作流程㈣的捣实成形制芯中的c)步骤：修整型芯，优选刷涂涂料涂层3层～4层。 [0058] 一种基于近封闭内腔的水溶性型芯的制备方法，操作流程㈣的捣实成形制芯中的c)步骤：烘箱的烘干板上设置的吸湿类介质为吸湿纸。 [0059] 一种基于近封闭内腔的水溶性型芯及其制备方法，采用溶解性、湿态强度和抗吸湿性均较高的盐、耐火骨料、粘结剂和增塑剂组成混合料，用高质量分数盐提高型芯的溶解性，以硅溶胶作粘结剂吹CO2硬化，使其形成取芯较高的初始强度，加入聚乙二醇改善型芯的抗吸湿性，再经芯盒准备，原材料预处理，混制混合料，捣实成形制芯等型芯制作工艺的技术方案；解决并攻克了大型金属构件的近封闭的型芯内腔中呈湿态的耐火骨料难以全部清出腔外与近封闭内腔砂型铸造难成型的传统难题；实现了大型金属构件，特别是大型铝合金金属构件近封闭内腔型芯的快速成形，且经其型芯铸造的产品质量优，成本低，合格率高、生产周期短，易于普及推广。 [0060] 本发明的有益效果： [0061] (1)本发明一种基于近封闭内腔的水溶性型芯及其制备方法，采用高质量分数的水溶性食用盐为主料，制作的型芯强度和型芯湿态强度均很高，特别是制作的大而复杂的型芯质量得到了显著提高，型芯不开裂，取芯不损坏，成功率高；实现了大型金属构件，特别是大型铝合金金属构件近封闭内腔型芯的快速成形与制备。 [0062] (2)本发明一种基于近封闭内腔的水溶性型芯及其制备方法，采用以硅溶胶作粘结剂吹CO2硬化，便于快速形成较高初始强度的型芯和方便取芯，使脱芯变得简便、快捷。 [0063] (3)本发明一种基于近封闭内腔的水溶性型芯及其制备方法，采用包括于组分中配置硅溶胶和50％聚乙二醇水溶液，使型芯湿态强度高、抗吸湿性好，适合砂型铸造；实现了近封闭内腔砂型高速铸造。 [0064] (4)本发明一种基于近封闭内腔的水溶性型芯及其制备方法，采用不具吸湿性的混合料，攻克了近封闭内腔砂型铸造难成型的传统难题。 [0065] (5)本发明一种基于近封闭内腔的水溶性型芯及其制备方法，采用捣实成形三工步制芯工艺的制作、操作流程，提高了混合料的溶解性、湿态强度和抗吸湿性。 [0066] (6)本发明一种基于近封闭内腔的水溶性型芯及其制备方法，采用于组分中含有高质量分数的食用盐，型芯溶解性好，适用于成型大型铝合金构件的近封闭内腔；它工艺简单，操作简便，型芯合格率高；它原材料易取，生产成本低，生产周期短，应用范围广，易工业化生产，便于普及推广，商业前景广阔。 [0067] 本发明一种基于近封闭内腔的水溶性型芯及其制备方法，它广泛适用于形成熔模铸件的复杂内腔；特别适用于大型金属构件，如，成型大型铝合金构件的近封闭内腔的型芯及其制造。 附图说明[0069] 图1为本发明的工艺流程图。 具体实施方式[0070] 由附图所示，本发明的综合技术措施与结构原理：一种基于近封闭内腔的水溶性型芯，所用原材料由水溶性盐、耐火骨料、粘结剂以及增塑剂组成，所用原材料的质量百分比为食用盐60％～80％、铝矾土2％～32％、硅溶胶5％～10％和聚乙二醇水溶液3％～8％，将原材料制成混合料，再经①芯盒准备，②原材料预处理，③混制混合料，④捣实成形制芯等具体操作流程，实现大型铝合金构件近封闭内腔型芯的快速成形与制备；本发明的主要结构原理是改变传统所用原材料的配置比例，将水溶性盐由较低配置提高到较高配置，达到提高混合料的溶解性、湿态强度和抗吸湿性；使大型金属铸件中呈湿态的近封闭内腔耐火骨料能全部快速清出腔外；创新了一种基于近封闭内腔的水溶性型芯及制备该水溶性型芯的方法。 [0071] 结合附图，一种基于近封闭内腔的水溶性型芯的制备方法，①芯盒准备，②原材料预处理，③混制混合料，④捣实成形制芯等型芯制作的操作流程： [0072] ㈠、芯盒准备 [0073] a)芯盒采用铝合金材料制造，对充填性较差部位进行工艺处理，并设置填料工艺孔； [0074] b)芯盒工作表面要刷一层脱模剂； [0075] c)当环境温度低于15℃时，制芯前要对模具进行预热，预热温度60～80℃，预热时间15～20min； [0076] d)最佳预热效果；优选预热温度80℃，预热时间20min； [0077] ㈡、原材料预处理 [0078] a)食用盐焙烧： [0079] 为了改善混合料的热膨胀性,避免型芯受热时开裂: [0080] ①预先将食用盐焙烧，焙烧温度600℃～700℃，保温时间3h～4h，冷却到室温后待用； [0081] b)食用盐粒度配级 [0082] 为了提高混合料的充填性，并减小型芯中盐粒空隙，需进行食用盐粒度配级； [0083] ①配取一定数量未经处理的食用盐待用，食用盐粒度为20～100目； [0084] ②配取一定数量经焙烧处理的食用盐，于粉碎机内辗成粉状，粒度为70～140目； [0085] ③将未经处理的食用盐与已焙烧辗压的食用盐进行比例混合； [0086] c)配制聚乙二醇水溶液 [0087] ①水与聚乙二醇的配制比例为1∶1，于1㎏水中加入1㎏聚乙二醇，待完全溶解后用于混制混合料； [0088] ㈢、混制混合料 [0089] a)按配比称量好各种原材料； [0090] b)先将食用盐和铝矾土加入轮碾机内碾压，碾压时间为4min～6min； [0091] c)再加入硅溶胶和聚乙二醇水溶液碾压5min～8min； [0092] d)混制好的混合料保存于干燥密封的料桶内，待用； [0093] ㈣、捣实成形制芯 [0094] a)湿态型芯成型； [0095] ①先手工松砂处理混合料； [0096] ②处理后的混合料再加入芯盒内； [0097] ③边加料边捣实； [0098] ④捣实后吹CO2硬化，湿态型芯制作成型； [0099] b)型芯烘烤 [0100] ①芯盒连同湿态型芯一同放入烘箱内加热； [0101] ②加热温度为80～90℃，加热时间为25～35min； [0102] ③最佳加热效果：优选最佳加热温度80℃，加热时间30min； [0103] ④待芯盒冷却到室温时即可进行取芯； [0104] ⑤取出的型芯再次放入烘箱内烘烤； [0105] ⑥烘烤温度为60～160℃，烘烤时间为5～7h； [0106] ⑦最佳烘烤效果：优选最佳烘烤温度为110℃，烘烤时间为5h； [0107] c)型芯涂料 [0108] ①修整型芯，刷涂涂料数层； [0109] ②修整型芯，优选刷涂涂料涂层3层～4层； [0110] ③刷涂涂料后的型芯放入烘箱内烘烤，并于烘箱的烘干板上设置吸湿纸类吸湿介质； [0111] ④烘烤温度为110～120℃，烘烤时间为5～7h； [0112] ⑤最佳烘烤效果：优选最佳烘烤温度110℃，烘烤时间5h； [0113] ⑥上述制作成品/型芯，保存于恒温箱内，温度40～45℃； [0114] ⑦下芯使用时，从恒温箱内取出。 [0115] 结合图/表，对实现本发明的技术措施与特征，达成目的与功效，作进一步的详细描述。 [0116] 混合料配比实施例 [0117] 采用正交实验研发混合料配比，混合料由铝矾土、食用盐、硅溶胶、50％聚乙二醇水溶液组成。 [0118] 三个因素：食用盐、硅溶胶、50％聚乙二醇水溶液。 [0119] 每个因素取三个水平 [0120] 食用盐(A因素)：80％、70％、60％； [0121] 硅溶胶(B因素)：5.0％、7.5％、10.0％； [0122] 50％聚乙二醇水溶液(C因素)：3.0％、5.5％、8.0％； [0123] 铝矾土质量百分数＝100％－食用盐质量百分数－硅溶胶质量百分数－聚乙二醇水溶液百分数。 [0124] 实验条件见表1。 [0125] 表1因素水平表 [0126] [0127] 实验指标为试样溶解时间和试样抗拉强度，实验结果见表2。 [0128] 表2正交表L9(34) [0129] [0130] [0131] [0132] 从表2可以看出，A1B1C1为试样溶解时间指标的优化水平组合；A2B2C2为试样抗拉强度指标的优化水平组合。 [0133] 对于A因素，可取A1或A2，取A2时，试样溶解时间比取A1增加了14.6％，而试样抗拉强度增加了39.2％，故A因素取A2。同理可分析B因素取B2，C因素取C2，优组合为A2B2C2。 [0134] 即最佳配比为：食用盐70％、硅溶胶7.5％、50％聚乙二醇水溶液5.5％、铝矾土17％。 [0135] 湿态型芯加热实施例 [0136] 通过交互实验找出最佳加热温度和最佳加热保温时间，工艺要求型芯加热后抗拉强度≥7.0MPa。 [0137] 表3湿态“8”字形抗拉试样加热温度与抗拉强度的关系 [0138] [0139] 表4湿态“8”字形抗拉试样加热保温时间与抗拉强度的关系 [0140] [0141] 由上述实验得，湿态型芯加热温度80℃、保温时间30min为最佳工艺。 [0142] 型芯烘烤实施例 [0143] 通过交互实验找出最佳加热温度和最佳加热时间，工艺要求型芯烘烤后抗拉强度≥7.8MPa。 [0144] 表5“8”字形抗拉试样涂料前烘烤温度与抗拉强度的关系 [0145] [0146] 表6“8”字形抗拉试样涂料前烘烤保温时间与抗拉强度的关系 [0147] [0148] 由上述实验得，型芯涂料前烘烤温度110℃、保温时间5h为最佳工艺。 [0149] 型芯涂料实施例 [0150] 通过交互实验找出型芯涂料后最佳烘烤温度和最佳保温时间，工艺要求型芯涂料并烘烤后水分含量≤0.2％。 [0151] 表7“8”字形抗拉试样涂料后加热温度与水分的关系 [0152] [0153] 表8“8”字形抗拉试样湿态坯体加热保温时间与水分的关系 [0154] [0155] 由上述实验得，型芯涂料后烘烤温度110℃、保温时间5h为最佳工艺。 [0156] 箱体生产应用实施例 [0158] 1件箱体用水溶性型芯混合料30㎏，型芯制备过程如下： [0159] 一、原材料准备 [0160] 1.食用盐 [0161] a)称量21㎏食用盐； [0162] b)将21㎏食用盐置入烘箱内加热，加热温度650℃，保温3.5h，并冷却到室温； [0163] c)称量7㎏食用盐，置入粉碎机内碾压，碾压时间1h后，食用盐粒度变为70目～140目； [0164] d)将碾压后的食用盐和未碾压的食用盐混合均匀。 [0165] 2.铝矾土 [0166] 称量5.1㎏铝矾土。 [0167] 3.硅溶胶 [0168] 称量2.25㎏硅溶胶。 [0169] 4.聚乙二醇 [0170] 称量0.825㎏聚乙二醇，加入到0.825㎏水中，待聚乙二醇完全溶解。 [0171] 二、混制混合料 [0172] 1.先将食用盐和铝矾土加入轮碾机内碾压，碾压时间4min～6min； [0173] 2.再加入硅溶胶和聚乙二醇水溶液碾压，碾压时间5min～8min； [0174] 3.混制好的混合料保存于干燥密封的料桶内待用。 [0175] 三、制芯 [0176] 1.当环境温度低于15℃时，制芯前要对模具进行预热，预热温度80℃，预热时间20min； [0177] 2.操作者用手对混合料作松砂处理后，将混合料加到芯盒内，边加料边捣实，捣实后吹CO2硬化，制成湿态型芯； [0178] 3.将芯盒连同湿态型芯放入烘箱内加热，加热温度为80℃，加热时间为30min； [0179] 4.待芯盒冷却到室温时即可进行取芯； [0180] 5.将取出的型芯放入烘箱内烘烤，烘烤温度为110℃，烘烤时间为5h； [0181] 6.修整型芯，并刷涂3层～4层涂料； [0182] 7.刷涂涂料后的型芯放入烘箱内烘烤，烘干板上放上吸湿纸，烘烤温度为110℃，烘烤时间为5h； [0183] 8.型芯保存于恒温箱内，温度为40℃～45℃，待用； [0184] 9.下芯时从恒温箱内取出型芯即可使用。 [0185] 四、水溶性型芯性能检测结果 [0186] 1.“8”字形试样在水中完全溶解的时间为298s； [0187] 2.“8”字形试样加热后抗拉强度为7.1MPa； [0188] 3.“8”字形试样烘烤后抗拉强度为7.8MPa； [0189] 4.“8”字形试样涂料并烘烤后水分含量为0.19％。 [0190] 经监测、检验：采用上述技术措施生产的箱体，其水溶性型芯完全溶解的时间在规定标准内，所成型的内腔表面平整光洁，内腔中无残留物。 [0191] 上述实施方式中的原材料要求： [0192] 食用盐：为精制盐二级及以上，原粒度为20目～100目； [0193] 铝矾土粉：牌号为RLF－85－33，细度为30μm～35μm； [0194] 硅溶胶：牌号为GRJ－26，SiO2含量为26.8％，密度为1.16g/cm3； [0195] 聚乙二醇：为PEG－400。 [0196] 综上，本发明具有突出的实质性特点和显著进步： [0197] a)脱芯简单。20℃时100ml水能溶解36g食用盐，食用盐从现有技术的7.5％～9.5％提高到70％后，型芯溶解性提高10倍以上，所制造的型芯在水力清砂时能完全溶解，1件箱体水溶性型芯清理工时缩短12h。 [0198] b)提高型芯取芯强度。以硅溶胶作粘结剂吹CO2硬化，型芯湿态强度由0.5MPa提高到6MPa以上，方便取芯，成功率达到95％以上。 [0199] c)提高型芯抗吸湿性。在组分中加入聚乙二醇，改善了水溶性型芯的抗吸湿性，生产中不会出现因水溶性型芯导致的气孔缺陷。 [0200] d)生产周期短。1件箱体水溶性型芯制芯周期为14h，现有技术的型芯用于生产时需要进行表面强化处理，表面强化处理工艺复杂，1件箱体水溶性型芯制芯周期至少为40h。 [0201] e)节能降耗。制取的水溶性型芯不需要进行表面强化处理，因此能耗低，能耗为现有技术的三分之一。 [0202] f)环境无污染。所用原材料均为无毒物质，无环境污染，水力清砂所产生的废水可循环使用。 [0203] g)节约原材料。无混合料浪费，混好的混合料存放在密封的料桶内，能存放期7天以上。 |
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