本發(fā)明涉及金屬材料成形技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種金屬型鑄造用復(fù)合砂芯及其制備方法。

背景技術(shù)：

金屬型鑄造又稱硬模鑄造，它是將液體金屬澆入金屬鑄型，以獲得鑄件的一種鑄造方法，包括重力鑄造、低壓鑄造、差壓鑄造、反重力鑄造等。金屬型鑄造的鑄型用金屬制成，對鑄件的冷卻能力強，鑄件組織致密、機械性能高。金屬型鑄造的鑄件內(nèi)腔既可用金屬芯形成也可用砂芯形成。對于形狀復(fù)雜、難于抽芯形成的內(nèi)腔，通常需使用砂芯形成，同時砂芯退讓性比金屬芯好，有利于減小鑄件的熱裂、冷裂傾向。現(xiàn)行的砂芯主流工藝技術(shù)包括無機粘結(jié)劑砂芯和有機粘結(jié)劑砂芯。無機粘結(jié)劑通常較為環(huán)保，但退讓性、潰散性較差，較少使用。有機粘結(jié)劑砂芯綜合性能較好，但制芯、澆注等環(huán)節(jié)通常會產(chǎn)生大量有毒有害煙、氣，而且難于治理，不但惡化作業(yè)環(huán)境，影響作業(yè)人員健康，而且污染周邊空氣，引發(fā)民眾不滿。新一代的冷凍型芯以水(冰)為粘結(jié)劑，綠色環(huán)保、資源消耗少、退讓性及潰散性優(yōu)異，受到鑄造行業(yè)的高度關(guān)注和青睞。只是對于金屬型鑄造，生產(chǎn)過程中金屬型一直處于較高溫度(一般≥150℃)，如果直接使用普通的冷凍砂芯，芯頭及其鄰近部位很容易被高溫芯座加熱而使強度降低，引發(fā)砂芯變形、錯位、垮塌等問題，惡化鑄件質(zhì)量，甚至難于獲得合格鑄件。由此，保證冷凍砂芯芯頭及其鄰近部位在砂芯安置、合型、澆注等過程中保持冷凍狀態(tài)，保持足夠高的強度，是冷凍砂芯技術(shù)應(yīng)用于金屬型鑄造的關(guān)鍵之一。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的目的在于提供一種冷凍砂芯本體與耐熱芯頭復(fù)合的金屬型鑄造用砂芯及其制備方法，以解決普通冷凍砂芯的芯頭難于承受金屬型高溫的問題。

為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種金屬型鑄造用復(fù)合砂芯及其制備方法，所述復(fù)合砂芯包括耐熱芯頭和砂芯本體，其特征在于：包括以下制備步驟：

A.采用陶瓷材料或耐熱砂塊，制備耐熱芯頭。

B.以原砂、水、添加劑為原料，計量后混合均勻，得到砂芯本體用型砂。

C.將耐熱芯頭放入芯盒中相應(yīng)位置，然后將砂芯本體用型砂填入芯盒，經(jīng)緊實及冷凍，即得所述復(fù)合砂芯。

進一步地，A步驟中，所述耐熱砂塊由水玻璃砂、粘土砂、水泥沙、磷酸鹽砂、樹脂砂成型并固化而成。

進一步地，A步驟中，所述耐熱芯頭需根據(jù)鑄造工藝圖及與砂芯本體配合部位尺寸要求制備，耐熱芯頭與砂芯本體配合部位的尺寸為：橫向當(dāng)量直徑最小值為2mm，當(dāng)量直徑最大值為在該方向砂芯本體外形尺寸的99％～1％；縱向長度最小值為2mm，縱向長度最大值為在該方向砂芯本體最大尺寸的99％～1％。

進一步地，B步驟中，所述原砂為硅砂、石英砂、鋯砂、鎂砂、剛玉砂、鋁硅系耐火材料砂、鉻鐵礦砂、橄欖石砂、石灰石砂、石墨砂、人造寶珠砂中的一種或上述各類別砂的混合物。

進一步地，B步驟中，所述添加劑為硅酸鹽粘結(jié)劑、磷酸鹽粘結(jié)劑和樹脂中的一種或上述各類別粘結(jié)劑的混合物。

進一步地，B步驟中，各原料的配比為：原砂100％，水占原砂的1％～15％，添加劑占原砂的0～15％。

進一步地，C步驟中，所述冷凍的溫度為：-0.1℃～-200℃，冷凍的方式為冷氣灌流砂芯冷凍，或者浸入液氮冷凍，或者在冷的芯盒中冷凍，或者在冷室中冷凍，冷凍時間以砂芯各部位均達到預(yù)定溫度為準(zhǔn)。

進一步地，所述制備方法制得的復(fù)合砂芯用于金屬型重力鑄造、低壓鑄造。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明提出的冷凍砂芯本體與耐熱芯頭復(fù)合的金屬型鑄造用砂芯及其制備方法，能有效解決普通冷凍砂芯的芯頭難于承受金屬型高溫的問題，使技術(shù)、經(jīng)濟、資源、環(huán)境性能優(yōu)異的冷凍砂芯能應(yīng)用于金屬型重力鑄造、低壓鑄造等鑄造生產(chǎn)，有益效果包括：

①相對于現(xiàn)有的有機粘結(jié)劑砂芯、無機粘結(jié)劑砂芯，本發(fā)明的復(fù)合砂芯的主要粘結(jié)劑為水(冰)，制芯、澆鑄、再生等全流程均十分綠色環(huán)保。

②本發(fā)明的復(fù)合砂芯本體部分的原砂、添加劑，以及耐熱芯頭等能循環(huán)再利用，資源消耗小。

③本發(fā)明的冷凍砂芯初強度好，鑄件相關(guān)部位尺寸精度高，而且冷凍砂芯在澆鑄后具有優(yōu)異的退讓性及潰散性，有利于預(yù)防鑄件開裂，同時也有利于落砂清理。

④本發(fā)明的復(fù)合砂芯性能優(yōu)良，制備方法簡單、可靠，有利于金屬型鑄造產(chǎn)品品質(zhì)保障與提升、作業(yè)環(huán)境改善、應(yīng)用領(lǐng)域拓展等。

附圖說明

圖1為本發(fā)明金屬型鑄造用復(fù)合砂芯及其制備方法的實施示意圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖1對本發(fā)明作進一步詳細(xì)說明。

實施例1

一種金屬型鑄造用復(fù)合砂芯及其制備方法，復(fù)合砂芯包括耐熱芯頭和砂芯本體，包括以下制備步驟：

A采用耐熱能力優(yōu)異、隔熱能力好的陶瓷材料制備陶瓷芯頭。陶瓷芯頭與金屬型芯座配合部位的形狀和尺寸根據(jù)鑄造工藝圖確定。陶瓷芯頭與砂芯本體配合部位的形狀和尺寸為：橫向當(dāng)量直徑最小值為2mm，當(dāng)量直徑最大值為在該方向砂芯本體外形尺寸的99％～1％；縱向長度最小值為2mm，縱向長度最大值為在該方向砂芯本體最大尺寸的99％～1％。陶瓷芯頭內(nèi)部孔隙率及空隙貫通率根據(jù)砂芯透氣率要求進行調(diào)整。

B以原砂、水、添加劑為原料，原砂為硅砂、石英砂、鋯砂、鎂砂、剛玉砂、鋁硅系耐火材料砂、鉻鐵礦砂、橄欖石砂、石灰石砂、石墨砂、人造寶珠砂中的一種或上述各類別砂的混合物，各原料的配比為：原砂100％，水占原砂的5％，添加劑占原砂的2％，添加劑為硅酸鹽粘結(jié)劑、磷酸鹽粘結(jié)劑和樹脂中的一種或上述各類別粘結(jié)劑的混合物，通過計量后混合均勻，得到砂芯本體用型砂。

C將陶瓷芯頭放入芯盒中相應(yīng)位置，然后將砂芯本體用型砂填入芯盒，并緊實及冷凍，冷凍的溫度為-60℃，冷凍的方式為冷氣灌流砂芯冷凍，或者浸入液氮冷凍，或者在冷的芯盒中冷凍，或者在冷室中冷凍，冷凍時間以砂芯本體各部位均達到預(yù)定溫度為準(zhǔn)，即得所述復(fù)合砂芯。

D金屬型溫度保持在150℃～250℃，將復(fù)合砂芯安置在金屬型中，立即合模并澆鑄金屬液。

E金屬液冷凝成型后，開模取出鑄件并回收再利用陶瓷芯頭、原砂及添加劑。

本實施例采用陶瓷材料制備砂芯芯頭，其顯著優(yōu)點為：陶瓷芯頭力學(xué)性能好，形狀及尺寸精度高，芯頭的透氣率易于調(diào)控，而且無論冷凍制芯、還是放置在金屬型中的澆鑄過程中，均能保持很好的性能和精度，十分有利于保證鑄件品質(zhì)度，也十分有利于芯頭的回收再利用；陶瓷材料導(dǎo)熱、導(dǎo)溫能力較低，來自金屬芯座的熱量不易通過芯頭傳遞到冷凍砂芯本體，砂芯本體不易受熱變形及損壞。陶瓷芯頭的弱點是其制備流程較長，制造成本相對較高，只有在較大批量生產(chǎn)中多次回收再利用，材料體系其良好的技術(shù)經(jīng)濟性，單件、小批量生產(chǎn)中使用時，經(jīng)濟性相對較差。

實施例2

復(fù)合砂芯包括耐熱芯頭和砂芯本體，包括以下制備步驟：

A采用耐熱砂塊制備耐熱砂塊芯頭。耐熱砂塊芯頭與金屬型芯座配合部位的形狀和尺寸根據(jù)鑄造工藝圖確定。耐熱砂塊芯頭與砂芯本體配合部位的形狀和尺寸為：橫向當(dāng)量直徑最小值為2mm，當(dāng)量直徑最大值為在該方向砂芯本體外形尺寸的99％～1％；縱向長度最小值為2mm，縱向長度最大值為在該方向砂芯本體最大尺寸的99％～1％。耐熱砂塊芯頭內(nèi)部孔隙率及空隙貫通率根據(jù)砂芯透氣率要求進行調(diào)整。

B以原砂、水為原料，原砂為硅砂、石英砂、鋯砂、鎂砂、剛玉砂、鋁硅系耐火材料砂、鉻鐵礦砂、橄欖石砂、石灰石砂、石墨砂、人造寶珠砂中的一種或上述各類別砂的混合物，各原料的配比為：原砂100％，水占原砂的8％，無需添加劑，通過計量后混合均勻，得到砂芯本體用型砂。

C將耐熱砂塊芯頭放入芯盒中相應(yīng)位置，然后將砂芯本體用型砂填入芯盒，并緊實及冷凍，冷凍的溫度為-20℃，冷凍的方式為冷氣灌流砂芯冷凍，或者浸入液氮冷凍，或者在冷的芯盒中冷凍，或者在冷室中冷凍，冷凍時間以砂芯本體各部位均達到預(yù)定溫度為準(zhǔn)，即得所述復(fù)合砂芯。

D金屬型溫度保持在150℃～250℃，將復(fù)合砂芯安置在金屬型中，立即合模并澆鑄金屬液。

E金屬液冷凝成型后，開模取出鑄件并回收再利用原砂及添加劑。使用后的耐熱砂塊芯頭如性能和尺寸均較好可直接回收再利用，如已破損，可再生處理后重新制作耐熱砂塊芯頭。

本實施例采用耐熱砂塊制備砂芯芯頭，其顯著優(yōu)點為：耐熱砂塊芯頭易于制備，芯頭力學(xué)性能較好，形狀及尺寸精度較高，透氣率易于調(diào)控，而且無論冷凍制芯、還是放置在金屬型中的澆鑄過程中，均能保持較好的性能和精度，完全能保證鑄件品質(zhì)度；耐熱砂塊導(dǎo)熱、導(dǎo)溫能力較低，來自金屬芯座的熱量不易通過芯頭傳遞到冷凍砂芯本體，砂芯本體不易受熱變形及損壞；無論單件、小批量生產(chǎn)，還是大批量生產(chǎn)，均能實現(xiàn)優(yōu)良的綜合技術(shù)經(jīng)濟性。其弱點是，芯頭直接再利用次數(shù)較陶瓷芯頭少，破損芯頭再生處理重新制備芯頭會增加生產(chǎn)流程。

以上的說明和實施例僅是范例性的，并不對本發(fā)明的范圍構(gòu)成任何限制。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解的是，在不偏離本發(fā)明的精神和范圍下可以對發(fā)明技術(shù)方案的細(xì)節(jié)和形式進行修改或替換，但這些修改和替換均落入本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。