[發明專利]一種冷凍粘土砂的無模鑄造成形方法

在審

• 申請號: 201811234416.4
• 申請日: 2018-10-23
• 公開（公告）號: CN109332578A
• 公開（公告）日: 2019-02-15
• 發明（設計）人: 單忠德;劉豐;楊浩秦;王怡飛
• 申請（專利權）人: 北京機科國創輕量化科學研究院有限公司;機械科學研究總院集團有限公司
• 主分類號: B22C1/18
• 分類號: B22C1/18;B22C9/02;B22C9/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明屬于砂型鑄造領域，公開一種冷凍粘土砂的無模鑄造成形方法。該方法將原砂與粘土粘結劑均勻混合，制成型砂并放置到砂箱中進行緊實，制成粘土砂坯，然后置于?15℃—?40℃的低溫環境中充分冷凍，在粘土砂的強度和表面硬度達到指標后制成待用砂坯。由零件模型生成加工程序，驅動無模成形機對冷凍砂坯進行切削并組裝砂型，然后在常溫或低溫環境下對砂型進行澆鑄。粘土砂型冷凍后，透氣性好，減少了金屬液凝固過程中的氣孔缺陷；砂型抗壓(拉)強度高，表面硬度高，適用于無模切削成形；冷凍粘土砂無模制造工藝較傳統手工造型效率高，砂型精度高；同時因澆鑄時高溫金屬液熔體過冷度高，金屬凝固過程中溫度梯度大，金屬鑄件組織致密，力學性能好。

技術領域

本發明屬于砂型鑄造技術領域，具體涉及一種冷凍粘土砂的無模 鑄造成形方法。

背景技術

無模鑄造成形技術主要包括基于選擇性激光燒結(SLS)或微滴 噴射的砂型增材制造技術和基于砂型切削的減材制造技術。本文主要 涉及的冷凍粘土砂無模鑄造成形方法是針對粘土砂砂坯的切削技術。

基于砂型切削技術的無模鑄造成形方法是使用CAD驅動砂型數 控加工系統對砂坯進行直接切削成形。其較傳統手工翻模造型成形效 率高，制作成本低，工作環境好，砂型精度高(采用該方法制備的砂 型/芯尺寸精度提高到了CT6-7級，表面粗糙度達到3.2-6.3um)。可 以實現復雜鑄型的整體凈成形，制造出任意復雜形狀的砂型，不需要 預留拔模斜度，極大地減少了人工干預。

目前基于砂型切削的無模鑄造成形技術的應用范圍主要包括樹 脂砂、水玻璃砂、覆膜砂的切削加工，這是因為這三種砂型的抗壓強 度和表面硬度較高，適用于銑刀的直接切削加工。未經過冷凍處理的 粘土砂的抗壓、抗拉強度和表面硬度較低，濕型粘土砂抗拉強度僅為 0.03MPa，抗壓強度僅為0.05MPa-0.3MPa左右，表面硬度僅為 45g/mm²左右，不適合進行直接切削加工的無模成形方法。濕型粘土 砂經過低溫固化處理后，在-20℃左右抗拉強度可超過1.8MPa，抗壓 強度可超過2.7MPa，表面硬度超過75g/mm²；在-30℃左右抗拉強度 可超過2.1MPa，抗壓強度可超過3.0MPa，表面硬度超過80g/mm², 完全滿足無模鑄造技術對砂型本身性能的要求。

目前，得益于粘土砂所用的膨潤土價格低廉，砂型制作環境較制 備樹脂砂型好，高溫潰散性比樹脂砂優良等多方面優勢，粘土砂造型 在砂型鑄造領域的使用量超過70％。但由于粘土砂的抗拉(壓)強度 和表面硬度較低，嚴重限制了基于砂型切削的無模鑄造成形技術在粘 土砂造型領域的發展與推廣，因此也大大增加了粘土砂手工造型的難 度與勞動強度。一種冷凍粘土砂的無模鑄造成形方法為適用于粘土砂 鑄造的各類金屬鑄件的制造提供了一種更加快速、更加完善的途徑。 在保證粘土砂的低成本和高潰散性性能的同時也適用于基于砂型切 削的無模鑄造成形技術，提高了粘土砂型腔的表面表面精度，使粘土砂造型省去必須使用木模、金屬模的限制，極大地簡化粘土砂的造型 難度。

發明內容

針對目前粘土砂在砂型鑄造中的使用量非常大(超過70％)，但 自身抗拉(壓)強度和表面硬度較低，不適用于直接切削砂型的無模 鑄造成形技術的問題，本發明提出一種冷凍粘土砂切削成形方法。

為實現上述目的，本發明采用以下技術方案：

步驟一：將占純凈水質量百分數的20.0％-50.0％的膨潤土、凹凸 棒土或海藻土等粘土粉末預先與純凈水經過膠體磨充分混合制備膠 體，然后將占型砂質量分數的5％-12％混合好的粘土粘接劑與型砂材 料(型砂材料可為石英砂或非石英砂，包括陶粒砂、寶珠砂、鉻鐵礦 砂、鋯英砂、石灰石砂、剛玉砂、鎂砂或橄欖石砂中的一種或任意幾 種砂的復合)用混砂機進行充分攪拌混合，然后將混合好的散砂置于 砂箱中緊實后放入溫度范圍為-15℃到-40℃的低溫環境中進行冷凍 固化；