一种冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法

本发明涉及铸造，具体为一种冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法。

背景技术：

1、近年来随着世界工业化程度的快步发展，对铸造产业的需求越来越大，传统铸造由于采用树脂或膨润土、煤粉等作为型砂粘结剂，工作环境充斥着灰尘、树脂未完全燃烧造成的废气等，更是产生了大量的工业废物，不仅污染环境，损害工人身体健康，其后期回收处理的成本也不容小觑。

2、冷冻铸造是一种绿色铸造技术，利用水作为唯一的粘结剂，造型时粉尘少，浇铸时不产生有害废气，可以有效地解决铸造环境污染严重的问题，符合国家所提出的绿色发展理念。但是在冷冻铸造工艺中，还存在着冷冻铸型的快速解冻而引起冲砂、夹砂缺陷等问题，传统铸造用涂料，绝热性差，铸型溃塌早，高温透气性差，耐温度变化性能不佳，易产生气孔、冷隔等缺陷，使得铸件表面质量不佳，不适用于精密铸件的成型，影响铸件质量，不适合大规模大批量生产。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的问题，本发明的主要目的是提出一种冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法。

2、为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：

3、一种冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法，包括如下步骤：

4、s1.对铸件结构进行分析、分块，确定需采用的铸型；

5、s2.填砂；

6、s3.进行石膏造型和冷冻造型；

7、s4.配置涂料和粘结剂，喷涂涂料并装配组合得到铸型；

8、s5.浇铸得到铸件。

9、作为本发明所述的一种冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法的优选方案，其中：所述步骤s1中，首先对铸件的外型结构进行分析，壁薄、复杂部位采用石膏型，壁厚、简单部位采用冷冻砂型，然后依据外型分块原则进行分块设计；然后对铸件的内腔结构进行分块设计，壁薄、多孔、复杂部位采用石膏型，其余壁厚、简单部位采用冷冻砂型。在本发明中，壁薄部位是指铸件壁的厚度≤7mm的部位，壁厚部位是指铸件壁的厚度＞7mm的部位，复杂部位是指铸件有复杂的回转曲面、复杂的内腔结构或者复杂的镂空点阵结构等部位；简单部位是指铸件外皮的面组成简单、无内腔等部位。

10、作为本发明所述的一种冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法的优选方案，其中：所述步骤s2中，在模底板上砂箱内安放模型，在砂箱内铺型砂，型砂量取决于模具大小，填砂高度≥20cm，简单震实以保证模板与砂箱深凹部位型砂的填充；型砂采用二氧化硅砂，加入粘土增加型砂粘合性，型砂中水分含量为3~5wt%，粘土含量为3~10wt%。

11、作为本发明所述的一种冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法的优选方案，其中：所述步骤s3中，石膏造型采用基于sls的石膏型熔模铸造工艺，石膏造型采用的石膏浆料，按质量百分比计，包括，26~31wt%的石膏粉、14~21wt%的铝矾土、16~20wt%的铝矾土砂、5~10wt%的滑石粉、7~15wt%的石英粉，32~35wt%的水。

12、作为本发明所述的一种冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法的优选方案，其中：所述步骤s3中，冷冻造型采用液氮渗流气冲造型方法，液氮与型砂的质量比为0.5~1.0:1，液氮流速控制在25-30ml/s。

13、作为本发明所述的一种冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法的优选方案，其中：所述步骤s4中，分别制备冷冻砂型涂料与石膏型涂料，采用机械喷涂的方法分别将对应的涂料喷涂在冷冻砂型表面与石膏型表面，并在石膏型与冷冻砂型的连接部分涂刷一层粘结剂，进行装配组合得到铸型。

14、作为本发明所述的一种冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法的优选方案，其中：所述步骤s4中，冷冻砂型涂料以水为载体，以云母、滑石粉、空心微珠为耐火骨料，钠基膨润土为悬浮剂，配以羟甲基纤维素的水玻璃为粘结剂。

15、作为本发明所述的一种冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法的优选方案，其中：所述步骤s4中，石膏型涂料以水基涂料为载体，滑石粉为耐火骨料，钠基膨润土为悬浮剂，硅溶胶为粘结剂，添加op-10作为活性剂。

16、作为本发明所述的一种冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法的优选方案，其中：所述步骤s4中，喷涂石膏型涂料的厚度为0.4~0.6mm，石膏型涂料的喷涂温度为160~200℃，喷涂涂料后烘干10min，喷涂冷冻砂型涂料的厚度为0.2~0.5mm，冷冻砂型涂料的喷涂温度为-20~0℃，喷涂涂料后烘干5min。

17、作为本发明所述的一种冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法的优选方案，其中：所述步骤s4中，粘结剂的组成以质量百分比计，包括，5~20wt%的硅酸乙酯40，40~65wt%的硅溶胶sw-30，28~29wt%的无水酒精，1~2wt%的水。

18、作为本发明所述的一种冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法的优选方案，其中：所述步骤s5中，浇铸采用电磁充型的方式，通过电泵将金属液输送到浇铸口，使金属液缓缓流入冷冻砂型与石膏型组合的铸型中，待金属液冷却后，取出铸件。

19、作为本发明所述的一种冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法的优选方案，其中：所述步骤s5中，取出铸件后分别对冷冻砂型与石膏型进行清理，清理冷冻砂型采用冲水落砂的方式，清理石膏型则先浸泡再进行冲水清洗。

20、本发明的有益效果如下：

21、本发明提出一种冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法，铸件的壁薄、复杂部位等精密部位采用石膏型铸造的方法，其余部位采用冷冻砂型铸造的方法，石膏型弥补冷冻砂型中精密部位型砂易溃散的缺陷，有利于浇铸后精密部位的冷却成型；将石膏型与冷冻砂型进行装配组合，得到性能优良且尺寸精度高的铸型，冷却速率快、造型时间短，能满足复杂精密铸件的生产需要，更有利于提高铸件的精密程度。

技术特征：

1.一种冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法，其特征在于，包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法，其特征在于，所述步骤s1中，首先对铸件的外型结构进行分析，壁薄、复杂部位采用石膏型，壁厚、简单部位采用冷冻砂型，然后依据外型分块原则进行分块设计；然后对铸件的内腔结构进行分块设计，壁薄、多孔、复杂部位采用石膏型，其余壁厚、简单部位采用冷冻砂型；壁薄部位是指铸件壁的厚度≤7mm的部位，壁厚部位是指铸件壁的厚度＞7mm的部位，复杂部位是指铸件有复杂的回转曲面、复杂的内腔结构或者复杂的镂空点阵结构部位；简单部位是指铸件外皮的面组成简单、无内腔部位。

3.根据权利要求1所述的冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法，其特征在于，所述步骤s2中，在模底板上砂箱内安放模型，在砂箱内铺型砂，型砂量取决于模具大小，填砂高度≥20cm，简单震实以保证模板与砂箱深凹部位型砂的填充；型砂采用二氧化硅砂，加入粘土增加型砂粘合性，型砂中水分含量为3~5wt%，粘土含量为3~10wt%。

4.根据权利要求1所述的冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法，其特征在于，所述步骤s3中，石膏造型采用基于sls的石膏型熔模铸造工艺，石膏造型采用的石膏浆料，按质量百分比计，包括，26~31wt%的石膏粉、14~21wt%的铝矾土、16~20wt%的铝矾土砂、5~10wt%的滑石粉、7~15wt%的石英粉，32~35wt%的水。

5.根据权利要求1所述的冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法，其特征在于，所述步骤s3中，冷冻造型采用液氮渗流气冲造型方法，液氮与型砂的质量比为0.5~1.0:1，液氮流速控制在25-30ml/s。

6.根据权利要求1所述的冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法，其特征在于，所述步骤s4中，分别制备冷冻砂型涂料与石膏型涂料，采用机械喷涂的方法分别将对应的涂料喷涂在冷冻砂型表面与石膏型表面，并在石膏型与冷冻砂型的连接部分涂刷一层粘结剂，进行装配组合得到铸型。

7.根据权利要求6所述的冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法，其特征在于，所述步骤s4中，冷冻砂型涂料以水为载体，以云母、滑石粉、空心微珠为耐火骨料，钠基膨润土为悬浮剂，配以羟甲基纤维素的水玻璃为粘结剂。

8.根据权利要求6所述的冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法，其特征在于，所述步骤s4中，石膏型涂料以水基涂料为载体，滑石粉为耐火骨料，钠基膨润土为悬浮剂，硅溶胶为粘结剂，添加op-10作为活性剂。

9.根据权利要求6所述的冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法，其特征在于，所述步骤s4中，喷涂石膏型涂料的厚度为0.4~0.6mm，石膏型涂料的喷涂温度为160~200℃，喷涂涂料后烘干10min，喷涂冷冻砂型涂料的厚度为0.2~0.5mm，冷冻砂型涂料的喷涂温度为-20~0℃，喷涂涂料后烘干5min。

10.根据权利要求1所述的冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法，其特征在于，所述步骤s5中，浇铸采用电磁充型的方式，通过电泵将金属液输送到浇铸口，使金属液缓缓流入冷冻砂型与石膏型组合的铸型中，待金属液冷却后，取出铸件。

技术总结
本发明属于铸造技术领域，涉及一种冷冻砂型与石膏型结合的铸造方法，铸件的壁薄、复杂部位等精密部位采用石膏型铸造的方法，其余部位采用冷冻砂型铸造的方法，石膏型弥补冷冻砂型中精密部位型砂易溃散的缺陷，有利于浇铸后精密部位的冷却成型；将石膏型与冷冻砂型进行装配组合，得到性能优良且尺寸精度高的铸型，冷却速率快、造型时间短，能满足复杂精密铸件的生产需要，更有利于提高铸件的精密程度。

技术研发人员：徐宏,王宇,刘昕钊,潘印良,薛嘉琪,毛红奎,宋和谦,张文达
受保护的技术使用者：中北大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/16