[发明专利]环境友好型冷冻-溶解铸造工艺

说明书

本发明为一种环境友好型冷冻‑溶解铸造工艺，属于铸造技术领域。该工艺步骤为：用型砂和水制造模具，将模具冷冻得到冷冻模具，熔融金属液注入冷冻模具中，熔融金属在模具中凝固成壳，对模具壁厚部位喷洒冷却水，使冷冻模具局部快速溶解溃散，冷却水直接与铸件变壁厚部位接触冷却，熔融金属全部固化形成目标铸件回收型砂、冷却剂等一些原材料。本发明工艺可加快铸件的冷却速度，平衡铸件变壁厚部位的冷却速率，极大的提升变壁厚复杂铸件的机械性能；同时，随着最终冷冻模具的溶解溃散落砂，省去单独对铸件的落砂清理环节，且铸造废弃物少，是一种新型的环保铸造技术，具有很大的发展前景。

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，具体是一种环境友好型冷冻-溶解铸造工艺。

背景技术

在传统的铸造方法中，是将熔融金属液浇铸到与零件形状相适应的模具中，熔融金属液对模具自然失热而固化，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯。

由于变壁厚复杂铸件整体冷却速率慢，并且局部变壁厚部位凝固收缩不一致，金属液往往在薄壁部位先凝固，而厚壁部位得不到金属液的补充而形成分散且细小的孔洞，容易产生热裂等铸造缺陷，这将降低铸件的机械性能，严重影响铸件的质量。为了获得理想的性能，许多研究者对铸件的冷却速率和凝固行为进行了研究，通过对高凝固速率和超高凝固速率的应用表明，提高冷却速率可以使铸件组织更加均匀和细化，能大大提高铸件的机械性能。为此国外知名高校和铸造企业等采用冷冻模具铸造零件以加快熔融金属液的凝固速度，但由于忽略了冷冻模具表层汽化形成气幕对铸件冷却速率影响的局限性,导致变壁厚的复杂铸件冷却速率较低，且局部变壁厚部位由于凝固收缩不一致会出现热裂等铸造缺陷。

传统的铸造方法中，熔融金属液流进模具进行冷却时，金属液的失热率还会受到一个“气隙”的限制，该气隙是铸件因冷却而收缩与模具因受热而膨胀之间所形成的空隙，铸件和模具之间失去直接接触，导致铸件冷却速率的损失，从而导致铸件密度和结构细度的降低，也影响铸件的机械性能。

传统的铸造方法中，熔融金属液的凝固过程必须在模具中进行，这样不容易控制金属液凝结的方向。为此，往往在制造模具时要预先放置冷铁以引导熔融金属液的凝固顺序，但这样会给制造模具带来很大困难，且使模具的成本增加。

除此之外，传统的铸造方法要对铸件进行单独的落砂清理环节，耗时又费力，还会产生大量不必要的污染物，生产效率和物料利用率低下，这些都阻碍着传统铸造业的可持续发展。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述现有技术中变壁厚结构的复杂铸件整体冷却速率低，且局部变壁厚部位由于凝固收缩不一致出现热裂等缺陷，导致铸件质量不高，铸造废弃物多，环境污染大等问题，而提供一种环境友好型冷冻-溶解铸造工艺。

本发明是通过如下技术方案实现的：

一种环境友好型冷冻-溶解铸造工艺，包括如下步骤：

1）利用型砂和水制造出相应的模具，将模具置于液氮温度下冷冻，获得强度极高的冷冻模具；

2）将熔融金属液注入冷冻模具中，熔融金属液在冷冻模具中刚刚凝固成壳时，迅速在冷冻模具壁厚部位喷射冷却剂，以溶解的方式使冷冻模具壁厚部位快速溶解溃散落砂，落砂后冷却剂直接接触在铸件的壁厚部位，并继续喷射冷却；

3）铸件的壁厚部位冷却一段时间后，对冷冻模具的整个部位同时进行冷却剂喷射，以溶解的方式使冷冻模具的整体进行溶解溃散落砂处理，直至冷冻模具全部自然溃散落砂，落砂后冷却剂直接接触在铸件的整个部位，最终使得熔融金属液全部固化形成目标铸件；

4）回收型砂、冷却剂。

进一步的，步骤2）中，冷却剂的喷射时机为：铸件的壁厚部位与喷射的冷却剂束流接触之前，铸件的壁厚部位已形成相对坚固的表皮。

进一步的，步骤1）中，利用型砂和水制造模具时，型砂中水分控制在3%~5.5%。