[发明专利]一种冷冻型芯制备方法

说明书

本发明公开了一种冷冻型芯制备的新方法，该方法以原砂、水及添加剂为原料，以水冷冻形成的冰粘结砂粒，进而获得具有足够强度等性能的型芯，属于绿色环保的造型制芯方法。

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，是一种冷冻铸造用型芯的制备方法。

背景技术

冷冻铸造是一种绿色环保的铸造方法，其使用的冷冻型芯以水冷冻成的冰为主要粘结剂。冷冻铸造除具有普通砂型铸造经济高效、易于获得复杂形状铸件等系列优点外，还具有绿色环保、造型制芯材料消耗少等显著优点，是铸造行业践行绿色发展的优选途径之一。

冷冻铸造用型芯常见的制备方法主要有两种，第一种是通过冷模具(芯盒)传导冷冻型芯，其冷冻时间较长，生产节奏较忙，难产业化。另一种是向填入砂箱或芯盒中的型芯砂吹入液氮等冷媒使型芯冷冻，其液氮等冷媒消耗量大，成本较高，难推广。为此，急需发展一种适于大工业生产的制备冷冻铸型的方法。

发明内容

为解决上述冷冻铸造中型芯制备问题，本发明提供了一种新冷冻型芯制备方法，包括以下制备步骤：

A.制备低温型芯砂：以原砂(包括回用砂)、水及添加剂为原料，采用冷冻、混合等方法，制备颗粒状低温型芯砂；

B.制备冷冻型芯：将颗粒状低温型芯砂一次性或分批填入造型砂箱或者制芯芯盒，紧实后得到待硬化的型芯，将型芯密闭并抽为真空，之后再吹入气体，待砂粒表面的部分或者全部冰变成水后，停止吹气，静置到砂粒表面的水变成冰且型芯强度足够高时，脱模或打开芯盒，获得冷冻型芯；

C.合箱浇铸：冷冻型芯合箱或组芯后，浇铸金属液，金属液冷凝为铸件后，分离铸件和砂；

D.循环利用砂：去除步骤C分离出的砂中的杂质，得到回用砂，重复步骤A～C，实现砂的循环利用。

进一步地，所述原砂为硅砂、石英砂、锆砂、镁砂、刚玉砂、铝硅系耐火材料砂、铬铁矿砂、橄榄石砂、石灰石砂、石墨砂、人造宝珠砂中的一种或两种及多种上述各类别砂的混合物；所述添加剂为膨润土、硅酸盐粘结剂、磷酸盐粘结剂和有机粘结剂中的一种或两种及多种上述类别粘结剂的混合物；各原料的配比为：水占原砂的0～15％(质量百分比，下同)，添加剂占原砂的0～15％。

进一步地，A步骤中，所述冷冻的温度为：-0.1℃～-150℃。

进一步地，B步骤中，所述抽真空的相对真空度为0～-101KPa。

进一步地，B步骤中，所述吹入气体的温度为室温～1000℃。

进一步地，B步骤中，所述吹入气体中含有液态、固态或气态的水。

进一步地，B步骤中，所述密闭、抽真空、吹入气体三种操作中，省略其中的一种、两种或全部。

进一步地，B步骤中，所述抽真空和吹入气体两步操作，根据型芯形状、大小等不同，交替重复1～100次。

一种实现冷冻型芯制备方法的装置，包括：制备低温型芯砂的冷冻及混合系统、造型制芯系统、砂回用系统等；各系统之间按照铸件质量保障、操作便利、物流合理、能量利用充分等原则布局及衔接；其中造型制芯系统由造型制芯工装模具、填砂及实砂装置、型芯砂、密闭装置、抽真空装置和吹气装置组成。

本发明的有益效果

本发明的冷冻型芯制备方法，除具有常规的冷冻铸造以水(冰)为主要(唯一)粘结剂十分绿色环保的显著优点外，还有系列有益效果，包括但不限于：通过单独冷冻原砂或型芯砂，为高效率、低成本组织冷冻铸造生产提供了可能和便利；经过深冷的原砂或型芯砂，造型制芯后，温度低且保持零下温度的时间长，不但能为合箱(组芯)及浇铸等操作提供更充裕的时间，而且能提供较常规冷冻铸造更强的激冷效果，获得更佳的铸件组织及性能。

具体实施方式