CN107931530A - 一种砂型出气冒口及制备方法 - Google Patents

一种砂型出气冒口及制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种砂型出气冒口，包括砂芯本体、出气孔，出气孔沿砂芯本体轴线设置并且贯穿砂芯本体，所述砂芯本体下部还设置有外螺纹，所述外螺纹螺距为5‑8mm，所述外螺纹线数为2‑4。本发明还提供上述砂型出气冒口的制备方法，包括步骤：1)提供打印材料；所述材料由以下重量份的原料混合而成：水玻璃石英砂30‑50份、水玻璃铬铁矿砂50‑70份、树脂砂5‑15份、石墨烯5‑15份、纳米碳酸钙5‑10份、纳米二氧化钛5‑10份、交联剂5‑10份；2)提供3D打印参数；3)打印获得所述砂型出气冒口。本发明生产出的出气冒口，具有优异的机械强度，能牢固的固定在芯包上，装配简单，省时省力，在铸件生产过程中，不漂浮不跑火，大大提高了铸件的生产质量。

Description

一种砂型出气冒口及制备方法
技术领域
本发明涉及铸造领域，具体为一种砂型出气冒口及制备方法。
背景技术
冒口是指为避免铸件出现缺陷而附加在铸件上方或侧面的补充部分，有防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用。
现有技术中，独立的出气冒口一般通过使用快干胶将冒口砂芯与芯包粘结在一起，如图1所示，这种固定方式在浇注过程中，胶容易因铁液高温烘烤而失去粘结效果，从而导致出气冒口砂芯漂浮，降低了压力头，进而引起铸件内部产生缩松缺陷，造成铸件报废。而少部分现有技术中，采用螺纹连接固定出气冒口，但因螺纹连接的机械强度无法满足要求，也会导致冒口砂芯漂浮跑火，影响铸件质量。
发明内容
本发明提供一种砂型出气冒口，所述砂型出气冒口采用螺纹固定结构与芯包连接，并且螺纹结构通过各项参数的设定，大大提高了其机械强度。本发明还提供一种所述砂型出气冒口的制备方法，所述制备方法采用3D喷墨打印技术，在进一步改进造型材料的基础上，获得高强度，高机械性能，耐温耐热的造型材料，进而获得具有良好固定性能的出气冒口，本发明生产出的出气冒口，能牢固的固定在芯包上，在铸件生产过程中，不漂浮不跑火，大大提高了铸件的生产质量。
为解决上述问题，本发明提供一种砂型出气冒口，包括砂芯本体、出气孔，所述出气孔沿砂芯本体轴线设置，所述出气孔贯穿砂芯本体，其特征在于，所述砂芯本体下部还设置有外螺纹，所述外螺纹螺距为5-8mm，所述外螺纹线数为2-4。
优选的，所述外螺纹螺距为6mm，所述外螺纹线数为2。
优选的，所述外螺纹牙型角为55-62°，所述外螺纹牙型高度为3.000-4.800mm。
优选的，上述砂型出气冒口还包括与所述外螺纹相互配合的内螺纹，所述内螺纹设置于与所述砂型出气冒口配合使用的芯包内。
本发明还提供上述砂型出气冒口的制备方法，包括步骤：
1)提供打印材料；所述材料由以下重量份的原料混合而成：水玻璃石英砂30-50份、水玻璃铬铁矿砂50-70份、树脂自硬砂5-15份、石墨烯5-15份、纳米碳酸钙5-10份、纳米二氧化钛5-10份、交联剂5-10份；
2)提供3D打印参数；
3)利用3D打印设备，打印获得所述砂型出气冒口。
优选的，所述步骤1)中所述造型材料由以下重量份的原料混合而成：水玻璃石英砂40份、水玻璃铬铁矿砂60份、树脂砂10份、石墨烯10份、纳米碳酸钙8份、纳米二氧化钛8份、交联剂8份。
优选的，所述步骤1)中，纳米碳酸钙粒径为400-600纳米。
优选的，所述步骤1)中，纳米二氧化钛粒径为50-150纳米。
更为优选的，所述步骤1)中，交联剂为过氧化甲苯酰或四烃基丙烯酸丁酯中的一种。
铬铁矿砂属铬尖晶石类，主要矿物组成为FeO.Cr2O3，产于盐基性岩或富镁的超基性岩或由它演变的蛇纹岩中，实际的矿物是由各种尖晶石的混晶组成。一般可以用(Mg，Fe)O〃(Cr，Al，Fe)2O3的化学式表示。铬铁矿砂的密度为4-4.8g/cm3，莫氏硬度为5.5-6级，耐火度大于1900℃，但含杂质时其耐火度将降低。铬铁矿中最有害的杂质是碳酸盐(CaCO3，MgCO3)，它与高温金属液接触时分解出CO2，易使铸件表面产生气孔。因此含有碳酸盐的铬铁矿应经900-950℃高温焙烧，使其中的碳酸盐分解。铬铁矿砂有很好的抗碱性渣的作用，不与氧化铁等发生化学反应。铬铁矿砂的热导率比硅砂大好几倍，而且在熔融金属浇注的过程中铬铁矿本身发生固相烧结，从而有利于防止熔融金属的渗透。
自然界的石英石或石英砂石，经人工破碎、筛选而得到的称为人工砂。一般SiO2含量比天然砂高，为与天然砂区分，常称石英砂。其耐火度比较高，铸造有所采用。
水玻璃是我国自20世纪50年代以来用量仅次于粘土和膨润土的一种无机化学粘结剂，由水玻璃改造后的铸造原砂，在铸造行业得到了广泛的应用。
树脂自硬砂工艺已被许多铸铁、铸钢和非铁合金铸造厂广泛采用，已用树脂砂生产了形状复杂、尺寸精度要求很高、表面粗糙度值低、重达50多吨的大型水轮机转子铸钢件；许多机床厂已采用树脂砂生产出口机床铸件。我国现有成套的树脂自硬砂生产线约300多条，已广泛应用在机床、水泵、阀门、船用柴油机、机车车辆等行业中。在树脂砂工艺中目前以呋喃树脂自硬砂为主，但酯硬化碱性酚醛树脂砂和酚尿烷树脂砂工艺也在20-30家工厂得到应用。
石墨烯是一种完全透明的碳材料，是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。石墨烯是目前已知强度最高的材料之一，同时还具有很好的韧性，且可以弯曲，石墨烯的理论杨氏模量达1.0TPa，固有的拉伸强度为130GPa。而利用氢等离子改性的还原石墨烯也具有非常好的强度，平均模量可大0.25TPa。
石墨烯还具有良好的导电性能，在室温下的载流子迁移率约为15000cm2/(V-s)，这一数值超过了硅材料的10倍，是目前已知载流子迁移率最高的物质锑化铟(InSb)的两倍以上。在某些特定条件下如低温下，石墨烯的载流子迁移率甚至可高达250000cm2/(V-s)。与很多材料不一样，石墨烯的电子迁移率受温度变化的影响较小，50～500K之间的任何温度下，单层石墨烯的电子迁移率都在15000cm2/(V-s)左右。
此外，石墨烯的热传导性能也非常优异。纯的无缺陷的单层石墨烯的导热系数高达5300W/mK，是目前为止导热系数最高的碳材料，高于单壁碳纳米管(3500W/mK)和多壁碳纳米管(3000W/mK)。当它作为载体时，它的导热系数也可达600W/mK。
纳米碳酸钙以及纳米二氧化钛，在本发明中主要起到刚性粒子增强、增韧的作用，纳米二氧化钛的平均粒径50-150纳米，优选为80-100纳米，纳米碳酸钙的平均粒径为400-600纳米，优选为500纳米。纳米碳酸钙以及纳米二氧化钛相互配合，可增强3D打印用造型材料的强度。
交联剂是指能在线型分子间起架桥作用，从而使多个线型分子相互键合交联成网状结构的物质，具体而言，是指能促进或调节聚合物分子链间共价键或离子键形成的物质。本发明采用的交联剂包括过氧化苯甲酰或四烃基丙烯酸丁酯中的一种或两种，若两种复配使用，则过氧化苯甲酰和四烃基丙烯酸丁酯的比例优选为15:8。
本发明提供一种砂型出气冒口，所述砂型出气冒口采用螺纹固定结构与芯包连接，并且螺纹结构通过各项参数的设定，大大提高了其机械强度。本发明还提供一种所述砂型出气冒口的制备方法，所述制备方法采用3D喷墨打印技术，在改进造型材料的基础上，通过在造型材料中加入特定重量份数的树脂自硬砂、石墨烯、纳米碳酸钙及纳米二氧化钛等物质，获得高强度，高机械性能，耐温耐热的造型材料，进而获得具有良好固定性能的出气冒口，本发明生产出的出气冒口，具有优异的机械强度，能牢固的固定在芯包上，装配简单，省时省力，在铸件生产过程中，不漂浮不跑火，大大提高了铸件的生产质量。
附图说明
图1、现有技术装置图；
图2、本发明出气冒口结构图；
图3、本发明出气冒口与芯包的装配示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解发明的技术方案，下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
3D打印(3DP)即快速成型技术的一种，它是一种以数字模型文件为基础，运用粉末状金属或塑料等可粘合材料，通过逐层打印的方式来构造物体的技术。3D打印技术出现在20世纪90年代中期，实际上是利用光固化和纸层叠等技术的最新快速成型装置。它与普通打印工作原理基本相同，打印机内装有液体或粉末等“打印材料”，与电脑连接后，通过电脑控制把“打印材料”一层层叠加起来，最终把计算机上的蓝图变成实物。这打印技术称为3D立体打印。
本发明即采用的3D立体打印技术来完成砂型出气冒口的制备，为了满足砂型出气冒口对材料强度的要求，本发明还对打印材料做了改进，再结合砂型出气冒口本身的固定结构，以及也定的结构参数，从材料和结构两方面，共同提高了砂型出气冒口的机械性能，使其能够牢固的固定在与其配合使用的芯包上，在生产过程中，不漂浮，不跑火，有效提高了铸件效率，保证了铸件质量。
上述为本发明的详细阐述，下面为本发明实施例。
实施例一
如图2-3所示，1为芯包下型，2为铁液，3为出气冒口，4为芯包上型,5为砂芯本体，6为出气孔，7为外螺纹，8为内螺纹。
现有技术如图1所示，通过使用快干胶将冒口砂芯与芯包粘结在一起。而本发明中提供的砂型出气冒口，包括砂芯本体5、出气孔6，出气孔沿砂芯本体轴线设置，并贯穿砂芯本体，在砂芯本体下部还设置有外螺纹7，外螺纹螺距为5-8mm，优选为6mm，外螺纹线数为2-4，优选为2。所述外螺纹牙型角为55-62°，优选为60°，所述外螺纹牙型高度为3.000-4.800mm，优选为3.612。
上述砂型出气冒口还包括与所述外螺纹相互配合的内螺纹8，8内螺纹8设置于与所述砂型出气冒口配合使用的芯包内，装配时，将出气冒口螺旋拧进装配好的砂芯芯包上即可。
实施例二
上述砂型出气冒口的制备方法，包括步骤：
1)提供打印材料；所述材料由以下重量份的原料混合而成：水玻璃石英砂30份、水玻璃铬铁矿砂50份、树脂自硬砂5份、石墨烯5份、纳米碳酸钙50份、纳米二氧化钛5份、交联剂5份；纳米碳酸钙粒径为400纳米；纳米二氧化钛粒径为50纳米，交联剂为过氧化甲苯酰或四烃基丙烯酸丁酯中的一种。
2)提供3D打印参数；在3DP增材打印技术的基础上，各铸型单元经RP数据处理软件分层得到截面轮廓数据，将此信息转换产生层面扫描数控代码传入3D打印设备。
3)利用3D打印设备，打印获得砂型出气冒口，清理掉表面散砂，得到最终成品。
实施例三
上述砂型出气冒口的制备方法，包括步骤：
1)提供打印材料；所述材料由以下重量份的原料混合而成：水玻璃石英砂50份、水玻璃铬铁矿砂70份、树脂自硬砂15份、石墨烯15份、纳米碳酸钙10份、纳米二氧化钛10份、交联剂10份；纳米碳酸钙粒径为600纳米；纳米二氧化钛粒径为150纳米，交联剂为四烃基丙烯酸丁酯中的一种。
2)提供3D打印参数；在3DP增材打印技术的基础上，各铸型单元经RP数据处理软件分层得到截面轮廓数据，将此信息转换产生层面扫描数控代码传入3D打印设备。
3)利用3D打印设备，打印获得砂型出气冒口，清理掉表面散砂，得到最终成品。
实施例四
上述砂型出气冒口的制备方法，包括步骤：
1)提供打印材料；所述材料由以下重量份的原料混合而成：水水玻璃石英砂40份、水玻璃铬铁矿砂60份、树脂砂10份、石墨烯10份、纳米碳酸钙8份、纳米二氧化钛8份、交联剂8份；纳米碳酸钙粒径为500纳米；纳米二氧化钛粒径为100纳米，交联剂为过氧化甲苯酰：四烃基丙烯酸丁酯中＝15:8的复配物质。
2)提供3D打印参数；在3DP增材打印技术的基础上，各铸型单元经RP数据处理软件分层得到截面轮廓数据，将此信息转换产生层面扫描数控代码传入3D打印设备。
3)利用3D打印设备，打印获得砂型出气冒口，清理掉表面散砂，得到最终成品。
将实施例2-4制备获得的砂型出气冒口进行测试。测试项目包括密度、莫氏硬度、耐火度、热导率、高温稳定性。测试结果如表一所示：
表一，实施例二至实施例四的测试结果
检测项目 实施例二 实施例三 实施例四
密度/g.cm-3 5.3 5.2 5.3
莫氏硬度 6 6 6.5
耐火度/℃ 2450 2400 2500
热导率/W.(m.K)-1 43.92 43.96 44.03
高温稳定性 良 良 良
上述测试结果表明，实施例二至实施例四均能满足铸件生产需求，而实施例四的结果最优，为优选实施方式。
以上仅是本发明的优选实施方式，应当指出的是，上述优选实施方式不应视为对本发明的限制，本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的精神和范围内，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种砂型出气冒口，包括砂芯本体、出气孔，所述出气孔沿砂芯本体轴线设置，所述出气孔贯穿砂芯本体，其特征在于，所述砂芯本体下部还设置有外螺纹，所述外螺纹螺距为5-8mm，所述外螺纹线数为2-4。
2.根据权利要求1所述的砂型出气冒口，其特征在于，所述外螺纹螺距为6mm，所述外螺纹线数为2。
3.根据权利要求1所述的砂型出气冒口，其特征在于，所述外螺纹牙型角为55-62°，所述外螺纹牙型高度为3.000-4.800mm。
4.根据权利要求1所述的砂型出气冒口，其特征在于，还包括与所述外螺纹相互配合的内螺纹，所述内螺纹设置于与所述砂型出气冒口配合使用的芯包内。
5.一种权利要求1所述砂型出气冒口的制备方法，包括步骤：
1)提供打印材料；所述材料由以下重量份的原料混合而成：水玻璃石英砂30-50份、水玻璃铬铁矿砂50-70份、树脂砂5-15份、石墨烯5-15份、纳米碳酸钙5-10份、纳米二氧化钛5-10份、交联剂5-10份；
2)提供3D打印参数；
3)打印获得所述砂型出气冒口。
6.根据权利要求5所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中所述造型材料由以下重量份的原料混合而成：水玻璃石英砂40份、水玻璃铬铁矿砂60份、树脂自硬砂10份、石墨烯10份、纳米碳酸钙8份、纳米二氧化钛8份、交联剂8份。
7.根据权利要求6所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，纳米碳酸钙粒径为400-600纳米。
8.根据权利要求7所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，纳米二氧化钛粒径为50-150纳米。
9.根据权利要求8所述的制备方法，其特征在于，所述步骤1)中，交联剂为过氧化甲苯酰或四烃基丙烯酸丁酯中的一种。
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