一种复杂异型复合砂芯的制造方法与流程

本发明涉及铸造用砂芯的制造方法技术领域，具体涉及一种复杂异型复合砂芯的制造方法。

背景技术：
目前航空、航天等领域的一些复杂铝、镁合金铸件，内部含有形状各异的复杂型腔结构，有细长弯曲油管状、空间叶片状等窄腔结构，也有桶形、环形等厚大腔结构，还有变截面、薄厚交接等复杂异形结构。对于铸件内部型腔结构的成型，通常采用砂芯铸造然后溃散砂芯的方法。砂芯成型主要有覆膜砂、呋喃树脂砂、派普树脂砂等方法。呋喃树脂砂或派普树脂砂制芯，砂芯强度适中，砂芯发气量和退让性较好，主要用于厚大的砂芯，而对于含有细长油路、空间叶片等窄薄类砂芯，采用呋喃树脂砂或派普树脂砂则无法制芯成型，一方面是由于流动性相对较差，不足以填充成型，另一方面是由于强度不够，无法满足使用要求。对于含有细长油路、空间叶片等窄薄类砂芯的制作方法，目前主要是采用覆膜砂成型，这是因为覆膜砂具有很好的流动性，很容易填充模具型腔，且成型后强度较高，能够满足砂芯使用的强度要求。但是，在生产实践中，使用覆膜砂芯，仍存在如下缺陷：(1)覆膜砂中树脂含量较高，在浇注过程中，与高温液态金属接触，会产生大量气体，且砂芯绝大部分均被液态金属包裹，产生的大量气体进入液态金属，造成铸件呛火缺陷，往往会导致铸件报废；(2)覆膜砂芯具有强度高的优点，但同时也带来了砂芯退让性差、砂芯溃散清理困难等缺陷，尤其对于砂芯中较厚的区域，铸件凝固过程中由于退让性差容易产生裂纹缺陷，而且浇注成型后覆膜砂芯未溃散且强度仍然很高，清理十分困难；(3)对于变截面、薄厚交接的复杂异形砂芯，采用覆膜砂制造，除了上述缺陷外，还存在如下问题：一是覆膜砂加热硬化过程中，由于砂芯薄、厚部位所需的温度热量不一致，导致砂芯薄壁部位容易烧酥而厚大部位硬化不充分；二是薄、厚部位的受热膨胀及金属模具的受热膨胀情况不一致，导致取出砂芯困难，且极容易使砂芯断裂。

技术实现要素：
为了克服目前铸造用砂芯存在的上述问题，本发明的目的在于提供一种复杂异型复合砂芯的制造方法，该方法充分利用了不同种类混合砂的流动性、发气性、退让性及强度等性能特点，可生产出形状复杂、薄厚交接的复杂异型砂芯，具有砂芯厚大部位发气量小、退让性好、溃散清理容易且强度适中，而砂芯薄壁部位充填完整、强度较高可满足使用要求。本发明方法可以获得呋喃或派普树脂混合砂无法成型的砂芯，同时此种异性砂芯比完全采用覆膜砂制造的砂芯发气量更低、退让性更好、砂芯溃散更容易而且砂芯成型合格率高，另外，本发明的复杂异性砂芯制芯方法制造的是一个整体砂芯，比多块砂芯组合形成的砂芯尺寸精度更高。为实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：一种复杂异型复合砂芯的制造方法，所述砂芯为变截面砂芯，包括厚截面砂芯和薄截面砂芯，所述厚截面砂芯是指砂芯截面最大厚度>8mm的部分，所述薄截面砂芯是指砂芯截面最大厚度≤8mm的部分。所述砂芯的制造方法包括如下步骤：(1)金属模具的准备：按照砂芯形状设计金属模具，使金属模具型腔与砂芯形状相配合；所述金属模具为组合式结构，由多个子模具相配合而成；子模具的数量可根据实际需要进行设计。(2)模具型腔的填充：首先，将厚截面砂芯所对应的子模具进行装配，然后在模具型腔内厚截面砂芯所对应的区域填充呋喃树脂、派普树脂或呋喃树脂与派普树脂的混合砂；然后，装配剩余的子模具，再从入砂口采用覆膜砂填充入模具型腔内的预留区域(即模具型腔内薄截面砂芯所对应的区域)；所述入砂口设置在薄截面砂芯所对应的子模具上。(3)砂芯成型：对金属模具进行加热，使砂芯硬化成型；金属模具加热的部位为覆膜砂充填区域，加热温度为120～200℃，加热时间为1～2分钟。加热后开模取出成型后的砂芯。本发明的设计原理及有益效果如下：(1)本发明利用呋喃树脂混合砂或派普树脂混合砂以及覆膜砂，制造出一种复杂异型砂芯，成型后的砂芯厚大部位发气量小、退让性好、溃散清理容易且强度适中，而砂芯薄壁部位充填完整、强度较高，可满足使用要求。(2)本发明复杂异型砂芯制造方法，即克服了呋喃或派普树脂混合砂无法成型细长薄弱砂芯的缺陷，又解决了覆膜砂制芯发气量过大、退让性差、清理困难等缺点，尤其适用于薄厚交接的复杂砂芯。(3)本发明方法制造的是一种整体砂芯，比多块砂芯组合形成的砂芯尺寸精度更高。(4)本发明方法打破了业内制芯方法的定势思维，通过复合集成创新，取得了良好的技术效果。附图说明图1为实施例1枝状砂芯结构图。图2为实施例1枝状异型砂芯制芯方法原理图。图3为实施例2多环状砂芯结构图。图4为实施例2多环状异型砂芯制芯方法原理图。图中：1-厚截面砂芯；2-薄截面砂芯；3-入砂口；41-子模具A；42-子模具B；43-子模具C；44-子模具D；45-子模具E；46-子模具F；47-子模具G；48-子模具H。具体实施方式以下结合附图及实施例详述本发明。本发明为复杂异型复合砂芯的制造方法，过程如下：(1)模具为组合式金属模具，包括多个子模具，模具形状与数量依据砂芯形状进行设计。(2)按照砂芯的最大截面厚度，将其划分为厚截面砂芯(砂芯截面最大厚度>8mm)和薄截面砂芯(砂芯截面最大厚度≤8mm)；先将厚截面砂芯填充区域对应的子模具组装好，采用呋喃或派普树脂混合砂填充模具型腔的厚大及容易填充部位(厚截面砂芯填充区域)，而对于砂芯结构中薄弱部位及难于成型部位(薄截面砂芯填充区域)暂时预留；然后，装配剩余的子模具，然后从入砂口采用覆膜砂充填预留区域。(3)对金属模具加热，使砂芯硬化成型；所述金属模具加热部位为覆膜砂充填部位，加热温度为120～200℃，加热时间为1～2分钟。(4)开模后取出复合砂芯。本发明方法充分利用了不同种类混合砂的流动性、发气性、退让性及强度等性能特点，可生产出形状复杂、薄厚交接的异型砂芯，具有砂芯厚大部位发气量小、退让性好、溃散清理容易且强度适中，而砂芯薄壁部位充填完整、强度较高可满足使用要求。本发明方法可以获得呋喃或派普树脂混合砂无法成型的砂芯；同时此种异型砂芯比完全采用覆膜砂制造的砂芯发气量更低、退让性更好、砂芯溃散更容易而且砂芯成型合格率高。实施例1某枝状油路砂芯复合制芯方法，图1和图2所示，具体制造过程如下：(1)模具制作：制作金属模具(包括子模具A41、子模具B42和子模具C43)。(2)装配部分模具：装配子模具A41和子模具B42。(3)添加派普树脂混合砂：对模具型腔中的厚大部位，即厚截面砂芯1对应的区域内填充派普树脂混合砂，而砂芯薄弱部位，即薄截面砂芯2对应的区域暂时预留而不填充派普树脂混合砂。(4)再装配模具：装配子模具C43。(5)填充覆膜砂：采用覆膜砂从入砂口3填充砂芯薄弱部位，即薄截面砂芯2对应的区域。(6)砂芯硬化：加热模具，加热部位为覆膜砂充填部位，加热温度为120～200℃，加热时间为1～2分钟。(7)开模取砂芯：打开子模具A41、子模具B42和子模具C43，取出复合砂芯。经实际生产铝合金铸件，浇注温度730℃，采用复合砂芯与原来的完全覆膜砂制备的砂芯相比较，铸件气孔缺陷大幅度减少，呛火缺陷消失，裂纹缺陷消失，且砂芯清理更加容易。实施例2某多环状油路砂芯复合制芯方法，如图3和图4所示，具体制造过程如下：(1)模具制作：制作金属模具(包括子模具D44、子模具E45、F子模具46、子模具G47和子模具H48)。(2)装配部分模具：装配子模具D44、子模具E45、F子模具46和子模具H48。(3)添加呋喃树脂混合砂：对模具型腔中的厚大部位，即厚截面砂芯1对应的区域内填充呋喃树脂混合砂，而砂芯薄弱部位，即薄截面砂芯2对应的区域暂时预留而不填充派普树脂混合砂。(4)再装配模具：装配子模具G47。(5)填充覆膜砂：采用覆膜砂从入砂口5’填充砂芯薄弱部位，即薄截面砂芯2对应的区域。(6)砂芯硬化：加热模具，加热部位为覆膜砂充填部位，加热温度为120～200℃，加热时间为1～2分钟。(7)开模取砂芯：打开子模具D44、子模具E45、F子模具46、子模具G47和子模具H48，取出复合砂芯。经实际生产铝合金铸件，浇注温度710℃，采用复合砂芯与原来的完全覆膜砂制备的砂芯相比较，铸件呛火缺陷消失，裂纹缺陷消失，且砂芯清理更加容易。