一种铸造制芯材料及制芯方法与流程

本发明涉及铸造制芯材料技术领域，具体是一种铸造制芯材料及制芯方法。

背景技术：

铸件铸造生产过程中，经常会遇到铸件缩松、缩孔现象，特别是一些压力容器或油缸类零件的靠近中间孔及侧壁位置易出现缩松、缩孔缺陷。尤其在铸造油缸类零件过程中，为保证铸件质量的稳定，制芯过程中选择放置成型冷铁，造成了清理和打磨困难，并大幅增加了造型难度。

传统铸造方法应用成型直接冷铁，存在的影响因素较多，不易管控，且不能完全消除缺陷。如铸件外轮廓为圆弧面或者曲面时，利用超声波（UT）探伤检测不容易检测及发现缺陷，最终加工时缺陷外露，使零件不能使用而报废，造成成本增加，生产周期长，会严重影响协议交期。

此外，使用成型冷铁，还存在以下问题：1、需要制作冷铁模，增加了生产工时；2、冷铁本身的造型、合模、浇注、开箱、打磨成本较高；3、保存成型冷铁需要大量的人力和空间；4、成型冷铁间必须留缝隙，从而有可能产生塞砂不紧实使砂模强度低造成铸件产生缺陷；5、在造型时因为冷铁摆放困难造成的造型工时增加；6、成型冷铁因为打磨及变形，造成与模具贴合不紧，造成铸件多料或缺料。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术的不足，提供一种铸造制芯材料及制芯方法，该制芯材料可替换成型直接或间接冷铁使用，省去铸造生产中对专用冷铁和冷铁模具的保存和保养操作，并有效消除铸件的缩孔、缩松等铸造缺陷，减少造型难度，减少铸件的清理和打磨工时，明显提高铸件生产效率并保证铸件产品质量；该制芯方法得到的砂芯的抗压强度为2.9 MPa以上，完全满足铸件浇注需要。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种铸造制芯材料，该制芯材料的重量百分比组成包括：钢丸55～65 %，碳粒15～25 %，余量为硅砂，其中，所述的钢丸的粒径为0.5～1.5 mm，所述的碳粒的粒径＜1.0 mm。

本发明铸造制芯材料由钢丸、碳粒和硅砂组成，该制芯材料是一种铁砂。碳是铸造中导热效果最好的材料，以本发明制芯材料制芯后产品在浇注过程中，碳能够起到传导铸件热量的作用；钢丸也有一定的激冷作用，同时可增加铁砂强度。浇注后，铸型充满铁水，受到铁砂的激冷作用，使铸件侧壁达到同时凝固的效果，大幅减小和消除铸件的缩松、缩孔缺陷，提高铸件质量，稳定产品质量。

该制芯材料可随时制作，制芯过程中无需使用成型冷铁，能避免使用成型冷铁制芯开箱后敲击冷铁可能产生的缺肉现象，有利于提高砂芯的制芯效率和质量，且开箱后该制芯材料可回收再利用。为防止制芯过程中铁砂落砂造成的再生砂的铁粉量损失，可以单独选择区域做落砂回收。制芯后的浇注过程中，该制芯材料可完全贴合覆盖铸件表面，不会产生因冷铁缝隙而导致的夹砂类缺陷。

本发明铸造制芯材料可替换成型直接或间接冷铁使用，省去铸造过程中对专用冷铁和冷铁模具的保存和保养操作，并有效消除铸件的缩孔、缩松等铸造缺陷，减少造型难度，减少铸件的清理和打磨工时，提高铸件生产效率并保证铸件产品质量。

作为优选，所述的钢丸回收自抛丸机抛丸处理后产生的废旧钢丸，该废旧钢丸中20～30目的钢丸的重量占比为55～65%；所述的硅砂回收自抛丸机抛丸处理后产生的旧砂。以废旧钢丸和旧砂为原料来源，可进一步降低成本。将废旧钢丸中20～30目的钢丸的重量占比控制在55～65%，可确保制作的砂芯的密实度和强度，并保证浇注后铸件的散热效果。

进一步地，所述的废旧钢丸的含铁量为90～95 %。

作为优选，所述的碳粒为木屑、锯末或碳块颗粒。

一种以上述铸造制芯材料为原料的制芯方法，包括以下步骤：

（1）将制芯材料的各原料混合均匀后加入混砂机中，充分搅拌均匀后，加入碱性酚醛树脂作为粘接剂，再次充分搅拌均匀，得到调配好的铁砂；

（2）在芯盒内放置芯骨，该芯骨的侧壁上预先开设有多个排气孔，根据铸件形状，在芯骨周围填充调配好的铁砂并捣实；

（3）经传输导管向多个排气孔持续输入CO2气体，使填充的铁砂硬化，得到砂芯半成品；

（4）在砂芯半成品表面涂刷0.5～2.0 mm厚度的水性涂料后，将砂芯半成品放入烘箱内，在低于200 ℃的温度下保温2～4 h烘干，或放置24小时自然干燥，即制作完成砂芯，备用。

本发明制芯方法步骤（3）中，向多个排气孔持续输入CO2气体的作用是，使CO2气体渗入铁砂内与铁砂充分接触并与碱性酚醛树脂反应，从而使铁砂快速硬化。本发明制芯方法得到的砂芯的抗压强度为2.9 MPa以上，完全满足铸件浇注需要。

制作得到的砂芯合模后，浇注过程中，铁砂使铸件均匀激冷，同时砂芯中含有的碳粒在高温下转化为CO2气体并经排气孔排出模外，增加铸件散热效果。

作为优选，步骤（1）中，加入的碱性酚醛树脂与制芯材料的体积比为1.0～1.5:20。控制调配的铁砂中碱性酚醛树脂与制芯材料的体积比，可保证对制芯材料的粘接效果，确保铁砂抗压强度。

作为优选，步骤（2）中，芯骨的外侧面与芯盒的内侧面之间填充的铁砂的厚度为30～60 mm。根据芯盒大小不同，保证芯骨的外侧面与芯盒的内侧面之间有30～60 mm的铁砂吃砂量，能够保证铁砂的强度及砂芯的完整性，确保后续铸件的质量。

作为优选，步骤（2）中，芯骨的侧壁上开设的排气孔的孔径＞10 mm，以确保CO2的充气效果。

作为优选，步骤（2）中，芯骨的侧壁上的多个排气孔上分别插设有排气管，多根排气管上分别开设有气孔，多根排气管的外端分别埋入铁砂内。排气管可使CO2气体充分渗入铁砂内，使CO2气体与铁砂具有足够的接触面积。

作为优选，步骤（3）中，CO2气体持续输入时间为5～20分钟，从而保证充气反应效果。

与现有技术相比，本发明具有如下优点：本发明公开的铸造制芯材料，由钢丸、碳粒和硅砂组成，该制芯材料是一种铁砂。该制芯材料可替换成型直接或间接冷铁使用，省去铸造生产中对专用冷铁和冷铁模具的保存和保养操作，并有效消除铸件的缩孔、缩松等铸造缺陷，减少造型难度，减少铸件的清理和打磨工时，明显提高铸件生产效率并保证铸件产品质量。本发明铸造制芯材料尤其适用于对质量要求较高的铸件以及难于放置或清理冷铁的区域，如带有导柱孔的压力容器或油缸类零件、侧壁带有细长孔的铸件等，有效减少或消除铸造缺陷，提高产品合格率。本发明制芯方法得到的砂芯的抗压强度为2.9 MPa以上，完全满足铸件浇注需要。

附图说明

图1为采用实施例3的制芯方法得到的一种现有油缸的砂芯的结构剖视图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例1的铸造制芯材料的重量百分比组成包括：钢丸60 %，碳粒20 %，本实施例中以木屑为碳粒，余量为硅砂，其中，钢丸的粒径为0.5～1.5 mm，碳粒的粒径＜1.0 mm。钢丸回收自抛丸机抛丸处理后产生的废旧钢丸，废旧钢丸的含铁量为92 %，硅砂回收自抛丸机抛丸处理后产生的旧砂。

实施例2的铸造制芯材料的重量百分比组成包括：钢丸55 %，碳粒25 %，本实施例中以碳块颗粒为碳粒，余量为硅砂，其中，钢丸的粒径为0.5～1.5 mm，碳粒的粒径＜1.0 mm。钢丸回收自抛丸机抛丸处理后产生的废旧钢丸，废旧钢丸的含铁量为95 %，废旧钢丸中20～30目的钢丸的重量占比为55～65%；硅砂回收自抛丸机抛丸处理后产生的旧砂。

实施例3，以实施例1的铸造制芯材料为原料的制芯方法，包括以下步骤：

（1）将制芯材料的各原料混合均匀后加入混砂机中，充分搅拌均匀后，加入碱性酚醛树脂作为粘接剂，加入的碱性酚醛树脂与制芯材料的体积比为1.0:20，再次充分搅拌均匀，得到调配好的铁砂；

（2）在芯盒内放置芯骨，该芯骨的侧壁上预先开设有多个孔径＞10 mm的排气孔，根据铸件形状，在芯骨周围填充调配好的铁砂并捣实，芯骨的外侧面与芯盒的内侧面之间填充的铁砂的厚度为35 mm；

（3）经传输导管向多个排气孔持续输入CO2气体10分钟，使填充的铁砂硬化，得到砂芯半成品；

（4）在砂芯半成品表面涂刷0.5～1.0 mm厚度的石墨系水性涂料后，将砂芯半成品放入烘箱内，在低于200 ℃的温度下保温3 h烘干，即制作完成抗压强度2.9 MPa以上的砂芯，备用。

现以一种现有油缸为例，采用实施例3的制芯方法得到的砂芯的结构剖视图见图1。图1中，1为铁砂，2为芯骨，3为芯骨上的排气孔，4为型腔（即铸型），5为芯头。浇注后，型腔4内充满铁水，受到铁砂1的激冷作用，铸件侧壁达到同时凝固的效果，铸件冷却凝固后即得到油缸铸件。该油缸铸件的缩孔、缩松等铸造缺陷得到有效消除，质量好。

实施例4，以实施例2的铸造制芯材料为原料的制芯方法，包括以下步骤：

（1）将制芯材料的各原料混合均匀后加入混砂机中，充分搅拌均匀后，加入碱性酚醛树脂作为粘接剂，加入的碱性酚醛树脂与制芯材料的体积比为1.5:20，再次充分搅拌均匀，得到调配好的铁砂；

（2）在芯盒内放置芯骨，该芯骨的侧壁上预先开设有多个孔径＞10 mm的排气孔，多个排气孔上分别插设有排气管，多根排气管上分别开设有气孔，多根排气管的外端分别埋入铁砂内；根据铸件形状，在芯骨周围填充调配好的铁砂并捣实，芯骨的外侧面与芯盒的内侧面之间填充的铁砂的厚度为60 mm；

（3）经传输导管向多个排气孔持续输入CO2气体20分钟，使填充的铁砂硬化，得到砂芯半成品；

（4）在砂芯半成品表面涂刷1.0～2.0 mm厚度的石墨系水性涂料后，放置24小时自然干燥，即制作完成抗压强度2.9 MPa以上的砂芯，备用。