進氣機匣樹脂砂芯、進氣機匣鑄件的製備方法與流程
2023-05-15 05:08:21 2
本發明涉及進氣機匣鑄造領域，特別地，涉及一種進氣機匣樹脂砂芯的製備方法。此外，本發明還涉及一種包括上述進氣機匣樹脂砂芯的進氣機匣鑄件的製備方法。
背景技術：
某進氣機匣鑄件集大型、複雜、薄壁封閉型腔特點為一體，並對鑄件尺寸精度和內部冶金質量要求高。這就需要加強鑄造過程中各種不確定的工藝因素的過程控制，如烘烤變形、清砂變形、鑄造缺陷等。在實際生產中，不知何種原因，樹脂砂芯出現烘烤變形的概率很高。針對該問題，行業內通常通過增加樹脂砂中樹脂和固化劑的加入量來提高烘烤後的高溫殘留強度，從而確保砂芯不發生烘烤變形。然而經過前期試驗分析和數據收集發現，此方法會導致針眼、氣孔和裂紋等鑄件缺陷的產生，同時也增加了後續清砂的難度，從而無法滿足進氣機匣鑄件的工藝要求。
技術實現要素：
本發明提供了一種進氣機匣樹脂砂芯、進氣機匣鑄件的製備方法，以解決現有進氣機匣樹脂砂芯無法滿足進氣機匣鑄件工藝要求的技術問題。
本發明採用的技術方案如下：
一種進氣機匣樹脂砂芯的製備方法，包括以下步驟：
將樹脂砂根據進氣機匣的形狀造型得到進氣機匣溼砂芯，樹脂砂包括砂粒、樹酯、固化劑和阻燃劑，樹酯和阻燃劑分別為砂粒質量的1.1～1.3％和0.5～1.5％，固化劑為樹酯質量的49～51％。
將進氣機匣溼砂芯放置在烘烤裝置的烘烤架上進行烘烤至幹，得到進氣機匣樹脂砂芯，進氣機匣溼砂芯與烘烤架之間設有隔熱板。
進一步地，樹酯和阻燃劑分別為砂粒質量的1.2％和1％，固化劑為樹酯質量的50％。
進一步地，烘烤步驟包括：
將進氣機匣溼砂芯在180～200℃下，保溫6～8小時，進行第一次烘烤；
將進行了第一次烘烤的進氣機匣溼砂芯在160～180℃下，保溫6～8小時，進行第二次烘烤。
進一步地，樹酯為呋喃樹酯，固化劑為磺酸固化劑，阻燃劑為硼酸，砂粒為大林砂。
進一步地，隔熱板為石棉板。
一種進氣機匣鑄件的製備方法，包括以下步驟：
將合金液澆注在上述的進氣機匣樹脂砂芯形成的進氣機匣樹脂砂型中。
冷卻後，清砂得到進氣機匣鑄件。
進一步地，合金液的溫度為710～730℃。
本發明具有以下有益效果：上述進氣機匣樹脂砂芯的製備方法，烘烤時進氣機匣溼砂芯與烘烤架之間設有隔熱板，使得進氣機匣溼砂芯烘烤時受熱均勻，避免進氣機匣溼砂芯與烘烤架接觸部分局部過熱，因而降低了加入大量樹酯和固化劑防止進氣機匣樹脂砂芯變形的需求。樹脂砂在保證24h抗幹拉強度和合適的高溫殘留強度的基礎上，減少了樹酯和固化劑的加入量，提高了樹脂砂的潰散性，有利於複雜薄壁封閉內腔的進氣機匣清理，防止清砂變形；同時還可減少因樹酯和固化劑引發的鑄件縮松、針孔、氣孔和裂紋缺陷。
除了上面所描述的目的、特徵和優點之外，本發明還有其它的目的、特徵和優點。下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。
附圖說明
構成本申請的一部分的附圖用來提供對本發明的進一步理解，本發明的示意性實施例及其說明用於解釋本發明，並不構成對本發明的不當限定。在附圖中：
圖1是本發明優選實施例的進氣機匣溼砂芯烘烤示意圖。
附圖標記說明：1、進氣機匣溼砂芯；2、隔熱板；3、烘烤架。
具體實施方式
以下結合附圖對本發明的實施例進行詳細說明，但是本發明可以由權利要求限定和覆蓋的多種不同方式實施。
參照圖1，本發明的優選實施例提供了一種進氣機匣樹脂砂芯的製備方法，包括以下步驟：
將樹脂砂根據進氣機匣的形狀造型得到進氣機匣溼砂芯1，樹脂砂包括砂粒、樹酯、固化劑和阻燃劑，樹酯和阻燃劑分別為砂粒質量的1.1～1.3％和0.5～1.5％，固化劑為樹酯質量的49～51％。
將進氣機匣溼砂芯1放置在烘烤裝置的烘烤架3上進行烘烤至幹，得到進氣機匣溼砂芯1，進氣機匣溼砂芯1與烘烤架3之間設有隔熱板2。
樹脂砂中的砂粒、樹酯、固化劑和阻燃劑可採用樹脂砂中常用的砂粒、樹酯、固化劑和阻燃劑。如砂粒可採用都昌砂、海砂、大林砂和寶珠砂等。樹脂砂中的樹脂和固化劑的加入量與樹脂砂的高溫潰散強度正相關。面對進氣機匣樹脂砂芯烘乾變形的問題，本領域的技術人員認為是因為高溫潰散強度不夠，導致部分結構在烘烤潰散引發變形。因此現有技術中多採用加入較大量的樹脂砂配方，如採用2％樹脂+50％固化劑的樹脂砂，(樹脂前的百分比表示樹脂與砂粒的質量比，固化劑前的百分比表示固化劑與樹脂的質量比，下同)決進氣機匣樹脂砂芯烘乾變形問題。然而發明人經過大量的研究發現，雖然烘乾變形問題得以解決，但由於樹脂和固化劑的量增大，引發了新的問題。
一方面，發明人對各樹脂砂在不同溫度下的高溫殘留強度進行了研究，如表1所示。
表1樹脂砂的高溫殘留強度
在鑄件澆注過程中，合金液的溫度為720℃左右。進氣機匣樹脂砂芯的體積較大，部分結構處壁厚較大，直接與合金液接觸或距離合金液較近的砂芯部分的溫度較高，在400℃以上，該部分砂芯在合金液的高溫下瞬間潰散。而距離合金液遠的砂芯部分溫度較低，只有300℃左右。如表1所示，2％樹脂+50％固化劑在300℃時的高溫殘留強度高達0.89mpa。因此該部分的砂芯不容易潰散。高溫潰散強度越高清砂越困難。清砂多採用重物如錘子敲擊的方式清砂，由於該部分的砂芯高溫潰散強度高，結構強度高，在清砂時需要使用較大的力量敲擊，因而容易引發鑄件變形。
另一方面，由於樹脂和固化劑的加入量較大，在高溫時會產生氣體，導致針眼、氣孔和裂紋等鑄件缺陷。
發明人經過大量的研究發現高溫潰散強度不夠是進氣機匣樹脂砂芯烘乾變形的原因之一，主要原因是烘乾時受熱不均勻。由於進氣機匣樹脂砂芯結構複雜，為避免懸掛時變形，因而多不採用懸掛方式烘乾，而是將其放置在烘烤裝置的烘烤架3上進行烘乾。進氣機匣溼砂芯1放置在烘烤架3上置於烘箱內烘烤，進氣機匣溼砂芯1受四周輻射加熱。由於烘烤架3材料為金屬材料，多為鐵製，鐵的導熱係數明顯高於空氣的導熱係數。因而與烘烤架3接觸的進氣機匣溼砂芯1部分受到雙層局部加熱，使得此處砂芯局部溫度高達300℃，與其接觸的進氣機匣溼砂芯1表面強度降低，質量變差，出現很多孔隙，表面落砂現象嚴重，導致烘烤變形。因而使得本領域的技術人員產生了進氣機匣樹脂砂芯變形是高溫潰散強度不夠引起的誤會。
在發現該原因之後，發明人在進氣機匣溼砂芯1下表面和烘烤架3之間加入隔熱板2，解決了進氣機匣溼砂芯1烘烤溫度均勻性問題，使進氣機匣溼砂芯1接觸四周的溫度均為200℃左右，不存在局部溫度達到300℃甚至更高溫度的情況。因而樹脂砂並不需要在300℃甚至更高溫度下的高溫潰散強度以免烘烤變形，只需要保證其在200℃左右具有合適的高溫潰散強度即可。發明人經過大量的實驗發現，減少樹脂和固化劑的加入量，一方面能降低樹脂砂的發氣量，有助於改善鑄件的內部冶金質量，有效控制針孔、氣孔和裂紋缺陷的產生。另一方面也能降低樹脂砂高溫潰散強度。具體的，如表1所示，1.1％樹脂+50％固化劑的樹脂砂在200℃時的高溫潰散強度為0.71mpa，在300℃時的高溫潰散強度為0.31mpa。1.2％樹脂+50％固化劑的樹脂砂在200℃時的高溫潰散強度為0.80mpa，在300℃時的高溫潰散強度為0.35mpa。1.3％樹脂+50％固化劑的樹脂砂在200℃時的高溫潰散強度為0.85mpa，在300℃時的高溫潰散強度為0.40mpa。因而在烘烤時，進氣機匣溼砂芯1具有合適的高溫潰散強度，不會出現烘烤變形，而在澆注鑄件時，其高溫潰散強度較低，距離合金液接觸的砂芯部分也容易清砂。同時也避免了砂箱等工裝的損耗，降低了成本。當樹脂的量少於砂粒質量的1.1％時，進氣機匣溼砂芯1的24h抗拉強度小於0.5，不滿足烘烤的條件。當樹脂的量大於砂粒質量的1.3％時，樹脂的量相對較多，有可能還是會造成針眼、氣孔和裂紋等鑄件缺陷。
本發明具有以下有益效果：上述進氣機匣樹脂砂芯的製備方法，烘烤時進氣機匣溼砂芯1與烘烤架3之間設有隔熱板2，使得進氣機匣溼砂芯1烘烤時受熱均勻，避免進氣機匣溼砂芯1與烘烤架3接觸部分局部過熱，因而降低了加入大量樹酯和固化劑防止進氣機匣樹脂砂芯變形的需求。樹脂砂在保證24h抗幹拉強度和合適的高溫殘留強度的基礎上，減少了樹酯和固化劑的加入量，提高了樹脂砂的潰散性，有利於複雜薄壁封閉內腔的進氣機匣清理，防止清砂變形；同時還可減少因樹酯和固化劑引發的鑄件縮松、針孔、氣孔和裂紋缺陷。
可選地，樹酯和阻燃劑分別為砂粒質量的1.2％和1％，固化劑為樹酯質量的50％。在該條件下，進氣機匣樹脂砂芯的潰散強度更合適，均衡性更好。
可選地，烘烤步驟包括：
將進氣機匣溼砂芯1在180～200℃下，保溫6～8小時，進行第一次烘烤；
將進行了第一次烘烤的進氣機匣溼砂芯1在160～180℃下，保溫6～8小時，進行第二次烘烤。
在該條件下，可確保砂芯烘烤完全，避免出現砂芯未完全烘乾，澆注時水分與合金液接觸發生輕微的爆炸，鑄件易產生疏鬆缺陷。並且烘烤溫度合適，降低出現溫度過高出現烘烤變形的機率。
可選地，樹酯為呋喃樹酯，固化劑為磺酸固化劑，阻燃劑為硼酸，砂粒為大林砂。
寶珠砂造型後，鑄型的尺寸精度較低。都昌砂造型的鑄型達到相同強度需要加入的樹脂和固化劑的含量較多，影響鑄件的冶金質量。在造型過程中，砂粒的角形係數越小，顆粒度越接近圓形或類圓形，砂粒的表面積越小，使用的樹脂和固化劑就越少，可以形成完整的粘結劑膜和粘結劑橋，降低樹脂和固化劑的加入量，減少發氣量。大林砂的顆粒均勻，角型係數小，符合該項要求。優選地，大林砂的粒度為50～100目，在該條件下較其他目數的砂粒達到相同的強度所需加入的樹脂和固化劑的量較少，並且50～100目的砂粒顆粒較粗，因而透氣性好，不易形成氣眼和縮孔。樹酯為呋喃樹酯，固化劑為磺酸固化劑，阻燃劑為硼酸，砂粒為大林砂，可使得進氣機匣樹脂砂芯各項性能好，鑄件的內部冶金質量好。
可選地，隔熱板2為石棉板。石棉板價格低廉，隔熱效果好。
一種進氣機匣鑄件的製備方法，包括以下步驟：
將合金液澆注在上述的進氣機匣樹脂砂芯形成的進氣機匣樹脂砂型中。
冷卻後，清砂得到進氣機匣鑄件。
將進氣機匣樹脂砂芯製得進氣機匣樹脂砂型。該進氣機匣鑄件的製備方法由於採用了上述的進氣機匣樹脂砂芯，改善了鑄件的內部冶金質量，有效控制針孔、氣孔和裂紋缺陷的產生。另一方面容易清砂。同時也避免了砂箱等工裝的損耗，降低了成本。
可選地，合金液的溫度為710～730℃。
以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，對於本領域的技術人員來說，本發明可以有各種更改和變化。凡在本發明的精神和原則之內，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。