一種鑄造細小通道用組合式型芯的制作方法
一種鑄造細小通道用組合式型芯的制作方法
【專利摘要】一種鑄造細小通道用組合式型芯，包括砂芯、陶瓷芯，所述陶瓷芯的周邊包裹有砂芯，砂芯的制造材料為硅砂或樹脂砂，陶瓷芯的制造材料為二氧化硅、三氧化二鋁、陶瓷注射成形粘結(jié)劑；使用時，先通過注射成型工藝制作陶瓷芯，再將其置于芯盒中，然后通過吹砂工藝制作砂芯，待砂子固化后，陶瓷芯、砂芯便可固定成一體的組合式型芯，再將組合式型芯下入鑄型中澆注，澆注結(jié)束后開箱、除芯以完成該鑄造細小通道用組合式型芯的使用。本設(shè)計不僅能鑄造截面尺寸小于12mm的細小通道，而且易除芯、工作效率較高。
【專利說明】一種鑄造細小通道用組合式型芯
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及鑄造造型材料領(lǐng)域，尤其涉及一種鑄造細小通道用組合式型芯，具體適用于在黑色金屬鑄造中成形截面尺寸小于12_的細小的線性或者環(huán)狀通道。
【背景技術(shù)】
[0002]砂型鑄造是指以型砂、芯砂為造型材料制成鑄型，液態(tài)金屬在重力下充填鑄型來生產(chǎn)鑄件的鑄造方法。由于砂型鑄造所用的造型材料價廉易得，鑄型工藝簡便，對鑄件的單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)均能適應(yīng)，長期以來，一直是鑄造生產(chǎn)中的基本工藝。砂型鑄造中，在制造鑄件中的內(nèi)孔或通道時常需要使用砂芯，鑄造時，砂芯被固定放置于砂型中的特定位置，隨后將熔融金屬澆注進鑄型內(nèi)，當金屬凝固后再破碎砂芯就形成了鑄件的內(nèi)孔或通道。但隨著砂芯截面積的減小，其抵抗熔融金屬沖蝕、熱沖擊的能力大幅降低，同時砂芯的有機粘結(jié)劑也會在澆注過程中燒蝕掉，從而使砂芯的強度大幅降低，因而該方法所鑄造的內(nèi)孔或通道的截面存在一個極限尺寸。
[0003]中國專利，申請公布號為CN103302245A，申請公布日為2013年9月18日的發(fā)明專利申請公開了一種發(fā)動機缸蓋成型模具，該模具包括直澆道，與直澆道連接的多道橫澆道，多道橫澆道分別與型腔連通，型腔內(nèi)設(shè)置有砂芯，多道橫澆道和型腔之間分別設(shè)置多個縫隙澆道，多個縫隙澆道設(shè)置為豎直布置的結(jié)構(gòu)，冒口設(shè)置為位于型腔上方位置，所述的多個縫隙澆道的內(nèi)部通道均設(shè)置為截面呈“一”字型的結(jié)構(gòu)。雖然該發(fā)明能降低缸蓋鑄件毛坯廢品率，提聞缸蓋毛還質(zhì)量，但其仍舊具有以下缺陷:
[0004]雖然該發(fā)明能通過在型腔內(nèi)設(shè)置砂芯的方法鑄造出發(fā)動機缸蓋內(nèi)部的通道，但由于其采用的砂芯無論從結(jié)構(gòu)，還是從組成上都是傳統(tǒng)的砂芯，因而其抵抗熔融金屬沖蝕、熱沖擊的能力仍較低，當鑄造較小尺寸的通道，如截面尺寸小于12_的通道時，易出現(xiàn)燒砂(即砂子與鐵水反應(yīng)，而將通道堵死)，或由于該處砂芯過細，強度不夠，而導(dǎo)致砂芯在澆注過程中被鐵水沖斷，致使此處通道被鐵水填充后堵死砂芯的缺陷，最終導(dǎo)致無法滿足鑄造細小通道的需求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的無法鑄造截面尺寸小于12mm的細小通道的缺陷與問題，提供一種能夠鑄造截面尺寸小于12mm細小通道的鑄造細小通道用組合式型芯。
[0006]為實現(xiàn)以上目的，本實用新型的技術(shù)解決方案是:一種鑄造細小通道用組合式型芯，包括砂芯，所述砂芯的制造材料為娃砂或樹脂砂；
[0007]所述組合式型芯還包括陶瓷芯，所述陶瓷芯的周邊包裹有砂芯，陶瓷芯通過其上設(shè)置的芯頭與砂芯相連接，且陶瓷芯、砂芯位于同一水平面。
[0008]所述陶瓷芯為X型結(jié)構(gòu)，包括陶瓷芯主體及其四端設(shè)置的四個支腳，每個支腳上都設(shè)置有與砂芯相連接的芯頭；所述芯頭的數(shù)量大于等于四。
[0009]所述芯頭的數(shù)量等于四，每個支腳上對應(yīng)設(shè)置有一個芯頭，且支腳的端面與芯頭相垂直。
[0010]所述支腳包括左上支腳、左下支腳、右上支腳、右下支腳，左上支腳、左下支腳位于陶瓷芯主體的左側(cè)，右上支腳、右下支腳位于陶瓷芯主體的右側(cè)，左上支腳高于右上支腳設(shè)置，右上支腳高于左下支腳設(shè)置，左下支腳高于右下支腳設(shè)置。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果為:
[0012]1、本實用新型一種鑄造細小通道用組合式型芯中的組合式型芯包括陶瓷芯及其周邊包裹的砂芯，其中，陶瓷芯對應(yīng)鑄件中最細小的孔道的成形。由于陶瓷芯不僅熔點高于普通型砂，而且其抵抗熔融金屬沖蝕、熱沖擊的能力均較高，故在鑄造時，不會出現(xiàn)燒砂或在澆注過程中被鐵水沖斷的缺陷，易成形鑄件中那些普通砂芯難以勝任的細小通道，如截面尺寸小于12mm的通道。因此，本實用新型能夠鑄造截面尺寸小于12mm的細小通道。
[0013]2、本實用新型一種鑄造細小通道用組合式型芯中陶瓷芯的組成成分及重量份比例為:二氧化硅40 - 50，三氧化二鋁50 - 60，陶瓷注射成形粘結(jié)劑15-20，其中，二氧化硅可以提高陶瓷芯的溶解速度，而耐高溫性能優(yōu)異的三氧化二鋁則能提高陶瓷芯在1500°C(鐵水澆注溫度)下的強度，保證陶瓷芯在整個澆注過程中不發(fā)生斷裂和變形，陶瓷注射成形粘結(jié)劑則既能保證注射喂料的成形性，又能縮短脫脂的時間，提高效率。因此，本實用新型能兼顧陶瓷芯易溶解和高溫強度高兩個特性，工作效率較高。
[0014]3、本實用新型一種鑄造細小通道用組合式型芯中在澆注結(jié)束后，陶瓷芯位于鑄件內(nèi)部細小通道之內(nèi)，且由于陶瓷芯的抗沖擊能力、強度均較高，若采用傳統(tǒng)的敲碎除芯工藝去除，不僅不易除凈，而且易損壞鑄件，為此，本實用新型特采取化學(xué)溶解+高壓水沖洗的方法以去除本設(shè)計中的陶瓷芯，該方法不僅能夠完全去除本設(shè)計中的陶瓷芯，而且不會損壞鑄件，易于操作。因此，本實用新型不僅能夠去除位于鑄件內(nèi)部細小通道內(nèi)的陶瓷芯，而且操作簡易。
[0015]4、本實用新型一種鑄造細小通道用組合式型芯中在制作陶瓷芯時，不僅強調(diào)其組成成分，還強調(diào)其結(jié)構(gòu)，具體而言為:先運用待鑄件的三維模型確定需要陶瓷芯鑄造的部位，再將該部位分割出來以在三維軟件中設(shè)計出芯頭以獲得陶瓷芯的三維模型，從而制作出符合要求的陶瓷芯的素坯。該設(shè)計的針對性較強，能夠制作出具備最佳結(jié)構(gòu)的陶瓷芯，不僅利于截面尺寸小于12_的細小通道的形成，而且不會浪費原材料，工作效率較高。因此，本實用新型不僅利于鑄造截面尺寸小于12_的細小通道，而且工作效率較高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是圖1中陶瓷芯的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是圖2中支腳的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中:砂芯1、陶瓷芯2、陶瓷芯主體21、支腳22、左上支腳221、左下支腳222、右上支腳223、右下支腳224、芯頭3。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合【專利附圖】
【附圖說明】和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0021]參見圖1 -圖3，一種鑄造細小通道用組合式型芯，包括砂芯1，所述砂芯I的制造材料為硅砂或樹脂砂；
[0022]所述組合式型芯還包括陶瓷芯2，所述陶瓷芯2的周邊包裹有砂芯1，陶瓷芯2通過其上設(shè)置的芯頭3與砂芯I相連接，且陶瓷芯2、砂芯I位于同一水平面。
[0023]所述陶瓷芯2為X型結(jié)構(gòu)，包括陶瓷芯主體21及其四端設(shè)置的四個支腳22，每個支腳22上都設(shè)置有與砂芯I相連接的芯頭3 ;所述芯頭3的數(shù)量大于等于四。
[0024]所述芯頭3的數(shù)量等于四，每個支腳22上對應(yīng)設(shè)置有一個芯頭3，且支腳22的端面與芯頭3相垂直。
[0025]所述支腳22包括左上支腳221、左下支腳222、右上支腳223、右下支腳224，左上支腳221、左下支腳222位于陶瓷芯主體21的左側(cè)，右上支腳223、右下支腳224位于陶瓷芯主體21的右側(cè)，左上支腳221高于右上支腳223設(shè)置，右上支腳223高于左下支腳222設(shè)置，左下支腳222高于右下支腳224設(shè)置。
[0026]所述陶瓷芯2的組成成分及重量份比例為:二氧化硅40 - 50，三氧化二鋁50 -60，陶瓷注射成形粘結(jié)劑15 - 20。
[0027]所述陶瓷芯2的組成成分及重量份比例為:二氧化硅45，三氧化二鋁55，陶瓷注射成形粘結(jié)劑18。
[0028]所述陶瓷注射成形粘結(jié)劑是石蠟基粘接劑。
[0029]一種上述鑄造細小通道用組合式型芯的使用方法，所述使用方法依次包括以下步驟:
[0030]陶瓷芯的制作工藝:先將二氧化硅、三氧化二鋁、陶瓷注射成形粘結(jié)劑按比例加熱攪拌均勻以形成塊狀料，再將塊狀料放入單桿或雙桿擠出機中以制備喂料，然后采用陶瓷注射機將制備好的喂料注射成陶瓷芯素坯，再對陶瓷芯素坯依次進行脫脂、燒結(jié)以得到陶瓷芯2成品；所述二氧化硅、三氧化二鋁、陶瓷注射成形粘結(jié)劑的用量比為:二氧化硅40 - 50，三氧化二鋁50 - 60,陶瓷注射成形粘結(jié)劑15 - 20 ;
[0031]組合式型芯的制作工藝:先將上述制備好的陶瓷芯2放入芯盒內(nèi)，陶瓷芯2在芯盒內(nèi)的固定通過靠形定位，再向芯盒內(nèi)射入硅砂或樹脂砂以形成砂芯1，當砂子充滿芯盒時停止射砂，此時，陶瓷芯2的周邊已被砂子構(gòu)成的砂芯I包裹，待砂子固化后，陶瓷芯2、砂芯I固定成一體以形成所述的鑄造細小通道用組合式型芯；
[0032]澆注與除芯工藝:先將上述鑄造細小通道用組合式型芯下入鑄型中，再合箱以開始澆注，澆注結(jié)束后開箱、除芯以完成所述鑄造細小通道用組合式型芯的使用。
[0033]所述澆注與除芯工藝中:所述除芯是指先通過震動除砂工藝將組合式型芯中的砂芯I去除，再將鑄品逐漸放入質(zhì)量百分比濃度為60% - 70%、溫度為450°C - 500°C的KOH溶液中，然后在2atm- 3atm壓力下沸煮2h - 3h，此時，陶瓷芯2中的二氧化硅、三氧化二鋁與KOH 溶液的反應(yīng)為:2K0H + Al2O3 = 2KA102 + H2O, S12 + 2K0H = K2S13 + H2O,再采用高壓水沖洗以去除殘余的陶瓷芯2，此時，除芯工藝結(jié)束。
[0034]所述陶瓷芯的制作工藝中:所述采用陶瓷注射機將制備好的喂料注射成陶瓷芯素坯是指:先運用三維模型將待鑄造細小通道內(nèi)易粘砂或易發(fā)生斷芯的部位分割出來，分割出的部位一定要保證有足夠的空間設(shè)置與砂芯I相連接的芯頭3，再將分割出的部位在三維軟件中設(shè)計出芯頭3以獲得陶瓷芯2的三維模型，然后根據(jù)該陶瓷芯2的三維模型開設(shè)模具，最后使用陶瓷注射機，利用制備的喂料，通過模具成形出陶瓷芯的素坯。
[0035]所述陶瓷芯的制作工藝中:所述脫脂的最高溫度是350°C，燒結(jié)的最高溫度是15000C - 1600°C。
[0036]本實用新型的原理說明如下:
[0037]一、陶瓷芯、砂芯的組合:
[0038]傳統(tǒng)上，由于缸蓋內(nèi)復(fù)雜的幾何形狀通道，需要選擇一種合適的工藝來制造，而砂芯復(fù)雜形狀的成形能力和后期易于清除的特性使砂型鑄造成為缸蓋制造首選工藝，同時砂型鑄造工藝相對低廉的材料成本也符合汽車行業(yè)對零件成本控制的需求。
[0039]但砂型鑄造存在其自身的局限性，這是因為隨著砂芯截面尺寸的減小，芯子抵抗金屬熔液過早破碎的能力也在降低，即在澆注產(chǎn)生的熱沖擊、粘結(jié)劑燒損、砂芯的沖蝕等多重作用下，砂芯存在一個極限尺寸，越來越難以滿足發(fā)動機缸蓋的鑄造需求。
[0040]尤其隨著重型柴油發(fā)動機爆發(fā)壓力的不斷提高，缸蓋內(nèi)的水道越來越復(fù)雜、細小——尤其是缸蓋鼻梁區(qū)上方氣道與噴油器壁內(nèi)的水道更加細小，成形此處水道的砂芯極有可能因達到其極限尺寸而無法抵抗鐵水的熱沖擊和沖蝕而發(fā)生斷裂或者燒砂現(xiàn)象，從而導(dǎo)致此處的水道堵塞，無法完成符合要求的鑄造。
[0041]正因為如此，本實用新型對鑄造的型芯進行了獨特設(shè)計，包括砂芯、陶瓷芯兩部分，陶瓷芯的周邊包裹有砂芯，其中，陶瓷芯專門負責(zé)最細小通道的鑄造，由于Al2O3和S12的熔點高于普通型砂，因此陶瓷芯可以成形鑄件中那些普通砂芯難以勝任的細小通道，如柴油發(fā)動機缸蓋鼻梁區(qū)上方水套，采用本實用新型中的組合式型芯可以成形寬度在5mm-12mm之間的細小水道，完全能夠滿足現(xiàn)有重型柴油發(fā)動機缸蓋的鑄造要求。
[0042]二、陶瓷芯的制作:
[0043]陶瓷芯的組成成分及重量份比例為:二氧化硅40 - 50，三氧化二鋁50 - 60，陶瓷注射成形粘結(jié)劑15-20，該設(shè)計的優(yōu)點在于:易于溶于KOH溶液的二氧化硅可以提高陶瓷芯的溶解速度，而耐高溫性能優(yōu)異的三氧化二鋁則能提高陶瓷芯在1500°C (鐵水澆注溫度)下的強度，保證陶瓷芯在整個澆注過程中不發(fā)生斷裂和變形，因而二氧化硅和三氧化二鋁的合適配比可以兼顧陶瓷芯易溶解和高溫強度高兩個特性。此外，適量比例的注射粘結(jié)劑既能保證注射喂料的成形性，又能縮短脫脂的時間，提高效率。
[0044]陶瓷芯素坯依次進行脫脂、燒結(jié):脫脂是將素坯中的熱塑性粘接劑的主要成分，如石蠟，在其熱分解溫度下(最高溫度在350°C)脫去的過程，需要使用專用的脫脂爐，在設(shè)定好的脫脂溫度曲線下完成；燒結(jié)是指將脫脂后素坯中殘余粘接劑燒去，使素坯陶瓷化的過程，該過程與脫脂類似，但是溫度更高(最高溫度需要達到1500°C -1600°C)，需要使用高溫?zé)Y(jié)爐。先脫脂再燒結(jié)的原因在于:如果素坯不經(jīng)過脫脂而直接燒結(jié)，會因為粘接劑成分迅速熱結(jié)產(chǎn)生的大量氣體將素坯漲裂，所以要依次完成脫脂和燒結(jié)。
[0045]三、陶瓷芯的去除:
[0046]本實用新型在澆注結(jié)束后，陶瓷芯位于鑄件內(nèi)部細小通道之內(nèi)，其位置居于鑄件的最內(nèi)部，同時，陶瓷芯的抗沖擊能力、強度均較高，若采用傳統(tǒng)的敲碎除芯工藝去除，不僅不易除凈，而且易損壞鑄件，為此，本實用新型特采取化學(xué)溶解+高壓水沖洗的方法以去除本設(shè)計中的陶瓷芯，該方法不僅能夠完全去除本設(shè)計中的陶瓷芯，而且不會損壞鑄件，易于操作。
[0047]實施例1:
[0048]本實用新型應(yīng)用于制備某大馬力柴油發(fā)動機缸蓋，該型發(fā)動機缸蓋鼻梁區(qū)水套最窄部位在8_ - 9_，在采用傳統(tǒng)砂芯制備時經(jīng)常出現(xiàn)斷芯或砂芯燒結(jié)無法清除的問題，采用本實用新型則可以有效解決上述問題。
[0049]參見圖1 -圖2，一種鑄造細小通道用組合式型芯，包括砂芯1、陶瓷芯2，所述陶瓷芯2的周邊包裹有砂芯1，陶瓷芯2通過其上設(shè)置的芯頭3與砂芯I相連接，且陶瓷芯2、砂芯I位于同一水平面；所述陶瓷芯2為X型結(jié)構(gòu)，包括陶瓷芯主體21及其四端設(shè)置的四個支腳22，每個支腳22上都設(shè)置有與砂芯I相連接的芯頭3 ;所述芯頭3的數(shù)量大于等于四；所述砂芯I的制造材料為硅砂或樹脂砂，所述陶瓷芯2的組成成分及重量份比例為:二氧化硅40 - 50，三氧化二鋁50 - 60,陶瓷注射成形粘結(jié)劑15 - 20。
[0050]一種上述鑄造細小通道用組合式型芯的使用方法，所述使用方法依次包括以下步驟:
[0051]陶瓷芯的制作工藝:先將二氧化硅、三氧化二鋁、陶瓷注射成形粘結(jié)劑按比例加熱攪拌均勻以形成塊狀料，再將塊狀料放入單桿或雙桿擠出機中以制備喂料，然后采用陶瓷注射機將制備好的喂料注射成陶瓷芯素坯，再對陶瓷芯素坯依次進行脫脂、燒結(jié)以得到陶瓷芯2成品；所述脫脂的最高溫度是350°C，燒結(jié)的最高溫度是1500°C - 1600°C ;所述二氧化硅、三氧化二鋁、陶瓷注射成形粘結(jié)劑的用量比為:二氧化硅40 - 50，三氧化二鋁50 - 60,陶瓷注射成形粘結(jié)劑15 - 20 ;所述采用陶瓷注射機將制備好的喂料注射成陶瓷芯素坯是指:先運用三維模型將待鑄造細小通道內(nèi)易粘砂或易發(fā)生斷芯的部位分割出來，分割出的部位一定要保證有足夠的空間設(shè)置與砂芯I相連接的芯頭3，再將分割出的部位在三維軟件中設(shè)計出芯頭3以獲得陶瓷芯2的三維模型，然后根據(jù)該陶瓷芯2的三維模型開設(shè)模具，最后使用陶瓷注射機，利用制備的喂料，通過模具成形出陶瓷芯的素坯；
[0052]組合式型芯的制作工藝:先將上述制備好的陶瓷芯2放入芯盒內(nèi)，陶瓷芯2在芯盒內(nèi)的固定通過靠形定位，再向芯盒內(nèi)射入硅砂或樹脂砂以形成砂芯1，當砂子充滿芯盒時停止射砂，此時，陶瓷芯2的周邊已被砂子構(gòu)成的砂芯I包裹，待砂子固化后，陶瓷芯2、砂芯I固定成一體以形成所述的鑄造細小通道用組合式型芯；
[0053]澆注與除芯工藝:先將上述鑄造細小通道用組合式型芯下入鑄型中，再合箱以開始澆注，澆注結(jié)束后開箱、除芯以完成所述鑄造細小通道用組合式型芯的使用；所述除芯是指先通過震動除砂工藝將組合式型芯中的砂芯I去除，再將鑄品逐漸放入質(zhì)量百分比濃度為60% - 70%、溫度為450°C - 500°C的KOH溶液中，然后在2atm - 3atm壓力下沸煮2h - 3h，此時，陶瓷芯2中的二氧化硅、三氧化二鋁與KOH溶液的反應(yīng)為:2K0H + Al2O3 = 2KA102 +H2O, S12 + 2K0H = K2S13 + H2O,再采用高壓水沖洗以去除殘余的陶瓷芯2，此時，除芯工藝結(jié)束。
【權(quán)利要求】
1.一種鑄造細小通道用組合式型芯，包括砂芯(1)，所述砂芯(I)的制造材料為硅砂或樹脂砂，其特征在于: 所述組合式型芯還包括陶瓷芯(2)，所述陶瓷芯(2)的周邊包裹有砂芯(I )，陶瓷芯(2)通過其上設(shè)置的芯頭(3)與砂芯(I)相連接，且陶瓷芯(2)、砂芯(I)位于同一水平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鑄造細小通道用組合式型芯，其特征在于:所述陶瓷芯(2)為X型結(jié)構(gòu)，包括陶瓷芯主體(21)及其四端設(shè)置的四個支腳(22)，每個支腳(22)上都設(shè)置有與砂芯(I)相連接的芯頭(3);所述芯頭(3)的數(shù)量大于等于四。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鑄造細小通道用組合式型芯，其特征在于:所述芯頭(3)的數(shù)量等于四，每個支腳(22 )上對應(yīng)設(shè)置有一個芯頭(3 )，且支腳(22 )的端面與芯頭(3 )相垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鑄造細小通道用組合式型芯，其特征在于:所述支腳(22)包括左上支腳(221)、左下支腳(222)、右上支腳(223)、右下支腳(224)，左上支腳(221)、左下支腳(222)位于陶瓷芯主體(21)的左側(cè)，右上支腳(223)、右下支腳(224)位于陶瓷芯主體(21)的右側(cè)，左上支腳(221)高于右上支腳(223 )設(shè)置，右上支腳(223 )高于左下支腳(222)設(shè)置，左下支腳(222)高于右下支腳(224)設(shè)置。
【文檔編號】B22C9/10GK203956020SQ201420278037
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】李楠, 袁福安 申請人:東風(fēng)商用車有限公司
【專利摘要】一種鑄造細小通道用組合式型芯，包括砂芯、陶瓷芯，所述陶瓷芯的周邊包裹有砂芯，砂芯的制造材料為硅砂或樹脂砂，陶瓷芯的制造材料為二氧化硅、三氧化二鋁、陶瓷注射成形粘結(jié)劑；使用時，先通過注射成型工藝制作陶瓷芯，再將其置于芯盒中，然后通過吹砂工藝制作砂芯，待砂子固化后，陶瓷芯、砂芯便可固定成一體的組合式型芯，再將組合式型芯下入鑄型中澆注，澆注結(jié)束后開箱、除芯以完成該鑄造細小通道用組合式型芯的使用。本設(shè)計不僅能鑄造截面尺寸小于12mm的細小通道，而且易除芯、工作效率較高。
【專利說明】一種鑄造細小通道用組合式型芯
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及鑄造造型材料領(lǐng)域，尤其涉及一種鑄造細小通道用組合式型芯，具體適用于在黑色金屬鑄造中成形截面尺寸小于12_的細小的線性或者環(huán)狀通道。
【背景技術(shù)】
[0002]砂型鑄造是指以型砂、芯砂為造型材料制成鑄型，液態(tài)金屬在重力下充填鑄型來生產(chǎn)鑄件的鑄造方法。由于砂型鑄造所用的造型材料價廉易得，鑄型工藝簡便，對鑄件的單件生產(chǎn)、成批生產(chǎn)和大量生產(chǎn)均能適應(yīng)，長期以來，一直是鑄造生產(chǎn)中的基本工藝。砂型鑄造中，在制造鑄件中的內(nèi)孔或通道時常需要使用砂芯，鑄造時，砂芯被固定放置于砂型中的特定位置，隨后將熔融金屬澆注進鑄型內(nèi)，當金屬凝固后再破碎砂芯就形成了鑄件的內(nèi)孔或通道。但隨著砂芯截面積的減小，其抵抗熔融金屬沖蝕、熱沖擊的能力大幅降低，同時砂芯的有機粘結(jié)劑也會在澆注過程中燒蝕掉，從而使砂芯的強度大幅降低，因而該方法所鑄造的內(nèi)孔或通道的截面存在一個極限尺寸。
[0003]中國專利，申請公布號為CN103302245A，申請公布日為2013年9月18日的發(fā)明專利申請公開了一種發(fā)動機缸蓋成型模具，該模具包括直澆道，與直澆道連接的多道橫澆道，多道橫澆道分別與型腔連通，型腔內(nèi)設(shè)置有砂芯，多道橫澆道和型腔之間分別設(shè)置多個縫隙澆道，多個縫隙澆道設(shè)置為豎直布置的結(jié)構(gòu)，冒口設(shè)置為位于型腔上方位置，所述的多個縫隙澆道的內(nèi)部通道均設(shè)置為截面呈“一”字型的結(jié)構(gòu)。雖然該發(fā)明能降低缸蓋鑄件毛坯廢品率，提聞缸蓋毛還質(zhì)量，但其仍舊具有以下缺陷:
[0004]雖然該發(fā)明能通過在型腔內(nèi)設(shè)置砂芯的方法鑄造出發(fā)動機缸蓋內(nèi)部的通道，但由于其采用的砂芯無論從結(jié)構(gòu)，還是從組成上都是傳統(tǒng)的砂芯，因而其抵抗熔融金屬沖蝕、熱沖擊的能力仍較低，當鑄造較小尺寸的通道，如截面尺寸小于12_的通道時，易出現(xiàn)燒砂(即砂子與鐵水反應(yīng)，而將通道堵死)，或由于該處砂芯過細，強度不夠，而導(dǎo)致砂芯在澆注過程中被鐵水沖斷，致使此處通道被鐵水填充后堵死砂芯的缺陷，最終導(dǎo)致無法滿足鑄造細小通道的需求。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]本實用新型的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的無法鑄造截面尺寸小于12mm的細小通道的缺陷與問題，提供一種能夠鑄造截面尺寸小于12mm細小通道的鑄造細小通道用組合式型芯。
[0006]為實現(xiàn)以上目的，本實用新型的技術(shù)解決方案是:一種鑄造細小通道用組合式型芯，包括砂芯，所述砂芯的制造材料為娃砂或樹脂砂；
[0007]所述組合式型芯還包括陶瓷芯，所述陶瓷芯的周邊包裹有砂芯，陶瓷芯通過其上設(shè)置的芯頭與砂芯相連接，且陶瓷芯、砂芯位于同一水平面。
[0008]所述陶瓷芯為X型結(jié)構(gòu)，包括陶瓷芯主體及其四端設(shè)置的四個支腳，每個支腳上都設(shè)置有與砂芯相連接的芯頭；所述芯頭的數(shù)量大于等于四。
[0009]所述芯頭的數(shù)量等于四，每個支腳上對應(yīng)設(shè)置有一個芯頭，且支腳的端面與芯頭相垂直。
[0010]所述支腳包括左上支腳、左下支腳、右上支腳、右下支腳，左上支腳、左下支腳位于陶瓷芯主體的左側(cè)，右上支腳、右下支腳位于陶瓷芯主體的右側(cè)，左上支腳高于右上支腳設(shè)置，右上支腳高于左下支腳設(shè)置，左下支腳高于右下支腳設(shè)置。
[0011]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型的有益效果為:
[0012]1、本實用新型一種鑄造細小通道用組合式型芯中的組合式型芯包括陶瓷芯及其周邊包裹的砂芯，其中，陶瓷芯對應(yīng)鑄件中最細小的孔道的成形。由于陶瓷芯不僅熔點高于普通型砂，而且其抵抗熔融金屬沖蝕、熱沖擊的能力均較高，故在鑄造時，不會出現(xiàn)燒砂或在澆注過程中被鐵水沖斷的缺陷，易成形鑄件中那些普通砂芯難以勝任的細小通道，如截面尺寸小于12mm的通道。因此，本實用新型能夠鑄造截面尺寸小于12mm的細小通道。
[0013]2、本實用新型一種鑄造細小通道用組合式型芯中陶瓷芯的組成成分及重量份比例為:二氧化硅40 - 50，三氧化二鋁50 - 60，陶瓷注射成形粘結(jié)劑15-20，其中，二氧化硅可以提高陶瓷芯的溶解速度，而耐高溫性能優(yōu)異的三氧化二鋁則能提高陶瓷芯在1500°C(鐵水澆注溫度)下的強度，保證陶瓷芯在整個澆注過程中不發(fā)生斷裂和變形，陶瓷注射成形粘結(jié)劑則既能保證注射喂料的成形性，又能縮短脫脂的時間，提高效率。因此，本實用新型能兼顧陶瓷芯易溶解和高溫強度高兩個特性，工作效率較高。
[0014]3、本實用新型一種鑄造細小通道用組合式型芯中在澆注結(jié)束后，陶瓷芯位于鑄件內(nèi)部細小通道之內(nèi)，且由于陶瓷芯的抗沖擊能力、強度均較高，若采用傳統(tǒng)的敲碎除芯工藝去除，不僅不易除凈，而且易損壞鑄件，為此，本實用新型特采取化學(xué)溶解+高壓水沖洗的方法以去除本設(shè)計中的陶瓷芯，該方法不僅能夠完全去除本設(shè)計中的陶瓷芯，而且不會損壞鑄件，易于操作。因此，本實用新型不僅能夠去除位于鑄件內(nèi)部細小通道內(nèi)的陶瓷芯，而且操作簡易。
[0015]4、本實用新型一種鑄造細小通道用組合式型芯中在制作陶瓷芯時，不僅強調(diào)其組成成分，還強調(diào)其結(jié)構(gòu)，具體而言為:先運用待鑄件的三維模型確定需要陶瓷芯鑄造的部位，再將該部位分割出來以在三維軟件中設(shè)計出芯頭以獲得陶瓷芯的三維模型，從而制作出符合要求的陶瓷芯的素坯。該設(shè)計的針對性較強，能夠制作出具備最佳結(jié)構(gòu)的陶瓷芯，不僅利于截面尺寸小于12_的細小通道的形成，而且不會浪費原材料，工作效率較高。因此，本實用新型不僅利于鑄造截面尺寸小于12_的細小通道，而且工作效率較高。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0016]圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖2是圖1中陶瓷芯的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖3是圖2中支腳的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0019]圖中:砂芯1、陶瓷芯2、陶瓷芯主體21、支腳22、左上支腳221、左下支腳222、右上支腳223、右下支腳224、芯頭3。
【具體實施方式】
[0020]以下結(jié)合【專利附圖】
【附圖說明】和【具體實施方式】對本實用新型作進一步詳細的說明。
[0021]參見圖1 -圖3，一種鑄造細小通道用組合式型芯，包括砂芯1，所述砂芯I的制造材料為硅砂或樹脂砂；
[0022]所述組合式型芯還包括陶瓷芯2，所述陶瓷芯2的周邊包裹有砂芯1，陶瓷芯2通過其上設(shè)置的芯頭3與砂芯I相連接，且陶瓷芯2、砂芯I位于同一水平面。
[0023]所述陶瓷芯2為X型結(jié)構(gòu)，包括陶瓷芯主體21及其四端設(shè)置的四個支腳22，每個支腳22上都設(shè)置有與砂芯I相連接的芯頭3 ;所述芯頭3的數(shù)量大于等于四。
[0024]所述芯頭3的數(shù)量等于四，每個支腳22上對應(yīng)設(shè)置有一個芯頭3，且支腳22的端面與芯頭3相垂直。
[0025]所述支腳22包括左上支腳221、左下支腳222、右上支腳223、右下支腳224，左上支腳221、左下支腳222位于陶瓷芯主體21的左側(cè)，右上支腳223、右下支腳224位于陶瓷芯主體21的右側(cè)，左上支腳221高于右上支腳223設(shè)置，右上支腳223高于左下支腳222設(shè)置，左下支腳222高于右下支腳224設(shè)置。
[0026]所述陶瓷芯2的組成成分及重量份比例為:二氧化硅40 - 50，三氧化二鋁50 -60，陶瓷注射成形粘結(jié)劑15 - 20。
[0027]所述陶瓷芯2的組成成分及重量份比例為:二氧化硅45，三氧化二鋁55，陶瓷注射成形粘結(jié)劑18。
[0028]所述陶瓷注射成形粘結(jié)劑是石蠟基粘接劑。
[0029]一種上述鑄造細小通道用組合式型芯的使用方法，所述使用方法依次包括以下步驟:
[0030]陶瓷芯的制作工藝:先將二氧化硅、三氧化二鋁、陶瓷注射成形粘結(jié)劑按比例加熱攪拌均勻以形成塊狀料，再將塊狀料放入單桿或雙桿擠出機中以制備喂料，然后采用陶瓷注射機將制備好的喂料注射成陶瓷芯素坯，再對陶瓷芯素坯依次進行脫脂、燒結(jié)以得到陶瓷芯2成品；所述二氧化硅、三氧化二鋁、陶瓷注射成形粘結(jié)劑的用量比為:二氧化硅40 - 50，三氧化二鋁50 - 60,陶瓷注射成形粘結(jié)劑15 - 20 ;
[0031]組合式型芯的制作工藝:先將上述制備好的陶瓷芯2放入芯盒內(nèi)，陶瓷芯2在芯盒內(nèi)的固定通過靠形定位，再向芯盒內(nèi)射入硅砂或樹脂砂以形成砂芯1，當砂子充滿芯盒時停止射砂，此時，陶瓷芯2的周邊已被砂子構(gòu)成的砂芯I包裹，待砂子固化后，陶瓷芯2、砂芯I固定成一體以形成所述的鑄造細小通道用組合式型芯；
[0032]澆注與除芯工藝:先將上述鑄造細小通道用組合式型芯下入鑄型中，再合箱以開始澆注，澆注結(jié)束后開箱、除芯以完成所述鑄造細小通道用組合式型芯的使用。
[0033]所述澆注與除芯工藝中:所述除芯是指先通過震動除砂工藝將組合式型芯中的砂芯I去除，再將鑄品逐漸放入質(zhì)量百分比濃度為60% - 70%、溫度為450°C - 500°C的KOH溶液中，然后在2atm- 3atm壓力下沸煮2h - 3h，此時，陶瓷芯2中的二氧化硅、三氧化二鋁與KOH 溶液的反應(yīng)為:2K0H + Al2O3 = 2KA102 + H2O, S12 + 2K0H = K2S13 + H2O,再采用高壓水沖洗以去除殘余的陶瓷芯2，此時，除芯工藝結(jié)束。
[0034]所述陶瓷芯的制作工藝中:所述采用陶瓷注射機將制備好的喂料注射成陶瓷芯素坯是指:先運用三維模型將待鑄造細小通道內(nèi)易粘砂或易發(fā)生斷芯的部位分割出來，分割出的部位一定要保證有足夠的空間設(shè)置與砂芯I相連接的芯頭3，再將分割出的部位在三維軟件中設(shè)計出芯頭3以獲得陶瓷芯2的三維模型，然后根據(jù)該陶瓷芯2的三維模型開設(shè)模具，最后使用陶瓷注射機，利用制備的喂料，通過模具成形出陶瓷芯的素坯。
[0035]所述陶瓷芯的制作工藝中:所述脫脂的最高溫度是350°C，燒結(jié)的最高溫度是15000C - 1600°C。
[0036]本實用新型的原理說明如下:
[0037]一、陶瓷芯、砂芯的組合:
[0038]傳統(tǒng)上，由于缸蓋內(nèi)復(fù)雜的幾何形狀通道，需要選擇一種合適的工藝來制造，而砂芯復(fù)雜形狀的成形能力和后期易于清除的特性使砂型鑄造成為缸蓋制造首選工藝，同時砂型鑄造工藝相對低廉的材料成本也符合汽車行業(yè)對零件成本控制的需求。
[0039]但砂型鑄造存在其自身的局限性，這是因為隨著砂芯截面尺寸的減小，芯子抵抗金屬熔液過早破碎的能力也在降低，即在澆注產(chǎn)生的熱沖擊、粘結(jié)劑燒損、砂芯的沖蝕等多重作用下，砂芯存在一個極限尺寸，越來越難以滿足發(fā)動機缸蓋的鑄造需求。
[0040]尤其隨著重型柴油發(fā)動機爆發(fā)壓力的不斷提高，缸蓋內(nèi)的水道越來越復(fù)雜、細小——尤其是缸蓋鼻梁區(qū)上方氣道與噴油器壁內(nèi)的水道更加細小，成形此處水道的砂芯極有可能因達到其極限尺寸而無法抵抗鐵水的熱沖擊和沖蝕而發(fā)生斷裂或者燒砂現(xiàn)象，從而導(dǎo)致此處的水道堵塞，無法完成符合要求的鑄造。
[0041]正因為如此，本實用新型對鑄造的型芯進行了獨特設(shè)計，包括砂芯、陶瓷芯兩部分，陶瓷芯的周邊包裹有砂芯，其中，陶瓷芯專門負責(zé)最細小通道的鑄造，由于Al2O3和S12的熔點高于普通型砂，因此陶瓷芯可以成形鑄件中那些普通砂芯難以勝任的細小通道，如柴油發(fā)動機缸蓋鼻梁區(qū)上方水套，采用本實用新型中的組合式型芯可以成形寬度在5mm-12mm之間的細小水道，完全能夠滿足現(xiàn)有重型柴油發(fā)動機缸蓋的鑄造要求。
[0042]二、陶瓷芯的制作:
[0043]陶瓷芯的組成成分及重量份比例為:二氧化硅40 - 50，三氧化二鋁50 - 60，陶瓷注射成形粘結(jié)劑15-20，該設(shè)計的優(yōu)點在于:易于溶于KOH溶液的二氧化硅可以提高陶瓷芯的溶解速度，而耐高溫性能優(yōu)異的三氧化二鋁則能提高陶瓷芯在1500°C (鐵水澆注溫度)下的強度，保證陶瓷芯在整個澆注過程中不發(fā)生斷裂和變形，因而二氧化硅和三氧化二鋁的合適配比可以兼顧陶瓷芯易溶解和高溫強度高兩個特性。此外，適量比例的注射粘結(jié)劑既能保證注射喂料的成形性，又能縮短脫脂的時間，提高效率。
[0044]陶瓷芯素坯依次進行脫脂、燒結(jié):脫脂是將素坯中的熱塑性粘接劑的主要成分，如石蠟，在其熱分解溫度下(最高溫度在350°C)脫去的過程，需要使用專用的脫脂爐，在設(shè)定好的脫脂溫度曲線下完成；燒結(jié)是指將脫脂后素坯中殘余粘接劑燒去，使素坯陶瓷化的過程，該過程與脫脂類似，但是溫度更高(最高溫度需要達到1500°C -1600°C)，需要使用高溫?zé)Y(jié)爐。先脫脂再燒結(jié)的原因在于:如果素坯不經(jīng)過脫脂而直接燒結(jié)，會因為粘接劑成分迅速熱結(jié)產(chǎn)生的大量氣體將素坯漲裂，所以要依次完成脫脂和燒結(jié)。
[0045]三、陶瓷芯的去除:
[0046]本實用新型在澆注結(jié)束后，陶瓷芯位于鑄件內(nèi)部細小通道之內(nèi)，其位置居于鑄件的最內(nèi)部，同時，陶瓷芯的抗沖擊能力、強度均較高，若采用傳統(tǒng)的敲碎除芯工藝去除，不僅不易除凈，而且易損壞鑄件，為此，本實用新型特采取化學(xué)溶解+高壓水沖洗的方法以去除本設(shè)計中的陶瓷芯，該方法不僅能夠完全去除本設(shè)計中的陶瓷芯，而且不會損壞鑄件，易于操作。
[0047]實施例1:
[0048]本實用新型應(yīng)用于制備某大馬力柴油發(fā)動機缸蓋，該型發(fā)動機缸蓋鼻梁區(qū)水套最窄部位在8_ - 9_，在采用傳統(tǒng)砂芯制備時經(jīng)常出現(xiàn)斷芯或砂芯燒結(jié)無法清除的問題，采用本實用新型則可以有效解決上述問題。
[0049]參見圖1 -圖2，一種鑄造細小通道用組合式型芯，包括砂芯1、陶瓷芯2，所述陶瓷芯2的周邊包裹有砂芯1，陶瓷芯2通過其上設(shè)置的芯頭3與砂芯I相連接，且陶瓷芯2、砂芯I位于同一水平面；所述陶瓷芯2為X型結(jié)構(gòu)，包括陶瓷芯主體21及其四端設(shè)置的四個支腳22，每個支腳22上都設(shè)置有與砂芯I相連接的芯頭3 ;所述芯頭3的數(shù)量大于等于四；所述砂芯I的制造材料為硅砂或樹脂砂，所述陶瓷芯2的組成成分及重量份比例為:二氧化硅40 - 50，三氧化二鋁50 - 60,陶瓷注射成形粘結(jié)劑15 - 20。
[0050]一種上述鑄造細小通道用組合式型芯的使用方法，所述使用方法依次包括以下步驟:
[0051]陶瓷芯的制作工藝:先將二氧化硅、三氧化二鋁、陶瓷注射成形粘結(jié)劑按比例加熱攪拌均勻以形成塊狀料，再將塊狀料放入單桿或雙桿擠出機中以制備喂料，然后采用陶瓷注射機將制備好的喂料注射成陶瓷芯素坯，再對陶瓷芯素坯依次進行脫脂、燒結(jié)以得到陶瓷芯2成品；所述脫脂的最高溫度是350°C，燒結(jié)的最高溫度是1500°C - 1600°C ;所述二氧化硅、三氧化二鋁、陶瓷注射成形粘結(jié)劑的用量比為:二氧化硅40 - 50，三氧化二鋁50 - 60,陶瓷注射成形粘結(jié)劑15 - 20 ;所述采用陶瓷注射機將制備好的喂料注射成陶瓷芯素坯是指:先運用三維模型將待鑄造細小通道內(nèi)易粘砂或易發(fā)生斷芯的部位分割出來，分割出的部位一定要保證有足夠的空間設(shè)置與砂芯I相連接的芯頭3，再將分割出的部位在三維軟件中設(shè)計出芯頭3以獲得陶瓷芯2的三維模型，然后根據(jù)該陶瓷芯2的三維模型開設(shè)模具，最后使用陶瓷注射機，利用制備的喂料，通過模具成形出陶瓷芯的素坯；
[0052]組合式型芯的制作工藝:先將上述制備好的陶瓷芯2放入芯盒內(nèi)，陶瓷芯2在芯盒內(nèi)的固定通過靠形定位，再向芯盒內(nèi)射入硅砂或樹脂砂以形成砂芯1，當砂子充滿芯盒時停止射砂，此時，陶瓷芯2的周邊已被砂子構(gòu)成的砂芯I包裹，待砂子固化后，陶瓷芯2、砂芯I固定成一體以形成所述的鑄造細小通道用組合式型芯；
[0053]澆注與除芯工藝:先將上述鑄造細小通道用組合式型芯下入鑄型中，再合箱以開始澆注，澆注結(jié)束后開箱、除芯以完成所述鑄造細小通道用組合式型芯的使用；所述除芯是指先通過震動除砂工藝將組合式型芯中的砂芯I去除，再將鑄品逐漸放入質(zhì)量百分比濃度為60% - 70%、溫度為450°C - 500°C的KOH溶液中，然后在2atm - 3atm壓力下沸煮2h - 3h，此時，陶瓷芯2中的二氧化硅、三氧化二鋁與KOH溶液的反應(yīng)為:2K0H + Al2O3 = 2KA102 +H2O, S12 + 2K0H = K2S13 + H2O,再采用高壓水沖洗以去除殘余的陶瓷芯2，此時，除芯工藝結(jié)束。
【權(quán)利要求】
1.一種鑄造細小通道用組合式型芯，包括砂芯(1)，所述砂芯(I)的制造材料為硅砂或樹脂砂，其特征在于: 所述組合式型芯還包括陶瓷芯(2)，所述陶瓷芯(2)的周邊包裹有砂芯(I )，陶瓷芯(2)通過其上設(shè)置的芯頭(3)與砂芯(I)相連接，且陶瓷芯(2)、砂芯(I)位于同一水平面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種鑄造細小通道用組合式型芯，其特征在于:所述陶瓷芯(2)為X型結(jié)構(gòu)，包括陶瓷芯主體(21)及其四端設(shè)置的四個支腳(22)，每個支腳(22)上都設(shè)置有與砂芯(I)相連接的芯頭(3);所述芯頭(3)的數(shù)量大于等于四。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鑄造細小通道用組合式型芯，其特征在于:所述芯頭(3)的數(shù)量等于四，每個支腳(22 )上對應(yīng)設(shè)置有一個芯頭(3 )，且支腳(22 )的端面與芯頭(3 )相垂直。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種鑄造細小通道用組合式型芯，其特征在于:所述支腳(22)包括左上支腳(221)、左下支腳(222)、右上支腳(223)、右下支腳(224)，左上支腳(221)、左下支腳(222)位于陶瓷芯主體(21)的左側(cè)，右上支腳(223)、右下支腳(224)位于陶瓷芯主體(21)的右側(cè)，左上支腳(221)高于右上支腳(223 )設(shè)置，右上支腳(223 )高于左下支腳(222)設(shè)置，左下支腳(222)高于右下支腳(224)設(shè)置。
【文檔編號】B22C9/10GK203956020SQ201420278037
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年5月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月28日
【發(fā)明者】李楠, 袁福安 申請人:東風(fēng)商用車有限公司
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