进气机匣树脂砂芯、进气机匣铸件的制备方法

摘要

本发明公开了一种进气机匣树脂砂芯的制备方法，包括以下步骤：将树脂砂根据进气机匣的形状造型得到进气机匣湿砂芯，树脂砂包括砂粒、树酯、固化剂和阻燃剂，树酯和阻燃剂分别为砂粒质量的1.1～1.3％和0.5～1.5％，固化剂为树酯质量的49～51％。将进气机匣湿砂芯放置在烘烤装置的烘烤架上进行烘烤至干，得到进气机匣树脂砂芯，进气机匣湿砂芯与烘烤架之间设有隔热板。上述进气机匣树脂砂芯的制备方法，降低了加入大量树酯和固化剂防止进气机匣树脂砂芯变形的需求；提高了树脂砂的溃散性，有利于复杂薄壁封闭内腔的进气机匣清理，防止清砂变形；同时还可减少因树酯和固化剂引发的铸件缩松、针孔、气孔和裂纹缺陷。

说明书

技术领域

本发明涉及进气机匣铸造领域，特别地，涉及一种进气机匣树脂砂芯的制备方法。此外，本发明还涉及一种包括上述进气机匣树脂砂芯的进气机匣铸件的制备方法。

背景技术

某进气机匣铸件集大型、复杂、薄壁封闭型腔特点为一体，并对铸件尺寸精度和内部冶金质量要求高。这就需要加强铸造过程中各种不确定的工艺因素的过程控制，如烘烤变形、清砂变形、铸造缺陷等。在实际生产中，不知何种原因，树脂砂芯出现烘烤变形的概率很高。针对该问题，行业内通常通过增加树脂砂中树脂和固化剂的加入量来提高烘烤后的高温残留强度，从而确保砂芯不发生烘烤变形。然而经过前期试验分析和数据收集发现，此方法会导致针眼、气孔和裂纹等铸件缺陷的产生，同时也增加了后续清砂的难度，从而无法满足进气机匣铸件的工艺要求。

发明内容

本发明提供了一种进气机匣树脂砂芯、进气机匣铸件的制备方法，以解决现有进气机匣树脂砂芯无法满足进气机匣铸件工艺要求的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种进气机匣树脂砂芯的制备方法，包括以下步骤：

将树脂砂根据进气机匣的形状造型得到进气机匣湿砂芯，树脂砂包括砂粒、树酯、固化剂和阻燃剂，树酯和阻燃剂分别为砂粒质量的1.1～1.3％和0.5～1.5％，固化剂为树酯质量的49～51％。

将进气机匣湿砂芯放置在烘烤装置的烘烤架上进行烘烤至干，得到进气机匣树脂砂芯，进气机匣湿砂芯与烘烤架之间设有隔热板。

进一步地，树酯和阻燃剂分别为砂粒质量的1.2％和1％，固化剂为树酯质量的50％。

进一步地，烘烤步骤包括：

将进气机匣湿砂芯在180～200℃下，保温6～8小时，进行第一次烘烤；

将进行了第一次烘烤的进气机匣湿砂芯在160～180℃下，保温6～8小时，进行第二次烘烤。

进一步地，树酯为呋喃树酯，固化剂为磺酸固化剂，阻燃剂为硼酸，砂粒为大林砂。

进一步地，隔热板为石棉板。

一种进气机匣铸件的制备方法，包括以下步骤：

将合金液浇注在上述的进气机匣树脂砂芯形成的进气机匣树脂砂型中。

冷却后，清砂得到进气机匣铸件。

进一步地，合金液的温度为710～730℃。

本发明具有以下有益效果：上述进气机匣树脂砂芯的制备方法，烘烤时进气机匣湿砂芯与烘烤架之间设有隔热板，使得进气机匣湿砂芯烘烤时受热均匀，避免进气机匣湿砂芯与烘烤架接触部分局部过热，因而降低了加入大量树酯和固化剂防止进气机匣树脂砂芯变形的需求。树脂砂在保证24h抗干拉强度和合适的高温残留强度的基础上，减少了树酯和固化剂的加入量，提高了树脂砂的溃散性，有利于复杂薄壁封闭内腔的进气机匣清理，防止清砂变形；同时还可减少因树酯和固化剂引发的铸件缩松、针孔、气孔和裂纹缺陷。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的进气机匣湿砂芯烘烤示意图。

附图标记说明：1、进气机匣湿砂芯；2、隔热板；3、烘烤架。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。

参照图1，本发明的优选实施例提供了一种进气机匣树脂砂芯的制备方法，包括以下步骤：

将树脂砂根据进气机匣的形状造型得到进气机匣湿砂芯1，树脂砂包括砂粒、树酯、固化剂和阻燃剂，树酯和阻燃剂分别为砂粒质量的1.1～1.3％和0.5～1.5％，固化剂为树酯质量的49～51％。

将进气机匣湿砂芯1放置在烘烤装置的烘烤架3上进行烘烤至干，得到进气机匣湿砂芯1，进气机匣湿砂芯1与烘烤架3之间设有隔热板2。

树脂砂中的砂粒、树酯、固化剂和阻燃剂可采用树脂砂中常用的砂粒、树酯、固化剂和阻燃剂。如砂粒可采用都昌砂、海砂、大林砂和宝珠砂等。树脂砂中的树脂和固化剂的加入量与树脂砂的高温溃散强度正相关。面对进气机匣树脂砂芯烘干变形的问题，本领域的技术人员认为是因为高温溃散强度不够，导致部分结构在烘烤溃散引发变形。因此现有技术中多采用加入较大量的树脂砂配方，如采用2％树脂+50％固化剂的树脂砂，(树脂前的百分比表示树脂与砂粒的质量比，固化剂前的百分比表示固化剂与树脂的质量比，下同)决进气机匣树脂砂芯烘干变形问题。然而发明人经过大量的研究发现，虽然烘干变形问题得以解决，但由于树脂和固化剂的量增大，引发了新的问题。

一方面，发明人对各树脂砂在不同温度下的高温残留强度进行了研究，如表1所示。

表1树脂砂的高温残留强度

在铸件浇注过程中，合金液的温度为720℃左右。进气机匣树脂砂芯的体积较大，部分结构处壁厚较大，直接与合金液接触或距离合金液较近的砂芯部分的温度较高，在400℃以上，该部分砂芯在合金液的高温下瞬间溃散。而距离合金液远的砂芯部分温度较低，只有300℃左右。如表1所示，2％树脂+50％固化剂在300℃时的高温残留强度高达0.89MPa。因此该部分的砂芯不容易溃散。高温溃散强度越高清砂越困难。清砂多采用重物如锤子敲击的方式清砂，由于该部分的砂芯高温溃散强度高，结构强度高，在清砂时需要使用较大的力量敲击，因而容易引发铸件变形。

另一方面，由于树脂和固化剂的加入量较大，在高温时会产生气体，导致针眼、气孔和裂纹等铸件缺陷。

发明人经过大量的研究发现高温溃散强度不够是进气机匣树脂砂芯烘干变形的原因之一，主要原因是烘干时受热不均匀。由于进气机匣树脂砂芯结构复杂，为避免悬挂时变形，因而多不采用悬挂方式烘干，而是将其放置在烘烤装置的烘烤架3上进行烘干。进气机匣湿砂芯1放置在烘烤架3上置于烘箱内烘烤，进气机匣湿砂芯1受四周辐射加热。由于烘烤架3材料为金属材料，多为铁制，铁的导热系数明显高于空气的导热系数。因而与烘烤架3接触的进气机匣湿砂芯1部分受到双层局部加热，使得此处砂芯局部温度高达300℃，与其接触的进气机匣湿砂芯1表面强度降低，质量变差，出现很多孔隙，表面落砂现象严重，导致烘烤变形。因而使得本领域的技术人员产生了进气机匣树脂砂芯变形是高温溃散强度不够引起的误会。

在发现该原因之后，发明人在进气机匣湿砂芯1下表面和烘烤架3之间加入隔热板2，解决了进气机匣湿砂芯1烘烤温度均匀性问题，使进气机匣湿砂芯1接触四周的温度均为200℃左右，不存在局部温度达到300℃甚至更高温度的情况。因而树脂砂并不需要在300℃甚至更高温度下的高温溃散强度以免烘烤变形，只需要保证其在200℃左右具有合适的高温溃散强度即可。发明人经过大量的实验发现，减少树脂和固化剂的加入量，一方面能降低树脂砂的发气量，有助于改善铸件的内部冶金质量，有效控制针孔、气孔和裂纹缺陷的产生。另一方面也能降低树脂砂高温溃散强度。具体的，如表1所示，1.1％树脂+50％固化剂的树脂砂在200℃时的高温溃散强度为0.71MPa，在300℃时的高温溃散强度为0.31MPa。1.2％树脂+50％固化剂的树脂砂在200℃时的高温溃散强度为0.80MPa，在300℃时的高温溃散强度为0.35MPa。1.3％树脂+50％固化剂的树脂砂在200℃时的高温溃散强度为0.85MPa，在300℃时的高温溃散强度为0.40MPa。因而在烘烤时，进气机匣湿砂芯1具有合适的高温溃散强度，不会出现烘烤变形，而在浇注铸件时，其高温溃散强度较低，距离合金液接触的砂芯部分也容易清砂。同时也避免了砂箱等工装的损耗，降低了成本。当树脂的量少于砂粒质量的1.1％时，进气机匣湿砂芯1的24h抗拉强度小于0.5，不满足烘烤的条件。当树脂的量大于砂粒质量的1.3％时，树脂的量相对较多，有可能还是会造成针眼、气孔和裂纹等铸件缺陷。

本发明具有以下有益效果：上述进气机匣树脂砂芯的制备方法，烘烤时进气机匣湿砂芯1与烘烤架3之间设有隔热板2，使得进气机匣湿砂芯1烘烤时受热均匀，避免进气机匣湿砂芯1与烘烤架3接触部分局部过热，因而降低了加入大量树酯和固化剂防止进气机匣树脂砂芯变形的需求。树脂砂在保证24h抗干拉强度和合适的高温残留强度的基础上，减少了树酯和固化剂的加入量，提高了树脂砂的溃散性，有利于复杂薄壁封闭内腔的进气机匣清理，防止清砂变形；同时还可减少因树酯和固化剂引发的铸件缩松、针孔、气孔和裂纹缺陷。

可选地，树酯和阻燃剂分别为砂粒质量的1.2％和1％，固化剂为树酯质量的50％。在该条件下，进气机匣树脂砂芯的溃散强度更合适，均衡性更好。

可选地，烘烤步骤包括：

将进气机匣湿砂芯1在180～200℃下，保温6～8小时，进行第一次烘烤；

将进行了第一次烘烤的进气机匣湿砂芯1在160～180℃下，保温6～8小时，进行第二次烘烤。

在该条件下，可确保砂芯烘烤完全，避免出现砂芯未完全烘干，浇注时水分与合金液接触发生轻微的爆炸，铸件易产生疏松缺陷。并且烘烤温度合适，降低出现温度过高出现烘烤变形的几率。

可选地，树酯为呋喃树酯，固化剂为磺酸固化剂，阻燃剂为硼酸，砂粒为大林砂。

宝珠砂造型后，铸型的尺寸精度较低。都昌砂造型的铸型达到相同强度需要加入的树脂和固化剂的含量较多，影响铸件的冶金质量。在造型过程中，砂粒的角形系数越小，颗粒度越接近圆形或类圆形，砂粒的表面积越小，使用的树脂和固化剂就越少，可以形成完整的粘结剂膜和粘结剂桥，降低树脂和固化剂的加入量，减少发气量。大林砂的颗粒均匀，角型系数小，符合该项要求。优选地，大林砂的粒度为50～100目，在该条件下较其他目数的砂粒达到相同的强度所需加入的树脂和固化剂的量较少，并且50～100目的砂粒颗粒较粗，因而透气性好，不易形成气眼和缩孔。树酯为呋喃树酯，固化剂为磺酸固化剂，阻燃剂为硼酸，砂粒为大林砂，可使得进气机匣树脂砂芯各项性能好，铸件的内部冶金质量好。

可选地，隔热板2为石棉板。石棉板价格低廉，隔热效果好。

一种进气机匣铸件的制备方法，包括以下步骤：

将合金液浇注在上述的进气机匣树脂砂芯形成的进气机匣树脂砂型中。

冷却后，清砂得到进气机匣铸件。

将进气机匣树脂砂芯制得进气机匣树脂砂型。该进气机匣铸件的制备方法由于采用了上述的进气机匣树脂砂芯，改善了铸件的内部冶金质量，有效控制针孔、气孔和裂纹缺陷的产生。另一方面容易清砂。同时也避免了砂箱等工装的损耗，降低了成本。

可选地，合金液的温度为710～730℃。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。