本發(fā)明涉及一種多孔砂坯的制備方法，具體地，涉及一種適合于無模砂型鑄造技術(shù)的多孔砂坯的制備方法。
背景技術(shù)：
鑄造是獲得機械產(chǎn)品毛坯的主要方法之一，也是現(xiàn)代機械制造工業(yè)的基礎工藝之一,是現(xiàn)有制造業(yè)的重要組成部分。其中，砂型鑄造作為傳統(tǒng)的鑄造工藝，具有原材料豐富、生產(chǎn)工藝簡單、應用合金種類廣泛等特點，目前世界上約70％的鑄件都由該方法獲得。而砂型和砂芯的制備是砂型鑄造生產(chǎn)中的一個重要組成部分，砂型/砂芯質(zhì)量的好壞直接影響最終鑄件的幾何尺寸、表面質(zhì)量和冶金性能。傳統(tǒng)的砂型/砂芯鑄造主要采用木模造型，首先必須把模樣制造出來，再根據(jù)模樣進行砂箱翻砂來制造砂型/砂芯，最后澆注得到鑄件。其砂型/砂芯的制造依賴模樣或芯盒，成本高，周期長，難以滿足單件小批量零件的快速制造和新產(chǎn)品試制，且其尺寸精度及表面質(zhì)量也都難以滿足現(xiàn)代航空航天、國防及汽車等重點行業(yè)關(guān)鍵鑄件的要求。
近年來，隨著數(shù)控加工技術(shù)的迅速發(fā)展，國內(nèi)也已廣泛普及應用，除了對傳統(tǒng)金屬零件的加工之外，目前德國、美國等工業(yè)發(fā)達國家已將數(shù)控銑削加工技術(shù)直接應用于砂型/砂芯的制造，其無需制作木模、模樣等，具有制造周期短、成本低、砂型/砂芯一體化制造及可制造出任意復雜形狀鑄件等優(yōu)點，尤其是采用該方法制備的砂型/砂芯尺寸精度提高到了ct6-7級，表面粗糙度達到3.2-6.3um(微米)，可實現(xiàn)復雜鑄件的整體近凈成形，在單件、小批量復雜鑄件的制造和新產(chǎn)品的試制方面具有更好的發(fā)展前景。目前，歐美等工業(yè)國家已經(jīng)將其列為重點發(fā)展的產(chǎn)品試制技術(shù)，是對傳統(tǒng)砂型鑄造技術(shù)的一項重大變革，尤其在目前現(xiàn)代航空航天、國防軍工及汽車等領(lǐng)域用鑄件形狀結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)出整體化、薄壁化和復雜化的趨勢下，發(fā)展砂型/砂芯數(shù)控銑削加工技術(shù)將有更廣闊的應用前景和工程應用價值。
目前，應用于數(shù)控銑削加工用的砂坯大部分還是直接沿用原有傳統(tǒng)砂型/砂芯的制備方法，少數(shù)針對砂型/砂芯數(shù)控銑削加工的特點開發(fā)出的砂坯制備方法也由于樹脂含量高導致發(fā)氣量大，且氣體無法排出而無法應用于缺陷傾向較高的輕合金鑄造領(lǐng)域。而現(xiàn)在無模砂型/砂芯的銑削加工技術(shù)國內(nèi)外研究的思路大都圍繞在優(yōu)化砂坯樹脂、固化劑配方及在加工完成的砂型上鉆氣孔等方面展開，這些方面是獲得低發(fā)氣量型砂與型砂排氣的重要手段。但實際上，受制于鉆頭特性，鉆頭無法做到又細又長，還是無法解決大尺寸、厚壁型砂的排氣問題；且鉆氣孔依賴手工操作，勞動強度大，質(zhì)量穩(wěn)定性不高，往往因為工人力度控制問題而使高潰散性的型砂在鉆孔過程中發(fā)生整體垮塌。本發(fā)明從研究適用于無模砂型/砂芯鑄造技術(shù)的專用多孔砂坯制備的角度出發(fā)，轉(zhuǎn)變思路，在型砂數(shù)控加工之前，通過改變砂坯的制作過程，使砂坯在型砂加工完成后自動具有的排氣屬性，且氣孔尺寸均勻，分布規(guī)律可控，從而提高無模砂型/砂芯鑄造技術(shù)應用可行性。
技術(shù)實現(xiàn)要素：
針對現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種適合于無模砂型鑄造技術(shù)的多孔砂坯的制備方法，其能夠具有可制備實心塊狀砂坯及環(huán)狀空心砂坯等多種形式的砂坯，氣孔尺寸均勻、分布可控，氣孔不受壁厚、結(jié)構(gòu)的影響，砂坯制孔與砂坯成形一次完成，提升生產(chǎn)效率以及制孔不依賴人工操作，降低生產(chǎn)強度的特點，具有良好的排氣效果，從而提升鑄件質(zhì)量。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種適合于無模砂型鑄造技術(shù)的多孔砂坯的制備方法，其包括以下步驟：
步驟一，制砂準備，將原砂進行篩分后得到所需的目數(shù)的原砂；
步驟二，在制備好的模坯外用相應直徑的鉆頭以間隔35mm至70mm的排列密度鉆制孔直至型腔內(nèi)部貫通；
步驟三，將直徑φ1mm至φ8mm范圍內(nèi)的氣孔針從步驟二中鉆制的孔中插入型腔，并可靠固定；
步驟四，將上述原砂與一定比例的樹脂、固化劑以比例混合在一起，攪拌均勻，然后倒入模坯，并采用機械加壓成形或真空及機械加壓制成砂坯；
步驟五，在砂塊固化時間為1/3至2/3之間將上述氣孔針從模坯外一一拔出；
步驟六，待砂塊完全固化打開模坯；
步驟七，將固化的砂坯放入到烘干箱中進行烘干處理，先溫度升至175-200℃，保溫45-60min后，再升溫至650-700℃，恒溫15min，隨爐冷卻，從而得到適用于無模砂型鑄造技術(shù)的多孔砂坯。
優(yōu)選地，所述多孔砂坯分為實心塊狀砂坯或環(huán)形中空砂坯。
優(yōu)選地，所述實心塊狀砂坯采用沿單一軸方向的一維、沿兩個軸方向的二維或沿三個軸方向的三維方向制孔；環(huán)形中空砂坯采用軸向方向制孔或徑向方向制孔。
與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下的有益效果：制備出的多孔砂坯可應用于實心塊狀砂坯及環(huán)狀空心砂坯等多種形式的砂坯；氣孔尺寸均勻、分布可控；氣孔不受壁厚、結(jié)構(gòu)的影響；砂坯制孔與砂坯成形一次完成，提升生產(chǎn)效率；制孔不依賴人工操作，降低生產(chǎn)強度；本發(fā)明適合于無模砂型鑄造技術(shù)使用的鑄造砂型/砂芯，尤其適合于結(jié)構(gòu)復雜、具有厚壁等特殊結(jié)構(gòu)的砂型/砂芯，在航空航天、武器裝備、汽車及船舶等裝備結(jié)構(gòu)復雜的高端領(lǐng)域表現(xiàn)出極大的優(yōu)勢。本發(fā)明制備方法簡便；尤其適合于大尺寸、厚壁結(jié)構(gòu)的多孔砂型/砂芯。
具體實施方式
下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進行詳細說明。以下實施例將有助于本領(lǐng)域的技術(shù)人員進一步理解本發(fā)明，但不以任何形式限制本發(fā)明。應當指出的是，對本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的前提下，還可以做出若干變形和改進。這些都屬于本發(fā)明的保護范圍。
本發(fā)明適合于無模砂型鑄造技術(shù)的多孔砂坯的制備方法包括以下步驟：
步驟一，制砂準備，將原砂進行篩分后得到所需的目數(shù)的原砂；
步驟二，在制備好的模坯外用相應直徑的鉆頭以間隔35mm至70mm的排列密度鉆制孔直至型腔內(nèi)部貫通；
步驟三，將直徑φ1mm至φ8mm范圍內(nèi)的氣孔針從步驟二中鉆制的孔中插入型腔，并可靠固定；
步驟四，將上述原砂與一定比例的樹脂、固化劑以比例混合在一起，攪拌均勻，然后倒入模坯，并采用機械加壓成形或真空及機械加壓制成砂坯；
步驟五，在砂塊固化時間為1/3至2/3之間將上述氣孔針從模坯外一一拔出；
步驟六，待砂塊完全固化打開模坯；
步驟七，將固化的砂坯放入到烘干箱中進行烘干處理，先溫度升至175-200℃，保溫45-60min后，再升溫至650-700℃，恒溫15min，隨爐冷卻，從而得到適用于無模砂型鑄造技術(shù)的多孔砂坯。
所述多孔砂坯分為實心塊狀砂坯或環(huán)形中空砂坯，這樣氣孔尺寸均勻、分布可控。
實心塊狀砂坯采用沿單一軸方向的一維、沿兩個軸方向的二維或沿三個軸方向的三維方向制孔；環(huán)形中空砂坯采用軸向方向制孔或徑向方向制孔，這樣砂坯制孔與砂坯成形一次完成，提升生產(chǎn)效率；制孔不依賴人工操作，降低生產(chǎn)強度。
本發(fā)明的工作原理如下：在模坯上預設直徑范圍為φ1mm至φ8mm氣針的辦法，在多種狀態(tài)的砂坯上自由的實現(xiàn)一維、二維、三維、軸向及徑向的制孔方向，從而實現(xiàn)排列密度在35mm至70mm之間均勻可控的多孔砂坯制造辦法，均勻的氣孔孔徑和排列密度可保證鑄件及型砂在澆注過程中排氣通暢，從而保證鑄造安全性提升鑄件質(zhì)量；開模后放入到烘干箱中進行烘干處理，先溫度升至175-200℃，保溫45-60min后，再升溫至650-700℃，恒溫15min，隨爐冷卻，最終得到適用于無模砂型鑄造技術(shù)的多孔砂坯。
綜上所述，本發(fā)明從研究適用于無模砂型/砂芯鑄造技術(shù)的專用多孔砂坯制備的角度出發(fā)，轉(zhuǎn)變思路，在型砂數(shù)控加工之前，通過改變砂坯的制作過程，使砂坯在型砂加工完成后自動具有的排氣屬性，且氣孔尺寸均勻，分布規(guī)律可控，解決了傳統(tǒng)在砂坯生產(chǎn)完成后手工鉆制氣孔無法應用于大尺寸、厚壁砂坯及勞動強度大、質(zhì)量穩(wěn)定性不高容易破壞砂坯表面質(zhì)量等缺陷，從而提高無模砂型/砂芯鑄造技術(shù)應用可行性的一種可行有效的方法。
實施例1
一、制砂準備，將原砂進行篩分后得到70-140目數(shù)的原砂；
二、在制備好的實心塊狀模坯外用φ4mm的鉆頭50mm間隔的排列密度分別沿x軸方向、y軸方向和z軸方向鉆制孔直至型腔內(nèi)部貫通；
三、將直徑4mm的氣孔針從上述鉆制的孔中插入型腔，并可靠固定；
四、將上述原砂與2％的樹脂、固化劑以比例混合在一起，攪拌均勻，然后倒入模坯，并采用機械加壓成形；
五、在砂塊固化時間1/2時將上述氣孔針從模坯外一一拔出；
六、待砂塊完全固化打開模坯；
七、將固化的砂坯放入到烘干箱中進行烘干處理，先溫度升至200℃，保溫55min后，再升溫至680℃(攝氏度)，恒溫15min(分)，隨爐冷卻，從而得到適用于無模砂型鑄造技術(shù)的多孔砂坯。
實施例2
一、制砂準備，將原砂進行篩分后得到70-140目數(shù)的原砂；
二、在制備好的環(huán)形空心模坯外用φ(直徑)3mm的鉆頭35mm間隔的排列密度分別沿軸向和徑向鉆制孔直至型腔中心芯棒貫通；
三、將直徑1mm(毫米)的氣孔針從上述鉆制的孔中插入型腔，并可靠固定；
四、將上述原砂與2％(百分號)的樹脂、固化劑以比例混合在一起，攪拌均勻，然后倒入模坯，并采用真空及機械加壓制成砂坯；
五、在砂塊固化時間2/3時將上述氣孔針從模坯外一一拔出；
六、待砂塊完全固化打開模坯；
七、將固化的砂坯放入到烘干箱中進行烘干處理，先溫度升至175℃，保溫45min后，再升溫至650℃，恒溫15min，隨爐冷卻，從而得到適用于無模砂型鑄造技術(shù)的多孔砂坯。
實施例3
一、制砂準備，將原砂進行篩分后得到70-140目數(shù)的原砂；
二、在制備好的實心塊狀模坯外用φ5mm的鉆頭70mm間隔的排列密度分別沿x軸方向、y軸方向和z軸方向鉆制孔直至型腔內(nèi)部貫通；
三、將直徑8mm的氣孔針從上述鉆制的孔中插入型腔，并可靠固定；
四、將上述原砂與2％的樹脂、固化劑以比例混合在一起，攪拌均勻，然后倒入模坯，并采用機械加壓成形；
五、在砂塊固化時間1/3時將上述氣孔針從模坯外一一拔出；
六、待砂塊完全固化打開模坯；
七、將固化的砂坯放入到烘干箱中進行烘干處理，先溫度升至190℃，保溫60min后，再升溫至700℃(攝氏度)，恒溫15min(分)，隨爐冷卻，從而得到適用于無模砂型鑄造技術(shù)的多孔砂坯。
以上對本發(fā)明的具體實施例進行了描述。需要理解的是，本發(fā)明并不局限于上述特定實施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在權(quán)利要求的范圍內(nèi)做出各種變形或修改，這并不影響本發(fā)明的實質(zhì)內(nèi)容。