水玻璃钢砂铸型及制备方法与流程

1.本发明涉及铸造，特别是一种水玻璃钢砂铸型及制备方法。


背景技术：

2.目前，铸造厂家普遍采用石英砂等矿物砂作为铸型的主材，具有耐火度高、来源广泛等优点，然而，矿物砂导热性差，在金属液体凝固过程中，由于冷却速度不足，不易获得细晶组织，根据hall
‑
petch公式，多晶体金属的强度与晶粒直径的平方根成反比，就是欲获得高强度的铸件需要细化铸件组织，采用矿物砂制作铸型不易获得高度细化的组织，。为了提高冷却速度，往往采用在型砂中局部加冷铁块或者直接采用金属铸型的办法，加冷铁虽然可在接近冷铁的铸件表面获得细晶粒，但是，一般是为了控制凝固顺序，继而控制缩孔和缩松缺陷的出现，以获得完整的铸件之目的，不能实现铸件整体的细晶化；而金属型铸造，由于金属液直接浇入金属型腔，直接接触金属型内壁，内壁上仅有薄薄的一层涂料，反复浇注高温金属液，铸型会发生热熔损、疲劳、龟裂等，寿命有限，运行成本高昂，特别是只适合那些形状简单、批量大、单重小的铸件，因此有局限性。此外在壳型铸造和消失模磁型铸造中也有填充钢丸的做法，但是，添加的是松散的钢丸，并没有附着粘结剂，壳型的冷却速度低，消失模磁型需要外加磁场，现场生产条件复杂。


技术实现要素：

3.本发明旨在解决上述技术问题，而提供一种水玻璃钢砂铸型及制备方法，以高铸件的品质。
4.本发明解决其技术问题，采用的技术方案是：一种水玻璃钢砂铸型，原砂为钢砂，钢砂通过水玻璃粘结定型。
5.所述水玻璃钢砂铸型的制备方法，包括如下步骤：a 、配砂选取市售钢砂，钢砂的粒度在16目至70目之间，将不同粒度的钢砂以不同的比例配好；b、模型和砂箱准备在模型表面涂脱模剂，在模型上预制转移涂料，砂箱的内表面涂转移涂料；c、混砂将配好的钢砂加入混砂机，并加入1.0
‑
1.5wt%的水玻璃，混合均匀后出砂待用；d、造型将混好后的水玻璃钢砂加入准备好的砂箱内，水玻璃钢砂紧实刮平，将模型放入水玻璃钢砂；d、铸型硬化将造型后的砂箱置于水玻璃钢砂vrh
‑
co2硬化设备的真空箱内，进行硬化；e、脱模
将硬化后的砂箱内的模型取出，型腔内涂转移涂料，将上砂箱和下砂箱组合为完整的铸型砂箱。
6.采用上述技术方案的本发明，现有技术相比，有益效果是：铸型的钢砂蓄热和导热系数高，增强了激冷能力，所获铸件结晶组织细小、质地致密、力学性能优异，生产效率高、生产成本低；钢砂循环利用，与矿物砂相比减少了自然资源的消耗，也避免了大量固体废弃砂子的产生，节能环保。
7.进一步的，本发明的优化方案是：钢砂与水玻璃的质量分数比为100：（1.0
‑
1.5（2.0））。
8.钢砂的粒度为16
‑
70目，每种目数的钢砂的比例不同。
9.钢砂的成分为含碳量为0.1%—2.0%，含铁量大于或等于于97%，硫和磷的含量小于或等于0.1%。
10.钢砂为多角形、椭圆形或圆形。
11.步骤b中的转移涂料为两层，内层为隔热层，外层为耐火层，耐火层转移涂料的耐高温骨料为锆英粉、镁橄榄石粉、高铝矾土粉，耐火层转移涂料的悬浮剂为膨润土；隔热层转移涂料的骨料为硅藻土、高铝矾土粉，隔热层转移涂料的悬浮剂为膨润土。
12.步骤e中的型腔内涂转移涂料，转移涂料隔热层和耐火层与模型相反。
13.铸造大截面铸件时，步骤b中的砂箱内的底部设置冷却管栅，冷却管栅内通入水、雾或空气以调整砂箱温度；砂箱为移动暗箱梁砂箱，移动暗箱梁砂箱的上箱口和下箱口均设有箱梁。
附图说明
14.图1是本发明实施例的砂箱示意图；图2是本发明实施例的移动暗箱梁砂箱与第一冷却管栅示意图；图3是本发明实施例的第一冷却管栅示意图；图4是本发明实施例的移动暗箱梁砂箱与第二冷却管栅示意图；图5是本发明实施例的第二冷却管栅示意图；图中：模型板1；砂箱2；转移涂料3；钢砂铸型4；钢砂4
‑
1；型腔5；移动暗箱梁砂箱6；箱梁6
‑
1；第一冷却管栅7；冷却管7
‑
1；主冷却进管7
‑
2；主冷却出管7
‑
3；第二冷却管栅8；弯头8
‑
1。
具体实施方式
15.下面结合附图和实施例进一步详述本发明。
16.参见图1，一种水玻璃钢砂铸型，砂箱2内设有模型板1，砂箱2内的原砂为钢砂4
‑
1，钢砂4
‑
1通过水玻璃粘结定型，形成钢砂铸型4，钢砂4
‑
1与水玻璃的质量分数比为100：（1.0
‑
1.5）。钢砂4
‑
1的成分为含碳量为0.1%—2.0%，含铁量大于或等于于97%，硫和磷的含量小于或等于0.1%。钢砂4
‑
1的粒度为16
‑
70目，每种目数的钢砂的比例不同，钢砂4
‑
1的为多角形、椭圆形或圆形。模型的材质为木质、钢质或树脂，造型前在模型上涂转移涂料3，转移涂料3为两层，内层为隔热层，隔热层为隔热涂料，外层为耐火层，耐火层为耐火涂料，耐火层转移涂料的耐高温骨料为锆英粉、镁橄榄石粉、高铝矾土粉，悬浮剂为膨润土；隔热层
转移涂料的骨料为硅藻土、高铝矾土粉，悬浮剂为膨润土。砂箱2的型腔内涂转移涂料3，转移涂料3隔热层和耐火层与模型相反，需要预先考虑涂料厚度对铸件尺寸的影响。转移涂料3含有固化剂，以便快速建立涂层强度。在喷涂过程中，每喷涂一遍耐火涂料，紧接着就要在其表面再喷覆一次促凝剂，这样避免涂料加厚时流淌，和缩短涂料喷涂时间，如此使涂料逐步加厚，当涂料到一定厚度时（约1.5
‑
2.0mm），紧接着再涂刷一层“隔热涂料”，但这层涂料的厚度并不是均匀的。它要根据铸件各个局部不同截面大小等特点确定。
17.水玻璃钢砂铸型的制备方法（实施例一）a 、配砂选取100公斤市售钢砂4
‑
1，粒度配比：18目/10wt%、30目/20wt%、40目/wt50%、70目20wt%；b、模型和砂箱准备在涂有硝基漆的木模型上预制转移涂料3，转移涂料3为两层，内层为隔热层，外层为耐火层；在模型的试样部分220mm段喷涂总厚度1.5mm耐火涂料，上部120mm浇冒部分在1.5mm厚的耐火涂料上再喷涂2.5mm隔热涂料，涂料总度4mm；砂箱为梅花试块专用砂箱；c、混砂将配好的100公斤钢砂4
‑
1加入混砂机内，启动混砂机，并加入1.5公斤的水玻璃，水玻璃模数为2.0，密度1.4/ml3混合均匀后出砂待用；也可采用改性水玻璃或其他无机粘结剂。当采用改性水玻璃时、在前述水玻璃中加入水玻璃质量的20
‑
30%质量比的增强剂。
18.d、造型将混好后的水玻璃钢砂加入准备好的砂箱2内，水玻璃钢砂手工紧实刮平；d、铸型硬化将造型后的砂箱2置于水玻璃钢砂vrh
‑
co2硬化设备的真空箱内，进行硬化；e、脱模将硬化后的砂箱2内的模型取出，将上砂箱和下砂箱组合为完整的铸型砂箱。
19.在造好的铸型的型腔5中浇入zg200
‑
400h成分碳钢水，凝固后落砂，去除浇冒口系统，加工拉伸试样和冲击试样各8根，按照gb/t228
‑
2202（金属材料室温拉伸试验方法）进行测试，测试结果（8根平均值）：屈服强度r
p0.2
246mpa，抗拉强度r
m
573mpa，冲击吸收能kv251j。
20.水玻璃钢砂铸型的制备方法（实施例二）a 、配砂选取100公斤市售钢砂4
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1，粒度配比：18目/10wt%、30目/20wt%、40目/50wt%、70目20wt%；b、模型和砂箱准备模型为鄂破齿板（图2所示），鄂破齿板为大截面铸件，在涂有硝基漆的木模型上再涂转移涂料3，转移涂料3为两层，内层为隔热层，外层为耐火层；具体做法是：在模型整体喷涂2mm耐火涂料，然后在上部冒口部分与浇道部分再覆盖2mm隔热涂料，此处涂层总度4mm。砂箱为移动暗箱梁砂箱6（图3所示），移动暗箱梁砂箱6的上下箱口都有箱梁6
‑
1，箱梁6
‑
1能随意调整位置、对砂型起撑吊并用的强固作用。移动暗箱梁砂箱6的底部设置第一冷却管栅7，第一冷却管栅7由多根平行的冷却管7
‑
1构成，冷却管7
‑
1并联，相邻的冷却管7
‑
1两两并
联后与主冷却进管7
‑
2和主冷却出管7
‑
3连通；c、混砂将配好的100公斤钢砂4
‑
1加入混砂机内，启动混砂机，并加入1.5公斤的水玻璃，水玻璃模数在2.6，密度1.5g/ml3混合均匀后出砂待用；d、造型将混好后的水玻璃钢砂加入准备好的砂箱2内，将水玻璃钢砂手工紧实刮平；d、铸型硬化将造型后的砂箱2置于水玻璃钢砂vrh
‑
co2硬化设备的真空箱内，进行硬化；e、脱模将硬化后的砂箱2内的模型取出，将上砂箱和下砂箱组合为完整的铸型砂箱。
21.在造好的铸型型腔5中浇入qt500
‑
7成分铁水，凝固后落砂，敲落分离试棒，加工拉伸试样4根，进行测试，测试结果（取平均值）：rp356mpa，rm613mpa，断后延伸率a为8%。
22.水玻璃钢砂铸型的制备方法（实施例三）a 、配砂选取200公斤市售钢砂4
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1，粒度配比：18目/10wt%、30目/20wt%、40目/wt50%、70目20wt%；b、模型和砂箱准备模型为高铬铸铁耐磨螺套（图4所示），螺套外形轮廓尺寸ф120*200，中空结构，内径60mm，螺套材质牌号btmcr20 （gb/t8263
‑
2010）。模型的材料是树脂，在模型上预制转移涂料3，转移涂料3为两层，内层为隔热层，外层为耐火层；在模型外周和侧面喷涂1.5mm耐火涂料，然后再覆盖2mm隔热涂料，总厚度3.5mm，准备好砂芯。砂箱为移动暗箱梁砂箱6（图4所示），移动暗箱梁砂箱6的底部和两侧分别设置第二冷却管栅8（图5所示），第二冷却管栅8由多根平行的冷却管7
‑
1构成，冷却管7
‑
1通过弯头8
‑
1串联；c、混砂将配好的200公斤钢砂4
‑
1加入混砂机内，启动混砂机，并加入3公斤的水玻璃，水玻璃模数在2.6，密度1.5g/ml3混合均匀后出砂待用；d、造型将混好后的水玻璃钢砂加入准备好的砂箱2内手工紧实刮平；d、铸型硬化将造型后的砂箱2置于水玻璃钢砂vrh
‑
co2硬化设备的真空箱内，进行硬化；e、脱模与浇铸将硬化后的砂箱2内的模型取出，将上砂箱和下砂箱组合为完整的铸型砂箱。
23.在造好的铸型型腔5中浇入btmcr20成分铁水,凝固后落砂去除浇冒系统，进行热处理，然后用线切割机从本体取样进行硬度、冲击韧性测试，耐磨性测试、测试结果：硬度：hrc62，冲击吸收能量kn2/4.5j，按astm g65标准测试磨损失重，失重0.185g。
24.本发明使用钢砂作铸型主材，采用水玻璃作粘结剂，以此制得的铸型蓄热和导热系数高，增强了激冷能力，所获铸件结晶组织细小、质地致密、力学性能优异、生产效率高、生产成本低；本方法所用钢砂能循环利用，与矿物砂相比减少了自然资源的消耗，也避免了大量固体废弃砂子的产生。本发明避免消耗大量的石英砂，避免继续向大自然的索取、破坏
自然生态环境以及由此而产生的大量固体废弃物问题，是绿色环保自然友好型的造型方法。
25.以上所述仅为本发明较佳可行的实施例而已，并非因此局限本发明的权利范围，凡运用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变化，均包含于本发明的权利范围之内。