[发明专利]一种适合于铣削加工成形的型砂及其砂坯制备方法

说明书

技术领域

本发明属于铸造、机械切削加工技术领域，具体是涉及一种基于铸造用的适合于铣削加工成形的型砂及其砂坯制备方法。

背景技术

铸造是获得机械产品毛坯的主要方法之一，也是现代机械制造工业的基础工艺之一,是现有制造业的重要组成部分。其中，砂型铸造作为传统的铸造工艺，具有原材料丰富、生产工艺简单、应用合金种类广泛等特点，目前世界上约70％的铸件都由该方法获得。而砂型和砂芯的制备是砂型铸造生产中的一个重要组成部分，砂型/砂芯质量的好坏直接影响最终铸件的几何尺寸、表面质量和冶金性能。传统的砂型/砂芯铸造主要采用木模造型，首先必须把模样制造出来，再根据模样进行砂箱翻砂来制造砂型/砂芯，最后浇注得到铸件。其砂型/砂芯的制造依赖模样或芯盒，成本高，周期长，难以满足单件小批量零件的快速制造和新产品试制，且其尺寸精度及表面质量也都难以满足现代航空航天、国防及汽车等重点行业关键铸件的要求。

近年来，随着数控加工技术的迅速发展，国内也已广泛普及应用，除了对传统金属零件的加工之外，目前德国、美国等工业发达国家已将数控铣削加工技术直接应用于砂型/砂芯的制造，其无需制作木模、模样等，具有制造周期短、成本低、砂型／砂芯一体化制造及可制造出任意复杂形状铸件等优点，尤其是采用该方法制备的砂型/砂芯尺寸精度提高到了CT6-7级，表面粗糙度达到3.2-6.3μｍ，可实现复杂铸件的整体近净成形，在单件、小批量复杂铸件的制造和新产品的试制方面具有更好的发展前景。目前，欧美等工业国家已经将其列为重点发展的产品试制技术，是对传统砂型铸造技术的一项重大变革，尤其在目前现代航空航天、国防军工及汽车等领域用铸件形状结构呈现出整体化、薄壁化和复杂化的趋势下，发展砂型/砂芯数控铣削加工技术将有更广阔的应用前景和工程应用价值。

目前，应用于数控铣削加工用的砂坯大都还是直接沿用原有传统砂型/砂芯的常用配方和制备方法，并没有针对砂型/砂芯数控铣削加工的特点来开发合适的砂坯的成分设计和制备方法，而传统的常用型砂的砂坯在高速铣削加工时容易出现崩角、坍塌，造成裂纹、断裂，及加工后砂型和砂芯表面出现浮砂、粉化等缺陷，导致铸件尺寸精度差，表面粗糙等，尤其在铣削复杂、细管气（油）路、薄壁等精细结构的砂型/砂芯时更为困难；另外，传统工艺的砂坯还存在发气量大、不易溃散等问题。而现在无模砂型/砂芯的铣削加工技术国内外研究的思路大都围绕在选择合适的铣削刀具、数控铣削加工工艺、清砂及专用装备等方面展开，这些是获得砂型芯铣削加工效果的重要手段。但实际上，从研究适用于铸件数控铣削加工工艺的专用砂坯制备的角度出发，通过对砂坯强度、发气量、溃散性等影响铸件成型的型砂的主要因素进一步探索，在传统的型砂配方的基础上研究一种专门适合砂型/砂芯数控切削加工的型砂及砂坯的制备方法，也是提高砂型/砂芯数控铣削加工技术一种可行有效地方法。

发明内容：

本发明的第一个目的在于提供一种适合于铣削加工成形的型砂，该型砂的粒径细小、粘结剂的粘结性能好，且符合绿色环保要求。

本发明的第二个目的在于提供一种基于铸造用的适合于铣削加工成形的砂坯制备方法，该砂坯的强度高，制备方法简便；铣削加工后砂型/砂芯的轮廓清晰，尺寸精度高，表面质量好，且发气量小、易溃散，尤其适合于加工具有形状复杂、薄壁等结构的一类砂型/砂芯。

本发明的第一个目的是这样实现的：

一种基于铸造用的适合于铣削加工成形的型砂，特征是：包括原砂、粘结剂、聚乙烯醇溶液和水溶性乳化石蜡，其中：

原砂的角形系数为≤1.15的球形砂，原砂粒径为100-320目，原砂的组成采用相邻的三筛砂或四筛砂或五筛砂，型砂堆积的孔隙率在20%-60%；

    粘结剂为磷酸二氢铝溶液，粘结剂的加入量占原砂的质量分数控制在1%～30%，配成质量分数为5%-20％的水溶液；

聚乙烯醇溶液的浓度为10%-14%，聚乙烯醇溶液的加入量占原砂的质量分数控制在0%～10%；

    水溶性乳化石蜡的固含量为30%-35%，水溶性乳化石蜡占原砂的质量分数控制在0%～10%。

    原砂为宝珠砂、硅砂、锆砂、刚玉砂、镁砂、橄榄石砂、石灰石砂或铬铁砂中的一种。

本发明的第二个目的是这样实现的： 

一种适合于铣削加工成形的砂坯制备方法，特征是：其过程为：