[发明专利]一种短纤维混杂的冷冻砂型制备方法

说明书

本发明公开一种短纤维混杂的冷冻砂型制备方法,该方法首先将连续纤维短切成长度为1mm～4mm的短纤维，随后将短纤维进行表面处理，将处理后的短纤维与纯净水混合搅拌得到胶体状悬浮液。将原砂与短纤维混杂悬浮液均匀混合。随后制成型砂并放置到砂箱中进行紧实，制成砂坯，然后放置于‑15℃～‑40℃的低温环境充分冷冻，在短纤维混杂原砂强度和表面硬度达到要求后制成砂坯。短纤维具有高强度、高模量、低密度等特点，将原砂与短纤维结合到一起，显著提高了形成型砂的强度与硬度，浇注过程中不易发生模具的开裂，浇注后金属的力学性能好。

技术领域

本发明属于铸造技术领域，具体涉及一种短纤维混杂的冷冻砂型制备方法。

背景技术

冷冻铸造法是在构成砂型骨料原砂中加入少量水和微量辅助粘结剂。使用液氮之类的低温致冷剂，将砂型在低温下急剧冷却，致使型砂中的水分冻结成冰，型砂结成硬块而获得很高强度的一种造型方法。冷冻造型法在造型浇注和落砂过程中不产生有害物质、气体和异味，不污染环境，节约了大量能源消耗；铸型落砂和铸件清理方便，极大地简化了旧砂回收工艺。

目前，铸造铝合金因其密度低、比强度高、耐腐蚀好、易成型、成本低等特点广泛应用于航空航天中。铸造铝合金从液态浇注直至凝固成型，有较大的体收缩，合金及铸件的晶粒度、致密度以及力学性能受铸型散热程度的影响。T6状态时砂型铸造铝合金的抗拉强度为315Mpa，屈服强度为250MPa，伸长率为3%；T6状态金属型铸造下抗拉强度为345MPa，屈服强度为275MPa，伸长率为10%。但是，目前航空航天常用整体复杂构件，无法采用金属型。若采用普通砂型，则性能提高有限。

短纤维是一种高性能纤维，其具有高强度、高模量、耐磨、耐高温、耐腐蚀、低密度等优点，应用领域越来越广泛。在航空领域，利用短纤维低密度、高强度、耐腐蚀性好的特点，可将之用于飞机客体、机体组件和其他结构部件的制造，可极大减轻飞机重量；在建筑领域可作为大型建筑物的水泥增强骨架材料，其强度更高、质量更轻、极耐腐蚀。

发明内容

为解决上述问题，本发明公开了一种短纤维混杂的冷冻砂型制备方法，通过将短纤维掺杂进原砂中提高了原砂的强度和硬度，制作出的砂型在高温与低温环境下不会导致尺寸的变形。

一种短纤维混杂的冷冻砂型制备方法，包括以下步骤：

步骤一：选取纤维种类，将连续纤维短切成长度为1mm～4mm的短纤维；

步骤二：分别浸入丙酮和无水乙醇加热煮沸去除杂质后烘干备用；

步骤三：将短纤维混杂粉末和纯净水进行充分搅拌混合制成胶体状悬浮液；

步骤四：将混合好的适量悬浮液与原砂进行充分搅拌混合制成短纤维混杂砂颗粒；

步骤五：将混制好的短纤维混杂颗粒填充到砂箱中进行充分的混合，刮平砂箱表面并置于低温环境中进行冷冻；

步骤六：待砂坯表面与芯部温度降到低温环境温度后取出加工。

本发明进一步改进在于：所述短纤维为芳纶短纤维、碳短纤维或聚酯短纤维的其中一种。

本发明进一步改进在于：使用丙酮和无水乙醇去除短纤维加工后表面杂质。

本发明进一步改进在于：丙酮和无水乙醇的处理时间为加热煮沸1～2h。

本发明进一步改进在于：所制成的短纤维混杂粉末占纯净水质量百分数的0.2%～2.0%。

本发明进一步改进在于：砂型所用砂质为石英砂或非石英砂，如陶粒砂、宝珠砂、烙铁矿砂、锆英砂、石灰石砂、镁砂、刚玉砂、橄榄砂中的一种或几种。

本发明进一步改进在于：所制成的粘结剂占原砂颗粒质量分数的5.0%～12.0%。

本发明进一步改进在于：所述步骤五中：将混合好的散砂置于砂箱中紧实后放入温度范围为-15℃～40℃的低温环境中进行冷冻固化；型砂冷冻固化方法是通入干冰或液氮冷却，或者放入专门的冷冻装置中。