一種3d打印鑄造用組合物及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種3D打印鑄造用冷卻混合物及其使用方法，解決了鑄件內(nèi)腔部位縮松、疏松滲漏現(xiàn)象，尤其是解決3D打印技術(shù)生產(chǎn)砂芯或砂型時冷鐵的放置。本發(fā)明提供一種3D打印鑄造用冷卻混合物及其使用方法，所述混合物由鋼丸、鐵粉和水玻璃粘結(jié)組成。本發(fā)明提供的冷卻混合物可替代普通冷鐵，直接填充到砂型預(yù)留安放的冷鐵的部位或填充到小冷鐵與砂型間隙中，達(dá)到激冷效果的目的。傳統(tǒng)冷鐵制作周期長，操作不便，生產(chǎn)效率低，粘結(jié)劑使用過多易造成氣孔，3D打印鑄造用冷卻混合物制作利用了車間的廢鋼丸、鐵粉，降低生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率，有很高的使用價值和推廣價值。
【專利說明】一種3D打印鑄造用組合物及其應(yīng)用

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及鑄造【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是涉及一種3D打印鑄造用組合物及其應(yīng)用。

【背景技術(shù)】
[0002] 在鑄造生產(chǎn)中通常冷卻使用冷鐵，其是加速鑄鐵件某部分在澆注過程中的冷卻速 度的即被用來控制收縮和獲得定向凝固，選擇冷鐵不當(dāng)會造成鑄造缺陷。目前鑄造生產(chǎn)中 使用的冷鐵大多是普通冷鐵。
[0003] 使用普通冷鐵存在以下問題：一是用鑄造方法制備的冷鐵由于受到鑄造收縮率、 模樣精度、型芯質(zhì)量等因素的影響，制備的冷鐵形狀、尺寸和模型的形狀、尺寸存在一定的 偏差；用加工的方法制備的冷鐵尺寸精度比用鑄造方法獲得的冷鐵精度高，表面光潔度好， 但是加工費用也很高；二是鑄件專用冷鐵的制備則有著諸多的缺點，其中有：專用冷鐵要 經(jīng)過隨形設(shè)計、模具制作、造型、澆注、開箱和打磨等過程，這些繁雜的過程增加了整個產(chǎn)品 的生產(chǎn)周期和成本，降低了生產(chǎn)效率。
[0004] 傳統(tǒng)冷鐵放置是在造型過程中進(jìn)行的，即在模具上設(shè)置好冷鐵的位置，再將備好 的冷鐵放置在模具相應(yīng)位置上，最后填砂造型。由于傳統(tǒng)鑄造工藝要使用模具，在沖砂造型 過程中，在模具的斜面等位置上，冷鐵可能跑偏。
[0005] 在采用3D打印造型技術(shù)生產(chǎn)鑄件的過程中，砂型和砂芯在設(shè)計時預(yù)留冷鐵放置 空間，待砂型打印完后再安放進(jìn)去，但往往通用冷鐵尺寸不是很吻合鑄件所需的激冷面積， 或大或小，冷卻有效面積有所改變，在安放過程中需要打磨砂型或填塞其他物體，給生產(chǎn)工 作帶來較大難度。同時，對于整個冷鐵的粘置過程，不僅操作繁瑣，而且在粘置過程中過多 使用粘結(jié)劑，增加了砂型的發(fā)氣量，極易造成氣孔等鑄造缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明提供一種3D打印鑄造用組合物及其使用方法。所述組合物應(yīng)用 于3D打印時可有效替代冷鐵起到冷卻作用，同時，還可避免冷卻有效面積的改變，避免因 粘結(jié)劑使用而造成鑄件出現(xiàn)氣孔等現(xiàn)象。
[0007] 為解決以上技術(shù)問題，本申請?zhí)峁┑牡谝环矫娴募夹g(shù)方案為一種3D打印鑄造用 組合物，所述3D打印組合物包括鋼丸、水玻璃和鐵粉，各組分的重量百分比為：
[0008] 鋼丸：35%-40%;
[0009] 水玻璃：8%-10%;
[0010] 鐵粉：50%-55%;
[0011] 所述鋼丸的直徑彡2. 5mm。
[0012] 優(yōu)選的，所述鋼丸表面的雜質(zhì)< 1%。
[0013] 優(yōu)選的，所述鐵粉結(jié)塊率< 1 %。
[0014] 本申請還提供第二方面的技術(shù)方案，即前述任一的組合物在3D打印鑄造中的應(yīng) 用。
[0015] 優(yōu)選的，所述組合物用于3D打印鑄造中冷卻鑄件。
[0016] 優(yōu)選的，上述應(yīng)用包括以下步驟：
[0017] (1)將組分鋼丸和鐵粉混合，按權(quán)1-權(quán)3所述比例加入水玻璃進(jìn)行混合得所述組 合物；
[0018] (2)將步驟（1)所得組合物填充至預(yù)制模具的冷卻預(yù)留位置并硬化固定得半成型 豐吳具；
[0019] (3)將步驟（2)所得半成型模具中的硬化組合物的表面覆蓋涂料后得成型模具。
[0020] 優(yōu)選的，步驟（1)所得組合物于四小時內(nèi)進(jìn)行步驟（2)。
[0021] 優(yōu)選的，步驟（2)硬化方式為空氣自然硬化、天然氣直接烘烤或通入二氧化碳?xì)?體硬化。
[0022] 優(yōu)選的，步驟（3)涂料為水基涂料或醇基涂料。
[0023] 優(yōu)選的，步驟（3)涂料采用水基涂料后，需烘烤至少15分鐘后得成型模具。
[0024] 與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明具備如下有益效果：
[0025] 本申請采用特定的組合物，即鋼丸、鐵粉、水玻璃混合形成的組合物作為鑄造過程 中冷卻鑄件的冷鐵替代物。
[0026] 本申請所述鋼丸為本領(lǐng)域常規(guī)使用的經(jīng)鋼塊通過一定的熱處理技術(shù)形成的球狀 鋼顆粒，其顆粒直徑通常在Imm以上，本申請優(yōu)選的鋼丸直徑為2. 5_以下。
[0027] 本申請所述鐵粉即本領(lǐng)域常規(guī)使用的物質(zhì)，通常指粒度直徑小于Imm的粉狀鐵。 本申請所述鐵粉優(yōu)選采用粒度直徑為44?150 ii m的鐵粉。
[0028] 本申請所述水玻璃為硅酸鈉或者硅酸鉀鈉的水溶液。
[0029] 本申請采用上述特定的組成成分以及特定的含量比例形成的組合物在應(yīng)用于鑄 件冷卻過程中，可以有效的起到激冷作用，避免出現(xiàn)縮松等內(nèi)部缺陷，同時避免采用其他成 分易出現(xiàn)的在高溫下潰散造成鑄件表面夾砂缺陷的問題。此外，本申請所采用的原料取材 方便，均屬于本領(lǐng)域常規(guī)材料，縮短冷鐵制備和應(yīng)用過程中周期長等問題，可有效降低現(xiàn)有 使用鑄鐵材質(zhì)冷鐵的成本。
[0030] 本申請所提供的組合物可特定應(yīng)用于3D打印鑄造生產(chǎn)中。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0031] 圖1為240主軸承蓋生產(chǎn)中冷鐵放置位置示意圖；
[0032] 圖2是圖1的右視圖。

【具體實施方式】
[0033] 為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員更好地理解本發(fā)明的技術(shù)方案，下面結(jié)合【具體實施方式】 對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0034] 本申請所述組合物應(yīng)用到3D打印鑄造中的詳細(xì)過程如下：
[0035] 1、預(yù)制3D打印鑄造用冷卻混合物混合物。根據(jù)鑄造工藝要求的放置冷鐵的數(shù)量 和所需冷鐵發(fā)揮的作用，備好等量適宜的冷鐵替代物的原混合物，即鑄造用水玻璃、粒徑等 于小于2. 5mm鋼丸和鐵粉。其中各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：水玻璃8%-10%，鐵粉50% - 55%， 鋼丸35 %-40 %，先將鐵粉與鋼丸混合攪拌均勻，再倒入一定量的水玻璃作為粘結(jié)劑，將混 合物攪拌均勻。由于一般所制混合物較少，所以盡量在4小時之內(nèi)用完，以免混合物在空氣 中自然硬化，如若放置超過4小時應(yīng)棄用，重新配置混合攪拌。
[0036] 2、將制好的3D打印鑄造用冷卻混合物填充到模型中。將所述3D打印鑄造用冷卻 混合物填充到砂型所預(yù)留的冷鐵位置中或者冷鐵和砂型的縫隙之中，預(yù)留冷鐵的位置用壓 勺壓實撫平，砂型和冷鐵縫隙部位用提鉤搗實撫平，切記勿使填充混合物松散易潰。
[0037] 3、砂芯/型硬化造型。對在冷鐵和砂型縫隙部位相對填充較少的部位可放置在空 氣自然硬化，相對填充較為厚實的部位采用天然氣直接烘烤或通入二氧化碳?xì)怏w硬化。
[0038] 4、刷涂料合箱澆注。待所述3D打印鑄造用冷卻混合物徹底硬化后，刷涂上水基 涂料或醇基涂料，刷上的涂料完全覆蓋混合填充物的表面，對于水基涂料要入烘模窯烘烤 15min，待刷涂的涂料干后便可合箱澆注。
[0039] 在具體實施中，本申請以240主軸承蓋的生產(chǎn)作為本發(fā)明的一個應(yīng)用。
[0040] 圖1為240主軸承蓋生產(chǎn)中冷鐵放置位置示意圖；
[0041] 圖2是圖1的右視圖。
[0042] 其中，1為240主軸承蓋鑄件,2為冷鐵或本申請放置的組合物。
[0043] 對照組1 一現(xiàn)有冷鐵冷卻
[0044] 在模具上設(shè)置好冷鐵的位置，再將備好的冷鐵放置在模具上，最后填砂造型合箱 澆注，使鑄件冷卻凝固。
[0045] 對照組2-用樹脂做粘結(jié)劑
[0046] 采用鋼丸+鐵粉+樹脂的方式制備組合物，并采用前述本申請方式應(yīng)用到3D打印 鑄件中冷卻鑄件。
[0047] 對照組3-僅鋼丸+粘結(jié)劑（水玻璃或樹脂）
[0048] 采用鋼丸+粘結(jié)劑的方式制備組合物，并采用前述本申請方式應(yīng)用到3D打印造型 中冷卻鑄件。
[0049] 對照組4一僅鐵粉+粘結(jié)劑（水玻璃或樹脂）
[0050] 采用鐵粉+粘結(jié)劑的方式制備組合物，并采用前述本申請方式應(yīng)用到3D打印造型 中冷卻鑄件。
[0051] 對照組5-鋼丸+鐵粉+水玻璃（非本申請組合物）
[0052] 采用鋼丸+鐵粉+水玻璃的方式制備組合物，其中，各組分所占組合物的重量比例 不在本申請范圍之內(nèi)，并且所述鋼丸的直徑大于2. 5mm，小于5mm。采用前述本申請方式應(yīng) 用到3D打印造型中冷卻鑄件。
[0053] 實驗組1 一本申請3D打印鑄造用組合物
[0054] 采用鋼丸+鐵粉+水玻璃的方式制備組合物，其中，各組分所占組合物的重量比例 為鋼丸：35%-40%;水玻璃：8%-10%;鐵粉：50%-55%;所述鋼丸的直徑彡2. 5mm。采 用前述本申請方式應(yīng)用到3D打印造型中冷卻鑄件。
[0055] 實施例一：冷卻效果試驗
[0056] 以生產(chǎn)240主軸承蓋為例，分別以上述對照組1-5以及實驗組1進(jìn)行試驗。所制 得的240主軸承蓋在鑄造過程中均采用同一生產(chǎn)方式進(jìn)行制備。通過預(yù)先在砂型內(nèi)放置的 熱電偶測溫計，測量得240主軸承蓋金屬液接觸到各組實驗對象1秒鐘時冷卻部位的平均 溫度TC，所得數(shù)據(jù)列表如下：
[0057] 表I--冷卻效果試驗
[0058]

【權(quán)利要求】
1. 一種3D打印鑄造用組合物，其特征在于：所述3D打印組合物包括鋼丸、水玻璃和鐵 粉，各組分的重量百分比為： 鋼丸：35%-40% ; 水玻璃：8% -10% ; 鐵粉：50%-55% ; 所述鋼丸的直徑< 2. 5mm。
2. 如權(quán)利要求1所述的3D打印鑄造用組合物，其特征在于：所述鋼丸表面的雜質(zhì) d
3. 如權(quán)利要求1所述的3D打印鑄造用組合物，其特征在于：所述鐵粉結(jié)塊率< 1 %。
4. 權(quán)利要求1-3所述的組合物在3D打印鑄造中的應(yīng)用。
5. 如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于：所述組合物用于3D打印鑄造中冷卻鑄件。
6. 如權(quán)利要求4所述的應(yīng)用，其特征在于：包括以下步驟： (1) 將組分鋼丸和鐵粉混合，按權(quán)1-權(quán)3所述比例加入水玻璃進(jìn)行混合得所述組合 物； (2) 將步驟（1)所得組合物填充至預(yù)制模具的冷卻預(yù)留位置并硬化固定得半成型模 亙. V N9 (3) 將步驟（2)所得半成型模具中的硬化組合物的表面覆蓋涂料后得成型模具。
7. 如權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于：步驟⑴所得組合物于四小時內(nèi)進(jìn)行步驟 ⑵。
8. 如權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于：步驟（2)硬化方式為空氣自然硬化、天然氣 直接烘烤或通入二氧化碳?xì)怏w硬化。
9. 如權(quán)利要求6所述的應(yīng)用，其特征在于：步驟（3)涂料為水基涂料或醇基涂料。
10. 如權(quán)利要求9所述的應(yīng)用，其特征在于：步驟（3)涂料采用水基涂料后，需烘烤至 少15分鐘后得成型模具。
【文檔編號】B22F3/115GK104308156SQ201410647526
【公開日】2015年1月28日 申請日期:2014年11月13日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月13日
【發(fā)明者】李 誠, 劉方寶, 李棟, 唐松 申請人:四川南車共享鑄造有限公司