环境友好型冷冻-溶解铸造工艺制造技术

本发明专利技术为一种环境友好型冷冻

【技术实现步骤摘要】
环境友好型冷冻
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溶解铸造工艺


[0001]本专利技术涉及铸造
，具体是一种环境友好型冷冻
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溶解铸造工艺。

技术介绍

[0002]在传统的铸造方法中，是将熔融金属液浇铸到与零件形状相适应的模具中，熔融金属液对模具自然失热而固化，待其冷却凝固后，以获得零件或毛坯。
[0003]由于变壁厚复杂铸件整体冷却速率慢，并且局部变壁厚部位凝固收缩不一致，金属液往往在薄壁部位先凝固，而厚壁部位得不到金属液的补充而形成分散且细小的孔洞，容易产生热裂等铸造缺陷，这将降低铸件的机械性能，严重影响铸件的质量。为了获得理想的性能，许多研究者对铸件的冷却速率和凝固行为进行了研究，通过对高凝固速率和超高凝固速率的应用表明，提高冷却速率可以使铸件组织更加均匀和细化，能大大提高铸件的机械性能。为此国外知名高校和铸造企业等采用冷冻模具铸造零件以加快熔融金属液的凝固速度，但由于忽略了冷冻模具表层汽化形成气幕对铸件冷却速率影响的局限性,导致变壁厚的复杂铸件冷却速率较低，且局部变壁厚部位由于凝固收缩不一致会出现热裂等铸造缺陷。
[0004]传统的铸造方法中，熔融金属液流进模具进行冷却时，金属液的失热率还会受到一个“气隙”的限制，该气隙是铸件因冷却而收缩与模具因受热而膨胀之间所形成的空隙，铸件和模具之间失去直接接触，导致铸件冷却速率的损失，从而导致铸件密度和结构细度的降低，也影响铸件的机械性能。
[0005]传统的铸造方法中，熔融金属液的凝固过程必须在模具中进行，这样不容易控制金属液凝结的方向。为此，往往在制造模具时要预先放置冷铁以引导熔融金属液的凝固顺序，但这样会给制造模具带来很大困难，且使模具的成本增加。
[0006]除此之外，传统的铸造方法要对铸件进行单独的落砂清理环节，耗时又费力，还会产生大量不必要的污染物，生产效率和物料利用率低下，这些都阻碍着传统铸造业的可持续发展。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是为了解决上述现有技术中变壁厚结构的复杂铸件整体冷却速率低，且局部变壁厚部位由于凝固收缩不一致出现热裂等缺陷，导致铸件质量不高，铸造废弃物多，环境污染大等问题，而提供一种环境友好型冷冻
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溶解铸造工艺。
[0008]本专利技术是通过如下技术方案实现的：一种环境友好型冷冻
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溶解铸造工艺，包括如下步骤：1）利用型砂和水制造出相应的模具，将模具置于液氮温度下冷冻，获得强度极高的冷冻模具；2）将熔融金属液注入冷冻模具中，熔融金属液在冷冻模具中刚刚凝固成壳时，迅速在冷冻模具壁厚部位喷射冷却剂，以溶解的方式使冷冻模具壁厚部位快速溶解溃散落
砂，落砂后冷却剂直接接触在铸件的壁厚部位，并继续喷射冷却；3）铸件的壁厚部位冷却一段时间后，对冷冻模具的整个部位同时进行冷却剂喷射，以溶解的方式使冷冻模具的整体进行溶解溃散落砂处理，直至冷冻模具全部自然溃散落砂，落砂后冷却剂直接接触在铸件的整个部位，最终使得熔融金属液全部固化形成目标铸件；4）回收型砂、冷却剂。
[0009]进一步的，步骤1）中，型砂采用二氧化硅砂，冷却剂采用水，液氮冷冻温度为
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273
°
C，冷冻2~4个小时，使型砂中的水分完全结冰。
[0010]进一步的，步骤2）中，冷却剂的喷射时机为：铸件的壁厚部位与喷射的冷却剂束流接触之前，铸件的壁厚部位已形成相对坚固的表皮。
[0011]进一步的，步骤1）中，利用型砂和水制造模具时，型砂中水分控制在3%~5.5%。
[0012]进一步的，步骤2）、3）中，冷却剂的喷射速率为2升/秒。
[0013]本专利技术开创性的提出将冷冻模具和溶解冷却相结合来制造变壁厚复杂铸件。在制造模具的过程中，利用液氮将模具中水分在低温条件下凝固结冰，获得强度极高的冷冻模具；注入熔融金属液后，当熔融金属液在冷冻模具中刚凝固成壳时将冷却剂直接施加至冷冻模具壁厚部位，使已解冻的冷冻模具局部快速溶解，溃散落砂，冷却剂就能直接与铸件的壁厚部位接触，所述过程能够加快壁厚部位的冷却，控制铸件内部凝固界面前沿走向，实现复杂壁厚铸件的均匀冷却凝固；最后冷冻模具自然溃散落砂，得到干净的铸件，省去对铸件单独的落砂清理环节，铸造废弃物少。本专利技术工艺可以加快变壁厚复杂铸件的冷却速度，使得铸件的薄厚部位达到凝固一致，能够极大的提升变壁厚复杂铸件的机械性能，同时本专利技术的实施还能够帮助传统砂型铸造实现节能减排，从而支持传统工业的绿色及可持续发展。
[0014]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：使用的是冷冻模具，能整体加快铸件的冷却速度，且融冰的水蒸气在金属液与铸型间形成一层气幕，使金属液与型壁分离，防止铸件表面粘砂；又通过瞬间激冷，铸件表层可形成细晶凝固组织，提升铸件表面质量；而所述气幕可由冷却剂以溶解的方式去除冷冻模具来去除，防止气幕对铸件冷却速率造成影响，同时，因铸件冷却收缩和模具受热膨胀产生的气隙对热流的限制也会随之消除，冷却剂可以直接接触到整个铸件，在高速冷却下，所得铸件的组织细小、均匀，气孔含量低。此外，熔融金属液的凝固方向和速度也是可以控制的，根据产品的结构，在壁厚部位进行局部溶解冷却，能够解决变壁厚复杂铸件的凝固收缩不一致性问题。除了上述优点外，所述工艺选用型砂和水混合制作的模具也会带来很多益处，在溶解冷却的过程中能够对铸件进行落砂处理，该过程不会产生气味，烟雾和灰尘（回收的型砂是潮湿的），从而节省了安装昂贵的烟雾和除尘设备的费用，节能又环保。
附图说明
[0015]为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，此处的附图用来提供对本专利技术的进一步说明，构成本申请的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用来解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0016]图1是本专利技术铸造工艺的流程图。
[0017]图2是喷射冷却剂溶解冷冻模具的示意图。
[0018]图中：1
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冷冻模具、2
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铸件、3
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喷头、4
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输水管路、5
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喷射调节器。
具体实施方式
[0019]为了使本领域技术人员更好的理解本专利技术，以下结合参考附图并结合实施例对本专利技术作进一步清楚、完整的说明。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
[0020]如图1和图2所示，一种环境友好型冷冻
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溶解铸造工艺，包括如下步骤：1）利用型砂和水制造出相应的模具，型砂中水分控制在3%~5.5%；将制得的模具置于
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273
°
C的液氮温度下冷冻2~4个小时，使型砂中的水分完全结冰，获得强度极高的冷冻模具1；其中，型砂采用二氧化硅砂，二氧化硅砂具有易获得性、低成本和良好的热性能等许多优点，二氧化硅砂优选由微小尺寸的圆形晶粒组成的砂，微小尺寸的圆形晶粒砂能够赋予铸件2良好的表面光洁度并且本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种环境友好型冷冻
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溶解铸造工艺，其特征在于，包括如下步骤：1）利用型砂和水制造出相应的模具，将模具置于液氮温度下冷冻，获得强度极高的冷冻模具；2）将熔融金属液注入冷冻模具中，熔融金属液在冷冻模具中刚刚凝固成壳时，迅速在冷冻模具壁厚部位喷射冷却剂，以溶解的方式使冷冻模具壁厚部位快速溶解溃散落砂，落砂后冷却剂直接接触在铸件的壁厚部位，并继续喷射冷却；3）铸件的壁厚部位冷却一段时间后，对冷冻模具的整个部位同时进行冷却剂喷射，以溶解的方式使冷冻模具的整体进行溶解溃散落砂处理，直至冷冻模具全部自然溃散落砂，落砂后冷却剂直接接触在铸件的整个部位，最终使得熔融金属液全部固化形成目标铸件；4）回收型砂、冷却剂。2.根据权利要求1所述的环境友好型冷冻
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溶解铸造工艺，其特征在于：步骤1）中，型砂...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宇，李聪，郭冰鑫，毛红奎，徐宏，侯富敏，曹鑫，武俊腾，
申请(专利权)人：中北大学，
类型：发明
国别省市：