一种制动盘铸造模具用砂芯材料及其制备方法和应用技术

本发明专利技术公开了一种制动盘铸造模具用砂芯材料，包括90~100重量份的原砂和1.22~1.464重量份的添加剂；所述原砂包括重量比为（2~3）:7的陶瓷砂和石英焙烧砂；所述添加剂包括1.0~1.2重量份的改性酚醛树脂、相当于改性酚醛树脂加入重量12%的无氨固化剂、相当于改性酚醛树脂加入重量8%的润滑剂、相当于改性酚醛树脂加入重量1%的硅烷偶联剂和相当于改性酚醛树脂加入重量1%的溃散剂。本发明专利技术还公开了一种制动盘铸造模具用砂芯材料的制备方法及其应用。本发明专利技术具良好的溃散性、退让性和较低的发气量，有利于保证产品的尺寸精度和表面质量，且不易产生粘砂、夹砂等缺陷。夹砂等缺陷。夹砂等缺陷。

【技术实现步骤摘要】
一种制动盘铸造模具用砂芯材料及其制备方法和应用


[0001]本专利技术涉及一种制动盘铸造模具用砂芯材料及其制备方法和应用，属于制动盘


技术介绍

[0002]目前，我国高速列车使用的制动盘主要有Φ620mm
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Φ245mm
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85mm、Φ750mm
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Φ460
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110mm和Φ1040mm
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Φ740mm
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150mm等不同尺寸，再加上加工余量，铸件总投影面积达4500cm
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以上。同时盘面内侧面上高密度分布着大长径比的散热柱。其成型结构具有如下特点：盘面直径大、厚度小；散热柱数量多，分布密度大；盘体两侧摩擦面形貌、组织结构及力学性能须保持高度一致。针对这一难题，选择砂模铸造法，使用砂芯与铸模来实现制动盘的铸造。根据制动盘的结构和质量要求，成型方法选择砂型铸造，砂型铸造过程中，对砂芯材料尤为重要，合适的砂芯材料有利于保证产品的尺寸精度和表面质量，且不易产生粘砂、夹砂等缺陷。而现有技术中的砂芯材料存在溃散性差、退让性差和较高的发气量，不利于保证产品的尺寸精度和表面质量，另外，现有的砂芯材料中一般使用乌洛托品作为酚醛树脂的固化剂，乌洛托品，也称六亚甲基四胺，分子式为C6H
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N4，含有氨，是一种有机化合物。被列入《易制爆危险化学品名录》 ，并按照《易制爆危险化学品治安管理办法》管控。同时，乌洛托品为有害物品，吸入及皮肤接触可能致敏，故在操作过程中需要注意远离火源、切勿吸入粉尘、避免皮肤接触。故现有的砂芯材料在制造过程中，存在一定的安全隐患。

技术实现思路

[0003]本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种制动盘铸造模具用砂芯材料，该砂芯材料具有溃散性好、退让性好和较低的发气量的特性，同时无氨，安全性高，可操作性强，适用于高速列车制动盘的铸造成型。
[0004]同时，本专利技术提供一种制动盘铸造模具用砂芯材料的制备方法，提高混砂效率并保证造型砂质量的稳定性、强度和均匀性。
[0005]同时，本专利技术提供一种制动盘铸造模具用砂芯材料在高速列车制动盘铸造模具中的应用。
[0006]为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案为：一种制动盘铸造模具用砂芯材料，包括90~100重量份的原砂和1.22~1.464重量份的添加剂；所述原砂包括重量比为（2~3）:7的陶瓷砂和石英焙烧砂；所述添加剂包括1.0~1.2重量份的改性酚醛树脂、相当于改性酚醛树脂加入重量12%的无氨固化剂、相当于改性酚醛树脂加入重量8%的润滑剂、相当于改性酚醛树脂加入重量1%的硅烷偶联剂和相当于改性酚醛树脂加入重量1%的溃散剂。
[0007]所述陶瓷砂耐火度≥1750℃，膨胀系数≤0.7%。
[0008]所述无氨固化剂包括牛磺酸或己二酸。
[0009]所述润滑剂包括硬脂酸钙、硬脂酸镁或硬脂酸钡。
[0010]所述硅烷偶联剂包括氨基羧酸酯基硅烷偶联剂或氨丙基硅烷偶联剂。
[0011]所述溃散剂包括硝酸钠、亚硝酸钠、硝酸钾或硝酸锶。
[0012]所述改性酚醛树脂为碳纳米管改性酚醛树脂。
[0013]所述碳纳米管改性酚醛树脂的制备方法为：S01，按质量百分比称量95~96%的酚醛树脂加入到乙醇中完全溶解，乙醇的加入重量相当于酚醛树脂的2~5倍量；S02，加入质量分数4~5%的碳纳米管进入酚醛树脂
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乙醇溶液，充分搅拌30~50min，获得混合溶液；S03，将混合溶液滴入30~45g/L的联氨溶液，联氨溶液的体积相当于混合溶液体积的3~4倍量，加热到75~85℃，反应30~45min；S04，将反应后溶液置于烘箱中于55~65℃，烘干至恒重；S05，将烘干后的混合物置于模具中，在硫化机中预压，预压条件：时间3~5min；温度180~200℃；压力25~35Mpa；S06，预压后去掉压力、放气，重复至少3次；S07，放气后，样品在160~180℃，25~35MPa条件下热压2~3h，随后得到改性酚醛树脂。
[0014]一种制动盘铸造模具用砂芯材料的制备方法：包括以下步骤：将原砂放到料斗中，每次混制时，放出180~200kg原砂通过输送带送至砂加热器中，在砂加热器对原砂进行加热，将原砂加热到140~150℃，把原砂放出至混砂机中，同时，加入配置成浓度为70~75%的硅烷偶联剂水溶液，混碾5~10s后，加入改性酚醛树脂粘结剂，混碾60~100s，使改性酚醛树脂完全软化，并将原砂包裹，然后加入冷却水；当砂温降至110~120℃时，加入无氨固化剂，同时，吹冷风进行冷却，混碾70~90s后，停止吹冷风，并加入润滑剂，继续混碾10~30s后，加入溃散剂，继续混碾5~10s，并吹冷风对原砂进行冷却；当砂温降至60~70℃时，将原砂从混砂机中放出，通过回转筛、振动筛，进行破碎、筛分、冷却，然后按照不同的目数要求进行筛分包装。
[0015]一种制动盘铸造模具用砂芯材料在高速列车制动盘铸造模具中的应用，所述高速列车制动盘最高时速400km/h；采用所述高速列车制动盘铸造模具制备获得的高速列车制动盘无流痕、无气孔、退让性＜0.05%，残留强度＞15MPa，发气量＜60ppm。
[0016]本专利技术具有以下有益效果：（1）、本专利技术的砂芯材料通过优化其配方并以添加剂替代传统的树脂和乌洛托品，使其兼具良好的溃散性、退让性和较低的发气量，有利于保证产品的尺寸精度和表面质量，且不易产生粘砂、夹砂等缺陷。
[0017]（2）、本专利技术的制备方法降低了工人的劳动强度，提高了混砂效率并保证造型砂质量的稳定性、强度和均匀性。
[0018]（3）、本专利技术的碳纳米管改性酚醛树脂。一般情况下，由于碳纳米管在材料内部形成导热通路，会显著提高复合材料的热导率，因此碳纳米管理论上不会提高复合材料的耐烧蚀能力。但是本专利技术，添加碳纳米管并保证其均匀分散，本专利技术的制备方法使酚醛树脂完全包裹碳纳米管，以阻隔导热通路，可以抑制热导率的提高。同时，碳纳米管可以在基体被烧蚀时诱导其表面进行炭化，从而促进致密炭化层的形成，有利于改善酚醛树脂复合材料
的耐烧蚀性。
[0019]（4）、本专利技术的最终制备获得的原砂粒形好，粒度为50～100目，耐火度高，再加上添加剂，树脂的加入量相对减少，同样可以达到足够使用的强度，采用本专利技术的砂芯材料制备的模具强度高、发气量低，高温膨胀性低，退让性好，溃散性好，不易产生粘砂、夹砂等缺陷，使用其制备的高速列车制动盘无流痕，无气孔，可以保证产品的尺寸精度和表面质量。
附图说明
[0020]图1为对比例1获得的高速列车制动盘的微观组织图；图2为对比例1获得的高速列车制动盘一个拍摄角度的实物图（具有流痕）；图3为对比例1获得的高速列车制动盘另一个拍摄角度的实物图（具有流痕）；图4为对比例1获得的高速列车制动盘的实物图（具有气孔）；图5为对比例1获得的高速列车制动盘打磨后的实物图（具有气孔）；图6为本专利技术获得的高速列车制动盘的微观组织图本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种制动盘铸造模具用砂芯材料，其特征在于，包括90~100重量份的原砂和1.22~1.464重量份的添加剂；所述原砂包括重量比为（2~3）:7的陶瓷砂和石英焙烧砂；所述添加剂包括1.0~1.2重量份的改性酚醛树脂、相当于改性酚醛树脂加入重量12%的无氨固化剂、相当于改性酚醛树脂加入重量8%的润滑剂、相当于改性酚醛树脂加入重量1%的硅烷偶联剂和相当于改性酚醛树脂加入重量1%的溃散剂。2.根据权利要求1所述的一种制动盘铸造模具用砂芯材料，其特征在于，所述陶瓷砂耐火度≥1750℃，膨胀系数≤0.7%。3.根据权利要求1所述的一种制动盘铸造模具用砂芯材料，其特征在于，所述无氨固化剂包括牛磺酸或己二酸。4.根据权利要求1所述的一种制动盘铸造模具用砂芯材料，其特征在于，所述润滑剂包括硬脂酸钙、硬脂酸镁或硬脂酸钡。5.根据权利要求1所述的一种制动盘铸造模具用砂芯材料，其特征在于，所述硅烷偶联剂包括氨基羧酸酯基硅烷偶联剂或氨丙基硅烷偶联剂。6.根据权利要求1所述的一种制动盘铸造模具用砂芯材料，其特征在于，所述溃散剂包括硝酸钠、亚硝酸钠、硝酸钾或硝酸锶。7.根据权利要求1所述的一种制动盘铸造模具用砂芯材料，其特征在于，所述改性酚醛树脂为碳纳米管改性酚醛树脂。8.根据权利要求7所述的一种制动盘铸造模具用砂芯材料，其特征在于，所述碳纳米管改性酚醛树脂的制备方法为：S01，按质量百分比称量95~96%的酚醛树脂加入到乙醇中完全溶解，乙醇的加入重量相当于酚醛树脂的2~5倍量；S02，加入质量分数4~5%的碳纳米管进入酚醛树脂
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乙醇溶液，充分搅拌30~50min，获得混合溶液；S03，将混合溶液滴入30~45g/L的联氨溶液，联氨溶液的体...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡谦，张保森，房梦飞，李鸽，刘双虎，李斌，贺银，陈魏，朱东升，
申请(专利权)人：南京工程学院，
类型：发明
国别省市：