【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于铸造，具体涉及一种智能型冷冻砂型的快速制造方法。本方法通过调控液氮的输入量实现铸件温度场的精确控制，改善了铸件晶粒结构及其性能；利用水作为粘结剂，减少了有害气体的产生，且落砂容易，废砂可以直接回收利用，节能减材。本方法适用于大型复杂金属件单件小批量生产和零部件快速开发试制。
技术介绍
1、传统的铸造工艺存在铸造过程中有机粘结剂会产生大量刺激性有毒气体；铸件凝固过程中温度场难以控制，且晶粒不均，性能难以控制；落砂困难，废砂过多且难以回收再利用等问题。因此，开发绿色铸造新技术与新工艺，减少资源消耗，提高材料利用率，提高铸件品质及性能迫在眉睫。
2、机械科学研究总院提出一种数字化冷冻铸造技术，是铸造行业造型技术的颠覆性变革。其原理是用纯水或水溶液作为粘结剂，普通硅砂作为耐火骨料，将适量水分和硅砂颗粒混合造型，于低温环境下固化至足够强度后，在砂型三维cad模型驱动下，利用刀具直接加工砂型(芯)，并经表面处理及组装后获得待浇注砂型。该技术造型时粉尘少，无有毒有害气体产生；注后砂型自行溃散，落砂非常简单；所得铸件气孔缺陷少、组织细小均匀、力学性能优良。
3、依据现有的数字化冷冻铸造技术制作冷冻砂型可以对铸件凝固过程中铸件整体或者局部进行短时有限激冷，铸件凝固速率提升幅度不大，难以实现铸件凝固温度场的灵活、实时精确控制，更无法实现铸件的整体均匀凝固或者顺序凝固，所得铸件的内部晶粒尺寸均匀性和铸件性能虽稍有提升，但效果有限。另外，现有冷冻砂型整体温度单一，浇注过程中，薄壁处砂型易溃散和坍塌，导致铸件出现废品
技术实现思路
1、针对上述问题，本专利技术公开了一种智能型冷冻砂型的快速制造方法，该方法是以水为粘结剂制作冷冻砂型，并在制作过程中根据铸件特征，预埋管道和智能温度测试单元，在浇注过程和铸件凝固过程中实时监测砂型和铸件温度，并根据需要随时通入定量液氮对砂型进行冷却，以精确控制铸件凝固过程温度场，确保铸件实现整体均匀凝固或者顺序凝固。该方法采用智能型温度测试仪器，可对铸件和铸型温度进行实时监测，并可采用灵活随机通入定量液氮的方式对铸件凝固温度进行精确控制，进而最终获得高质量铸件。另外，该方法可有效缩短铸件开发周期，节约成本，降低能耗，废砂可回收处理，适用于大型复杂零件小批量生产和快速开发试制。
2、为了上述目的实现，本专利技术公开了一种智能型冷冻砂型的快速制造方法，具体实施步骤为：
3、步骤1：在常温下，将型砂和其质量分数1％～5％的水均匀混合；
4、步骤2：根据铸件结构特点，在模具中提前放置好管道；
5、步骤3：将混合后的型砂装入砂箱中，制作成砂型单元；
6、步骤4：在砂型单元内部需要监测砂型和铸件温度的区域放置并安装好温度测试单元的传感器；
7、步骤5：将装有砂型单元的砂箱整体放置于温度为-40℃～-20℃冷冻环境下静置约5h～10h进行固化，或者采用预埋砂型内部管道中通入液氮方式将砂型冷却固化；
8、步骤6：通过翻模得到冷冻砂型单元，也可以通过成形设备在冷冻环境下(-20℃～-10℃)切削加工得到冷冻砂型单元；
9、步骤7:采用以上步骤制作其余砂型单元；
10、步骤8：将所有砂型单元组装为待浇注砂型；
11、步骤9：将组装好的砂型进行二次冷冻；
12、步骤10：在常温或者冷冻环境下，对二次冷冻后的砂型进行浇注，在浇注和凝固过程中实时监测砂型单元和铸件的温度；
13、步骤11：根据测试所得砂型单元和铸件的实时温度对砂型单元定量定时通入液氮，以实现铸件的整体均匀凝固或者顺序凝固，最终得到所需铸件；
14、步骤12：在金属液凝固过程中或完全成形后，冷冻砂型单元吸热后自动溃散，可直接收集废砂回收利用。
15、进一步的，所述的冷冻砂型中预埋管道和温度测试单元。
16、进一步的，所述的管道可以定量通入液氮。
17、进一步的，所述的温度测试单元的传感器可以是热敏电阻、rtd、热电偶和热电堆等。
18、进一步的，所述的冷冻砂型单元固化方法可以是在-40℃～-20℃的冷冻环境下静置5h～10h冷却固化；也可以通过预埋在砂型内部管道中通入定量的液氮进行冷却固化。
19、进一步的，所述的冷冻砂型/芯单元可直接翻模得到，也可以通过成形设备在冷冻环境下(-20℃～-10℃)切削加工得到。
20、进一步的，所述的冷冻砂型可以是单一砂型，也可以由多个砂型/芯单元组装得到。
21、进一步的，所述的冷冻砂型组装完成后需要在冷冻环境二次冷却，再进行浇注。
22、进一步的，所述的金属液凝固成形后，冷冻砂型自动溃散，废砂可直接进行回收利用。
23、进一步的，所述的型砂为铸造用石英砂或特种砂的一种或多种，目数可以为50/100、70/140、100/200。
24、通过上述技术方案有以下优点：
25、(1)该方法采用智能型温度测试仪器，可对铸件和铸型温度进行实时监测，并可采用灵活随机通入定量液氮的方式对铸件凝固温度进行精确控制，进而最终获得高质量铸件。；
26、(2)该方法加快了铸件的冷却速率，提高了铸件的力学性能；
27、(3)以水作为粘结剂，生产成本低，废砂可直接回收利用，符合绿色发展理念。
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1.一种智能型冷冻砂型的快速制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种智能型冷冻砂型的快速铸造方法，其特征在于，所述的冷冻砂型中预埋管道和温度测试单元。
3.根据权利要求1所述的一种智能型冷冻砂型的快速铸造方法，其特征在于，所述的管道可以定量通入液氮。
4.根据权利要求1所述的一种智能型冷冻砂型的快速铸造方法，其特征在于，所述的温度测试单元的传感器可以是热敏电阻、RTD、热电偶和热电堆等。
5.根据权利要求1所述的一种智能型冷冻砂型的快速铸造方法，其特征在于，所述的冷冻砂型单元固化方法可以是在-40℃～-20℃的冷冻环境下静置5h～10h冷却固化；也可以通过预埋在砂型内部管道中通入定量的液氮进行冷却固化。
6.根据权利要求1所述的一种智能型冷冻砂型的快速铸造方法，其特征在于，所述的冷冻砂型/芯单元可直接翻模得到，也可以通过成形设备在冷冻环境下(-20℃～-10℃)切削加工得到。
7.根据权利要求1所述的一种智能型冷冻砂型的快速铸造方法，其特征在于，所述的冷冻砂型可以是单一砂型，也
8.根据权利要求1所述的一种智能型冷冻砂型的快速铸造方法，其特征在于，所述的冷冻砂型组装完成后需要在冷冻环境二次冷却，再进行浇注。
9.根据权利要求1所述的一种智能型冷冻砂型的快速铸造方法，其特征在于，所述的金属液凝固成形后，冷冻砂型自动溃散，废砂可直接进行回收利用。
10.根据权利要求1所述的一种智能型冷冻砂型的快速铸造方法，其特征在于，所述的型砂为铸造用石英砂或特种砂的一种或多种，目数可以为50/100、70/140、100/20。
...【技术特征摘要】
1.一种智能型冷冻砂型的快速制造方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种智能型冷冻砂型的快速铸造方法，其特征在于，所述的冷冻砂型中预埋管道和温度测试单元。
3.根据权利要求1所述的一种智能型冷冻砂型的快速铸造方法，其特征在于，所述的管道可以定量通入液氮。
4.根据权利要求1所述的一种智能型冷冻砂型的快速铸造方法，其特征在于，所述的温度测试单元的传感器可以是热敏电阻、rtd、热电偶和热电堆等。
5.根据权利要求1所述的一种智能型冷冻砂型的快速铸造方法，其特征在于，所述的冷冻砂型单元固化方法可以是在-40℃～-20℃的冷冻环境下静置5h～10h冷却固化；也可以通过预埋在砂型内部管道中通入定量的液氮进行冷却固化。
6.根据权利要求1所述的一种智能型冷冻砂型的快速...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘丰，刘丽敏，杨皓越，
申请(专利权)人：中国机械科学研究总院集团有限公司，
类型：发明
国别省市：
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