一种涡轮壳流道专用覆膜砂及其制备方法与流程

1.本发明涉及一种涡轮壳流道专用覆膜砂及其制备方法，属于涡轮壳铸造的技术领域。


背景技术：

2.覆膜砂就是指砂粒表面在造型之前，即覆有一层固体树脂膜的型砂或芯砂，广泛用于汽车缸体、缸盖、进气管，各类管件、泵体等各种复杂铸件的生产。覆膜砂主要采用优质精选天然石英砂及人造砂为原砂，有冷法和热法两种覆膜加工工艺。其中，冷法工艺是用乙醇将树脂溶解，并在混砂的过程中加入乌洛托品，使两者包覆在砂粒表面，待乙醇挥发后即可得到覆膜砂。而热法覆膜工艺则是把砂预热到一定温度，加入树脂使其熔融，搅拌使树脂包覆在砂粒表面，再加入乌洛托品水溶液及润滑剂，待冷却、破碎以及筛分后边得到覆膜砂。
3.然而使用覆膜砂砂型铸造是砂型铸造中的其中一种，由于覆膜砂砂型铸造在实际生产中可以生产出相对精密的铸件，因而目前采用覆膜砂砂型铸造在铸造领域使用最为广泛。但是通常在使用覆膜砂铸造涡轮壳的过程中，涡轮壳的流道泥芯经常在浇注时出现问题。由于覆膜砂砂芯与铁水接触后容易膨胀开裂，那么就会导致铁水容易进入覆膜砂砂芯开裂的缝隙中，那么涡轮壳流道内腔就会形成突起的裂纹缺陷即脉纹缺陷。因为脉纹缺陷都是位于涡轮壳的流道内腔，因而在后期清理涡轮壳流道内腔时无法将其清除干净，造成涡轮壳成品不良直接报废。因此，亟需一种能够专用于制作涡轮壳流道的覆膜砂，来解决涡轮壳流道内腔的脉纹缺陷问题。


技术实现要素：

4.本技术的内容部分用于以简要的形式介绍构思，这些构思将在后面的具体实施方式部分被详细描述。本技术的内容部分并不旨在标识要求保护的技术方案的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求的保护的技术方案的范围。
5.针对现有技术中存在的问题与不足，本发明目的在于提供一种涡轮壳流道专用覆膜砂，该专用覆膜砂所使用的原料砂选用为陶粒砂、再生石英砂和内蒙焙烧砂的混合物。再生石英砂选为已经使用过的覆膜砂，由于使用过的覆膜砂在与高温铁水接触后，其内部已经完全完成了相变，再次燃烧后就能有效降低混合后原料砂的膨胀系数。而内蒙焙烧石英砂则采用新内蒙石英砂经过高温焙烧制得，由于其内部产生β-α相变，可以提高混合后原料砂的稳定性及牢固性。以解决上述背景技术所提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
7.本发明提供了一种涡轮壳流道专用覆膜砂，所述涡轮壳流道专用覆膜砂包括以下质量成分配比为3.2％粘结剂、0.4％固化剂、0.2％润滑剂和96.2％原料砂，其中所述原料砂为陶粒砂、再生石英砂和内蒙焙烧石英砂的混合物，而所述原料砂包括以下质量成分配比为20～30％陶粒砂、30～33％再生石英砂以及剩余33.2～46.2％内蒙焙烧石英砂，所述
涡轮壳流道专用覆膜砂的抗拉强度在5.2mpa以上，发气量小于19ml/g，且膨胀系数能够控制在0.75％～0.9％之间。
8.优选的，所述内蒙焙烧石英砂采用为新内蒙石英砂送入移动床式焙烧炉，通过高温焙烧后得到所述内蒙焙烧石英砂，后取出所述内蒙焙烧石英砂堆放在一起待其自然冷却制得。
9.优选的，所述移动床式焙烧炉焙烧所述新内蒙石英砂的温度设定为750
±
50℃，焙烧时间为10min，保温时长为5
±
0.5h。
10.优选的，所述再生石英砂采用为已在生产中使用过的覆膜砂进行回收，并对回收的覆膜砂进行破碎、筛选后送入燃烧炉内，将所述回收的覆膜砂表面残留的树脂及其它杂质燃烧干净后，取出堆放在一起待其冷却制得。
11.优选的，所述燃烧炉燃烧所述回收的覆膜砂温度设定为680
±
20℃，燃烧时间为10min。
12.本发明还提供了一种涡轮壳流道专用覆膜砂的制备方法，所述制备方法包括如下步骤：
13.步骤1)按比例配置所述陶粒砂、再生石英砂和内蒙焙烧石英砂进行混合得到所述原料砂；
14.步骤2)将所述原料砂送入加热炉内进行加热；
15.步骤3)将加热后的所述原料砂转移至混砂机内，并按比例配置加入所述粘结剂、固化剂和润滑剂进行充分搅拌得到专用覆膜砂粗砂；
16.步骤4)把搅拌好后的所述专用覆膜砂粗砂放置在破碎机上进行破碎操作后得到所述涡轮壳流道专用覆膜砂，待冷却至室温后进行装袋备用。
17.优选的，在步骤2中所述原料砂送入加热炉加热的温度为135
±
5℃，加热时间为2～3min。
18.优选的，在步骤3中所述原料砂加入粘结剂、固化剂和润滑剂在混砂机内搅拌的时间为3～5min。
19.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
20.使用本发明覆膜砂制成的涡轮壳与现有覆膜砂制成的涡轮壳相比成本相差无几，却可以有效解决涡轮壳流道内腔的脉纹缺陷，而并不用依赖于特殊的防脉纹剂。主要将原料砂选用为陶粒砂、再生石英砂和内蒙焙烧石英砂的混合物。其中，由于再生石英砂内部已经完全完成相变，因而可以有效降低混合后原料砂的膨胀系数，既可以节约砂矿资源，又可以减少废砂处理以及降低环境的二次污染。而内蒙焙烧石英砂为采用新内蒙石英砂经过高温焙烧制得，由于其内部产生β-α相变，可以提高混合后原料砂的稳定性及牢固性。利用本发明制得的覆膜砂其抗拉强度在5.2mpa以上，发气量小于19ml/g，且膨胀系数能够控制在0.75％～0.9％之间，提高了制成涡轮壳的良品率和生产效率，以降低其生产成本。
附图说明
21.构成本技术的一部分的附图用来提供对本技术的进一步理解，使得本技术的其它特征、目的和优点变得更明显。本技术的示意性实施例附图及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
22.在附图中：
23.图1：为本发明实施例中涡轮壳流道用覆膜砂制备方法的流程框图。
具体实施方式
24.下面将参照附图更详细地描述本公开的实施例。虽然附图中显示了本公开的某些实施例，然而应当理解的是，本公开可以通过各种形式来实现，而且不应该被解释为限于这里阐述的实施例。相反，提供这些实施例是为了更加透彻和完整地理解本公开。应当理解的是，本公开的附图及实施例仅用于示例性作用，并非用于限制本公开的保护范围。
25.另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与有关发明相关的部分。在不冲突的情况下，本公开中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
26.本发明公开了一种涡轮壳流道专用覆膜砂及其制备方法，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本公开。
27.实施例1
28.本实施例中提供一种涡轮壳流道专用覆膜砂，涡轮壳流道专用覆膜砂包括以下质量成分配比为3.2％粘结剂、0.4％固化剂、0.2％润滑剂和96.2％原料砂，其中原料砂为陶粒砂、再生石英砂和内蒙焙烧石英砂的混合物，而原料砂包括以下质量成分配比为20～30％陶粒砂、30～33％再生石英砂以及剩余33.2～46.2％内蒙焙烧石英砂，涡轮壳流道专用覆膜砂的抗拉强度在5.2mpa以上，发气量小于19ml/g，且膨胀系数能够控制在0.75％～0.9％之间。
29.具体而言，粘结剂、固化剂以及润滑剂通常选用为酚醛树脂、乌洛托品和硬脂酸钙。酚醛树脂具有良好的耐高温性，即使再非常高的温度下，也能保持其结构的整体性和尺寸的稳定性。尤其是，本发明仅使用20％～30％的陶粒砂，因此并不会大幅度提升其制作成本。而且陶粒砂具有良好的流动性和耐热性，同时还具有膨胀系数低、抗烧结性能良好的优势。
30.内蒙焙烧石英砂为使用新内蒙石英砂送入移动床式焙烧炉，通过高温焙烧后得到内蒙焙烧石英砂，之后取出内蒙焙烧石英砂堆放在一起待其自然冷却制得。其中，焙烧温度设定为750
±
50℃，焙烧时间为10min，保温时长为5
±
0.5h。具体而言，由于内蒙焙烧石英砂选用为新内蒙石英砂而后经过高温焙烧后制得，使其稳定性更强，能够与后续添加的粘结剂粘结越牢固。本发明中使用的新内蒙石英砂在常温下为β相。当加热温度升高后，新内蒙石英砂迅速吸收能量。同时新内蒙石英砂的膨胀率也随着温度的升高而增大，即由β相转变为α相，这一过程便称之为相变(β-α相变)。而随后在冷却时，由于相变转变的速度较快，那么高温状态下的α相则转变为常温下的β相，晶格的膨胀会进行保留。由于膨胀的保留，使得新内蒙石英砂再次受热时相变能受到一定的抑制作用，因此焙烧后的新内蒙石英砂膨胀率较低。另外在这个过程中，新内蒙石英砂原来所含的杂物和结晶水、碳酸钙等在经过高温处理后，使得其砂粒表面活性物质减少。因而在后续添加粘结剂之后，可使原料砂之间粘结得越牢固。也就是说，在同等强度指标要求下可以降低粘结剂的加入量。另外，这里采用移动床式焙烧炉对新内蒙石英砂进行焙烧。移动床式焙烧炉因其炉料靠重力或机械的作用，在焙烧时执行缓慢移动。而炉气则与炉料沿逆流、顺流或垂直相对运动，则可使气体与固体间接触较好。
31.再生石英砂采用为对已在生产中使用过的覆膜砂进行回收，并对回收后的覆膜砂进行破碎、筛选后，送入燃烧炉内将回收的覆膜砂表面的残留树脂及其它杂质燃烧干净后，堆放在一起待其冷却制得。其中，燃烧炉燃烧回收石英砂的温度设定为680
±
20℃，焙烧时间为10min。具体而言，本发明中的再生石英砂使用的是经过使用后的普通覆膜砂，而现有普通覆膜砂的原砂为石英砂。先采用普通覆膜砂与高温铁水相接触即得到使用过的覆膜砂，再对使用后的覆膜砂进行回收并送至燃烧炉进行燃烧，燃烧炉内将回收得覆膜砂表面的残留树脂及其它杂质燃烧干净后，出炉后取出将其平摊开自然冷却即可。由于普通覆膜砂在与高温铁水相接触之后，其内部已经完全完成了相变，因而能够有效的降低回收石英砂的膨胀系数，这样既可以节约砂矿资源，又可以减少废砂处理，还能降低环境的二次污染，从而降低制砂成本以及涡轮壳生产的成本。另外，使用的燃烧炉是利用高压、高频振荡电路形成瞬间大电流点燃燃烧样品，使样品在富氧条件下迅速燃烧后产生的混合气体。最适合用于钢铁样品的燃烧，也可在加入一定的添加剂的情况下燃烧其它样品。
32.下面提供表1为将本发明与其他覆膜砂价格及性能的对比，其膨胀系数为通过覆膜砂高温检测仪进行检测得出。
[0033][0034]
表1
[0035]
根据上述表1的实验数据可以看出，添加宝珠砂或抗脉纹剂的覆膜砂芯砂膨胀系数均可满足需求，但添加宝珠砂或抗脉纹剂的使用成本较高。因而相比于本发明的覆膜砂来说，本发明的膨胀系数低可满足需求，并同时制作成本也与普通覆膜砂相差较小，价格低廉且经济实惠。
[0036]
实施例2
[0037]
本实施例提供一种涡轮壳流道专用覆膜砂制备方法，制备方法包括如下步骤：
[0038]
步骤1)按比例配置陶粒砂、再生石英砂和内蒙焙烧石英砂进行混合得到原料砂；
[0039]
步骤2)将原料砂送入加热炉内进行加热；
[0040]
步骤3)将加热后的原料砂转移至混砂机内，并按比例配置加入粘结剂、固化剂和润滑剂进行充分搅拌得到专用覆膜砂粗砂；
[0041]
步骤4)把搅拌好后的专用覆膜砂粗砂放置在破碎机上进行破碎操作后得到涡轮壳流道专用覆膜砂，待冷却至室温后进行装袋备用。
[0042]
首先配备20～30％的陶粒砂、30～33％的再生石英砂和33.2～46.2％内蒙焙烧石英砂进行混合得到原料砂。接着把原料砂送入加热炉内在135
±
5℃的温度下进行加热，加热时间为2～3min。然后将加热后的原料砂转移至混砂机内，并按比例配置加入3.2％粘结
剂、0.4％固化剂和0.2％润滑剂进行充分搅拌得到粗砂样，搅拌时间为3～5min。最后把搅拌好后的专用覆膜砂粗砂放置在破碎机上进行破碎操作后得到涡轮壳流道专用覆膜砂，待冷却至室温后进行装袋备用。具体而言，原料砂的最优配置比例为20％的陶粒砂、30％的再生石英砂以及46.2％的内蒙焙烧石英砂，并加入3.2％的酚醛树脂作粘结剂、0.4％的乌洛托品作固化剂和0.2％的硬脂酸钙作润滑剂。采用上述比例配置制得的覆膜砂其抗拉强度为5.7mpa，发气量为18ml/g，膨胀系数为0.89％，同时制作价格也是最为低廉以及经济实惠的。
[0043]
在制得涡轮壳流道用覆膜砂之后，即可在制芯设备上进行制作涡轮壳。将涡轮壳流道泥芯放置砂型中浇注，开箱后对涡轮壳铸件进行抛丸，抛丸之后仔细检查涡轮壳流道内腔。可检查出涡轮壳铸件流道内腔有无脉纹缺陷，从而达到提高了涡轮壳铸件的质量和成品率的要求。
[0044]
下面提供表2为通过调整原料砂中陶粒砂的比例，并使用每种方案铸造100个涡轮壳铸件，并为这100个涡轮壳铸件进行流道内腔状态的检查。
[0045][0046]
表2
[0047]
根据上述表2的实验数据可以看出，将陶粒砂的砂含量控制在20％时效果最佳。不仅能够实现较高的膨胀系数，还能确保铸件流道内腔不易出现脉纹缺陷，且制作成本也较为最优。
[0048]
在本发明的描述中，需要理解的是，指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
[0049]
除上述实施例外，本发明还可以有其他的实施方式。对于本领域的技术人员来说，依然可以对上述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种涡轮壳流道专用覆膜砂，其特征在于：所述涡轮壳流道专用覆膜砂包括以下质量成分配比为3.2%粘结剂、0.4%固化剂、0.2%润滑剂和96.2%原料砂，其中所述原料砂为陶粒砂、再生石英砂和内蒙焙烧石英砂的混合物，而所述原料砂包括以下质量成分配比为20~30%陶粒砂、30~33%再生石英砂以及剩余33.2~46.2%内蒙焙烧石英砂，所述涡轮壳流道专用覆膜砂的抗拉强度在5.2mpa以上，发气量小于19ml/g，且膨胀系数能够控制在0.75%~0.9%之间。2.根据权利要求1所述的一种涡轮壳流道专用覆膜砂，其特征在于：所述内蒙焙烧石英砂采用为新内蒙石英砂送入移动床式焙烧炉，通过高温焙烧后得到所述内蒙焙烧石英砂，后取出所述内蒙焙烧石英砂堆放在一起待其自然冷却制得。3.根据权利要求2所述的一种涡轮壳流道专用覆膜砂，其特征在于：所述移动床式焙烧炉焙烧所述新内蒙石英砂的温度设定为750
±
50℃，焙烧时间为10min，保温时长为5
±
0.5h。4.根据权利要求3所述的一种涡轮壳流道专用覆膜砂，其特征在于：所述再生石英砂采用为已在生产中使用过的覆膜砂进行回收，并对回收的覆膜砂进行破碎、筛选后送入燃烧炉内，将所述回收的覆膜砂表面残留的树脂及其它杂质燃烧干净后，取出堆放在一起待其冷却制得。5.根据权利要求4所述的一种涡轮壳流道专用覆膜砂，其特征在于：所述燃烧炉燃烧所述回收的覆膜砂温度设定为680
±
20℃，燃烧时间为10min。6.一种根据权利要求1至5中任意一项所述涡轮壳流道专用覆膜砂的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：步骤1）按比例配置所述陶粒砂、再生石英砂和内蒙焙烧石英砂进行混合得到所述原料砂；步骤2）将所述原料砂送入加热炉内进行加热；步骤3）将加热后的所述原料砂转移至混砂机内，并按比例配置加入所述粘结剂、固化剂和润滑剂进行充分搅拌得到专用覆膜砂粗砂；步骤4）把搅拌好后的所述专用覆膜砂粗砂放置在破碎机上进行破碎操作后得到所述涡轮壳流道专用覆膜砂，待冷却至室温后进行装袋备用。7.根据权利要求6所述的一种涡轮壳流道专用覆膜砂制备方法，其特征在于：在步骤2中所述原料砂送入加热炉加热的温度为135
±
5℃，加热时间为2~3min。8.根据权利要求7所述的一种涡轮壳流道专用覆膜砂制备方法，其特征在于：在步骤3中所述原料砂加入粘结剂、固化剂和润滑剂在混砂机内搅拌的时间为3~5min。

技术总结
本发明涉及一种涡轮壳流道专用覆膜砂及其制备方法，本发明主要将原料砂选用为陶粒砂、再生石英砂和内蒙焙烧石英砂的混合物。其中，由于再生石英砂内部已经完全完成相变，因而可以有效降低混合后原料砂的膨胀系数，既可以节约砂矿资源，又可以减少废砂处理。内蒙焙烧石英砂为采用新内蒙石英砂经过高温焙烧制得，由于培烧后其内部产生β-α相变，可提高混合后原料砂的稳定性及牢固性。利用本发明制得的覆膜砂其抗拉强度在5.2MPa以上，发气量小于19ml/g，且膨胀系数能够控制在0.75%~0.9%之间，可以有效解决涡轮壳流道内腔的脉纹缺陷，而并不用依赖于特殊的防脉纹剂，提高了制成涡轮壳的良品率和生产效率，以降低生产成本。以降低生产成本。以降低生产成本。


技术研发人员：吴俊俊 田辉 赵冬 于向东 殷飞 葛雨 单长亮
受保护的技术使用者：常州中车汽车零部件有限公司
技术研发日：2023.04.24
技术公布日：2023/7/21