[发明专利]一种3D打印铸造用组合物及其应用

说明书

技术领域

本发明涉及铸造技术领域，尤其是涉及一种3D打印铸造用组合物及其应用。

背景技术

在铸造生产中通常冷却使用冷铁，其是加速铸铁件某部分在浇注过程中的冷却速度的即被用来控制收缩和获得定向凝固，选择冷铁不当会造成铸造缺陷。目前铸造生产中使用的冷铁大多是普通冷铁。

使用普通冷铁存在以下问题：一是用铸造方法制备的冷铁由于受到铸造收缩率、模样精度、型芯质量等因素的影响，制备的冷铁形状、尺寸和模型的形状、尺寸存在一定的偏差；用加工的方法制备的冷铁尺寸精度比用铸造方法获得的冷铁精度高，表面光洁度好，但是加工费用也很高；二是铸件专用冷铁的制备则有着诸多的缺点，其中有：专用冷铁要经过随形设计、模具制作、造型、浇注、开箱和打磨等过程，这些繁杂的过程增加了整个产品的生产周期和成本，降低了生产效率。

传统冷铁放置是在造型过程中进行的，即在模具上设置好冷铁的位置，再将备好的冷铁放置在模具相应位置上，最后填砂造型。由于传统铸造工艺要使用模具，在冲砂造型过程中，在模具的斜面等位置上，冷铁可能跑偏。

在采用3D打印造型技术生产铸件的过程中，砂型和砂芯在设计时预留冷铁放置空间，待砂型打印完后再安放进去，但往往通用冷铁尺寸不是很吻合铸件所需的激冷面积，或大或小，冷却有效面积有所改变，在安放过程中需要打磨砂型或填塞其他物体，给生产工作带来较大难度。同时，对于整个冷铁的粘置过程，不仅操作繁琐，而且在粘置过程中过多使用粘结剂，增加了砂型的发气量，极易造成气孔等铸造缺陷。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种3D打印铸造用组合物及其使用方法。所述组合物应用于3D打印时可有效替代冷铁起到冷却作用，同时，还可避免冷却有效面积的改变，避免因粘结剂使用而造成铸件出现气孔等现象。

为解决以上技术问题，本申请提供的第一方面的技术方案为一种3D打印铸造用组合物，所述3D打印组合物包括钢丸、水玻璃和铁粉，各组分的重量百分比为：

钢丸：35％—40％；

水玻璃：8％—10％；

铁粉：50％—55％；

所述钢丸的直径≤2.5mm。

优选的，所述钢丸表面的杂质≤1％。

优选的，所述铁粉结块率≤1％。

本申请还提供第二方面的技术方案，即前述任一的组合物在3D打印铸造中的应用。

优选的，所述组合物用于3D打印铸造中冷却铸件。

优选的，上述应用包括以下步骤：

(1)将组分钢丸和铁粉混合，按权1-权3所述比例加入水玻璃进行混合得所述组合物；

(2)将步骤(1)所得组合物填充至预制模具的冷却预留位置并硬化固定得半成型模具；

(3)将步骤(2)所得半成型模具中的硬化组合物的表面覆盖涂料后得成型模具。

优选的，步骤(1)所得组合物于四小时内进行步骤(2)。

优选的，步骤(2)硬化方式为空气自然硬化、天然气直接烘烤或通入二氧化碳气体硬化。

优选的，步骤(3)涂料为水基涂料或醇基涂料。

优选的，步骤(3)涂料采用水基涂料后，需烘烤至少15分钟后得成型模具。

与现有技术相比较，本发明具备如下有益效果：

本申请采用特定的组合物，即钢丸、铁粉、水玻璃混合形成的组合物作为铸造过程中冷却铸件的冷铁替代物。

本申请所述钢丸为本领域常规使用的经钢块通过一定的热处理技术形成的球状钢颗粒，其颗粒直径通常在1mm以上，本申请优选的钢丸直径为2.5mm以下。

本申请所述铁粉即本领域常规使用的物质，通常指粒度直径小于1mm的粉状铁。本申请所述铁粉优选采用粒度直径为44～150μm的铁粉。

本申请所述水玻璃为硅酸钠或者硅酸钾钠的水溶液。

本申请采用上述特定的组成成分以及特定的含量比例形成的组合物在应用于铸件冷却过程中，可以有效的起到激冷作用，避免出现缩松等内部缺陷，同时避免采用其他成分易出现的在高温下溃散造成铸件表面夹砂缺陷的问题。此外，本申请所采用的原料取材方便，均属于本领域常规材料，缩短冷铁制备和应用过程中周期长等问题，可有效降低现有使用铸铁材质冷铁的成本。

本申请所提供的组合物可特定应用于3D打印铸造生产中。

附图说明

图1为240主轴承盖生产中冷铁放置位置示意图；

图2是图1的右视图。

具体实施方式