CN112846088A - 一种具备多式热工效能的冒口及加工方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及铸造领域，具体公开了一种具备多式热工效能的冒口，包括冒口本体，冒口本体的一端上设有杯口，冒口本体的另一端上设有气孔，冒口本体包括混合固化的覆膜砂和保温材料，冒口本体内安装有若干发热芯，冒口本体外设有隔热单元。本方案发热芯能够发热为铁水或铝水提供热量，实现对铁水或铝水的加热；同时隔热单元能对冒口本体内的铁水或铝水进行保温，防止铁水或铝水快速降温凝固，能够有效提高冒口的补缩能力。

Description

一种具备多式热工效能的冒口及加工方法

技术领域

本发明属于铸造领域，具体涉及一种具备多式热工效能的冒口及加工方法。

背景技术

冒口是指为避免铸件出现缺陷而附加在铸件上方或侧面的补充部分，冒口的型腔是存贮液态金属的空腔，在铸件形成时补给金属，有防止缩孔、缩松、排气和集渣的作用，而冒口的主要作用是补缩。

常见的冒口在进行铁水或铝水的导流过程中，铁水或铝水在流动的过程中，温度会快速下降，当需要导流较长的路径时，铁水或铝水容易凝固在冒口处，导致铸件的冒口处会有铁水或铝水填充不到位的情况，使得最终铸件的表面会产生相应的缩孔，直接影响铸件的质量。为了解决这一问题，一般会将保温材料做骨料，使用液体有机材料做粘结剂，实现对进入到冒口内的铁水或铝水进行保温处理，降低出现缩孔的可能性；但是采用保温材料做骨料时，制作工艺过程繁杂，污染大，生产效率低，而且传统保温冒口是利用其隔绝与环境的热交换和蓄热来达到保温，补缩能力有限，其应用条件受到制约。

发明内容

本发明意在提供一种具备多式热工效能的冒口，以解决传统保温冒口只能利用其隔绝与环境的热交换和蓄热来达到保温，进而补缩能力有限的问题。

为了达到上述目的，本发明的基础方案如下：一种具备多式热工效能的冒口，包括冒口本体，冒口本体的一端上设有杯口，冒口本体的另一端上设有气孔，冒口本体包括混合固化的覆膜砂和保温材料，冒口本体内安装有若干发热芯，冒口本体外设有隔热单元。

基础方案的原理及其优点：在对冒口进行使用时，将冒口本体扣到砂模的冒口处，杯口与冒口处接触；当铁水或铝水注入到砂模后，部分铁水或铝水会通过冒口溢入到冒口本体内，砂模内的杂质也被冲击到冒口本体内，杂质向气孔出流动，冒口起到了集渣排渣的效果；同时冒口本体内的空气通过气孔处排出，冒口本体对溢出的铁水或铝水进行容纳，隔热单元和覆膜砂内混合的保温材料能对冒口本体内的铁水或铝水进行保温，防止铁水或铝水快速降温凝固。

当高温的铁水或铝水进入到冒口本体内时，发热芯能够发热为铁水或铝水提供热量，实现对铁水或铝水的保温；当砂模内的铁水或铝水在灌注完成后，进行冷却时，铁和铝的体积缩小，但冒口本体内的铁水或铝水在发热芯的加热下保持高温，具有较好的流动性，使得冒口本体内高温可流动的铁水或铝水对易形成缩孔的铸件处进行铁或铝的补充，能够有效的避免铸件的表面形成缩孔。

进一步，发热芯包括混合固化的氧化剂、还原剂、催化剂、助熔剂和填充料，发热芯与冒口本体一体成型。

通过上述设置，对发热芯的构成进行了进一步说明，其目的在于让发热芯材料中的氧化剂、还原剂、催化剂和助熔剂能够发生氧化还原反应放热，让发热芯具有良好的自发热功能。

进一步，隔热单元包括第一隔热层，第一隔热层为隔热涂料层，隔热涂料层涂覆在冒口本体外。

通过上述设置，在冒口成品外涂覆一层隔热涂料层，隔热涂料的涂覆快速，且干燥快速，相应的冒口的加工效率也高；同时，隔热涂料层中的隔热材料能对冒口内的铁水或铝水进行保温。

进一步，隔热单元还包括位于冒口本体和第一隔热层之间的第二隔热层，第二隔热层包括玻璃空心漂珠、石棉纤维、高岭土、粘结剂以及低密度或空心无机材料，第一隔热层套设在冒口本体外。

通过上述设置，在冒口成品的外壁上设置第二隔热层，相应的第二隔热层中的玻璃空心漂珠、石棉纤维、高岭土、粘结剂以及低密度或空心无机材料具有良好的保温效果，使得冒口成品在使用时，冒口成品内的热量不易散失，使得冒口内保持长时间的高温；通过第一隔热层和第二隔热层的设置能够使得发热芯与第二隔热层表面的温差至少增加200℃以上，当发热层的温度是1000℃时对应的保温层内侧的温度不会超过800℃，同时发热芯的温度因第二隔热层的作用可以比不使用第二隔热层情况下保持1000℃的时间延长20％以上。

进一步，一种具备多式热工效能的冒口的加工方法，包括以下步骤：

步骤1：准备原砂、树脂、保温材料和发热材料；准备制备发热芯的制芯模具以及制备冒口的上模具和下模具，制芯模具的上端面上设有成型槽，上模具和下模具之间设有成型腔，下模具上设有凹槽，下模具的端面上设有形成气孔的突出部，上模具上设有与成型腔连通的注沙口，制芯模具、上模具和下模具内均设有加热管；

步骤2：将步骤1中原砂、保温材料与树脂放置到第一混砂机中，加入固化剂，混合均匀，混合后形成保温覆膜砂，其中树脂与保温覆膜砂的质量比例为1-4％，固化剂与保温覆膜砂的质量比例为0.1％-1％，保温材料与保温覆膜砂的质量比例为0.9-1％，其余的均为原砂；

步骤3：步骤1中的发热材料包括氧化剂、还原剂、催化剂、助熔剂和填充料，将氧化剂、还原剂、催化剂、助熔剂和填充料放置到第二混砂机中，加入粘接剂，混合均匀，混合后形成发热芯材料；然后将发热芯材料压制到制芯模具的成型槽处，将成型槽处的发热芯材料压制形成发热芯，制芯模具将发热芯以100-200℃的温度烘烤20-60min；

步骤4：将制芯模具上的发热芯取下，放置到下模具的凹槽处，然后上模具同轴安装到下模具上，向注沙口处注入保温覆膜砂，对成型腔进行填充，形成湿冒口；上模具和下模具对湿冒口以200-300℃的温度加热1-5min，形成冒口成品；

步骤5：将玻璃空心漂珠、石棉纤维、高岭土、粘结剂以及低密度或空心无机材料混合形成保温层材料，保温层材料设置在冒口成品外，形成第二隔热层；

步骤6：在第二隔热层外涂覆隔热涂料层，形成第一隔热层。

通过上述设置，步骤1中完成了冒口成品材料的准备；：步骤1中完成了冒口成品材料的准备；步骤2中，将原砂、保温材料、树脂和固化剂混合，保温材料的设置能让保温覆膜砂具有相应的保温效果；同时在此步骤中，可将保温材料、树脂和固化剂同时快速的混合到原砂中；在步骤3中，对步骤1中的发热材料进行了进一步说明，其目的在于让发热芯材料中的氧化剂、还原剂、催化剂和助熔剂能够发生氧化还原反应放热，让冒口成品具有自发热的功能；同时，可有效的将发热芯材料放置到制芯模具的成型槽内，同时对成型槽处的发热芯材料进行压制成型，然后进行加热烘烤，使得发热芯快速成型；步骤4中，通过对下模具进行了限制，可将定型后的发热芯放置到上模具的凹槽内，然后再向上模具的注沙口处注入保温覆膜砂，让保温覆膜砂与发热芯自然粘接，然后再通过上模具和下模具对湿冒口进行加热定型，对湿冒口进行烘烤硬化，使得冒口成品硬化成型，便于运输和取用。

进一步，步骤3中氧化剂为重铬酸钾，还原剂为铝粉或四氧化三铁，催化剂为二氧化锰，助熔剂为氟铝酸钾，其中填充料的质量占氧化剂、还原剂、催化剂、助熔剂和填充料总质量的10-50％。

通过上述设置，能够有效的通过控制填充料的质量来控制氧化剂、还原剂、催化剂和助熔剂的量，使得氧化剂、还原剂、催化剂和助熔剂。

进一步，填充料为原砂和固化剂，且填充料中固化剂和原砂的质量比例为0.002-0.005。

通过上述设置，能有效的使用填充料将氧化剂、还原剂、催化剂和助熔剂粘接起来，相应的也能够有效的控制将氧化剂、还原剂、催化剂和助熔剂的用量；也便于将发热芯与成型腔内的保温覆膜砂粘合起来。

进一步，凹槽呈圆柱状，圆柱状的凹槽与下模具同轴设置。

通过上述设置，最终成型的冒口成品中发热芯的形状也呈圆柱状，当该冒口成品在使用时，使得发热芯的圆周面均可与铁水或铝水接触，能够提升对铁水或铝水的加热效率，同时也能够对铁水或铝水进行有效的保温。

进一步，凹槽呈三棱柱状，凹槽的底部呈圆角状。

通过上述设置，最终成型的冒口成品中发热芯的形状也呈三棱柱状，当该冒口成品在使用时，铁水或铝水会与发热芯的两个侧面充分接触，使得发热芯下侧棱角处的发热剂能够快速的受热反应；同时发热芯靠近气孔的一侧较厚，能够为铁水或铝水持续性的提供热量。

进一步，凹槽呈球状，球状的凹槽与下模具同轴设置。

通过上述设置，最终成型的冒口成品中发热芯的形状也正方体或者球状，当该冒口成品在使用时，热芯的球形表面能对铁水或铝水的回流进行到了，便于铁水或铝水快速的回流至砂模内；同时实心的发热芯能够持续性的为铁水或铝水提供热量。

附图说明

图1为本发明实施例1一种具备多式热工效能的冒口主视方向的剖视图；

图2为实施例1中一种具备多式热工效能的冒口的加工方法的操作流程图；

图3为实施例1中下模具俯视方向的结构示意图；

图4为实施例2中一种具备多式热工效能的冒口主视方向的剖视图

图5为实施例3中一种具备多式热工效能的冒口主视方向的剖视图；

图6为图5中一种具备多式热工效能的冒口的仰视图；

图7为实施例4中一种具备多式热工效能的冒口主视方向的剖视图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：下模具1、突出部11、凹槽12、冒口成品10、杯口101、气孔102、发热芯20、保温层30、隔热涂料层40。

实施例1

实施例1中涉及了一种发热保温冒口制备方法，基本如附图2所示，具体包括以下步骤：

步骤1：备原砂、ST泡沫混凝土、9100G树脂、乌洛托品和发热材料；准备制备发热芯的制芯模具以及制备冒口的第一上模具和下模具1，制芯模具的上端面上设有成型槽，第一上模具和下模具1之间设有第一成型腔，如图3所示下模具1上设有凹槽12，凹槽12呈圆柱状，凹槽12的中心处与下模具1的轴心处正对，成型槽的形状与凹槽12的形状结构一致；下模具1的端面上设有形成气孔102的突出部11，第一上模具上设有与第一成型腔连通的第一注沙口，制芯模具、第一上模具和下模具1内均设有加热管；

步骤2：将步骤1中原砂、ST泡沫混凝土与树脂放置到第一混砂机中，加入乌洛托品，混合均匀，混合后形成保温覆膜砂，其中树脂与保温覆膜砂的质量比例为3％，固化剂与保温覆膜砂的质量比例为0.8％，ST泡沫混凝土与保温覆膜砂的质量比例为0.95％，其余的均为原砂；

步骤3：步骤1中的发热材料包括氧化剂、还原剂、催化剂、助熔剂和填充料，氧化剂为重铬酸钾，还原剂为铝粉，催化剂为二氧化锰，助熔剂为氟铝酸钾；其中填充料的质量占氧化剂、还原剂、催化剂、助熔剂和填充料总质量的30％；然后将氧化剂、还原剂、催化剂、助熔剂和填充料放置到第二混砂机中，加入粘接剂，混合均匀，混合后形成发热芯材料；其中填充料为原砂和乌洛托品，且填充料中乌洛托品和原砂的质量比例为0.003；然后将发热芯材料压制到制芯模具的成型槽处，将成型槽处的发热芯材料压制形成发热芯，制芯模具将发热芯以150℃的温度烘烤30min；

步骤4：将制芯模具上的发热芯取下，放置到下模具1的凹槽12处，然后第一上模具同轴安装到下模具1上，向注沙口处注入保温覆膜砂，对第一成型腔进行填充，形成湿冒口；第一上模具和下模具1对湿冒口以250℃的温度加热1-5min，形成如图1所示的冒口成品10；

步骤5：取下下模具1上的冒口成品10，在冒口成品10外涂覆ST泡沫混凝土涂料，ST泡沫混凝土形成隔热涂料层40。

实施例2

实施例2与实施例1相比，具有以下的不同之处：在步骤1中，还包括第二上模具，第二上模具和下模具1之间设有第二成型腔，第二成型腔大于第一成型腔，第二上模具上设有与第二成型腔连通的第二注沙口，第二上模具内也设有加热管。

在进行步骤4和步骤5之间设置保温层30加工步骤，取下第一上模具，然后将第二上模具设置到下模具和冒口成品10上，然后将玻璃空心漂珠、石棉纤维、高岭土、粘结剂以及低密度或空心无机材料混合形成保温层材料，将保温层材料通过第二注沙口注入到第二成型腔中，第二上模具和下模具1对保温层材料以100℃的温度加热1min，最终形成保温层30，保温层30包裹在如图4所示冒口成品10外。

然后进行步骤5，取下下模具1上的冒口成品10，在保温层30外涂覆ST泡沫混凝土涂料，ST泡沫混凝土形成隔热涂料层40。

实施例3

实施例3与实施例1的不同之处在于，实施例3基本如附图5和附图6所示，发热芯20呈三棱柱状，发热芯20的上侧平面嵌在冒口本体10的上表面内，发热芯20下侧的棱角处呈倒角状，使得发热芯20的纵截面轮廓呈等腰梯形。

如图6所示，发热芯20的长度与冒口本体10的直径一致。

本实施例中的一种具备多式热工效能的冒口在使用时与实施例1相比有如下不同之处，当铁水或铝水充入到冒口本体10内时，铁水或铝水会与发热芯20的两个侧面充分接触，使得发热芯20下侧棱角处的发热剂能够快速的受热反应，为铁水或铝水快速的提供热量；同时发热芯20的上侧处较厚，能够为铁水或铝水持续性的提供热量，便于冒口本体10内的铁水或铝水回流至砂模内，对可能形成缩孔的位置进行填充。

实施例4

实施例4与实施例1的不同之处在于，实施例4基本如附图7所示，发热芯20呈球形，发热芯20嵌在冒口本体10的上侧上。

本实施例中的一种具备多式热工效能的冒口在使用时与实施例1相比有如下不同之处，当铁水或铝水充入到冒口本体10内时，铁水或铝水流过球形的发热芯20，能对发热芯20 进行大范围的加热，能够为铁水或铝水有效的提供热量；与此同时，发热芯20的球形表面能对铁水或铝水的回流进行到了，便于铁水或铝水快速的回流至砂模内；同时实心的发热芯 20能够持续性的为铁水或铝水提供热量。

为了证明本实施例1-3中冒口成品的技术效果，还制作了若干组对比试验，以对比例1、对比例2和对比例3为例：

对比例1与实施例1相比，具有以下的不同之处：采用的是背景技术中脲醛树脂作为骨料，并且用固化剂对脲醛树脂进行粘接，最终形成相应的冒口，该冒口成品中含有的脲醛树脂能对铁水或铝水进行保温，保温的时长较短；同时铁水或铝水也容易粘附在冒口内，依然具有难以回流的问题；同时该使用时，受到高温的影响，脲醛树脂会散发相应的臭味，影响工人的身体健康。

对比例2与实施例1相比，具有以下的不同之处：不具有实施例1中的步骤5和步骤6，相应冒口成品的保温效果比实施例1中冒口成品的保温时长稍短一些。

对比例3与实施例1相比，具有以下的不同之处：不具有实施例1中的发热材料，相应的也不具有步骤3，进而最终的冒口成品中不具有发热芯，相应的冒口成品不具有自主的发热性能，只具有相应的保温功能。

具体的，对实施例1-3和对比例1-3中生产形成的冒口成品用在了同一铸件的浇筑过程中，且冒口成品安装在砂模上的位置均处于同一位置，同时向砂模内灌注相同温度的铁水，最终对冒口成品的最高温度(T)、保温时长(t)、是否形成缩孔、冒口成品的发热量(KJ) 和等进行测定，具体如下表所示：

通过上述试验，可以看出实施例1-4中的最高温度均明显大于对比例1和对比例3中测得的最高温度，这是由于实施例1-4和对比例2中均设有发热芯，高温的铁水进入到冒口成品内时，该高温能对发热芯中的发热材料进行加热，发热材料受热后发生氧化反应进行放热，使得位于冒口成品内的铁水保持高温流动状态；同时从保温时长来看，实施例1-4明显优于对比例1-3，这是由于实施例1-4中有保温材料、隔热涂料层和保温层三层保温措施，能够有效的延长保温时长，非常适用于大型工件的浇铸加工；相应的对比例1中只有树脂，保温效果有效，同时对比例1中选用脲醛树脂作为骨料，脲醛树脂在高温下会散发臭味，影响工人的健康；而对比例2和3中也存在相同的问题，缺少多层保温，相应的保温效果更差，在使用时的补缩能力更差。

Claims (10)

1.一种具备多式热工效能的冒口，包括冒口本体，所述冒口本体的一端上设有杯口，冒口本体的另一端上设有气孔，冒口本体包括混合固化的覆膜砂和保温材料，其特征在于，所述冒口本体内安装有若干发热芯，冒口本体外设有隔热单元。

2.根据权利要求1所述的一种具备多式热工效能的冒口，其特征在于，所述发热芯包括混合固化的氧化剂、还原剂、催化剂、助熔剂和填充料，发热芯与冒口本体一体成型。

3.根据权利要求2所述的一种具备多式热工效能的冒口，其特征在于，所述隔热单元包括第一隔热层，第一隔热层为隔热涂料层，隔热涂料层涂覆在冒口本体外。

4.根据权利要求3所述的一种具备多式热工效能的冒口，其特征在于，所述隔热单元还包括位于冒口本体和第一隔热层之间的第二隔热层，第二隔热层包括玻璃空心漂珠、石棉纤维、高岭土、粘结剂以及低密度或空心无机材料，第一隔热层套设在冒口本体外。

5.根据权利要求4所述的一种具备多式热工效能的冒口的加工方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：准备原砂、树脂、保温材料和发热材料；准备制备发热芯的制芯模具以及制备冒口的上模具和下模具，制芯模具的上端面上设有成型槽，上模具和下模具之间设有成型腔，下模具上设有凹槽，下模具的端面上设有形成气孔的突出部，上模具上设有与成型腔连通的注沙口，制芯模具、上模具和下模具内均设有加热管；

步骤2：将步骤1中原砂、保温材料与树脂放置到第一混砂机中，加入固化剂，混合均匀，混合后形成保温覆膜砂，其中树脂与保温覆膜砂的质量比例为1-4％，固化剂与保温覆膜砂的质量比例为0.1％-1％，保温材料与保温覆膜砂的质量比例为0.9-1％，其余的均为原砂；

步骤3：步骤1中的发热材料包括氧化剂、还原剂、催化剂、助熔剂和填充料，将氧化剂、还原剂、催化剂、助熔剂和填充料放置到第二混砂机中，加入粘接剂，混合均匀，混合后形成发热芯材料；然后将发热芯材料压制到制芯模具的成型槽处，将成型槽处的发热芯材料压制形成发热芯，制芯模具将发热芯以100-200℃的温度烘烤20-60min；

步骤4：将制芯模具上的发热芯取下，放置到下模具的凹槽处，然后上模具同轴安装到下模具上，向注沙口处注入保温覆膜砂，对成型腔进行填充，形成湿冒口；上模具和下模具对湿冒口以200-300℃的温度加热1-5min，形成冒口成品；

步骤5：将玻璃空心漂珠、石棉纤维、高岭土、粘结剂以及低密度或空心无机材料混合形成保温层材料，保温层材料设置在冒口成品外，形成第二隔热层；

步骤6：在第二隔热层外涂覆隔热涂料层，形成第一隔热层。

6.根据权利要求5所述的一种具备多式热工效能的冒口的加工方法，其特征在于，所述步骤3中氧化剂为重铬酸钾，还原剂为铝粉或四氧化三铁，催化剂为二氧化锰，助熔剂为氟铝酸钾，其中填充料的质量占氧化剂、还原剂、催化剂、助熔剂和填充料总质量的10-50％。

7.根据权利要求6所述的一种具备多式热工效能的冒口，其特征在于，所述填充料为原砂和固化剂，且填充料中固化剂和原砂的质量比例为0.002-0.005。

8.根据权利要求7所述的一种具备多式热工效能的冒口的加工方法，其特征在于，所述凹槽呈圆柱状，圆柱状的凹槽与下模具同轴设置。

9.根据权利要求8所述的加工方法，其特征在于，所述凹槽呈三棱柱状，凹槽的底部呈圆角状。

10.根据权利要求9所述的加工方法，其特征在于，所述凹槽呈球状，球状的凹槽与下模具同轴设置。

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